彭芬 江西省港航設(shè)計(jì)院有限公司

1.概述

某內(nèi)河碼頭為湖區(qū)碼頭，采用浮碼頭結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)船型為2000噸級，水工結(jié)構(gòu)兼顧5000噸級，其結(jié)構(gòu)平面及斷面圖分別見圖1、圖2：

圖1 碼頭平面圖

圖2 碼頭斷面圖

選擇1#樁簇進(jìn)行分析，據(jù)該內(nèi)河碼頭勘察鉆探揭露，該斷面按其出露順序從上到下，有水、①沖填土、②淤泥、③細(xì)砂、⑥強(qiáng)風(fēng)化板巖、⑦中風(fēng)化板巖，其各土層有關(guān)樁的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 各土層有關(guān)樁的設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.計(jì)算條件

設(shè)計(jì)船型：2000t級貨船，長×寬×吃水=90×14.8×2.6m；5000t級貨船，長×寬×型深×吃水=115×18.5×7.5×5.0m；

設(shè)計(jì)高水位20.77m（20年一遇）；

設(shè)計(jì)低水位5.65m（通航保證率98%）；

設(shè)計(jì)高程：設(shè)計(jì)河底高程2.35m；

靠船樁簇樁頂高程25.3m，樁底高程-11.00m（1#樁簇）；

碼頭前沿泥面高程-0.60m（1#樁簇）；

最大作業(yè)風(fēng)速：24.4m/s；

最大水流流速：2.0m/s；

躉船尺寸：長×寬×型深×吃水=96×18.0×3.0×1.1m；

1800t/h裝船機(jī)：旋轉(zhuǎn)基座荷載垂直力600KN，傾覆力矩200KN.m。

3.計(jì)算模型

根據(jù)港口工程荷載規(guī)范(JTS144-1-2010)，計(jì)算船舶系纜力最大值為548.87kN，考慮該碼頭湖區(qū)風(fēng)浪加大，船舶撞擊力為橫浪作用下撞擊力護(hù)舷反力為403.8kN/m；躉船風(fēng)荷載橫向71.93kN、縱向8.98kN，裝卸設(shè)備風(fēng)荷載橫向158kN、縱向115.2kN；φ1300定位樁水流力1.898kN/m，φ1000剛橫撐水流力1.445kN/m。

采用MIDAS2015軟件建模，靠船樁離散為桿件系統(tǒng)，樁土作用采用彈簧模擬，彈簧布置間距0.5m，彈性系數(shù)采用m法計(jì)算。松散粉細(xì)砂m為5000KN/m4。（取全風(fēng)化30000，強(qiáng)風(fēng)化50000，中風(fēng)化80000）

嵌巖鋼管樁尺寸φ1300δ16mm，嵌巖段尺寸φ1150；鋼橫撐尺寸φ1000δ16mm（皆考慮2mm腐蝕預(yù)留厚度）；橫撐和鋼管樁均為Q355B鋼。計(jì)算模型見圖3。

圖3 1#樁簇計(jì)算模型

4.計(jì)算工況

（1）工況組合。①船舶風(fēng)荷載+船舶水流力+躉船荷載+裝卸設(shè)備工作荷載+裝卸設(shè)備風(fēng)荷載（工作狀態(tài)）+樁簇水流力；②船舶撞擊力+躉船荷載+裝卸設(shè)備工作荷載+裝卸設(shè)備風(fēng)荷載（工作狀態(tài)）+樁簇水流力；③躉船荷載+裝卸設(shè)備風(fēng)荷載（非工作狀態(tài)）+樁簇水流力。

（2）參考《港口工程柔式靠船設(shè)施設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ279-2005）（設(shè)計(jì)部分），作用效應(yīng)持久組合分項(xiàng)系數(shù)：有船舶撞擊力參與組合時(shí)取1.5，其他組合取1.4。

5.計(jì)算結(jié)果

（1）靠船樁簇樁承載力?？看瑯洞貥冻休d力按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果見圖4。

圖4 1#樁簇承載能力計(jì)算結(jié)果

（2）靠船樁簇入土深度。樁的相對剛度系數(shù)T=2.0m，1#樁簇樁的入土深度10.4m＞4T=8.0m，為彈性長樁?？看瑯稄澗亓泓c(diǎn)深度為-7.5m，泥面線-0.6m，1#樁簇樁的入土深度10.4m大于1.5倍彎矩零點(diǎn)深度10.35m，滿足規(guī)范要求。

（3）靠船樁簇構(gòu)件強(qiáng)度?？看瑯洞貥冻休d力按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 1#樁簇應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

Q355B鋼（t≤16mm）抗拉、抗壓和抗彎f=350MPa，抗剪fv=180MPa，構(gòu)件承載力滿足要求。1#樁簇鋼橫撐最下面一層 如果用φ1000δ16mm（考慮2mm腐蝕預(yù)留厚度），計(jì)算得到應(yīng)力為323.5MPa，最大受剪應(yīng)力46.3MPa，滿足要求；采用φ1300δ16mm（受力厚度16mm），計(jì)算得到應(yīng)力284.6MPa，最大受剪應(yīng)力76.18MPa，滿足要求。

（4）靠船樁簇水平位移；1#樁簇最大水平位移117mm，滿足使用要求。

6.結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議

考慮整個(gè)定位樁過大水平位移可能導(dǎo)致躉船卡住，設(shè)計(jì)過程中在鋼管樁中充填混凝土從而增加樁的抗彎性能，同時(shí)設(shè)置橡膠護(hù)舷時(shí)在護(hù)舷與定位樁間預(yù)留一定的空間以減小躉船卡住風(fēng)險(xiǎn)概率。