卸荷板对方块码头基床应力影响的研究

王志瑜，张 峰

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.威海市双岛湾开发投资有限公司，山东 威海 264200）

引 言

重力式方块码头，由于其混凝土结构自重较大，加之后方回填材料、使用荷载对方块主体产生的土压力和波吸力的作用，使墙底应力分布不均匀，导致海侧应力增大，陆侧应力减小，甚至出现应力为零的点，为了使应力分布更为合理，卸荷板的作用显得尤为突出。

本文结合葫芦岛港绥中港区某通用泊位工程研究卸荷板悬臂高程和长度在正常使用状况和地震状况对基床应力的影响规律。

图1 码头结构断面

1 工程概况

葫芦岛港绥中港区某通用泊位工程为两个 5万t级通用散货泊位，码头结构按照10万t设计。码头前沿底高程-16.2 m（以当地理论最低潮面算起，下同），码头顶面高程4.0 m，码头主体结构高20.2 m，基床厚度3.5 m（即底高程-19.7 m），码头区域-19.7 m高程以下为圆砾和卵石，是重力式方块码头的良好持力层。该码头标准结构段长21.74 m，主体结构由4层混凝土方块、卸荷板和现浇胸墙组成。码头结构断面如图1所示。

2 计算分析

2.1 计算方法及变量选取

基床应力采用重力式理正软件对码头结构进行计算。鉴于当地的水位条件（保证胸墙底面在施工水位以上）以及以往类似工程的设计经验分别选取卸荷板外伸长度L=2.0 m、2.5 m、2.9 m（卸荷板长度不宜太长，超过3.0 m卸荷板配筋很难算够，小于 1 m 卸荷功能不明显），卸荷板底高程H=-1.0 m、-1.2 m、-1.5 m、-1.7 m、-2.0 m的情况进行计算。

2.2 结果与分析

通过计算得到了持久组合状况下基床应力的计算结果，如图2（a）～（h）所示。

图2 持久组合状况下基床应力计算结果

图2中（a）、（b）、（c）分别为卸荷板悬臂长度不变，通过改变卸荷板底高程得到码头前趾应力的变化规律，从图中可以看出当卸荷板悬臂长度不变，改变卸荷板底高程对码头前趾应力影响很小，前趾应力变化基本上是随着卸荷板底高程的降低而减少，这是降低卸荷板底高程导致码头重心后移带来的变化。但是图（a）中当卸荷板底高程降低至-2.0 m时码头前趾应力突然由变小的趋势变为增大，这是由于降低卸荷板高程虽然将码头重心后移，但同时也增加了整个码头结构的自重，且由于自重增加的前趾应力大于重心后移降低的前趾应力。总体来说对于持久状况，通过改变卸荷板高程来降低基床应力的效果不明显。

图2 中（d）、（e）、（f）、（g）、（h）分别为卸荷板底高程不变，通过改变卸荷板悬臂长度得到的码头前趾应力变化规律，从图中可以看出当卸荷板底高程不变时，码头前趾应力随着卸荷板悬臂长度的增大而减少，且变化趋势明显。

地震组合得到结果如图3所示。

图3 地震组合结果

图3中（a）、（b）、（c）分别为卸荷板悬臂长度不变，通过改变卸荷板底高程得到码头前趾应力的变化规律，从图中可以看出当卸荷板悬臂长度不变，前趾应力变化基本上是随着卸荷板底高程的降低而增大，这是随着卸荷板底高程降低导致码头主体结构自重增大，竖向地震惯性力增大造成的，图中可以看出卸荷板长度为2.5 m和2.0 m时，前趾应力虽然随着卸荷板底高程的降低而增大，但是变化幅度有限，但是当卸荷板悬臂长度为2.9 m时，前趾应力变化明显，这同样是卸荷板加长导致码头主体结构自重增大造成的。所以当地震加速度为0.1g，只有在卸荷板悬臂长度较大情况下通过调节卸荷板底高程对应力影响较大。

