重力式码头结构基底应力的优化分析

1、    重力式码头结构基底应力的优化分析    摘 要：本文借助实际工程为例，对重力式码头结构基底应力进行了分析。提出了减小基底应力的措施，主要包括调整前趾长度、改变墙后回填料、调整基床厚度，并逐一分析其对基底应力的影响趋势。通过对计算结果的分析，得出结论，所得分析结果可供工程设计中参考与应用。关键词：重力式码头；基底应力1、前言在我国内河及沿海码头设计中，重力式码头是一种使用较多的结构形式。该结构坚固耐用，抗冻性和稳定性良好，能承受较大的上部地面载荷以及船舶载荷，对较大的集中载荷以及装卸工艺变化适应性强，施工简单、维修费用小。重力式码头主要靠结构的自身

2、重量来保证其抗滑和倾倒稳定性的挡土建筑物，因为重力式码头自重大，所以对地基承载力要求较高，而在内河码头中，重力式结构底板多坐落在粘性土、粉质黏土等承载力较低的土层上，地基承载力达不到重力式码头基底应力的设计要求，设计中，常常需要进行地基处理，方能满足结构使用要求。常见的地基处理方式有多种，如水泥搅拌桩加固地基、水泥粉煤灰碎石复合地基、桩基加固、换填块石等，地基处理费用较高，如果能对上部结构进行优化设计，则可节省不少投资。本文重点论述重力式码头结构地基应力的优化设计分析，以期对实际工程设计提供一定的参考和借鉴意义。2、减小基底应力的措施分析以江苏常州某码头为例，分别采用调整前趾长度、改变墙后回填

3、料、调整基床厚度三种方法进行基底应力计算分析。码头结构断面如图1。3.1 调整前趾长度重力式码头结构基底应力分布特点：受水平土压力及上部荷载的影响，结构底板处于偏心受压状态。通过调整前趾长度（即调整偏心距），来降低前趾的最大基底应力是结构设计中常采用的方法之一。本文给出5个前趾长度（分别为1000mm、1100mm、1200mm、1300mm、1400mm），分别进行基底应力的计算，结果见表1、表2。从计算结果可以看出，前趾的加长使得重力式结构前趾基底应力减小，同时，后踵基底应力增加，但结构前趾长度的增加不会引起基底总应力的变化，即=min+max是“定值”（忽略增加部分前趾长度的自身影响）。

4、本工程重力式结构基底应力最大出现在地震期低水位工况（前趾）和完建期工况（后踵），统计基底应力最大值做出趋势线比较如图2。图中可以看出，基底应力与前趾长度呈线性关系，前趾长度小于1240mm时，基底应力的大值出现在前趾，大于1240mm时，基底应力的大值转移到后踵。图中前趾应力和后踵应力趋势线的交点，即为结构前趾的“最优长度”，该长度所对应的基底应力为结构最大基底应力的极小值。前趾与后踵的应力变化类似于“跷跷板”，调整前趾长度并不能影响总应力的变化，只调整了基底应力的均匀性。3.2 改变墙后回填料正如前文所述，重力式码头结构受水平土压力的影响，导致前趾应力较大。将墙后回填土改为抛石，可以有效降低

5、墙后土压力，减小偏心距，从而减小前趾应力。本文分别计算墙后回填土与回填抛石后的基底应力，比较结果见表3。通过改变墙后回填料，基底应力最大值由137kpa降低到111kpa。3.3 调整基床厚度重力式码头結构设计中，当地基土为软土或承载力不能满足设计要求时，经常通过设置抛石基床来达到设计目的。一方面抛石基床可以置换掉上层部分软土，另一方面，抛石基床可以将结构底板的压力分布到较大的面积上，可以有效的降低基底应力，从而满足地基承载力的要求。本文给出6个基床厚度（分别为0m、0.4m、0.5m、1m、1.5m、2m），分别进行基底应力的计算，结果见表4、表5。从计算结果可以看出，相比于后踵，基床厚度对

6、前趾最大应力影响更为明显。本工程重力式结构基底应力最大出现在地震期低水位工况（前趾）和完建期工况（后踵），统计基底应力最大值做出趋势线比较如图3。从图中看出随着基床厚度的增加基底应力逐渐减小，并且趋于一个定值。基床厚度在1m以内，对应力影响较为明显。根据计算点分布拟合关系方程如下：前趾：y = 6.597x2 - 31.40x + 148.7 r2= 0.999 ymin=111 kpa后踵：y = 4.841x2 - 18.54x + 100.8 r2= 0.999 ymin=83 kpa根据拟合方程计算，通过调整基床厚度得到的前趾应力最小值为111kpa，后踵应力最小值为83kpa。4、结

7、语本研究通过借助实际工程，对重力式码头结构的基底应力进行计算分析，得出以下结论：1）通过调整前趾长度，可以有效地降低基底最大应力。2）采用抛石代替回填土能取得较好效果，但抛石造价相对较大。设计中应根据实际情况选择合适的设计方案。3）随着基床厚度的增加基底应力逐渐减小，但会趋于定值。4）如果最大应力出现在完建期，可以通过合理安排施工工序，达到降低基底应力的目的，墙后回填料不要一次性回填至设计标高，采用先回填至一定标高后，开堰放水，再进行剩余部分的回填施工。参考文献：1 陈栋梁，党进谦. 重力式挡土墙的截面优化设计研究j. 岩土力学，2007，（09）：1969-1973.2 李巨文，王翀，梁永朵，冯震. 挡土墙后粘性填土的主动土压力计算j. 岩土工程学报，2006，（05）：650-652.3 秦川，别社安. 重力式码头抛石基床应力分析j. 水运工程，2014，（03）：88-93.4 王卫华. 重力式、悬臂式、扶壁式挡土墙结构优化设计与选型d.