卸荷平臺對分離卸荷式板樁碼頭中板樁力學性能的影響

陳晨

摘 要：針對板樁碼頭的不足而提出的新型碼頭結構型式——分離卸荷式板樁碼頭是我國首次提出的深水板樁碼頭。利用ABAQUS有限元軟件分析分離卸荷式板樁碼頭結構的卸荷平臺對分離卸荷式板樁碼頭中板樁力學性能的影響規律。結果表明：卸荷平臺的存在能有效減小前墻上部受力，而對前墻下部受力較小。前墻所受土壓力隨平臺寬度增加并無明顯的變化規律，但隨卸荷平臺寬度增加而有所減小。前墻研究成果可供分離卸荷式板樁碼頭的結構設計參考。

關鍵詞：分離卸荷式板樁碼頭 卸荷平臺 板樁 力學性能 ABAQUS

中圖分類號：U65 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0087-02

隨著國民經濟的快速發展以及船舶噸級的不斷增加，碼頭建設逐漸向大型化、深水化方向發展。為了改善板樁碼頭的受力性能，中交第一航務工程勘察設計院在半遮簾式板樁碼頭[2]和全遮簾式板樁碼頭[3]成功應用的基礎上提出了分離卸荷式板樁碼頭，并成功用于京唐港18#、19#深水泊位。該文以京唐港區某泊位為例，利用ABAQUS有限元軟件分析卸荷平臺對分離式卸式板樁碼頭結構力學性能的影響規律，為分離卸荷式板樁碼頭的結構設計提供參考。

1 工程概況

京唐港區18#、19#大型深水泊位的承臺基礎橫向由兩根灌注樁組成，中心距為5.25m，灌注樁的縱向中心距為4.4m；海側樁為截面尺寸為1200mm（寬）×1600mm（高）的矩形灌注樁，離碼頭前墻凈距1.75m，樁底標高-40.0m；陸側樁為截面尺寸為1200mm×1200mm的矩形灌注樁，樁底標為-40.0m。混凝土卸荷平臺厚1.0m，承臺頂標高為-3.7m，底標高為-2.7m；錨碇墻厚為1.1m，墻底標高為-19.0m，墻頂標高為-4.7m，其上澆筑導梁，導梁頂標高為-1m。胸墻和錨碇墻之間采用的鋼拉桿連接[8]。圖1為分離卸荷式板樁碼頭斷面圖。

2 計算模型和計算工況的確定

2.1 計算模型的確定

采ABAQUS有限元軟件[4]對分離卸荷式板樁碼頭進行數值分析。該模型中土體、樁、前墻、錨碇墻、拉桿、卸荷平臺均采用二維四節點線性減縮積分平面應變單元（CPE4R）。單元類型采用適于長度方向比截面尺寸大很多的問題的平面應變單元。數值模擬中樁和前墻以及錨碇墻采用理想彈性模型，土坡采用Mohr—Coulomnb模型[5]。

2.2 計算工況的確定

工況一：灌注樁間距變化，具體取值見表2，卸荷平臺寬度為10m，卸荷平臺高程為-4m，其他參數不變。

工況二：卸荷平臺寬度變化，具體取值見表3，灌注樁間距為5.25m，卸荷平臺高程為-4m，其他參數不變。

3 計算結果分析

3.1 灌注樁間距對板樁和錨碇墻的水平位移的影響

通過過數值分析，獲得不同灌注樁情況下分離卸荷式板樁碼頭結構的各類位移圖。

由圖3-2 a）可以看出碼頭前墻上端水平位移隨前墻高程增高而減小，且基本隨著樁間距的增大而增大，前墻下部水平位移隨著高程增大而逐漸增大，底端高程最小。隨樁間距增大而無明顯變化。由圖b）可以看出錨碇墻水平位移隨樁間距變化與前墻水平位移變化圖相似，錨碇墻上部應受到拉桿作用而產生向左的水平位移，隨著樁間距的增大，灌注樁對于前墻后側所受土壓力的卸荷作用也越來越明顯。

由以上兩圖可以看出，樁間距為5.25m時前墻和錨碇墻大小最小，也最為合理。根據工程建設的經濟性原則，樁間距應選擇在5.25m。

3.2 卸荷式平臺寬度對板樁位移和應力的影響

通過過數值分析，獲得不同卸荷平臺寬度情況下分離卸荷式板樁碼頭結構的各類位移圖。

由a）圖可以看出：前墻水平位移基本隨平臺寬度增大而減小。這是因為樁平臺寬度增加后，前墻土壓力減小的范圍增大，從一定程度上抑制了前墻的側向位移。圖b）看出錨碇墻拉桿與墻身連接處及以上部位水平位移隨平臺寬度增加而逐漸減小，錨碇墻的水平位移也隨之減小。

由以上兩圖可以看出，平臺寬度為10m時前墻和錨碇墻的水平位移較小且也較為合理。根據工程建設的經濟性和合理性原則原則，平臺寬度應選擇10m。

4 結語

分離卸荷式板樁碼頭結構是板樁碼頭中的新型結構，本文結合京唐港18#、19#泊位的地質條件，將分離卸荷式板樁碼頭做適當的簡化和假設，利用ABAQUS軟件進行了二維建模分析，并從灌注樁樁間距和卸荷平臺寬度兩個角度分別采用多種工況對該結構進行優化設計。通過對比分析前墻和錨碇墻位移隨樁間距、平臺寬度的變化規律，并給出碼頭結構的最優尺寸，為工程建設提供借鑒。

參考文獻

[1] 鄒京成.填方重力式擋土墻的受力及變形特點分析[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[2] 劉永繡，吳荔丹，李元音.一種新型碼頭結構形式——半遮簾式深水板樁碼頭結構的推出[J].港工技術，2005，12.

[3] 黃偉.全遮簾式板樁碼頭結構受力變形分析[D].廣州：華南理工大學，2011.

[4] 費康，張建偉.ABAQUS在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[5] 吳強，吳章利.摩爾庫倫本構模型參數敏感性分析及修正[J].陜西水利，2012.