卸荷平台对分离卸荷式板桩码头中板桩力学性能的影响

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摘 要：针对板桩码头的不足而提出的新型码头结构型式――分离卸荷式板桩码头是我国首次提出的深水板桩码头。利用ABAQUS有限元软件分析分离卸荷式板桩码头结构的卸荷平台对分离卸荷式板桩码头中板桩力学性能的影响规律。结果表明：卸荷平台的存在能有效减小前墙上部受力，而对前墙下部受力较小。前墙所受土压力随平台宽度增加并无明显的变化规律，但随卸荷平台宽度增加而有所减小。前墙研究成果可供分离卸荷式板桩码头的结构设计参考。

关键词：分离卸荷式板桩码头 卸荷平台 板桩 力学性能 ABAQUS

中图分类号：U65 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0087-02

随着国民经济的快速发展以及船舶吨级的不断增加，码头建设逐渐向大型化、深水化方向发展。为了改善板桩码头的受力性能，中交第一航务工程勘察设计院在半遮帘式板桩码头[2]和全遮帘式板桩码头[3]成功应用的基础上提出了分离卸荷式板桩码头，并成功用于京唐港18#、19#深水泊位。该文以京唐港区某泊位为例，利用ABAQUS有限元软件分析卸荷平台对分离式卸式板桩码头结构力学性能的影响规律，为分离卸荷式板桩码头的结构设计提供参考。

1 工程概况

京唐港区18#、19#大型深水泊位的承台基础横向由两根灌注桩组成，中心距为5.25m，灌注桩的纵向中心距为4.4m；海侧桩为截面尺寸为1200mm（宽）×1600mm（高）的矩形灌注桩，离码头前墙净距1.75m，桩底标高-40.0m；陆侧桩为截面尺寸为1200mm×1200mm的矩形灌注桩，桩底标为-40.0m。混凝土卸荷平台厚1.0m，承台顶标高为-3.7m，底标高为-2.7m；锚碇墙厚为1.1m，墙底标高为-19.0m，墙顶标高为-4.7m，其上浇筑导梁，导梁顶标高为-1m。胸墙和锚碇墙之间采用的钢拉杆连接[8]。图1为分离卸荷式板桩码头断面图。

2 计算模型和计算工况的确定

2.1 计算模型的确定

采ABAQUS有限元软件[4]对分离卸荷式板桩码头进行数值分析。该模型中土体、桩、前墙、锚碇墙、拉杆、卸荷平台均采用二维四节点线性减缩积分平面应变单元（CPE4R）。单元类型采用适于长度方向比截面尺寸大很多的问题的平面应变单元。数值模拟中桩和前墙以及锚碇墙采用理想弹性模型，土坡采用Mohr―Coulomnb模型[5]。

2.2 计算工况的确定

工况一：灌注桩间距变化，具体取值见表2，卸荷平台宽度为10m，卸荷平台高程为-4m，其他参数不变。

工况二：卸荷平台宽度变化，具体取值见表3，灌注桩间距为5.25m，卸荷平台高程为-4m，其他参数不变。

3 计算结果分析

3.1 灌注桩间距对板桩和锚碇墙的水平位移的影响

通过过数值分析，获得不同灌注桩情况下分离卸荷式板桩码头结构的各类位移图。

由图3-2 a）可以看出码头前墙上端水平位移随前墙高程增高而减小，且基本随着桩间距的增大而增大，前墙下部水平位移随着高程增大而逐渐增大，底端高程最小。随桩间距增大而无明显变化。由图b）可以看出锚碇墙水平位移随桩间距变化与前墙水平位移变化图相似，锚碇墙上部应受到拉杆作用而产生向左的水平位移，随着桩间距的增大，灌注桩对于前墙后侧所受土压力的卸荷作用也越来越明显。

由以上两图可以看出，桩间距为5.25m时前墙和锚碇墙大小最小，也最为合理。根据工程建设的经济性原则，桩间距应选择在5.25m。

3.2 卸荷式平台宽度对板桩位移和应力的影响

通过过数值分析，获得不同卸荷平台宽度情况下分离卸荷式板桩码头结构的各类位移图。

由a）图可以看出：前墙水平位移基本随平台宽度增大而减小。这是因为桩平台宽度增加后，前墙土压力减小的范围增大，从一定程度上抑制了前墙的侧向位移。图b）看出锚碇墙拉杆与墙身连接处及以上部位水平位移随平台宽度增加而逐渐减小，锚碇墙的水平位移也随之减小。

由以上两图可以看出，平台宽度为10m时前墙和锚碇墙的水平位移较小且也较为合理。根据工程建设的经济性和合理性原则原则，平台宽度应选择10m。

4 结语

分离卸荷式板桩码头结构是板桩码头中的新型结构，本文结合京唐港18#、19#泊位的地质条件，将分离卸荷式板桩码头做适当的简化和假设，利用ABAQUS软件进行了二维建模分析，并从灌注桩桩间距和卸荷平台宽度两个角度分别采用多种工况对该结构进行优化设计。通过对比分析前墙和锚碇墙位移随桩间距、平台宽度的变化规律，并给出码头结构的最优尺寸，为工程建设提供借鉴。

参考文献

[1] 邹京成.填方重力式挡土墙的受力及变形特点分析[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[2] 刘永绣，吴荔丹，李元音.一种新型码头结构形式――半遮帘式深水板桩码头结构的推出[J].港工技术，2005，12.

[3] 黄伟.全遮帘式板桩码头结构受力变形分析[D].广州：华南理工大学，2011.

[4] 费康，张建伟.ABAQUS在岩土工程中的应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

[5] 吴强，吴章利.摩尔库伦本构模型参数敏感性分析及修正[J].陕西水利，2012.