组合钢板桩码头施工过程受力特性的有限元分析

（ ） 施 工 安 全 。料 场 开 采 的施 工 安全 主 要 是爆 破 安全 。 ４
一
用 ｑ２ ｍｍ 的乳化炸药 ，采 用不耦合空气 间隔装药结构 ，预 ）５ 裂爆破起 爆网络采用导爆索传爆 ，先于梯段 爆破孔起爆 。料
场 岩 石 主 要 为 灰 岩 、 灰 质 自云 岩 组 成 ， 平均 饱 和 湿 抗 压 强 度 为 ８ Ｍｐ ８ ａ， 预 裂 孔 距 为 ８ ￣ ０ ｃ 时 ， 线 装 药 密 度 为 ０ １０ ｍ ４ ０ ４ ０ ／ ，底 部 ｌ 范 围 内装 药 为 上 述 值 的 ２ ３ 倍 。 ０ ￣ ５ ｇｍ ｍ － 线 装 药 密 度 需 根 据 爆 破 试 验 情 况 作 调 整 ，见表 ２ 。③ 超 径 石 和 底 坎处 理 。超 径 石 是 指 块 度 大 于 １０ ０ ，０ ｍｍ 的毛 料 。超 径 石 必 须 经 过 二 次 爆 破 后 才 能 作 为有 用料 运往 粗 碎 车 间 。二 次 爆破 的技 术 要 求 为 ：采 用 手 风 钻钻 孔 ，炮 孔 深 度 要 能 使 炸 药 放 置 在 超 径 石 的 重 心 位 置 ，一 般 炮 孔 的 深 度 为 超 径 石 厚 度 的 五 分 之 三 ；当一 个 超 径 石 有 几 个 炮 孔 时 ， 用 １０Ｚ １０ 的 采 ． ．ｍ
设有排水 孔以消除或减小墙体后面 的剩余 水压力 ，排水 孔后
设 混 合 倒 滤 棱 体 ， 以 防墙 后 回填 土 流 失 。
图 ３ 整 体 模 型 、 钢板 桩模 型 图 ２ ．材 料 参 数 选 取
各材料相应物理 力学参数根据工程地质资料及有关规范 图 １ 板 桩 码 头 断面 示 意 图
然后水平位移 略有减小 ， 至桩顶处水平位移值为 ８ ７ ．ｍｍ ； 工
此 时桩 顶 水 平位 移 达 到 最大 值 ，最 大 值 为 ３１９ ｍ ， 由桩 顶 ．ｒ ａ 移 减 值 最 小 ，桩 尖基 本未 出现 水 平位 移 。
位 移 （ ｍ∞ ）
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一 ｝． ＼誊 ． ． ； ＼ ； ． ；
二 、 分 析 模 型
图 ２ 组 合 钢 板 桩 断 面 示 计 算 参 数 如 表 １所 示 。
表 １ 材 料物 理 力 学 参 数
收稿 日期 ：２ ２ ０ ． ５ ０１ — ３ １
作者简介 ：金
帅 （ ９ ９ ）女 ，长沙理工大学水利工程学 院。 １７ 一
某 钢 板 桩 码 头 工 程 长 ３ ３８ ｍ ， 头 面 高 程 ＋ ．ｍ ， ６ ．９ 码 ５５ 采 用 单 锚 板 桩 结 构 。板 桩 主 要 采 用 Ｈｚ ７ Ｂ一 ２ Ａ ８组 合 型 ｇ ５ １ ／ Ｚ１
钢板桩 ，用低合金 钢高强拉杆与钢筋混 凝土锚碇墙连接 。码
头 上 部 采 用现 浇胸 墙 结 构 ，胸 墙 与 帽梁 合 二 为 一 。板 桩 墙 上
值 模 拟 ，分 析 了 不 同 工 况 下 钢 板 桩 水 平 位 移 与 结 构 应 力 变 化 规 律 ，为 类 似板 桩 码 头 工程 的设 计 与施 工 提 供 一 些 的参 考依据 。 关 键 词 ：钢 板 桩 ；施 工 ；有 限元 ；位 移 ；应 力
中 图分 类号 ：Ｕ ５ ． １ ６６１３ 文献标识码：Ａ 文 章编 号 ： １０ — ９ ３ （ ０ ２ ５ ０ １ － ３ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — ２ ５０
