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      某開敞式海域地名標志項目結構設計分析

      2018-06-20 14:52:30詹坤豫高迎歆
      珠江水運 2018年8期
      關鍵詞:墩臺風浪波浪

      詹坤豫 高迎歆

      摘 要:以某開敞式海域地名標志項目為依托,通過計算分析在外海經受強風浪的水工建筑物的結構選型。

      關鍵詞:開敞式 強風浪 地名標志

      1.引言

      傳統(tǒng)水工建筑物的建設應盡量選擇在自然條件良好的區(qū)域。此區(qū)域是天然形成,亦或者是通過工程改造,如建設防波堤等方式,使風浪條件能夠達到滿足水工建筑物正常使用的水平。然而,對于一些建設于遠離大陸的外海區(qū)域的建筑物,由于施工難度,施工成本等因素的影響,想通過防波堤等傳統(tǒng)結構改善風浪條件的方式不管從技術上還是經濟上都有較大難度。因此,只能通過水工建筑物本身的結構穩(wěn)定性來抗衡不利風浪條件的影響。下面,將某開敞式海域地名標志項目為載體,通過計算分析選擇在極端風浪條件下保持穩(wěn)定的最優(yōu)結構。

      2.項目概況

      本項目為在某開敞式海域建造一座地名標識工程,建筑物的結構安全等級為Ⅱ級,設計使用期為30年。

      3.自然條件

      (1)風

      項目所處海域熱帶海洋性季風氣候非常明顯。每年10月以后,從西伯利亞和內蒙高原吹來的冬季氣流不斷奔向中國南方海洋,所以此海域及諸島每年11月至次年3月盛行東風季風,平均風力5到6級,超過7級大風頻率達到5%。每年4月開始,此海域及諸島轉而受熱帶與赤道海洋氣團的影響,5月至9月盛行西南季風,平均風力4到5級,除受臺風影響的時候,海面相對平靜。7月到11月臺風最為強烈,這些臺風七成來自菲律賓以東的西太平洋面和加羅林群島附近洋面,破壞力巨大,俗稱“土臺風”。

      西太平洋形成的臺風走向較為規(guī)律,“土臺風”則變化多端,難于預測,往往從生成到登陸的時間極短,防臺難度較大。此海域上生成的土臺風有15%能夠加強為臺風,瞬時風力可以達到11到12級風。

      此海域的霧每年在北部沿海出現(xiàn)最早,始于頭年12月,12月至4月為霧季,2月至3月霧最多。

      (2)設計水位

      本工程有關的設計水位(當地理論最低潮面起算)如下:

      設計高水位:1.75m

      設計低水位:0.23m

      極端高水位:2.52m

      極端低水位:-0.26m

      (3)波浪

      本項目波浪要素采用項目所在地的水深對應的極限波高、波長和波周期:波高11.85m,波長135.5m,周期12.0s,并以此波浪條件作為波浪力的計算參數。

      (4)工程地質

      本次勘察已查明在勘探深度范圍內,根據地層巖性特征從上而下劃分為①珊瑚礁碎石共1個工程地質層。如下:

      ①珊瑚礁碎石(Q4m):灰色、灰白色,飽和,松散-稍密,主要由珊瑚碎石塊及塊石組成,夾雜大量粉、細砂粒及貝殼,顆粒形狀不規(guī)則,大小不均勻,多孔易碎,分選性差。層頂標高12.60~12.80m,平均值12.70m;層厚25.10~26.30m,受孔深限制,該層未揭穿。

      4.結構選型思路

      項目所處位置屬于強風浪外海區(qū)域,沒有任何掩護,考慮采用傳統(tǒng)的高樁墩臺結構或者重力式結構。

      初步考慮高樁墩臺結構方案,擬采用鉆孔灌注樁基礎,樁頂安裝預制混凝土墩臺。采用直徑為1.6m,樁長為38.2m的樁基,樁頂與預制混凝土墩臺固接的結構型式,經計算,結構在極端工況下可滿足抗彎抗拔的受力要求,因此,此方案在技術上可行的。然而項目所在地處外海區(qū)域,施工作業(yè)條件惡劣,普通鉆孔設備無法滿足作業(yè)要求,需采用深海鉆探石油的大型鉆孔設備,基于施工單位現(xiàn)有船機配置無法滿足這一施工要求,此方案未能得到業(yè)主及施工單位的認可,需考慮其他可行方案。

