浅谈T型桩基地连墙组合式码头结构的受力特性

摘 要：T型桩基地连墙组合式码头结构的受力特性较复杂，在考虑锚锭位移等因素后，采用有限元法分析，前墙入土深度、锚锭墙长度、拉杆长度对锚锭点位移、结构内力以及拉杆内力影响较大，需要进行控制，直接影响结构的优化设计。结合工程量等因素，T型桩基地连墙组合式码头结构更适合考虑锚点位移、大吨位码头。

关键词：T型桩 组合式码头结构 受力特性

板桩码头结构是三大码头结构型式之一，具有结构简单、施工速度快、对复杂地形条件适应性强等优点，应用十分广泛。板桩码头的设计理论、方法尚不成熟。随着港口建设规模的扩大，大型深水码头需求的增加，码头结构设计的要求越来越高。国内学者进行了竖向弹性地基梁法不同结构、不同土质等情况下模型分析，绝大多数学者认为T型截面适合作为大刚度板桩码头最适合的截面形式。国内已提出了T型截面连墙施工工艺，即在水泥搅拌土植入钢砼T型桩，还可进行连续地下施工，一定程度上克服了施工过程中，取土对结构载荷的影响。对于中小型的板桩码头结构，实践证实内力折减法还是非常有用的，但T型截面连墙往往为大型码头铸造结构，传统方法并不适用。本次研究采用有限元分析法简要分析T型桩基地连墙组合式码头结构的受力特性，为完善该设计提供依据。

1.T型桩基地连墙组合式码头结构影响因素

为利用有限元优选连墙码头结构，需要进行有限元分析，分析明确敏感因素、影响规律，从而分析影响码头结构内力、拉杆拉力、锚锭点唯一的因素。采用PLAXIS软件，尝试分析前墙入土深度、前墙刚度、锚锭墙长度与刚度、拉杆长度等因素影响。

以10万吨级T型桩基地连墙组合式码头结构为例。前沿泥面标高-16.0m，顶标高6.0m，锚锭墙顶标高3.5m，锚锭点标高3.0m，水位0.5m。前墙与锚锭墙为C30钢筋混泥土结构，E=3.0×104MPa；拉杆Q235材质，E=2.0×105MPa。距码头前沿40m内面载30kPa，40m外面载50kPa。地基宽度360m，深度120m，结构距各边界最小距离>3倍结构尺寸。按照常规土体物理学指标，板桩墙前土体采用快剪指标，墙厚采用固结快剪。初步计算，最小前墙入土深度再7m以上，故选择8～12m五种情况。计算结果如表1。

随着时间的推移，入土深度的增加，锚锭点位移不断缩小增加，但随着入土深度的增加，前板桩墙正弯矩也会逐渐下降，负弯矩逐渐上升，锚锭墙的负弯矩逐渐下降。同法计算，计算弯矩情况，满足配筋、裂缝宽度要求T型前墙肋高需要≥4200mm，故以500mm为一个跨度，进行分析计算各截面的抗拉刚度EA、抗弯抗毒EI。结果显示各个阶段随着前墙抗弯刚度的增加，前板桩墙正负弯度、锚锭点位移、拉杆里不会发生显著变化。从这一角度来看，设计的前墙截面仅需要满足强度、裂缝要求即可，确定所需的最小锚锭墙长度为11.5m。以0.5m为跨度进行分析，结果显示随着墙体长度的增加，锚锭点各个时间段的唯一逐渐下降，前板桩墙正弯矩逐渐上升、负弯矩逐渐下降，锚锭墙负弯矩逐渐上升，拉杆力也逐渐上升。计算满足强度配筋、裂缝宽度要求的墙体最小宽度800mm，以200为一个跨度，向上进行分析，计算EA、EI，结果显示其对锚锭点位移、前板桩墙等影响并不大。故，从工程难以角度来看，选择最小截面尺度最为合理。同理计算得到最佳的拉杆长度为50m、拉杆单宽抗拉刚度1.33mm。通过对以上因素进行分析，结果确定了部分指标的最佳设计参数，另得出前墙入土深度、锚锭墙长度、拉杆长度对锚锭点位移、结构内力以及拉U内力影响较大，需要进行控制。

2.工程模拟分析

以单锚板桩码头为例，主要由前方板桩墙、后方锚锭墙组成，间距35m，拉杆相连接。前墙厚度 1000mm，C30钢筋混凝土地连墙结构，E=3.0×104MPa；锚锭墙厚8 0 0m m，C25钢筋混凝土结构，E=2.8×104MPa；拉杆85钢拉杆，材料E=2.0×105MPa，间距1.5m。锚锭点标高1.5m，码头前沿泥标高-14.0m，顶标高4.0m。

采用大型平面应变模型进行实验，尺寸1000mm×400mm×1000mm，比例尺N=52.6。地基土为自然风干粉细砂，模型基土厚度790mm，构建有限元，采用PLAXIS程序建立应变模型，进行数值模拟计算；采用15点节点三角形单元，HS模型模拟本构关系，拉杆采用对点锚杆模拟。结果显示如表2。

实测以及有限元分析结果相近，相对误差在1%以内。国内尚缺乏T型桩基地连墙组合式码头结构实例，考虑到BZ软件无法将拉杆长度作为可变因素，故仅针对前墙入土深度、锚锭墙长度两个因素进行分析，计算得出随着锚锭墙长度增加，前墙正弯矩增大，则负弯矩减少，锚锭负弯矩真极大，拉力增大。而采用规范方法则认为，随着锚锭点位移增加、结构尺度增加，负弯矩逐渐成为控制弯矩，考虑可能因为规范方法未能考虑土压力的影响。

3.小结

从有限元分析结果来看，对于T型截面，直接影响优化设计结果，前墙入土深度、锚碇墙长度及拉杆长度为力学结构的敏感因素。随着锚锭位移增加，T型截面前墙所需载面高度下降，考虑锚锭位移对桩基地连墙组合式码头结构优选影响较大，T型桩基地连墙组合式码头结构更适合考虑锚点位移、大吨位码头。当然，本次研究中，仅进行了结构的有限元分析，未能探讨桩间土等因素对结构力学特性的影响；除锚点位移外，码头前沿土及横梁底部的竖向位移等参数也会影响其力学特性，不同时期环境对两侧板桩墙也会产生影响，造成沉降等负面后果。需综合其他因素，分析该结构在各种荷载下不同完建时期的位移情况，进一步进行结构设计优化。开挖的方案对结构的影响也较大，直接影响后续荷载，有必要考虑海侧桩的倾斜度变化，分析施工过程中两侧桩以及连墙的土压力分布。

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