加筋土工程在油田浅海筑路中的应用研究w.doc

加筋土工程在油田浅海筑路中的应用研究艾光富 张传忠 盖 涛（胜利石油管理局黄河钻井总公司钻前公司） 摘要：本文首次将加筋土工程应用于浅海筑路中，对浅海加筋土工程中加筋板受力进行全面分析，给出了土压力、风力、冰压力、水流力、波浪力以及地震力的计算方法，对某海域浅海筑路的加筋土工程板桩进行了计算。关键词：浅海筑路，加筋土工程，板桩1.引言近些年，随着胜利油田石油的大量开采，陆上容易开采的石油储量越来越少，而石油储量更为丰富的渤海浅海地区却由于地处浅海，施工困难，得不到有效的开采。为了油田的持续发展，对浅海的石油开采势在必行。渤海的浅海区域，水深一般在13米，船舶无法行驶，修建“人工岛”是最有效的途径，为了运送材料修建人工岛，并实现人工岛和陆上的交通联系，就要求修建一条道路来实现，以前也曾用编织袋填充沙石临时铺设道路，但由于海浪等因素，很快遭到破坏。加筋土工程（介绍该方法，从加筋土工程书序言中摘抄），该方法已在市政、高速公路上得到广泛应用,但在浅海中尝试应用还是首次。与在陆地不同,浅海中的受力状况要复杂的多,除了承受土体测压力、车辆载荷等常规载荷外,还有海浪、水流、海风等诸多因素的影响。本文首次将加筋土工程应用于浅海筑路中,对浅海加筋土工程中加筋板受力进行全面分析,给出了土压力、风力、冰压力、水流力、波浪力以及地震力的计算方法,对某海域浅海筑路的加筋土工程板桩进行了计算。2.加筋板结构的土压力计算加筋板结构主要是指支撑土体、承受土体侧压力的结构物。填料作用于加筋板结构上的侧压力简称为土压力。它是填料与加筋板结构之间的相互作用力，其大小取决于填料的种类及其力学性质，且与加筋板结构的位移、变形情况及施工方法等有密切的关系。确定填料压力是加筋板结构设计的主要内容。本文的加筋板结构采用连续沉入的水泥板桩结构。本工程中属于无粘性土,因此可以用无粘性土公式来计算石料对桩的侧压力。Pa=1/2KaH2式中 Ka为主动土压力系数Ka=tg2(45-/2)为填料的重度， =25.48KN/m3H为挡土墙的高,H=2米为石块的内摩擦角,=60则Pa=1/2KaH2=1/2tg2(45-60/2)25.48X22=1/20.27225.484=3.715KN/m23.常见载荷分析3.1结构自重结构自重包括各种填料和固定在结构上的各种设备的重力,其自重力有地基来承担。自重力对路基产生的平均压强为：G=mg=vg=石v石g+钢混v钢混g其中石=2600kg/m3v石=226=24m3钢混V钢混g=49.432则G=mg=vg=611KN则平均压强为:P=G/S=611/12=55KN/m2路面对地基的平均载荷为55KN/m2,而地基的允许承载力为1012T/m2，即为98120KN/m2，所以地基的承载力完全可以承载道路的压力。3.2汽车载荷作用在道路上的汽车载荷，一般可包括汽车、平板挂车和履带车载荷。车辆在道路上行驶，各级汽车的载荷的纵向间距按照前后两车的轴距不小于4米，横向间距按相邻两车车厢净距不小于0.1米考虑。对于平板挂车和履带车一般按单辆车考虑。汽车载荷的动力冲击系数，可如下考虑：对于透空式结构为1.11.3,对于实体结构，不考虑冲击系数。假设有两辆同为10T的车在道路上某一处错车,车的轴距为4米，道路宽为6米,则产生的载荷为：q=F/S=200.8/64=8.167KN/m23.3风载荷垂直作用在加筋板外侧上的风载荷的标准值可以按照下式计算：W=szWo其中为Wo基本风压s为风载体型系数z为风压高度变化系数基本风压Wo可按下式计算Wo=1/1600V2式中,V2为工程附近空旷平坦地面，高为10米的地方，30年一遇10分钟平均最大风速.V=29m/s则最大风载荷为Wo =0.525KN/m2则F=1.05KN3.4地震力该海域虽然位于郯庐、燕渤大断裂带的交汇区，但对其强烈的构造运动反应不敏感。该海域附近的北西、北东两组断裂切割深度较浅，多属于铲形断裂，特别是新构造活动时期以来，活动强度较弱，不具备发生6级以上地震的地质构造条件。小震活动较弱,是一个构造相对稳定的地区。因为不具备发生6级以上地震的条件,而6级以下的地震能量相当小,因此地震力可以不考虑。4.非陆地载荷4.1冰载荷受冰凌作用的海上建筑物,根据冰凌的具体情况和建筑物的结构形式,可能承受以下几种冰载荷：大面积冰场产生的静冰压力：流冰产生的撞击力：冻结在结构上的冰因水位升降产生的竖向力：结构内外的冰因温度变化产生的膨胀力。