庫區(qū)高水位差下斜坡碼頭岸坡穩(wěn)定性分析

（云南水運規(guī)劃設(shè)計研究院，昆明市，650051） 刁邊防

1 實例工程概況

實例工程位于重慶市巴南區(qū)魚洞經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，距離上游李家沱長江大橋6.5km，經(jīng)緯度為東經(jīng)111°15′11″，北緯31°55′19″。根據(jù)李家沱長江大橋的設(shè)計水位工況，本工程設(shè)計高水位取182.50m，設(shè)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(shè)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(yīng)力分布及岸坡穩(wěn)定，本文選擇ANSYS軟件進行三維模擬計算。

2.1 三維網(wǎng)格劃分

采用計算收斂性最好的三角網(wǎng)格，計算模塊采用FESWMS 模塊，網(wǎng)格節(jié)點間距設(shè)為3m，整個模型共有16 980 個網(wǎng)格節(jié)點以及12 660 個網(wǎng)格。實例工程網(wǎng)格劃分見圖1。

圖1 網(wǎng)格劃分示意圖

2.2 主要參數(shù)設(shè)置

根據(jù)本工程的實際地質(zhì)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(shù)模計算以及結(jié)果分析

根據(jù)實例工程可能出現(xiàn)的工況，選擇最不利工況，即最高通航水位（流量為8 528m3/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(yīng)力分布計算結(jié)果

研究工況下，實例工程應(yīng)力分布結(jié)果見圖2，分析可知：

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

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

圖2 實例碼頭工程應(yīng)力分布計算結(jié)果

3.2 模型應(yīng)變分布計算結(jié)果

研究工況下，實例工程應(yīng)變（沿水平和豎直方向位移）分布結(jié)果見圖3，分析可知：

（1）前兩跨實體墩臺結(jié)構(gòu)在水平、豎直方向上的變形都比較小，而架空樁柱式結(jié)構(gòu)的變形較大，其中樁柱結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生了比較大的位移。最大位移出現(xiàn)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。

圖3 實例碼頭工程位移分布計算結(jié)果

實例工程整體位移分布結(jié)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(nèi)，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(jù)規(guī)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(yīng)小于2.25cm。可見實例碼頭工程實際變形量小于要求值，滿足規(guī)范要求。碼頭工程整體結(jié)構(gòu)受力較為良好。

圖4 實例工程整體位移分布計算結(jié)果

4 結(jié)論

以重慶市巴南區(qū)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(yīng)力分布及岸坡穩(wěn)定。經(jīng)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(guī)范要求。工程方案設(shè)計合理。