張瑞玉+鐘業(yè)鋒
摘 要:利用綜合剛度下的雙參數(shù)法對碼頭工程中的樁基水平承載力進(jìn)行計(jì)算分析,碼頭樁基不僅受靜力荷載影響,還受到波浪、潮汐等水文動(dòng)力因素影響,計(jì)算方法相對復(fù)雜。本文通過對中細(xì)砂地質(zhì)條件中的水平承載模型樁的試驗(yàn)研究,計(jì)算得到該條件下改進(jìn)的雙參數(shù)法的指數(shù)n的值介于0.5到0.9之間。本次研究的結(jié)果能夠?yàn)楹罄m(xù)中細(xì)砂地質(zhì)條件下高樁碼頭中的樁基計(jì)算和設(shè)計(jì)提供參考,從而達(dá)到簡化試樁要求的目的,而不用通過實(shí)測得到樁的最大彎矩及其位置,節(jié)約工程成本。
關(guān)鍵詞:高樁碼頭 樁基 水平承載力 雙參數(shù)法
碼頭有重力式、板樁和高樁三種常用的結(jié)構(gòu)形式,其中高樁碼頭地基適應(yīng)能力強(qiáng),不僅可以用于堅(jiān)硬的巖基,而且同樣適用于軟土地基,因而適用范圍廣泛。高樁碼頭的樁基通常不僅需要承受自重、貨物堆載等垂直荷載,還需要承受波浪、潮汐等海岸水文動(dòng)力因素的荷載影響,從而受到水平方向的荷載影響。甚至在水平荷載較大的條件下,如波浪力、潮汐力或者船舶撞擊力等荷載比較突出的情況下,水平荷載可能成為樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要考慮因素。
一般而言,對于高樁碼頭中樁基與土體的相互作用及荷載計(jì)算問題,常用于計(jì)算樁基荷載的方法有M法、C法、K法和張有齡法等,但是這些方法都是利用某一個(gè)參數(shù)來反應(yīng)樁基與土體二者之間的作用機(jī)理。這些方法能夠在一定程度上解決一些工程實(shí)際問題,但是由于考慮的因素比較單一,可能存在參數(shù)選擇不恰當(dāng)?shù)葐栴},因此利用上述幾種單一參數(shù)方法計(jì)算得到的撓度、轉(zhuǎn)角以及最大彎矩及其位置與實(shí)測結(jié)果不吻合的問題時(shí)有發(fā)生,這也是單一參數(shù)法本身的局限性。
本文中利用一種雙參數(shù)法對高樁碼頭中的樁基承載力進(jìn)行計(jì)算,考慮樁基收到重復(fù)荷載或者循環(huán)荷載的作用,對樁基的水平承載力進(jìn)行分析,討論雙參數(shù)法應(yīng)用于高樁碼頭樁基水平承載力計(jì)算分析中的可能性和計(jì)算效果。
1.方法簡介
雙參數(shù)法是一種利用兩個(gè)待定參數(shù)計(jì)算樁基荷載的方法,它能夠相對單參數(shù)法更為全面地考慮樁基與土體的相互作用機(jī)理,具有土體反力模量中的兩個(gè)待定參數(shù),即k和1/n,并用于計(jì)算樁基荷載的分析方法。
根據(jù)樁土相互作用中的撓曲微分方程式(1):
式中,土反力模量利用下式(2)進(jìn)行計(jì)算:
于是有式(3):
式中EI為考慮樁基與土體相互作用情況下,針對某一特定作用的影響的綜合剛度;b1為設(shè)計(jì)樁的計(jì)算寬度。
式(3)中的參數(shù)k和1/n即為本方法種的兩個(gè)待定參數(shù),參數(shù)k和1/n這兩個(gè)參數(shù)的取值由樁基自身的材質(zhì)、所受荷載的類型及大小、樁身的形狀及大小、土體的物理力學(xué)性能、樁基的施工方法以及海岸水文動(dòng)力因素等共同決定。通過選取合理的參數(shù),可以確定在復(fù)雜荷載作用下樁基的位移和最大彎矩及其位置,通過參數(shù)比選,可以確定合理值,從而使得上述計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值較好吻合。
假設(shè)樁土相對柔度系數(shù)根據(jù)下式(4)進(jìn)行確定:
樁-土作用的邊界條件如下:樁-土交界處的位移為式(5):
樁-土交界處的轉(zhuǎn)角為式(6):
樁-土交界處的彎矩為式(7):
樁-土交界處的剪力為式(8):
因此,方程的解為式(9)、式(10)、式(11)、式(12):

在上式(14)中,Cl、C2、C3是已知參數(shù),具體參數(shù)取值如表l所示,在確定參數(shù)1/n的情況下,根據(jù)表1可以確定Cl、C2、C3三個(gè)參數(shù)的取值,另有EI為雙參數(shù)法中的綜合計(jì)算剛度。
3.應(yīng)用及存在問題

由于雙參數(shù)法要求有不同荷載條件下的各個(gè)參數(shù)取值,因此必須進(jìn)行試樁,且對試樁資料的精度要求和全面性要求都比較高,所以雙參數(shù)法主要應(yīng)用于現(xiàn)場有條件開展試樁試驗(yàn)的工程中,但是存在試樁導(dǎo)致成本提供的問題。

本文中通過對中細(xì)砂地質(zhì)工況中的樁基進(jìn)行了試樁和計(jì)算,從結(jié)果中可以看出,在該地質(zhì)條件下,樁的土抗力指數(shù)n的取值介于0.5到0.9之間,這一結(jié)果能夠?yàn)楹罄m(xù)類似工程中的樁身設(shè)計(jì)和計(jì)算提供一定的參考依據(jù)。
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