全直灌注樁護岸結構安全分析

全直灌注樁護岸結構安全分析

子牙新河碼頭位于子牙新河大海尾槽內(nèi)，距渤海河口約1.5公里。為適應天津化工集團運送分解反應器而對該碼頭實施擴建。由于反應器重量大(約810t),因此對碼頭的結構設計提出了較高要求。通過對碼頭結構型式、施工方法以及與原碼頭聯(lián)合運用等幾個方面進行綜合比較,選定了前設無梁板式高樁承臺碼頭,后接全直灌注樁基承臺護岸的結構方案(見圖1)。全直灌注樁基承臺結構型式由于具有剛度大、占地少、構造簡單、施工方便等優(yōu)點,適用于墻前設計泥面高程較高的護岸結構。1樁基、護岸穩(wěn)定性計算內(nèi)河碼頭樁基承臺護岸結構型式有直樁式、前直后斜式、全斜式等布置。全直樁施工方法較簡單,在內(nèi)河碼頭的設計中應用較廣,計算時可按平面問題考慮,主要計算內(nèi)容包括:(1)根據(jù)墻體布置計算作用在整個樁臺上的外力;(2)根據(jù)承臺基樁布置確定各基樁樁頂作用效應;(3)根據(jù)地質(zhì)勘察資料初步擬定樁深;(4)根據(jù)地質(zhì)勘察資料計算樁深是否滿足整體穩(wěn)定的要求;(5)采用m法計算承臺變位是否滿足要求;(6)根據(jù)內(nèi)力計算成果對承臺及基樁進行配筋。其中護岸整體穩(wěn)定及變位計算的方法及過程是本設計的重點內(nèi)容。護岸整體穩(wěn)定是護岸結構控制基樁深度的重要計算內(nèi)容,計算方法可采用圓弧滑動法,其主要計算步驟如下:①根據(jù)地質(zhì)勘察資料確定各層土的力學指標;②利用程序搜索各層土的最小安全系數(shù);③根據(jù)受力要求所布置的樁長復核是否滿足整體穩(wěn)定的要求。其基本計算公式為:K=∑{[W±V)cosα?ubsecα?Qsinα]tanφ′+c′bsecα}∑[(W±V)sinα+Mc/R]Κ=∑{[W±V)cosα-ubsecα-Qsinα]tanφ′+c′bsecα}∑[(W±V)sinα+Μc/R]通過設置邊坡,滑動起點高程,對設樁基前后及樁基不同處理深度分別進行護岸穩(wěn)定計算,成果見表1。由表1可以看出,結果滿足整體穩(wěn)定的必要條件,樁基處理深度達到高程-19.0m時,抗滑安全系數(shù)能滿足設計安全要求。3基樁剛度設計優(yōu)化對于全直樁結構,由于其抵抗水平力的能力較低,現(xiàn)行規(guī)范對其樁身泥面處的水平變位有比較嚴格的規(guī)定,因此進行承臺變位驗算,合理調(diào)整結構布置,進行斷面優(yōu)化,對降低工程造價有著非常重要的意義。承臺的變位計算可根據(jù)群樁理論,采用m法計算。取一跨(跨度為后排樁的間距)作為計算單元,其基本假定是:承臺為剛性;地基土是彈性介質(zhì),地基系數(shù)隨深度而變化;承臺底面與地基土之間的粘著力和摩阻力均不考慮。主要計算步驟:①計算出作用在整個樁臺上的外力;②對基樁進行長、短樁的判別,短樁考慮樁底條件,長樁不考慮;③計算承臺變位(即樁頂變位);④計算樁頂內(nèi)力。計算方法見文,對全直灌注樁承臺首先計算土中基礎變形系數(shù):α=mb1EI???√5α=mb1EΙ5根據(jù)α進行長短樁判別,當αh≤2.5時,按剛性基礎驗算,當αh>2.5時,按彈性基礎驗算。然后,進行參數(shù)計算:豎向剛度ρpb=1l0+ξhEA+1c0A0ρpb=1l0+ξhEA+1c0A0水平抗彎剛度ρHφ=ρma=α2EIyˉAmyˉAHφAm?yˉ2AmρΗφ=ρma=α2EΙyˉAmyˉAΗφAm-yˉAm2彎曲剛度ρmφ=αEIyˉAHyˉAH?φˉˉˉAm?yˉ2Amρmφ=αEΙyˉAΗyˉAΗ?φˉAm-yˉAm2水平抗側剛度ρHa=α3EIφˉˉˉAmyˉAH?φˉˉˉAm?yˉ2AmρΗa=α3EΙφˉAmyˉAΗ?φˉAm-yˉAm2將以上參數(shù)代入變位、內(nèi)力計算公式,驗算結果是否滿足要求。圖1所示結構的內(nèi)力及變位計算結果見表2。由表2可以看出,樁底深度達到-19.0m以下時,護岸的水平變位為4.96+3610×0.7×10-3=7.02mm,能夠滿足規(guī)范的要求[10mm]。根據(jù)以上計算分析可知,當樁基處理深度達到-19.0m時,護岸整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.2,護岸水平變位為7.04mm,均能滿足規(guī)范要求。由此可以看出,對于大直徑全直灌注樁而言,由于基樁側向剛度大,護岸的樁深受整體穩(wěn)定性控制。應當指出,對于小直徑灌注樁及前板樁后方樁的高樁承臺,其側向剛度較小,水平變位計算結果往往較大,護岸結構的樁深可能由變位控制,因此,必須進行詳細計算才能得出結論。4承臺變位設計影響因素護岸結構的整體穩(wěn)定分析是護岸結構計算的一項重要且容易忽視的內(nèi)容,而護岸結構上部荷載值、土體抗剪強度指標的選取,對計算結果影響很大,特別對沿線很長的護岸結構的投資影響較大,設計者可根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗合理選取相應設計指標。影響承臺變位的因素主要有承臺的底板高程、承臺底板寬度、基樁斷面尺寸等。根據(jù)大量的計算及分析有如下結論:(1)將承臺底板放在地下水位處或盡可能靠近地下水位處時,基樁的水平變位及受力比較合理,一味降低承臺底板高程,不但達不到降低水平變位的目的,反而由于樁力增加會使樁長加大,另外受潮水漲落的影響,也給承臺底板的施工帶來不便;(2)加大承臺底板的寬度可以減小基樁的水平變位,并使得前后排樁的樁力分布更趨均勻,但過分加寬時其