探析箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
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摘要：箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)是一種適用于軟土海底地基上的輕型海上路基結(jié)構(gòu)，具有承載能力較好，施工方便快捷的特點(diǎn)。本文結(jié)合埕海油田張東開發(fā)海工工程，對箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的抗滑、抗波浪浮托、抗傾穩(wěn)定穩(wěn)定進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定滿足要求，為箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了理論上的保證。
論文關(guān)鍵詞：箱涵結(jié)構(gòu),抗滑,抗波浪浮托,抗傾,穩(wěn)定
在灘海和近海淺水區(qū)開采地下油氣資源，通常采用“海油陸采”的開發(fā)方式，即先修建進(jìn)海路和海上人工井場工程，然后在海上人工井場上采用陸地上的開采工藝來開采海上油氣資源。這種開發(fā)模式是一種經(jīng)濟(jì)、快捷開發(fā)灘海石油的途徑。目前，進(jìn)海路結(jié)構(gòu)包括三大類形式：高架橋形式、隧道形式和從海底地基上鋪填路基的形式。進(jìn)海路結(jié)構(gòu)形式的選取需要根據(jù)工程的具體情況來確定。從海底地基上鋪填路基的形式具適用性較廣泛的特點(diǎn)，但是采用砂石料在海底地基填筑成實(shí)體路基，為了保證海浪和潮流作用下路基的穩(wěn)定，往往路基兩側(cè)的邊坡較緩，路基橫斷面較大，工程造價高，且路基結(jié)構(gòu)自重大，對地基承載力要求高。而箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性和承載能力較好，施工方便快捷，造價低的優(yōu)點(diǎn)，因此值得推廣應(yīng)用。
2.工程概括
埕海油田張東開發(fā)區(qū)海工工程位于河北省黃驊市歧口大港油田羊二莊油田附近海域。新建張東B井場在張海5井位處，位于海圖0.9m水深線附近的淺海海域。張海5井位的大地坐標(biāo)為X：4267185.89，Y：20559214.26。新建進(jìn)海路直線連接張東A井場（原張海2X1人工井場）和張東B井場。工程所在海域西側(cè)為河北省防潮海堤，進(jìn)海路總體垂直海岸線，東偏北方向。
根據(jù)工程位置處的波浪情況，波浪在向北方向處最大，而為了最大發(fā)揮箱涵的消浪作用，路的軸向?yàn)檎龞|正西方向。如圖1所示。進(jìn)海路區(qū)域地質(zhì)淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粉土和粉質(zhì)粘土為主。
3.箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算分析
本節(jié)將對高度4.0m，壁厚0.3m，箱涵底寬15m，頂寬9m的箱涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。設(shè)單個箱涵沿進(jìn)海路方向長6m。此時泥面標(biāo)高是-2.8m，箱涵陷入泥面0.2m，路面頂標(biāo)高為+2.00m，裙板長度為1m。 側(cè)墻高1.0m，厚0.4m，拋填砂石料高0.7m，混凝土路面厚0.3m，寬8m。結(jié)構(gòu)示意如圖2、圖3所示。
圖2 箱涵結(jié)構(gòu)的立面圖
圖3 箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)縱斷面
3.1 計(jì)算荷載
箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算分析中考慮結(jié)構(gòu)自重，底部粘聚力，底部摩擦力，水平波浪力，波浪浮托力，冰作用荷載，車輛作用荷載。設(shè)計(jì)高水位：1.65m，設(shè)計(jì)低水位：-1.78m，極端高水位：3.21m，極端低水位：-3.62m，100年一遇高水位：3.39m。荷載分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)范規(guī)定選取。
3.2 材料參數(shù)
取鋼筋混凝土的飽和重度為24.5kN/m3，浮重度為14.5kN/m3；取素混凝土的飽和重度為23.5kN/m3，浮重度為13.5kN/m3；拋填石料的天然重度為18kN/m3，浮重度為8kN/m3。土的平均粘聚力是7.1kN/m3，箱涵沉入第一土層，第一土層的平均內(nèi)摩擦角
