深水高桩码头斜顶桩驳岸结构桩土相互作用研究.pdf

探索，针对深水泊位建设的需要，提出了一些新型的码头结构型式，如插入式大 直径圆筒结构【3J、双排桩结构、遮帘式板桩结构14J、斜项板桩结构等，除了这些， 港口工程中还出现了一种将后承台与挡土结构结合起来的新型结构，即斜顶桩板 桩承台驳岸结构15l，在本文中简称斜顶桩驳岸结构。 斜顶桩驳岸结构是一种新型的驳岸结构，主要适用于后方需要进行高填土的 深水港码头，其主要特点是利用驳岸结构中的板桩阻隔后方填土，利用斜顶桩抵 抗后方高填土产生的侧向土压力，以减少后方填土对前方码头结构的不利影响。 斜顶桩驳岸结构与填土的相互作用是一个典型的被动桩一土相互作用【6J问 题，其相互作用过程非常复杂，斜顶桩驳岸结构的变形和受力特征与填土密切相 关，同时由于结构中桩基均为软土地基上的超长桩，填土过程及使用期的地面堆 载都将会产生负摩擦的影响。然而，这种新型结构的在工程实际中的应用还不多， 国内外的相关技术规范也无法找到相应的设计计算方法。因此，对高填土作用下 的斜顶桩驳岸结构进行施工仿真分析，重点研究高填土作用下结构的变形和受力 特征，对结构选型及其设计计算分析提供参考是具有重要意义的。 1．2 国内外研究现状 1．2．1 新型深水港码头及驳岸结构型式 船舶的大型化使得港口对泊位水深的要求越来越高，但是在水深提高的情况 下，传统的码头结构型式已经很难满足结构稳定的要求，从而寻找新型的深水港 码头结构型式也成为了一项重要的课题，同时改善码头结构受力特征，节约港口 工程的建设成本也是新型结构探索中值得考虑的问题。本文通过调查分析，简单 归纳了几种近年来出现的新型深水港码头及驳岸结构型式。 1．2．1．1沉入式大直径圆筒结构 沉入式大直径圆筒【7】【81(下称大圆简结构)为无底简仓结构，是应用于港口 工程的一种新型结构型式，可适用于软基上建造深水码头，这是因为大圆筒无底， 可以直接沉人地基，不需设抛石基床，省去了基槽挖泥、基床抛石、夯实和整平 等许多工序。其主体结构为大圆筒，挡土结构和码头结构合二为一，整个结构即 挡土又承受船舶荷载，具有拱形曲面，受力条件好，能够充分发挥材料性能。 大圆筒结构，主要靠自身重力及筒体与其内、外土体的共同作用来抵抗外力。 其结构型式具有以下特点【9l： (1)结构型式简单、施工工序少，一般抛石基床的造价约占建筑物总造价 的1／3左右，且时间在总工期中占有很大的比重，所以采用大圆筒结构建造深水 码头不但可以降低造价，而且可以缩短工期。 (2)圆筒曲面的几何形状，可以减少波浪力和主动土压力。 2 (3)筒壁与筒内外土体存在复杂的相互作用，其作用力的大小不仅与简体、 土体的相对位移有关，而目与填料及地基土的性质有关，连拱的圆筒墙改变了筒 前、筒后土压力的大小和分布规律。 (4)筒底的地基反力大小和分布规律与其它有底结构型式不同，筒内外侧 壁与简体差异变形产生的摩阻力对结构整体稳定性起很大作用，这种摩阻力是由 土体对筒壁的侧向压力及相对位移产生的，其大小也随之变化。 1．2．1．2遮帘式板桩码头 遮帘式板桩码头结构【4】是采用遮帘桩的遮帘作用来减少前墙的土压力和内 力，从而使得板桩码头能够建设大型深水码头，其结构型式可分为全遮帘式和半 遮帘式。我国在2002年由中交第一航务工程勘察设计院在京唐港区2万吨级板 桩码头改造为5万吨级泊位工程中【10】，利用半遮帘桩减小作用于原前板桩下半 部分的土压力，且不设锚锭拉杆，使得板桩码头应用于深水港口的建设成为可能， 该工程对板桩码头的深水化、大型化发展具有重要的意义。2003年在京唐港区 盐驳码头改造工程中设计了全遮帘式码头结构使码头水深由改造前的．4．5m加深 为改造后的．8．Om，并采用该新型结构成功建设了lO万吨级的京唐港33群、34箨 泊位，填补了国内板桩码头建设大型深水泊位的空白。 全遮帘式板桩码头如图1．1，与一般的板桩墙码头结构相比，全遮帘式板桩 结构码头在板桩地连墙(以下称前墙)和锚锭墙之间，增设了一排靠近前墙但仍 与前墙保持3-5m间距的钢筋混凝土灌注桩(即遮帘桩)，遮帘桩、前墙和锚锭 Xlm的断 墙二者的上端则由钢拉杆相联系。遮帘桩的截面呈长方形(常采用2m 面)。设置遮帘桩的作用是承担一部分挡土荷载，以减小前墙承受的土压力，从 而得以减小前墙墙体厚度¨II。