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中 国 水 运
第１ ２卷
３ 分 析 工 况 ．
该板 桩码头主要施 工流程为首先采用水上施打钢板桩 ，
然 后 分 层 进 行 板 桩 墙 前 后 回 填 施 工 ，现 浇 锚 碇 结 构 ， 安装 钢 拉 杆 ，最 后 现 浇 形 成 码 头 上 部 结 构 。本 文 结 合 施 工 过 程 选 取 码 头 钢 板 桩 沉 桩 结 束 后 ，锚 碇 结 构 未 施 工 前 这 一 施 工 期 ，在 此 期 间钢 板 桩 在 回填 土 的作 用 下 ，结 构 受 力 处 于 不 利 状 态 。 根 据 现 场 实 际情 况 ，将 回填 施 工 过 程 主 要 划 分 为 三 个 施 工 工 况 ，工 况 说 明 如表 ２，计 算 工 况 见 图 ４ 。
水平位 移 （ 单位 ：ｍ ） ｂ）应力云 图 （ 单位 ：Ｐ ） ａ 图 ６ 工 况 ２钢板 桩 水 平位 移 、 应 力 云 图
增加至 ２１ ＭＰ ，最大压力发生位置及变 （ ６ ａ 下转第 ２１ ８页 ）
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偏 差 ，确 保 开 挖 后 的岩 石 不 平 整 度 小 于 １ ｃ 。② 装 药 。选 ５ｍ
施工顺序均会 给钢 板桩带来不 同的作 用 ，复杂 的工程条件对
钢 板 桩 的影 响将 更 加 难 以 预 计 。本 文 结 合 工 程 实 际应 用 ，采 用 有 限元 方法 对 其 钢 板 桩 码 头 施 工 过 程 进 行 数 值 模 拟 ，分 析 钢板 桩 结 构 在 施 工 过 程 中 的受 力 、变 形 特 征 。
体应 力处于一 ７ １ ａ ４９ ＭＰ 之间 ，钢板桩最大拉应 力 １ ．ＭＰ ￣ ．７ ａ 为 ４９ ＭＰ ，最大压应力为 ６ ． ＭＰ ．７ ａ １３ ａ，最 大压应力 发生在 桩 尖附近很小 区域 内，然后应力迅速 降低至较小值 ；工 况 ２ 时 ，钢板 桩整体应力处于一 ３３ ａ ５ ３ ＭＰ 之 间 ，钢 板 ３ ．ＭＰ ￣ ．９ ａ 桩最 大拉应力为 ２ ．ＭＰ ４７ ａ，最大 压应 力为 １ ９ ａ，最大 ４ ＭＰ 压应力发生位置区域及变化规律基本与工况 １ 同，而最大 相
１ ．有 限元 模 型 建 立
板 桩 结 构 具 有 结 构 简 单 ，造 价 便 宜 ，施 工 方 便 、 快速 等
优 点 ，作 为码 头 的 主 要 结 构 型 式之 一 ， 已在 我 国沿 海 和 内 河
组 合 钢 板 桩 、 回填 抛 石 及 土 体 均 采 用 ８节 点 ｓ ｌ ４ ｏｉ ｄ ５实
开始沿深度 向下 ，桩体水平位移 逐渐减小 ，至桩尖处水平 位
水 平 位 移 （ 位 ：ｍ ） 单
ｂ）应 力 云 图 （ 位 ：Ｐ ） 单 ａ
图 ８ 各 工 况钢 板桩 水 平位 移 曲线 图
２ 矗 力分 析 ．
图 ５ 工 况 １ 板 桩 水 平位 移 、应 力 云 图 钢
由图 ５ 图 ７钢 板 桩 应 力 云 图 可 知 ， 况 １时 ， 板 桩 整 一 工 钢
表 ２ 工 况 说 明
ａ ）水 平 位 移 （ 位 ：ｍ ） 单
四 、结 果 分 析
１ 水 平位 移 分析 ．
『
／ 、 、 Ｌ ＼ ｉ
ｂ ）应 力云 图 （ 位 ：Ｐ ） 单 ａ
图 ７ 工 况 ３钢 板 桩 水 平 位 移 、应 力 云 图
