摘要：为了了解老旧码头的安全状况，有必要根据现有规范和标准，对这些老旧码头的承载力进行重新验算。采用有限元软件建立三维模型对老旧码头有代表性的靠船墩GD2进行计算分析，得出桩基的最大轴力值，从而评估码头结构的安全等级。
关键词：旧码头，桩基，承载力
在我国四十年的改革开放中，港口码头对我国的对外贸易和经济发展起到非常巨大的作用，很多老旧码头已经运行了超过四十年，随着现代航运业的发展，很多港口码头都是超负荷运转，为了了解这些老旧码头的健康状况，有必要根据现有的港口码头规范标准，结合码头的实际情况、结构老化程度以及荷载变化情况等，对这些老旧码头进行计算分析，评估结构的安全等级，以保证码头安全运行。
1.工程概况
码头位于海南省澄迈县老城工业区，毗邻琼州海峡南岸的美当湾。码头始建于1994年，1995年正式投入使用。码头主体按5000吨靠泊能力设计，其设计高水位2.7m，低水位0.3m。码头为高桩墩式结构，设有2个22m×8.5m的工作平台，4个7m×7m的系缆墩，2个7m×7m的靠船墩，墩与墩之间采用预应力T型梁连接，靠船墩和系船墩采用8根预应力方桩作为基础，上部为钢筋混凝土现浇墩台，引桥长417.6m，设有12个墩台，每个墩台布置有8根桩，码头面设计高程为9.0m。
2012年，一艘油轮在卸载柴油作业后，准备离港作业，因天气突变，受强风浪影响，多次碰撞，造成码头损伤，码头东部受损严重。2014年9月，受台风影响，码头再次受损。为此，码头对上部结构进行了多次维修加固。
2. 模型建立和荷载简化
2.1 建立模型
为了解码头桩基础的承载力现状，选取靠船墩台GD2来计算。墩台GD2高3.5m，下有8根桩，方桩尺寸800mm，桩长32.1m~32.8m，桩的斜度3~4度。桩上端铰接，下端固接。根据实际情况，建立三维模型。如图1：
图1 三维计算模型
2.2 荷载简化
1）靠船墩台长×宽=7×7m，高度4.5m，自重为5512.5kN，方向为竖直向下，由于高水位和低水位时，墩台自重变化不大，因此，取高水位和低水位的墩台自重相同。
2）船舶的系缆力取550kN，按照三个方向分配。
3）撞击力的大小，根据橡胶护舷类型，查表得830kN。计算时，考虑高水位和低水位时的撞击力大小相同，但是撞击点高度不同。
4）上部活荷载，取490kN
2.3 土层参数
表1 土层参数表
3.桩基计算结果
根据港口工程规范，对荷载分6个组合进行承载能力极限状态下桩身内力计算。1）荷载组合1包括高水位的墩台自重和上部活荷载；2）荷载组合2包括高水位的墩台自重、上部活荷载和船舶系揽力；2）荷载组合3包括高水位的墩台自重、上部活荷载和高水位船舶撞击力；4）荷载组合4包括低水位的墩台自重和上部活荷载；5）荷载组合5包括低水位的墩台自重、上部活荷载和船舶系揽力；6）荷载组合6包括低水位的墩台自重、上部活荷载和低水位船舶撞击力。
由表2可以看出，墩台GD2在承载能力极限状态下，各个桩的最大压力均出现在高程-12.910m处，其中桩1在荷载组合3时的桩身压力最大，为766.776kN；桩2在荷载组合3时的桩身压力最大，为639.397kN；桩5在荷载组合3时的桩身压力最大，为2077.555kN；桩6在荷载组合3时的桩身压力最大，为2152.193kN；其余桩没有受到压力。
由表3可以看出，墩台GD2在承载能力极限状态下，各个桩的最大拉力均出现在高程4.100m处，其中桩1在荷载组合1时的桩身拉力最大，为98.335kN；桩2在荷载组合2时的桩身拉力最大，为94.412kN；桩3在荷载组合6时的桩身拉力最大，为1545.137kN；桩4在荷载组合6时的桩身拉力最大，为1605.406kN；桩5在荷载组合2时的桩身拉力最大，为105.007kN；桩6在荷载组合1时的桩身拉力最大，为1336.288kN；桩7在荷载组合6时的桩身拉力最大，为98.335kN；桩8在荷载组合3时的桩身拉力最大，为1199.682kN。
表2 桩身轴力最大值处的内力值
表3 桩身轴力最小值处的内力值
4.桩基安全性评价
根据地质情况，计算得出单桩的极限承载力。如表4、表5。由表可知，桩6的轴向压力最大，为2152.193kN；桩4的轴向拉力最大，为1605.406kN。均满足要求。
根据计算结果及《港口水工建筑物检测与评估技术规范》JTJ302-2006 中有关规定，进行码头结构最不利构件的安全性评估，靠船墩台GD2的安全性等级为A级。
表4 单桩抗压承载力验算结果
表5 单桩抗拉承载力验算结果
5.结语
采用有限元软件, 建立有限元模型, 充分考虑了码头结构的实际情况, 做了合理的简化。然后根据码头的实际工况在模型上施加相应的荷载进行计算和分析, 获得了较准确的基桩承载力的计算结果。计算表明，现有基桩能够承受荷载，码头结构可以安全使用。
参考文献：
[1]JTS 167-1-2010，高桩码头设计与施工规范[S]
[2]JTS 144-1-2010,港口工程荷载规范[S]
[3]JTS 151-2011,港口工程混凝土结构设计规范[S]
[4]JTS 167-4-2012,港口工程桩基规范[S]
[5]JTJ302-2006，港口水工建筑物检测与评估技术规范[S]
[6]朱少云.桩自重对桩弯曲的影响[J]. 南京林业大学学报,2000, 24( 1) : 56- 58.
[7]王官胜等.高桩码头基桩承载力的计算与分析 [J].水运工程,2007, 399(2) : 53-57.
论文作者:高会强1,蔡勇2,王碧波2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/17
标签：荷载论文; 码头论文; 组合论文; 水位论文; 承载力论文; 自重论文; 拉力论文; 《基层建设》2019年第13期论文;