[发明专利]适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法

说明书

本发明提供一种适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法，利用弹性连杆模拟地基土与结构之间的相互作用，简化了深水卸荷式板桩岸壁结构的计算模型；将土压力分为自重土压力和超载土压力分别进行计算，且同时考虑了卸荷作用和遮帘作用，从而能够更加合理准确的计算作用于结构的土压力，依据主动土压力理论，考虑卸荷作用和遮帘作用进行前墙的土压力计算。本发明效果是本设计方法可以全面考虑卸荷作用、遮帘作用、土与结构的相互作用对结构内力进行计算，计算结果更为合理准确，且模型建立简单，计算可重复性好。本计算方法相较与传统的板桩岸壁结构计算方法相比，设计的结构更加经济合理，适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的设计。

技术领域

本发明属于水工结构工程学科中板桩岸壁结构设计领域，尤其是涉及一种适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法。

背景技术

卸荷式板桩岸壁结构是通过在前墙1后面建造由基桩支撑的卸荷承台9，减小作用于前墙1的土压力，从而实现板桩码头的深水化。卸荷式板桩岸壁结构的设计中存在着许多难以解决的问题，如考虑卸荷和遮帘作用的土压力的计算问题以及土与结构的相互作用等。因此如何选取合适的设计方法是卸荷式板桩岸壁结构结构设计核心内容之一。

前墙1板桩和桩基计算是卸荷式板桩岸壁结构设计的主要内容。目前相关规范对卸荷式板桩岸壁结构的计算中只是提到了应考虑卸荷承台9对土压力的卸荷作用，并没有给出进一步的计算说明。有限元计算方法是一种能够比较全面的考虑各种因素的设计方法，具有适用性较强，理论完善等优点；但也存在着模型复杂，参数难以获取，计算时间较长且不易被设计人员掌握等缺点。工程设计中仍然希望有更简单、快捷的方法。工程中对前墙1板桩计算的主要方法有弹性线法、竖向弹性地基梁法等，这些计算方法第一步都需要对土压力进行计算。

承台的卸荷作用以及基桩的遮帘作用，使得前墙1以及基桩上的土压力的计算非常复杂，目前尚无成熟的设计方法。针对前墙1土压力的设计计算，目前板桩码头设计规范中建议按照库伦土压力理论来计算，但是卸荷是板桩码头结构中由于卸荷承台9的存在，土压力的计算不能简单的按照线性分布来计算。将前墙1土压力分为土体自重和超载两方面来进行计算，可以在考虑卸荷作用的情况下方便的计算出作用于前墙1的土压力。

基桩土压力的确定也是非常困难的，这主要是因为基桩的土压力状态在主动-静止-被动状态之间不断的变化。通过合理的假设可以对基桩的土压力计算进行简化：如当前墙1刚度较大的时，可以认为桩不发生移动，从而由土体重力产生的桩两侧土压力可以相互抵消，桩只承受超载土压力；而当前墙1刚度较小时，则需要考虑土体自重以及超载产生的土压力。超载土压力是指承台上方土压力以及码头面产生的土压力，在对其进行计算时需要考虑基桩的遮帘作用；自重土压力的计算则需要考虑基桩的有效工作宽度即“工作宽度”。对于遮帘作用的计算和工作宽度的确定，不同行业具有不同的确定方法，需要大量的实际工程和试验来确定。

卸荷式板桩岸壁结构中存在大量的土与结构的相互作用，而有些作用是不能简化，是必须要考虑的。如桩-土-前墙1的相互作用会将作用在基桩上的土压力传递至前墙1，而如果不考虑此相互作用显然让设计偏于危险。对于桩-土-前墙1的相互作用可以按照泥面高程分为上下两部分进行考虑。泥面以上可以通过设计弹性连杆的方式对桩-土-前墙1的相互作用进行简化模拟。弹簧的模量由土体的弹性模量确定，其值与土体的土质、密实度、围压情况及施工工艺密切相关，土体的弹性模量可以根据压缩试验来确定。泥面以下则可用弹性地基梁的方式来进行简化计算设计。

因此，卸荷式板桩岸壁结构由于存在着卸荷承台9和桩基，其土压力的计算以及土与结构的相互作用的考虑都是其设计中需要着重考虑的问题。目前并没有一套行之有效的计算方法来对卸荷式板桩岸壁结构进行设计，有必要提供一套计算方法来服务其设计。

发明内容

本发明目的是提供一种适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法，此种方法能够具有简单可靠、计算效率高、工程适用性好等特点。