架空斜坡式码头在大水位差山区河流码头中的应用

邓 旭

(云南水运规划设计研究院，昆明 云南 650051)

1 前 言

我国西部河流具有典型的山区河流特性，流速急、水面坡降陡、水位变化大。以重庆主城段长江为例，年内最大水位差可达20～30 m。传统的直立式码头无法正常运营作业。为适应大水位差码头的装卸作业，同时结合长江上游重庆段特殊地质、水文、泥沙等相关条件。通常采用斜坡式码头来满足正常运营。

根据文献统计，目前四川、重庆现有的码头中，有71.5%的码头型式采用斜码头。主要型式有实体斜坡和架空斜坡两种。考虑到长江上游段水位变化大、水流冲击作用强。若采用实体斜坡码头，坡底容易产生大范围掏刷，严重影响岸坡稳定性。因此，长江上游段约有88.2%的码头采用架空式斜坡码头。

为研究大水位差河段斜坡码头的边坡稳定规律，同时为实例工程—重庆江津区鱼尾碛实例码头提供稳定性依据。本文以该码头为实例工程，采用三维数值模拟，分析实例工程的边坡稳定情况。

2 实例工程概况

本文以重庆江津区鱼尾碛码头为实例工程。实例工程位于长江合川鱼尾碛段。工程段距离重庆主城李家沱河段约75.5 km，地理坐标为经112°11′21″，北纬32°14′39″。实例工程码头设计吨位为3 000 t级，码头主要货种为件杂货和干散货。斜坡坡比为1∶2.5，并采用实心六角块进行护面。同时，斜坡采用11根桩基进行支撑。

根据实例工程上游22.5 km的水文站多年的水文实测数据分析结果，工程处的特征水文结果见表1。

表1 实例工程特征水文数据

3 数模计算及结果分析

3.1 码头桩基应力分布云图

对码头桩基进行编号处理，令码头斜坡底部的桩基编号为1#，然后依次向上，编号分别为2#、3#，直至11#。

根据数模计算结果，实例工程码头的压应力分布和拉应力分布云图分析可知。

(1)实例工程最大压应力主要分布在8#桩基和9#桩基，最大压应力为9.85 MPa，小于C40混凝土20 MPa的抗压要求，符合规范。

(2)实例工程的最大拉应力分布区域与最大主压应力分布区域一致，也在8#桩基和9#桩基。经计算，最大拉应力为1.6 MPa。小于C40混凝土2.0 MPa的抗拉要求，符合规范。

进一步分析可知，实例工程的主要拉应力分布在T梁的跨中截面区域。建议对该区域进行加筋防护。

3.2 码头桩基形变值分布分析

根据数模计算结果，在最高通航水位工况下，实例工程码头在X、Y、Z三个方向形变值分布云图见图1，分析可知：

(1)1#至3#墩台结构在X、Y、Z三个方向的变形值都非常小(0.01～0.05 cm)。而4#至11#桩基的变形值都相对较大(0.08～0.15 cm)。最大值出现在Y轴负方向，最大值为0.15 cm，小于规范要求的0.25 cm安全值，满足规范。

(2)4#至11#桩基(尤其是Z轴方向)受到水流冲击作用影响较大，在8#桩基和9#桩基，最大值为0.098 cm。因此，应当在上部横梁布置时加强结构抵抗横向受力的加劲肋或横隔梁，增加实力工程横向受力稳定，保证实例工程结构安全。

(3)桩基的变形会传递、影响接触的土体，从而使得土体产生被动土压力，抵消一部分变形作用。在实例工程中，有土体覆盖的区域，桩基底部变形值相对较小，安全稳定性相对更高。

图1 高水位计算工况下鱼尾碛码头桩基形变值分布

3.3 岸坡土体形变值分析

根据数模计算结果，进一步分析岸坡土体形变值。分析可知：

(1)总体来看，鱼尾碛码头工程岸坡土体的形变值在0.02～0.17 cm范围内。

(2)1#至3#墩台结构接触的土体部分形变值较小。基本分布在0.02～0.08 cm范围内。

(3)4#至11#桩基接触的土体变形值相对较大，基本分布在0.05～0.17 cm范围内，且基本在表层土体区域。在中深层土体，变形值基本趋近于0。

(4)变形值最大的土体为与8#桩基和9#桩基接触的土体部分。产生较大变形值的原因主要有陆域后方土体滑坡推力的影响，以及受水流力的作用效应影响。

4 结 论

本文选择重庆江津区鱼尾碛码头作为实例工程。借助ANSYS三维有限元数值模拟软件，分析了实例工程最最不利工况(最高通航水位下)，码头自身的应力分布情况，以及码头范围内的形变分布情况。研究结果显示，在最不利工况下，鱼尾碛架空式斜坡码头的拉应力、压应力最大值均满足规范要求，码头整体的形变值较小，且岸坡基本保持稳定。因此，实例工程结构设计合理，符合规范要求。