由图 ５ 图 ７钢板桩水平位移 等值线 图可 以看 出， 一 钢板桩
一
、
工 程 概 况
地基深度为 ２ ０倍板桩 入土深度 。地基基础底面施加 ｘ、Ｙ ． 、
ｚ 三 向约 束 ， 四个 侧 面 施 加 法 向约 束 。模 型 建 立 过 程 中根 据 结 构 几 何 特 征 进 行 了适 当 的 概 化 ， 限元 模 型 图 如 图 ３所 示 。 有
＾忖
第 １ ２卷 第 ５期
２ ２芷 ０１
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水
运
Ｖｏ１ １２ ． Ｍ ａｙ
Ｎｏ． ５ ２ ２ ０１
５月
Ｏｈｉ ａ ｎ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｏｒ ｐ ｔ
组合钢板桩码头施工过程 受力特性的有限元分析
金 帅 ， 薛楚 渤
（ １长 沙 理 工 大 学 水 利 工 程 学 院 ，湖 南 长 沙 ４ ０ １ ， ２ 州 港股 份 有 限公 司 ，辽 宁 锦 州 １ １ ０ １１４ 锦 ２ ００） 摘 要 ：针 对 组 合 钢 板 桩 码 头 ，采 用 有 限 元 软件 Ａ Ｙ 建 立 了三 维 实 体 模 型 ，进 行 了板 桩 墙 前 后 回填 施 工 过 程 数 ＮＳ Ｓ
图 ７所 示 。
对 称 土 压 力 作 用之 下 ；工 况 ２ 时 ， 随着 锚 地 结 构 基 础 回填 施 工 的进 行 ，钢 板 桩 逐 渐 向海 侧 发 生位 移 变 形 ，桩 尖 处 基 本 未 发 生 水 平 位 移 ， 由桩 尖 开 始 沿 深 度 向 上 ，桩 体 水 平 位 移 值 逐 渐 增 加 ， 距 桩 尖 １ ｍ 处 水 平 位 移 最 大 ， 大 值 为 １ ．ｍｍ ， 在 ０ 最 ０１ 况 ３时 ， 桩 墙 后 土体 回填 完 成 ， 板 钢板 桩 受 墙 后 土 压 力 作 用 ，
般 爆 破 安全 包 括 爆 破 震 动 、 爆 破 飞 石 和 安全 防 护 措 施 。爆
破震 动与 最大单响药量有关 ，爆破对邻近建筑 物质点振动速
度 按 按 Ｖ：Ｋ（ “ ／ 计 算 ，Ｋ 取 值 范 围 为 ５ ￣ ５ Ｑ Ｒ） ０ １ ０，Ｑ 取 值 范 围为 １３ １５ ．— ． ，大 爆 破 单 响不 超 过 １５ ，二 次 解 炮 单 响 ．ｔ 不超 过 ２ ｋ 。 降低 爆 破 震 动 对 采 场 边 坡 和 竖 井 的破 坏 ， ０ｇ 为 根 据 现 场 爆 破 震 动 情 况 进 行 调 整 ， 以取 得 更 为 合 理 的 单 响 药 量 值 ，保证 料 场 内及 周 边 的建 筑 物 的 安 全 ；边 坡 预 裂 爆 破 时为 减 小 爆 破 作 业 对 边 坡 和 马道 的破 坏 ，预 裂 爆 块 长 度 规 模 不 大 于 ５ ｍ ，预 裂 单 响 药 量 不 大 于 ８ ｋ 。施 工 中严 格 执 行 爆 ０ ０ｇ 破 安 全 规 程 有 关 警 戒 距离 的规 定 ，同 时 针 对 本 工 程 的一 些 特殊 情 况 ，要 求警 戒 范 围最 小 直 线 距 离不 得 小 于 ４ ０ ，主 ０ｍ 爆 破 方 向 不得 小于 ６ ０ ，同 时料 场 底 部 公 路 需 封 闭禁 止 通 ０ｍ 行 。 施 工 中要 严 把 质 量 关 ，严 格 按照 爆 破 设 计 放 样 、 施 工 ， 杜 绝 小 抵 抗 线 或 无 抵 抗 线 爆 破 和 无堵 塞 、 小 堵 塞 或 堵 塞 块 石