荷載作用下碼頭樁基承載特性計算分析

陳文龍　李小烜

摘要：基于H-C彈塑性模型和E-H-T方法分別對土體和樁基進行模擬，通過不同的樁基直徑、土質及荷載的工況組合，分別討論不同長徑比、不同土質、不同荷載等情況下的樁基側摩阻力和樁身軸力。計算結果表明：樁的長徑比對側摩阻力的影響比較明顯，而土質和荷載對樁側摩阻力影響相對較??；露出長度對樁身軸力的影響比較明顯，荷載對樁身軸力影響較小。

關鍵詞：碼頭樁基 承載特性 受力分析

港口建設對海洋資源的利用和沿海地區社會經濟的發展起著不可替代的作用，是提升地區綜合實力的重要手段。隨著我國國力的進一步增強，港口碼頭的建設越來越多，規模也越來越大。但是，由于對碼頭樁基承載力特性的研究存在缺陷，導致港口碼頭工程可能存在安全隱患，從而影響港口的持續發展。樁基礎在碼頭建設中占工程總造價的比例非常高、技術要求嚴苛，因此，進行荷載作用下的碼頭樁基承載特性分析具有非常重要的工程實際意義。

1.模型介紹

進行荷載作用下的碼頭樁基承載特性分析，主要需對土和樁兩種材料進行模擬。

1.1土的模擬

土體的本構模型選擇性比較多，而且其應力一應變關系也比較復雜，且具有較強的非線性特征。土的本構模型可以分為：（1）彈性模型，如普通的虎克彈性模型；（2）非線性彈性模型，如鄧肯一張模型；（3）彈塑性模型，如D-P模型，摩爾庫倫模型等；（4）粘彈塑性模型，如各種元件模型，關口-太田模型等。

本文選用摩爾-庫倫（Mohr-Coulomb，MC）彈塑性模型作為土的本構模型，MC模型是一種典型的理想彈塑性模型，基于非關聯的流動法則，采用理想彈塑性摩爾一庫倫屈服條件并且考慮屈服強度極限準則。

MC模型的屈服準則為式1；相應的勢函數為式2；式中，

2.計算工況

表1為荷載作用下樁基承載特性計算中，巖土、樁基和承臺的主要物理力學指標。

本文基于上述理論，建立了荷載作用下的樁基受力分析模型，考慮了不同的樁基直徑，不同土質，及不同荷載作用下的工況組合，分別進行了樁的側摩阻力和樁身軸力計算分析。

3.計算結果分析

3.1側摩阻力結果分析

基于不同的樁基直徑、不同土質及不同荷載的工況組合，分別討論不同長徑比、不同土質、不同荷載等情況下的樁基側摩阻力。

（1）長徑比對側摩阻力的影響分析

從圖1中可以看出，在不同長徑比情況下，樁側摩阻力的變化規律比較相似，隨著樁土接觸長度的增加，側摩阻力先由正變負，然后急劇增加。長徑比越大，樁的側摩阻力越大。

（2）土質對側摩阻力的影響分析

從圖2（上）可以看出，在不同土質情況下，樁側摩阻力的變化規律比較相似，且數值相當，表明土的彈性模量對側摩阻力的影響較小。

（3）荷載對側摩阻力的影響分析

從圖2（下）可以看出，在不同荷載作用下，樁側摩阻力的變化規律比較相似，且數值相當。這表明荷載的大小對側摩阻力的影響較小。

3.2樁身軸力結果分析

基于不同的樁基直徑、不同土質及不同荷載的工況組合，分別討論不同荷載情況、不同樁上部露出長度等情況下的樁身軸力。

（1）荷載對樁身軸力的影響分析

從圖3（上）可以看出，在不同荷載作用下，樁身軸力的變化規律比較相似，且數值相當。這表明荷載的大小對樁身軸力的影響較小。樁身軸力表現為負值，即方向向下，在樁身沉入初期，樁身軸力變化較小；隨著樁身沉入的增加，樁身軸力迅速增大，在14m～18m附近達到最值；在樁身沉入后期，樁身軸力逐漸減小、恢復到最值的一半左右。

（2）樁上部露出長度對樁身軸力的影響分析

從圖3（下）可以看出，在不同樁上部露出長度情況下，樁身軸力的變化規律比較相似，上部露出長度小的，在相同沉入情況下，樁身軸力先達到最值；上部露出長度大的，樁身軸力晚達到最值。在樁身沉入初期，樁身軸力變化較?。浑S著樁身沉入的增加，樁身軸力迅速增大達到最值；在樁身沉入后期，樁身軸力逐漸減小、恢復到最值的一半左右。

4.結語

本文分別采用M-C彈塑性模型和E-M-T方法對土體和樁基進行模擬，基于不同的樁基直徑、不同土質及不同荷載的工況組合，分別討論不同長徑比、不同土質、不同荷載等情況下的樁基側摩阻力。計算結果表明：長徑比對側摩阻力的影響較大，土質和荷載對樁側摩阻力影響較小?；诓煌臉痘睆健⒉煌临|及不同荷載的工況組合，分別討論不同荷載情況、不同樁上部露出長度等情況下的樁身軸力。計算結果表明：樁上部露出長度對樁身軸力的影響較大，荷載對樁身軸力影響較小。