大面积冰场对桩产生的极限冰压力标准值(KN)可按下式计算：F=mAbhRy其中m为板桩迎冰面的形状系数,平面系数为1。A为冰温系数,实测冰温为-2.5摄氏度。则A=1.25B为桩的迎冰面投影宽度b=0.18mH为计算冰厚h=30cm。Ry为抗压强度标准值。对于海冰=750KN/m2。F=11.250.180.3750=40.5KN。对于冰的撞击力、竖向力和膨胀力,应结合工程实际情况，论证确定，但其最大值不得大于极限冰压力的标准值。结构受冰作用的部位宜采用实体结构,其迎冰面应作成斜坡，墩或柱迎冰面宜做成圆弧形、多边形或尖角。并宜在受冰作用的部位缩小其投影宽度。对流冰期的设计高水位以上0.5米到设计低水位下1.0米的部位宜采用提高混凝土抗冻性，花岗石锒面或包钢板等防护措施。结冰期，宜在建筑物附近冰上凿冰沟,以消减冰载荷。校核：桩的设计强度远远大于冰载荷，因而冰的作用不会损害桩,也就对工程不会造成影响。4.2水压力当建筑物墙后的填料透水性较差时，才考虑墙后剩余静水压力，当墙后设置抛石棱体或回填料粗于中砂时。可以不考虑静水压力。本工程中，用石块作为填料，透水性好，而且桩与桩之间的连接也不是很紧密，所以静水压力可以不考虑。4.3水流力作用在建筑物上个构件的水流力可按照下式计算：Fw= Cw/2V2A其中V为水流的设计流速。V=1.75米/秒Cw为水流阻力系数,这里取1为水的密度(t/m3),海水的密度为1.03t/ m3A为构件在与流向垂直的平面上的投影面积。则Fw=1.03/21.751.752=3.154KN。水流力的方向与水流方向相同，合力作用点的位置可近似的如下采用：作用在阻力面积的形心处。对下部构件，顶面位于水面以下时，作用在顶面以下1/3高度处。顶面位于水面以上时，作用在水面以下1/3水深处。4.4最大波浪力的计算波浪有近破波和远破波之分。近破波是在堤面及附近发生破碎的波浪,远破波是在堤前半波长或者更远处就发生破碎的波浪。由于本工程是建造在浅海处，直接受到波浪的冲击，则道路所受的波浪力应为近破波力。当波浪的高度超过路高时，高于路面的波浪则对道路不再产生作用力。所以波浪最大作用力出现的情况是在波高与路高等高的情况下。波蜂作用时，静水面以上高度Zm处的波浪压力为0，则Z=(0.27+0.53d1/H)H其中d1为水高出水平面的高度。d1=1。H为波高。H=2。则Z=1.07米。静水面处的波浪压力为：Ps=H(1.8H/d1-0.16)(1-0.13H/ d1)。其中为水的容重=1.039.8=10.094KN/m3。H=2d1=1Ps=1.2510.0942(1.82)(1-0.26)=64.24KN/m2。板桩低处的波浪压力：Pb=0.6 Ps =0.664.24=38.54KN/m2则,水面以上的波浪压力：P上=0.5 Ps。水面以下的波浪压力：P下=0.8 Ps。则F= P上S上+P下S下=0.5 Ps2+0.8 Ps=167KN4.5波浪浮托力的计算PU=ubPb其中Pb为板桩低处的波浪压力Pb=0.6 Ps =38.54KN/m2为波浪托力分布图的折减系数=0.7所以PU =70.1838.54/2=20.428KN/m2则,浮托力：F=PUS=2.4280.182=0.874KN。5.板桩结构分析 拉索 板桩 5.1当F风 +F浪+F水流F填料张力时若仍要使板桩保持直立，则应满足：F风 +F浪+F水流=F土阻+F填料张力且对B点求矩，MB=0。则：F土阻1+F填料张力3=5F风 3.5+F浪3+F水流2.5则，最小的填料阻力为：F填料张力+25.567=1.05+107+3.154则F填料张力=85.637KN由于填料是用石块累积起来的，它对板桩的阻力要远远大于85.637KN,所以在F风 +F浪+F水流F填料张力时，桩在水平方向上是稳定的。5.2当F风 +F浪+F水流F填料张力时若要使板桩保持直立，则应能够满足：F土阻+ F梁拉=F填料张力且应该满足MA=0,即F土阻3-F填料张力3/2=0F填料张力=3.715KN则需要的最大土阻力应为：F土阻=3.7152/3/3=0.83KN而土的最大剪切应力为3KN。所以土阻力满足工程要求所以当F风 +F浪+F水流F填料张力时,板桩在水平面上仍然是稳定的。6.主要结论6.1分析表明，在浅海筑路中采用加筋板是可行的。6.2桩的设计强度可以使桩能够在受各种力的作用下保持不断裂，各种力的综合作用下仍然能够保持直立。参考文献:1 中国土木