庫區高水位差下斜坡碼頭岸坡穩定性分析

刁邊防

摘 要：我國西南地區庫區河段水位落差大，經常采用斜坡式碼頭來維持碼頭正常運營。為分析在高水位落差下斜坡碼頭岸坡的穩定性，本文以重慶市巴南區某碼頭實例為研究對象，借助ANSYS有限元計算軟件進行三維模擬計算，研究最不利工況下碼頭應力分布及岸坡穩定。經計算，在最不利工況下，本工程岸坡變形均小于0.1cm，樁基變形均小于1.75cm，跨中橫梁最大撓度與計算跨度比值小于1/600，滿足規范要求。工程方案設計合理。

關鍵詞：斜坡碼頭 三維數值模擬 樁基應力 水平位移

1.實例工程概況

實例工程位于重慶市巴南區魚洞經濟開發區，距離上游李家沱長江大橋6.5km，經緯度為東經111°15′11″，北緯31°55′19″。根據李家沱長江大橋的設計水位工況，本工程設計高水位取182.50m，設計低水位取152.30m。本工程斜坡段共用11個碼頭樁基進行承重。斜坡坡比設計為1：0.35。

2.實例工程三維模型建立

為了研究最不利工況下實例工程碼頭應力分布及岸坡穩定，本文選擇ANSYS軟件進行三維模擬計算。

2.1三維網格劃分

采用計算收斂性最好的三角網格，計算模塊采用FESWMS模塊，網格節點間距設為3m，整個模型共有16980個網格節點以及12660個網格。實例工程網格劃分見圖1。

2.2主要參數設置

根據本工程的實際地質情況，碼頭工程的彈性模量取30.5GPa，泊松比取0.25，粘聚力取21.0kPa。

3.數模計算以及結果分析

根據實例工程可能出現的工況，選擇最不利工況，即最高通航水位（流量為8528m3/s，水位為182.50m）下進行計算。其中，對碼頭樁基進行編號，其中斜坡坡底的第一根樁的編號為1#樁基。

3.1模型應力分布計算結果

研究工況下，實例工程應力分布結果見圖2，分析可知：

（1）碼頭工程壓應力及拉應力整體分布較為平均，基本在0.56 ～1.6MPa之間，受壓應力分布在4.2～9.9 MPa之間，滿足C30混凝土受拉應力不大于2.0MPa、受壓應力不大于20 MPa的要求。

（2）最大拉、壓應力出現在7～9#樁位處，，該區域的最大拉應力為1.6MPa，最大壓應力約為9.9MPa。

3.2模型應變分布計算結果

研究工況下，實例工程應變（沿水平和豎直方向位移）分布結果見圖3，分析可知：

（1）前兩跨實體墩臺結構在水平、豎直方向上的變形都比較小，而架空樁柱式結構的變形較大，其中樁柱結構在沿水平負方向上的位移最大，達到0.16cm，但仍小于0.25cm的要求值。

（2）樁柱結構在水平、豎直方向上的變形都受水流力影響，其中在沿豎直負方向上產生了比較大的位移。最大位移出現在8#～9#樁基之間的跨梁上，最大變形值達到0.1cm。主要是由水流掏刷引起。

實例工程整體位移分布結果見圖4，分析可知：

（1）在本文對模型各外部因子（包括堆載、水流沖擊等）多重因素疊加影響下，實例工程有一定變形。其中，岸坡變形分布在0～0.1cm，變形量較小。樁基變形分布在0.11～1.75cm范圍內，且1～3#樁基變形量較小，4～11#樁基變形量相對前3個樁基要大一些。

（2）變形量最大的樁基為8#樁基，最大變形量為1.75cm。根據規范跨中橫梁最大撓度與計算跨度比值不超過1/600可計算得出，實例碼頭工程最大變形量應小于2.25cm?？梢妼嵗a頭工程實際變形量小于要求值，滿足規范要求。碼頭工程整體結構受力較為良好。

4.結論

本文本文以重慶市巴南區某碼頭實例為研究對象，借助ANSYS有限元計算軟件進行三維模擬計算，研究最不利工況下碼頭應力分布及岸坡穩定。經計算，在最不利工況下，本工程岸坡變形均小于0.1cm，樁基變形均小于1.75cm，跨中橫梁最大撓度與計算跨度比值小于1/600，滿足規范要求。工程方案設計合理。

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