高桩码头排架在抛石棱体中的水平受力特性研究
林典新
摘 要：当前的高桩码头设计在计算桩基水平承载力时，一般是假设为水平泥面，而在倾斜泥面的状态下，暂无成熟的水平承载力计算方法，本研究建立室内模型研究水平承载力在倾斜泥面上的特性，提出不同坡度下的承载力修正公式，为高桩码头桩基在泥面倾斜状态下的设计和计算提供依据。
关键词：高桩码头；倾斜泥面；水平承载性能
中图分类号：TU473.11 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0102-01
高桩码头的桩基一般都要从软弱土层穿过，桩尖进入到持力层，且高桩码头的修建地点通常都为岸坡土体，需要承受水文动力和静力的因素。高桩码头桩基不仅受到垂直方向的荷载，在水平方向也要承担较大的荷载。桩基在水平荷载作用下的受力分析较为复杂，需充分考虑土、桩和结构间的问题，满足三者的变形协调和静力平衡。
1 实验概况
本研究的模型槽尺寸为2×1×2（长×宽×高，单位米），砝码和滑轮组成了加载装置，利用滑轮组和钢丝将砝码自重荷载转换为水平集中荷载并施加于桩头，改变砝码的数量来完成水平荷载数值的改变，采用百分表对位移进行量测，使用静态应变仪对应变进行采集。模型桩使用外径为4cm的铝合金管模拟，壁厚3毫米，桩总长为1.8米，入土1.6米，剩余0.2米为悬臂。将电阻应变片对称粘贴在管的外壁，布点方案：泥面以下方圆1米内，贴片每隔5厘米一贴；泥面以下方圆1米外，贴片每隔10厘米一贴，桩身共有测试断面28个。每次开始试验前测定模拟桩的抗弯度率，确保试验数据的准确性。取天然风干河砂作为试验用砂，Cu（不均匀系数）为2.688，Cc（曲率系数）为1.140，土具有较好的均匀性。在填砂的过程中要保证砂土层与层之间下落高度一致，保证填砂的均匀性。每填入300公斤砂后整平，使用平板振动器进行密实，每振动一次要间隔30分钟再进行下一次，第二次振动密实后读取标尺读数，并计算每层土经过密实后的实际厚度，通过填入的砂质量和土层厚度及时了解土体密度，进而保障槽内土体的整体均匀性。共进行五组试验，第一组为水平状态下，第二组为1：4上坡，第三组为1：4下坡，第四组为1：3上坡，第五组为1：3下坡。
2 实验结果
将水平泥面作为基准，汇总弯矩点最大位置、最大弯矩值、泥面位移和桩顶位移等数据，研究上述因素受泥面坡度的影响情况。
2.1 泥面坡度对桩身最大弯矩的影响
桩身弯矩是设计水平荷载下桩基时需要考虑的重要参数之一，由于试验数据对比实际工程资料会存在一定的误差，因此必须针对测试所得的数据进行无量纲化处理。计算单桩水平泥面的承载性能的理论较为成熟，因此以此为基准对倾斜泥面的承载性能进行研究。设定桩身自身弯矩最大值为1，使用指数函数拟合数值，设坡角为θ，，本式中Mmax，0和Mmax，θ分别为坡角为θ和0时的最大弯矩，单位为N·m，将实测数值与结果拟合，具有较高的吻合度。
2.2 泥面坡度对桩身最大弯矩点位的影响
实际值与本实验测试值存在差异，变片的粘贴距离影响了实际精度，由于贴片距离为5厘米，所以误差应为±2.5cm。为获得最大弯矩点精确位置，故进行数值拟合计算，其方法近似于无量纲处理，将水平泥面的最大弯矩点作为根本基准进行无量纲化处理，tanθ与点位置的关系可以近似看作为直线，拟合可得，本式中ZM，0和ZM，θ分别是坡角为0和θ时的弯矩最大位置，单位为cm。计算可得泥面水平时，最大弯矩位置一般为3d至6d之间，类似于普通高桩码头中假想嵌固点4d至6d，具有一定借鉴价值。
2.3 泥面坡度对桩顶位移的影响
设计水平受荷桩的过程中，桩顶位移是重要的设计参数之一，为了研究其受泥面坡度的影响，应对比分析坡度水平與各个坡度时的桩顶位移，并拟合处理模型试验中的实测值和二者关系。设定桩顶位移在泥面坡度为0时的的位移为1，无纲量化处理可得拟合指数型函数，本式中yH，θ和yH，0分别为坡角为θ和0时的桩顶位移值，单位为mm。
2.4 泥面坡度对泥面位移的影响
依据泥面位移的实际测量值，也可以在同理下拟合分析泥面坡度对泥面位移的影响，计算泥面位移在不同加载等级坡度下（tanθ=0、tanθ=-1/4、tanθ=1/4、tanθ=-1/3、tanθ=1/3）的数值，设定水平状态下位移为1，无量纲化处理所得位移数据，可得修正后的泥面位移公式，本式中y0，θ和y0，0分别为坡角为θ和0时的泥面位移，单位为mm，绘制拟合曲线后发现实测值域拟合数值相近，拥有较好的吻合度。
3 实验结论
本试验中通过水平受荷桩在各个坡度的室内模型试验，利用数值拟合分析研究了非水平泥面中桩身的弯矩点最大位置、最大弯矩值、泥面位移和桩顶位移等数据，提出相应的拟合公式及修正公式，对比实测值和拟合数值，无较大的误差，吻合度较高，具有可靠性和准确性，可行性较高。
4 结语
本试验通过室内模型研究水平承载力在倾斜泥面上的特性，提出相应的修正公式，为高桩码头桩基在泥面倾斜状态下的设计和计算提供理论依据和实验室数据。
参考文献
[1]李鑫，刘永欢.高桩码头桩基在倾斜泥面中的水平承载性能研究[J].工业，2016（11）.
[2]闫超，刘松玉，邓永锋，等.加筋水泥搅拌桩水平承载力试验研究[J].岩土工程学报，2013（S2）.