图3 中（d）、（e）、（f）、（g）、（h）分别为卸荷板底高程不变，通过改变卸荷板悬臂长度得到的码头前趾应力变化规律，从图中可以看出当卸荷板底高程不变时，码头前趾应力随着卸荷板悬臂长度的增大而减少，且除了（h）之外均降低明显，说明在卸荷板底高程过低时，通过加长卸荷板的长度对码头前趾应力影响有限。

根据以上计算结果我们可以看到，不论在地震组合还是持久组合卸荷板的悬臂长度对本工程的基床应力的影响远大于卸荷板底高程的影响，合理的选择卸荷板长度成为本工程码头结构设计的重点。根据上述计算结果并结合当地的工程实际本工程选择的卸荷板悬臂长度为2.9 m，底高程-1.5 m。

3 拓展研究

图4 基床应力影响规律计算结果

由于绥中地区地震烈度为7度，地震加速度为0.1g，根据以往的成果，0.1g的地震加速对码头结构影响很小，故这里不做计算，但是当地震加速度为0.2g时地震对码头的影响就非常显著了，由于方块码头的整体性较差，当地震加速度大于0.2g时就不适合采用重力式方块结构了，所以这里仅对地震加速度为0.2g的情况进行拓展研究。计算还是采用以上的工况，分别研究卸荷板悬臂长度和底高程对基床应力的影响规律，计算结果如图4所示。

图4（a）、（b）、（c）分别为卸荷板悬臂长度不变，通过改变卸荷板底高程得到码头前趾应力的变化规律，从图中可以看出当卸荷板悬臂长度不变，前趾应力变化基本上是随着卸荷板底高程的降低而增大，正好与持久状况相反，这是由于降低卸荷板底高程增加了上部结构自重导致整个结构头重脚轻，结构上部地震惯性力大增，使得倾覆力矩增大的缘故，且当悬臂长度较大时，这种变化趋势尤为明显，通过对比（a）和（c）看出，当悬臂长度为2.0 m时虽然随着悬臂底高程的降低而变大但是变化幅度很小，当悬臂长度为2.9 m时，在卸荷板底高程由-1.5 m调整到-1.7 m时几乎发生了突变，这是倾覆力矩变大导致基顶应力重分布造成的结果。所以对已地震状况，卸荷板底高程的选取非常重要，应该尽量选择一个偏高的高程以减小上部结构的自重，达到减小地震惯性力的目的。

图4（d）、（e）、（f）、（g）、（h）分别为卸荷板底高程不变，通过改变卸荷板悬臂长度得到的码头前趾应力变化规律，从图中可以看出当卸荷板底高程不变，改变卸荷板悬臂长度时得到的图形除图（f）之外基本都是V字型，说明这四种情况卸荷板最优的悬臂长度均在2～2.9 m之间；对于底高程为-1.5 m的情况，最优悬臂长度应该大于 2.9 m，但是方块码头的卸荷板一般不宜做到3 m以上。当地震加速度为0.2g时卸荷板长度应在2.0～2.9 m之间选取，卸荷板底高程尽量抬高。

4 结 语

1）对于持久状况卸荷板底高程的选取对基床应力影响很小，而卸荷板悬臂长度是控制因素，可以通过增加卸荷板悬臂长度来降低基床应力。

2）当地震计算加速度为0.1g时，卸荷板底高程的选取不能过低，然后卸荷板悬臂长度来降低基床应力。

3）对于地震计算加速度为0.2g的地区，卸荷板底高程应尽量选择的高一些，以减少卸荷板上担土的重量，同时卸荷板悬臂长度尽量控制在2.5 m左右，以减少码头主体结构的重量。

卸荷板底高程和悬臂长度对重力式方块码头基床应力有着极为重要的影响，但不是影响基床应力的惟一因素，底层方块宽度对基应力的影响也极为明显，本文是在底层方块宽度一定的前提下研究的卸荷板底高程和悬臂长度对重力式方块码头基床应力影响，但在实际工程中还应综合考虑方块宽度对码头结构的影响。