遮簾式板樁碼頭土壓力離心模型試驗(yàn)研究

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1、52物理模墊莖查壟堂圭王堡±塑墮旦．—————-___—————__——-____——-_-———————————————————————————————一。一一一一——遮簾式板樁碼頭土壓力離心模型試驗(yàn)研究蔡正銀徐光明曾友金李景林焦志斌(南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所，南京210024)摘要：遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用前景良好的碼頭結(jié)構(gòu)型式，它采用陸地施工建設(shè)，施工質(zhì)量高、工期短和造價(jià)省，自從遮簾式板樁碼頭概念的提出至今僅僅幾年時(shí)間，就有多個(gè)大型深水泊位的建設(shè)采用了這一結(jié)構(gòu)型式。為了進(jìn)一步優(yōu)化

2、這種碼頭結(jié)構(gòu)，有必要對影響其工作性狀的各種因素的作用規(guī)律開展研究，結(jié)合曹妃甸實(shí)業(yè)責(zé)任有限公司興建的深水泊位遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要，開展多組土工離心模型試驗(yàn)，研究了均勻砂土地基中遮簾樁與前墻距離大小、遮簾樁間距大小對前墻土壓力分布的影響。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于遮簾樁的存在，前墻側(cè)向土壓力分布完全不同于無遮簾樁情形下的線性分布?？傮w平均側(cè)壓力系數(shù)髟小于無遮簾樁情形下的足值；在墻樁距離一定時(shí)，港池開挖前，僅在地基土層較淺部分，側(cè)壓力隨深度增加而增大，且大于廂土壓力，余下部分的土壓力均小于硒土壓力，

3、港池開挖后，墻體上部側(cè)壓力明顯減小，而墻體下部土壓力則有所增加。最后，根據(jù)K隨遮簾樁與前墻距離大小和遮簾樁間距大小變化趨勢，理論上探討了遮簾式板樁結(jié)構(gòu)布置中最佳墻樁距離和最優(yōu)樁同距兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。關(guān)鍵詞：離心模擬遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)前墻遮簾樁土壓力·-■■-o_■-一、刖吾板樁墻是一種固定式的典型港口碼頭結(jié)構(gòu)，一般由前板樁墻(簡稱前墻)、拉桿和后錨碇墻組成，適合于土質(zhì)地層較厚的地區(qū)建港需要【l】。通常在中小型碼頭泊位中采用這種結(jié)構(gòu)形式，這是因?yàn)槿粲糜谏钏鄢?，就要設(shè)計(jì)非常厚的板樁墻，才能承受巨大的側(cè)向

4、土壓力作用，以滿足碼頭結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定和變形的要求，其結(jié)果，一是可能增加施工難度，而是可能大大降低這種結(jié)構(gòu)型式碼頭的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過多年對板樁墻結(jié)構(gòu)碼頭設(shè)計(jì)實(shí)踐和探索，第一航務(wù)工程設(shè)計(jì)院2002年開發(fā)了一種遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的板樁墻碼頭結(jié)構(gòu)相比，這種新型板樁墻碼頭中增加了一排截面為長方形的鋼筋混凝土灌注樁，這排遮簾樁設(shè)置于前墻陸側(cè)，并與前墻保持一定的距離；遮簾樁與前墻和錨碇墻三者上端則由鋼拉桿相聯(lián)系。由于遮簾樁將能夠承受一部分陸側(cè)土壓力，分配給前墻的土壓力大為減小，同時(shí)拉桿在前墻上端提供拉力，因此，

5、前墻的側(cè)向受力情況有明顯改觀，即使對于港池開挖深度很大時(shí)，也不需要采用非常厚的墻體來保持前墻的穩(wěn)定和抑制其側(cè)向位移量?？傊?，遮簾樁的設(shè)置，調(diào)整改善了板樁墻的受力狀況，使其能夠應(yīng)用于大型深水?白位建設(shè)的需要。此外，由于遮簾式板樁墻結(jié)構(gòu)新型碼頭，采用陸地施工，因此，施工質(zhì)量高、工期短和造價(jià)省，因此，是一種應(yīng)用前景良好的碼頭結(jié)構(gòu)型式，自從遮簾式板樁碼頭概念的提出到目前僅僅幾年時(shí)間，就有多個(gè)大型深水泊位碼頭工程采用了這種結(jié)構(gòu)形式【2，3】。如上所述，遮簾式板樁墻的工作機(jī)制之一是通過設(shè)置遮簾樁來減小作用于前

6、墻上的土壓力，第二篇水利水運(yùn)工程離心模型試驗(yàn)研究53從而大大抑制了前墻的位移，保持碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。然而，影響遮簾樁的遮簾效果因素很多，而有關(guān)這方面的研究工作和技術(shù)資料積累才剮剛起步，結(jié)合曹妃甸實(shí)業(yè)責(zé)任有限公司擬建的深水泊位遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要，開展一系列土工離心模型試驗(yàn)，研究遮簾樁與前墻距離大小、遮簾樁間距大小對作用于前墻土壓力分布，探索遮簾作用效果的影響規(guī)律性【4】。本文先簡要介紹所開展的離心模型試驗(yàn)，然后就3種情形下板樁墻側(cè)向土壓力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析討論，最后就遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)布置

7、中的最佳墻樁距離和最優(yōu)樁間距兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了探討。2．1基本原理二、土工離心模型試驗(yàn)在巖土工程中，土體自重引起的應(yīng)力通常占支配地位，而土的力學(xué)特性又是隨應(yīng)力水平不同而表現(xiàn)不同。若在地面上19(g為重力加速度，等于9．8m／S2)條件下進(jìn)行1／N縮尺物理模型試驗(yàn)(Ⅳ為模型比尺)，土體和其中的結(jié)構(gòu)物的自重應(yīng)力等于原型應(yīng)力的1／Ⅳ，其應(yīng)力水平遠(yuǎn)低于在原型實(shí)際條件下的自重應(yīng)力水平，模型的性狀就不能正確地反映原型的性狀。所以，開展真正有價(jià)值的土工物理模型試驗(yàn)研究，首先必須使模型土體和其中的結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力水平

8、與原型相等。滿足這一前提條件的途徑之一就是將模型置于特制的離心機(jī)中，使1／N縮尺的模型承受Ⅳg離心加速度的作用(此受力環(huán)境稱Ⅳ倍重力加速度的超重力場)，這樣，模型土體和其中的結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)力水平就等同于原型中的應(yīng)力水平。換言之，土工離心模型試驗(yàn)原理的核心就是借助離心機(jī)為模型創(chuàng)造一個(gè)與原型應(yīng)力水平相同的應(yīng)力場。2_2相似準(zhǔn)側(cè)以質(zhì)量M、長度L、時(shí)間T作為基本物理量，模型與原型主要物理量之間的關(guān)系見下表l。表l模型與原型主要物理量關(guān)系表分項(xiàng)內(nèi)容物理量量綱模型與原型之比幾何尺寸長度，ILl：