PDF《软土地基中壁桩框架码头结构受力分析及 稳定性计算方法》

frame structure;

quay;

stability analysis;

limit equilibrium method 随着人类对海岸资源的开发, 对港口工程建设及 港工建筑物的多功能性不断提出新的要求, 需要基于 现有结构特点综合创新, 开发新结构. 壁桩框架结构 是一种应用于海岸工程的新型双排桩结构, 主要由桩 基结构、 框架结构及回填料组成;

该结构采用整体预 制的钢筋混凝土框架结构取代传统双排桩结构中的

2018 年2月薛润泽等:软土地基中壁桩框架码头结构受力分析及稳定性计算方法 ・197・ 拉杆和导梁结构, 具有安全耐久、 经济良好、 施工便 捷、 适用性强等特点. 研究开发针对壁桩框架结构稳 定性的设计计算方法对该结构的推广应用具有一定 的参考价值. 目前, 双排桩结构多应用于基坑工程开挖支护结 构[1-3] , 排距约 2d~5d(d 为桩的直径), 也应用于港口 工程的对拉板桩结构[4] , 通过桩顶拉杆连接双排桩, 并维持回填料作用下的结构稳定性. 对于双排桩结 构的水平承载特点, 国内外学者进行了大量研究. 基 于桩身平衡微分方程, 结合后桩水平荷载类型及桩顶 约束条件, Sawaguchi[5] 首先推导了双排桩结构的桩 顶水平位移和弯矩计算公式.在此基础上, Ohori 等[6] 建立了考虑回填料及地基土的弹塑性特性的双 排桩受力计算模型. 该模型直接假定泥面以上为双 排桩及内部回填料的复合结构、 泥面以下为受到水平 土抗力的板桩结构, 没有考虑排距及桩土相互作用的 影响, 且未考虑后方回填及回填土上部堆载作用. Lee 等[7] 针对排距为 0.5~2.0 倍桩距的双排桩支护结构 建立了等效单桩计算模型, 通过施加桩顶弯矩代替双 排桩结构自身的抗倾及桩顶约束作用. Ye 等[8] 基于 线弹性刚桩且桩间土体稳定的假定, 对双排阻滑桩系 统提出简化设计方法. Yu 等[9] 从施工角度出发, 考虑 了双排阻滑桩不同施工阶段受力特点, 分别建立了前 桩单独受力和双排桩共同受力两种桩身内力计算模 型. Mizutani 等[10] 、 Zhu 等[11] 、 Wang 等[12] 、 王星华 等[13] 、 丁洪元等[14] 对双排桩支护结构桩身位移和弯 矩分布的影响因素进行了研究, 包括回填料及上部隔 墙刚度、 地基土抗剪强度、 空间效应、 排距、 桩径和桩 长等因素. 上述成果主要集中在双排桩结构的位移 和内力计算方法研究, 欠缺对结构稳定性机理及相应 计算方法的研究分析. 此外, 壁桩框架结构作为码头 结构时, 前、 后排桩共同承受后方回填荷载, 其受力 模式不同于现有的对拉板桩结构. 相比于双排桩支 护结构, 壁桩框架码头结构的排距较大, 对其进行稳 定性分析时需要考虑内部回填对前、 后排桩的作用以 及排距对其影响. 本文采用极限平衡法[15] 对壁桩框架码头结构的 稳定机理进行分析. 基于 Mohr-Columb 强度理论, 描 述土体在破坏瞬间的静力平衡状态, 定义相应的稳定 性系数. 结合壁桩框架结构特点, 假定滑动破坏面经 过桩身, 提出相应的非均质土中截桩力计算方法, 并 考虑排距影响. 通过建立壁桩框架码头结构的水平 抗滑、 抗倾、 整体圆弧滑动稳定性以及桩基竖向承载 力分析模型, 提出适用于实际工程的稳定性计算方 法. 为验证壁桩框架结构的工程应用可行性, 在天津 港进行了壁桩框架码头结构的工程试验, 观测结构的 稳定性和桩基变形, 并将理论计算结果与之对比. 此外, 基于工程试验的设计参数, 研究结构尺度对稳定 性系数的影响.