地连墙码头内力、位移计算分析
王爽
摘 要：以滨州某工程为例，计算地连墙码头的受力和位移，分析其受力特点，探讨该地区建设地连墙码头的适用性。
关键词：地连墙；内力；位移
中图分类号：U651+.4 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）06-0064-02
近几年板桩结构（地连墙）在京唐港、曹妃甸等地运用较多，地连墙结构适用于软土地基、具有干地施工条件的地区，具有施工速度快、造价经济合理，后期沉降小，对荷载不敏感等特点。通过设置遮帘桩、卸荷板等结构亦可用于10万吨的大型码头。本文以滨州某工程为例，对地连墙结构进行受力分析，利用Sap2000计算地连墙内力、位移、拉杆拉力，分析其受力特点，探索地连墙码头在该地区的适用性。
1 工程概况
本工程位于滨州某入海河内，现场已形成陆域，为挖入式码头。码头结构采用单锚板桩结构，板桩采用地连墙，锚碇结构采用地连墙和锚碇墙结合的方式，码头断面如图1所示。
1.1 码头面及码头前沿水深
码头前沿设计底高程-6.3m，结构预留至-7.5m，码头面高程5.3m。
1.2 波浪
工程位于入海河口内10km，无波浪作用。
1.3 工程地质条件
工程区为由于地连墙深度范围内存在软弱夹层，对踢脚稳定性影响较大，对前后土层进行不同深度的砂桩处理形成复合地基以改善各土层指标，地基处理后的地连墙前后各土层分布及物理力学指标如下表1、表2所示。
1.4 荷载
码头面均载：距码头前沿16m范围内取20kpa，距码头前沿16-60m范围内取60kpa；系缆力50KN/m，主要由拉杆、锚碇结构承担。剩余水头：考虑排水孔位置及墙后填料，取2m。
2 受力分析
2.1 土压力
根据土层分布及《板桩码头设计与施工规范》（JTS167-3-2009）计算土压力。其中：每延米土体本身主动土压力产生的倾覆力标准值为19233.05KN/m，每延米被动土压力产生的稳定力矩标准值为49613.48KN/m，面荷载产生的倾覆力矩标准值为4505.54KN/m。
2.2 剩余水压力
剩余水压力产生的倾覆力矩标准值为5685.53KN/m。
3 地连墙内力、位移分析计算
计算方法采用竖向弹性地基梁法，利用Sap2000建立模型模拟地连墙受力、位移。
3.1 地连墙计算模型
地连墙墙后受力有主动土压力、剩余水压力、面均载产生的主动土压力，墙后总受力在叠加时非简单的叠加，需注意规范要求：入土段（墙前泥面以下）墙后的主动土压力宜计算由计算水底以上地面荷载加土体产生的土压力。
入土段墙后受力为均布力，所示前墙施加弹簧模拟变形和内力，锚碇地连墙只在墙前施加弹簧，无需施加墙后土压力。其中板桩弹簧系数根据参照地勘资料提供的m值和板桩规范附录A。
3.2 模型建立
本文采用Sap2000模拟单延米地连墙受力、位移，建模时注意：
（1）混凝土弹性模量取允许开裂弹性模量，即0.8Ec；
（2）拉杆设置释放，即不产生弯矩，只承受轴向力；
（3）拉杆内力计算时应考虑系缆力的作用，系缆力主要由拉杆承担；
（4）指定荷载为标准值，计算出来的弯矩、拉杆拉力均为标准值，结构配筋计算、拉杆直径根据标准值和规范要求的分项系数确定荷载；
（5）由于是二维受力分析，分项选型应设置为Ux、Uz、Ry。
3.3 内力、位移分析
前墙地连墙、锚碇地连墙弯矩标准值和位移如图2、3所示。
3.4 结果分析
（1）前墻墙地连墙受力分析：最大正弯矩标准值为963.51KN/m，出现在前沿港池泥面以上，标高在-5.31m处，最大正剪力标准值为361.5KN，标高为-9.5m。最大负弯矩标准值为-770.45KN/m，出现在前沿港池泥面以下，标高为-13.5m，最大负剪力为333.87KN，标高为0.0m；
（2）锚碇地连墙受力分析：最大负弯矩标准值为-549.59KN/m，标高为-3.11m，正弯矩较小，不考虑，最大正剪力标准值为331.85KN，标高为0.5m；
（3）胸墙受力分析：胸墙最大负弯矩标准值为-287.89KN/m，出现在拉杆与胸墙锚固处，此时无正弯矩，此时锚固处最大剪力标准值为360.05KN；根据得到的混凝土构件弯矩、剪力、最大受力位置等，可参照规范进行混凝土构件的配筋计算及检查结构尺寸的合理性。
（4）拉杆受力：拉杆拉力标准值为461.39KN，此时施加了系缆力。根据规范要求和拉杆间距可确定单根拉杆受力标准值，确定拉杆直径，如不合理可调整拉杆间距、直径优化设计，拉杆的位置对踢脚稳定性、前地连墙、锚碇地连墙受力等均有一定的影响，在满足施工要求的情况拉杆标高尽量放低，可节省部分工程投资。
（5）位移分析：前地连墙最大水平位移为3.18cm，锚碇地连墙最大水平位移为1.96cm，可根据位移情况来检查设计合理性及位移是否可满足使用、规范要求。
4 结语
根据计算，地连墙结构对工程区以粉砂、粉质粘土为主的地质条件是适宜的，且工程造价经济合理，在该地区有推广价值。
随着板桩型式不断应用于10万吨以上码头，板桩型式在未来会有更广阔的前景，可在码头、基坑支护、护岸等方面使用。
