荷载作用下码头桩基承载特性计算分析

陈文龙　李小烜

摘要：基于H-C弹塑性模型和E-H-T方法分别对土体和桩基进行模拟，通过不同的桩基直径、土质及荷载的工况组合，分别讨论不同长径比、不同土质、不同荷载等情况下的桩基侧摩阻力和桩身轴力。计算结果表明：桩的长径比对侧摩阻力的影响比较明显，而土质和荷载对桩侧摩阻力影响相对较小；露出长度对桩身轴力的影响比较明显，荷载对桩身轴力影响较小。

关键词：码头桩基 承载特性 受力分析

港口建设对海洋资源的利用和沿海地区社会经济的发展起着不可替代的作用，是提升地区综合实力的重要手段。随着我国国力的进一步增强，港口码头的建设越来越多，规模也越来越大。但是，由于对码头桩基承载力特性的研究存在缺陷，导致港口码头工程可能存在安全隐患，从而影响港口的持续发展。桩基础在码头建设中占工程总造价的比例非常高、技术要求严苛，因此，进行荷载作用下的码头桩基承载特性分析具有非常重要的工程实际意义。

1.模型介绍

进行荷载作用下的码头桩基承载特性分析，主要需对土和桩两种材料进行模拟。

1.1土的模拟

土体的本构模型选择性比较多，而且其应力一应变关系也比较复杂，且具有较强的非线性特征。土的本构模型可以分为：（1）弹性模型，如普通的虎克弹性模型；（2）非线性弹性模型，如邓肯一张模型；（3）弹塑性模型，如D-P模型，摩尔库伦模型等；（4）粘弹塑性模型，如各种元件模型，关口-太田模型等。

本文选用摩尔-库伦（Mohr-Coulomb，MC）弹塑性模型作为土的本构模型，MC模型是一种典型的理想弹塑性模型，基于非关联的流动法则，采用理想弹塑性摩尔一库伦屈服条件并且考虑屈服强度极限准则。

MC模型的屈服准则为式1；相应的势函数为式2；式中，

2.计算工况

表1为荷载作用下桩基承载特性计算中，岩土、桩基和承台的主要物理力学指标。

本文基于上述理论，建立了荷载作用下的桩基受力分析模型，考虑了不同的桩基直径，不同土质，及不同荷载作用下的工况组合，分别进行了桩的侧摩阻力和桩身轴力计算分析。

3.计算结果分析

3.1侧摩阻力结果分析

基于不同的桩基直径、不同土质及不同荷载的工况组合，分别讨论不同长径比、不同土质、不同荷载等情况下的桩基侧摩阻力。

（1）长径比对侧摩阻力的影响分析

从图1中可以看出，在不同长径比情况下，桩侧摩阻力的变化规律比较相似，随着桩土接触长度的增加，侧摩阻力先由正变负，然后急剧增加。长径比越大，桩的侧摩阻力越大。

（2）土质对侧摩阻力的影响分析

从图2（上）可以看出，在不同土质情况下，桩侧摩阻力的变化规律比较相似，且数值相当，表明土的弹性模量对侧摩阻力的影响较小。

（3）荷载对侧摩阻力的影响分析

从图2（下）可以看出，在不同荷载作用下，桩侧摩阻力的变化规律比较相似，且数值相当。这表明荷载的大小对侧摩阻力的影响较小。

3.2桩身轴力结果分析

基于不同的桩基直径、不同土质及不同荷载的工况组合，分别讨论不同荷载情况、不同桩上部露出长度等情况下的桩身轴力。

（1）荷载对桩身轴力的影响分析

从图3（上）可以看出，在不同荷载作用下，桩身轴力的变化规律比较相似，且数值相当。这表明荷载的大小对桩身轴力的影响较小。桩身轴力表现为负值，即方向向下，在桩身沉入初期，桩身轴力变化较小；随着桩身沉入的增加，桩身轴力迅速增大，在14m～18m附近达到最值；在桩身沉入后期，桩身轴力逐渐减小、恢复到最值的一半左右。

（2）桩上部露出长度对桩身轴力的影响分析

从图3（下）可以看出，在不同桩上部露出长度情况下，桩身轴力的变化规律比较相似，上部露出长度小的，在相同沉入情况下，桩身轴力先达到最值；上部露出长度大的，桩身轴力晚达到最值。在桩身沉入初期，桩身轴力变化较小；随着桩身沉入的增加，桩身轴力迅速增大达到最值；在桩身沉入后期，桩身轴力逐渐减小、恢复到最值的一半左右。

4.结语

本文分别采用M-C弹塑性模型和E-M-T方法对土体和桩基进行模拟，基于不同的桩基直径、不同土质及不同荷载的工况组合，分别讨论不同长径比、不同土质、不同荷载等情况下的桩基侧摩阻力。计算结果表明：长径比对侧摩阻力的影响较大，土质和荷载对桩侧摩阻力影响较小。基于不同的桩基直径、不同土质及不同荷载的工况组合，分别讨论不同荷载情况、不同桩上部露出长度等情况下的桩身轴力。计算结果表明：桩上部露出长度对桩身轴力的影响较大，荷载对桩身轴力影响较小。