      根據現(xiàn)有施工資源,對重力式結構方案進行重點分析,如下圖所示,本項目擬采用此斷面結構,為重力式墩柱結構。墩臺直徑2.7m,厚度1.5m,鋼筋混凝土(C40)結構。圓柱為?1800mm,高17.30m鋼護筒混凝土立柱,鋼護筒壁厚14mm,材質為 Q235B,下部嵌入基座?;鶠?0m直徑圓形的外切六邊形,基座高度為2m,正六邊形鋼筋混凝土結構,底座開六個直徑為1.9m的圓孔。底座上部疊放4層11m直徑圓形的外切六邊形的混凝土壓載塊體,高度為2m,每層壓載塊開六個直徑為1.9m的圓孔。安裝底座前先拋填塊石基床,拋石基床頂標高-14.80m,基床厚度根據現(xiàn)場情況確定。壓載塊體安裝完畢后向各個預留圓孔插入工字鋼,并往孔內灌澆水下混凝土。墩臺外圍設置1.05m高的不銹鋼欄桿。標識結構由碑體和基座組成。碑體平面尺度長2.012m,高1.024m,厚度為0.3m,碑體為天然花崗巖結構。之所以考慮此結構形式,源于結構主要受波浪力作用,柱型結構受力相對合理,結構所受波浪力主要與立柱的尺寸相關,直徑越小所受波浪力越小,但是結構自身的自重就越小,由此產生的穩(wěn)定力矩相應減小。因此,就需要通過計算分析,確定立柱尺寸,使所受波浪力與機構自重達到平衡,極限風浪工況下依然能夠保持整體穩(wěn)定。下面,將對計算的過程進行闡述。

      5.結構計算分析

      根據《港口與航道水文規(guī)范》(JTS145-2015)10.3.2.1,H/d<0.2且d/L》0.2或H/d>0.2且H/d》0.35時,整個柱體高度上的最大速度分力PDmax和最大慣性分力Ptmax可按下列公式計算:

      PDmax和PImax對斷面的力矩MDmax和MImax分別按下列公式計算:

      MImax—作用于柱體計算高度上的最大慣性力矩(kN·m);

      結合《重力式碼頭設計與施工規(guī)范》(JTS167-2-2009)2.5章節(jié)內容,對結構在極端風浪條件下進行抗傾抗劃穩(wěn)定性計算以及地基承載力驗算,計算結果如表2、表3。

      經計算,結構滿足在極端風浪條件作用下的保持穩(wěn)定的要求。

      6.結語

      (1)本工程采用重力式墩柱結構滿足當地極端風浪條件下的受力要求,同時主體結構采用預制的型式,現(xiàn)有船機設備滿足對預制構件的起吊工作要求,現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土量較小,從而很好地降低了現(xiàn)場施工的難度。

      (2)在各層混凝土塊安裝疊放完畢后將工字鋼插入預留孔洞,并灌入水下混凝土,從而達到加強結構整體性的作用。

      (3)此結構設計的不足之處在于現(xiàn)場拋石量較大,在遠離石料料場的外海區(qū)域,需要更多的運輸設備,運輸距離也較大,大幅度拉高了項目的成本造價。

      參考文獻:

      [1]中華人民共和國行業(yè)標準JTS145-2015.港口與航道水文規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2015.

      [2]中華人民共和國行業(yè)標準JTS167-2-2009.重力式碼頭設計與施工規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2009.

      [3]中華人民共和國行業(yè)標準JTS167-4-2012.港口工程樁基規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2012.

      [4]中華人民共和國行業(yè)標準JTS147-1-2010.港口工程地基規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2010.

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