1、关于半成岩内全直桩水平位移各公式计算误差的探讨摘要：本工程为毛里塔尼亚新建 25 万吨级矿石码头工程，该国地处撒哈拉沙漠西部边缘地区，地质条件较为特殊，基本为胶结类砂在形成岩石过程中的一种半成岩，该类岩石手可捏碎，浸水后，可捏成散粒状，但整体强度相对较高。在此基础上本工程靠船墩为分离结构且为全直桩。设计前期分别采用 m 法、P-Y 曲线法、布鲁姆法以及 ROBOT 和ALGOR 等有限元方法进行了水平位移计算，结合后期试桩资料，现总结以上各种计算方法的优缺点。 关键词：半成岩；全直桩；水平位移；各种计算方法；优缺点 Abstract: this project is the new 25000
2、0 DWT Ore Wharf in Mauritania, this country is located in Western Sahara edge area, its geological conditions are more special, basic for the cemented sand in the formation of rock in the process of a kind of semi rock, the rock type hand can crush, after immersion in water, can be squeezed into gra
3、nular, but the overall relatively high strength. Based on the engineering of pier structure for separating structure and for the straight pile. Design using m method, P-Y curve method, Bloom method and ROBOT and ALGOR finite element method for the calculation of the horizontal displacement, pile wit
4、h late, presently summarizes all of the above merits and shortcomings of the method. Keywords: semi rock; straight pile; horizontal displacement; calculation methods; advantages and disadvantages 中图分类号：P585 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 本工程为毛里塔尼亚努瓦迪布新建 25 万吨级矿石码头工程，其中包括引桥 792.9m，码头 404m，系缆墩 4 个，靠船墩 1
5、1 个，所有结构均采用桩基基础，本工程共包括钢管桩 379 根，钢管桩尺寸大部分为直径1420mm，壁厚 26mm。本工程系、靠船结构为主要受力构件，其稳定性是本工程的关键，同时桩顶部位移对结构设计影响较大，目前国外港口工程采用全直桩结构型式较多，国内全直桩结构型式的港工结构也在逐年增加，结合本工程试桩资料对各计算方法进行总结，以便类似项目能够对水平位移做初步的判断。 计算条件 本次计算桩径为 1420mm，壁厚 26mm，桩顶标高为 4.0m，外荷载作用点高程为 3.5m，泥面标高为-18.2m，桩底标高为-40.7m，外荷载设计值为 412KN，本次计算采用的地质资料如表 1 所示： 地质
6、资料 表 1 计算方法及主要公式 本次计算采用 m 法、P-Y 曲线法、布鲁姆法以及 ROBOT、ALGOR 等有限元方法进行计算，其中 m 法主要计算公式如下： P-Y 曲线法采用的主要计算公式如下： 布鲁姆法采用的主要计算公式如下： ROBOT 及 ALGOR 等有限元计算时，其弹簧系数采用 k=mz 进行计算，每延米布置一个弹簧，桩底沿桩轴线方向自由度进行限制。 计算结果及试桩资料对比 m 法计算位移简图如图一所示： 图一：m 法计算位移曲线图 经换算，受力点位移为 240.58mm。 P-Y 曲线法计算 P-Y 曲线图如图二所示： 图二：P-Y 曲线法计算位移曲线图 经换算，受力点位移
7、为 249.47mm。布鲁姆法计算受力点位移为626.55mm。ROBOT 及 ALGOR 计算结果为 282mm 和 285mm。 试验结果如图三所示： 图三：试验位移曲线图 受力点位移计算结果汇总表表 2 主要优缺点 m 法在泥面处位移超过 10mm 时需进行修正，但需修正的土体深度及土体指标的修正目前暂无相关计算方法，因此计算值偏小。 P-Y 曲线法虽然能够考虑土体的塑性变形对桩位移的影响，但极限土阻力随桩入土深度的拟合并不精准，同时对于砂质地质对内摩擦角及不排水抗剪强度值较敏感，对发生塑性变形的高度不能明确的情况下，对位移计算的修正较困难，因此计算结果偏小。m 法及 P-Y 曲线法均未
8、考虑桩体悬臂部分的自身材料的变形，其计算方法不够完善，应作进一步的修正计算。 布鲁姆法为根据桩体周围土体的土压力平衡进行位移计算，最终位移根据悬臂梁法进行计算，但悬臂梁法计算时未考虑嵌固点以上土体对桩位移的影响，因此位移计算较实际值稍大，并且其误差随着发生塑性变形土体深度的增加而减小，应对土体发生塑性变形的深度及对桩体位移的影响做修正计算。若所受荷载较小，土体未发生塑性变形，其误差为最大。本计算方法考虑了悬臂部分桩体自身的材料变形，其悬臂部分可不做修正计算。 ROBOT 及 ALGOR 等有限元计算方法较为死板，认为土体为弹簧系数一定的弹簧作用在桩体上，在往复荷载作用下，认为土体仍保持原有特性
9、，在受力超过土的极限土阻力时，不能反映出桩体的塑性变形情况，对于将土体作为一种特殊材料进行位移计算的方法需做进一步的研究和试验工作。 主要修正方法 通过以上计算和对公式的理解，本人认为其修正方法应以布鲁姆法计算结果为基础进行修正，通过 P-Y 曲线法计算土体极限阻力的临界深度，对于临界深度以上发生塑性变形的土体，其指标应根据地质情况进行折减，或者视临界深度的大小直接不考虑该部分对桩体位移的影响，对于临界深度至嵌固点之间的土体应按其产生的被动土压力对桩体位移的影响进行折减计算，本工程计算临界深度为 1.53m，经折减计算后最终位移为 602.33mm，与实际试桩资料已较为接近，能够满足前期工程设
10、计的需要。 注意事项及遗留问题 本工程试桩时已在桩体外侧安装应变片，同时焊接槽钢进行保护，但由于土体较硬，沉桩时外侧槽钢受到土体的挤压导致桩底钢管桩变形，因此在类似工程中不建议设置应变片或采用其他有效的不会对桩体产生影响的保护方式。 本次计算虽然对水平位移的判断有了初步的了解，但由于试桩资料中缺少桩体弯矩实测值，导致无法对各种方法计算的桩体弯矩值的准确性进行对比分析。另外，本工程试桩未压至破坏，导致对土体极限阻力、临界深度的计算以及极限位移的判断未能做进一步验算，同时本工程未进行旁压试验，对土体 m 值的判断存在一定的误差。 参考文献： 1 高桩码头设计与施工规范 （JTS167-1-2010） 2 港口工程桩基规范 （JTJ254-98） 3 港口工程嵌岩桩设计与施工规程 （JTJ285-2000） 4 建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008） 5 工程岩体分级标准 （GB50218-94） 6 本工程地质勘察报告 （2010 年 10 月） 作者简介：吴国松（1982-） ，辽宁人，主要从事港口工程设计。