=12.40。
3.3 箱涵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗(yàn)算
3.3.1 抗滑穩(wěn)定性
這里考慮設(shè)計(jì)高水位下結(jié)構(gòu)自重＋波浪荷載和設(shè)計(jì)高水位下結(jié)構(gòu)自重＋冰作用荷載兩種危險工況。
工況一：自重+波浪荷載
此工況下滑動力是水平波浪作用力P，抗滑力是結(jié)構(gòu)底部摩擦力與底部粘聚力F的合力。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定須滿足公式（1）：
（1）
其中：
為結(jié)構(gòu)系數(shù)；
為水平波浪作用力荷載系數(shù)；
為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；
為結(jié)構(gòu)自重力分項(xiàng)系數(shù)；
為波浪浮托力分項(xiàng)系數(shù)；
為結(jié)構(gòu)自重；
為波浪浮托力；f 為底部摩擦系數(shù)。
工況二：自重+冰荷載
此種工況下滑動力是冰對結(jié)構(gòu)的作用荷載
，抗滑力是結(jié)構(gòu)底部摩擦力與底部粘聚力F的合力。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定須滿足公式2：
（2）
其中，為結(jié)構(gòu)系數(shù)；
為冰荷載分項(xiàng)系數(shù)；
為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。
表一 箱涵結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定計(jì)算表（kN/m）
工 況
自 重
波浪荷載
冰荷載
滑動力
抗滑力
抗滑系數(shù)
是否滿足要求
工況一
65.41
132.17
—
85.03
132.17
1.49
是
工況二
135.81
—
171.66
169.76
171.66
1.08
是
�。�“—”表示空缺）
3.3.2 抗波浪浮托穩(wěn)定性
破壞力為波浪浮托力U，抗力為結(jié)構(gòu)自重G與底部粘聚力F，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定須滿足公式3：
（3）
表二 箱涵結(jié)構(gòu)抗波浪浮托穩(wěn)定計(jì)算表（kN/m）
波浪浮托力
結(jié)構(gòu)自重
底部粘聚力
抗滑系數(shù)
是否滿足要求
178.32
348.50
106.50
1.96
是
3.3.3抗傾穩(wěn)定性
這里考慮設(shè)計(jì)高水位下結(jié)構(gòu)自重＋波浪荷載和設(shè)計(jì)高水位下結(jié)構(gòu)自重＋冰作用荷載兩種危險工況。
工況一：自重＋波浪荷載
此種工況下，傾覆力矩為水平波浪力和波浪浮托力所產(chǎn)生的力矩，抗傾力矩為結(jié)構(gòu)自重力和底部粘聚力所產(chǎn)生的力矩，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定須滿足公式4：
（4）
其中，
為結(jié)構(gòu)系數(shù)；
為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；Mu為波浪浮托力產(chǎn)生的力矩；Mp為水平波浪力產(chǎn)生的力矩；MG為結(jié)構(gòu)自重力產(chǎn)生的力矩；MF為底部粘聚力產(chǎn)生的力矩；
為組合系數(shù)。
工況二：自重+冰作用荷載
此種工況下，傾覆力矩為冰荷載作用所產(chǎn)生的力矩，抗傾力矩為結(jié)構(gòu)自重力和底部粘聚力所產(chǎn)生的力矩，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定須滿足公式5：
（5）
其中，為結(jié)構(gòu)系數(shù)；
為冰荷載分項(xiàng)系數(shù)；
為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；Mb為冰荷載產(chǎn)生的力矩（kN-m/m）。
表三 箱涵結(jié)構(gòu)抗傾穩(wěn)定計(jì)算表（kN-m/m）
工況
自 重
底部粘聚力
水平波浪力
波浪浮托力
冰荷載
傾 覆
力 矩
抗 傾
力 矩
抗滑系數(shù)
是否滿足要求
工況一
2613.75
798.75
251.33
1337.36
—
1967.28
3412.5
1.735
是
工況二
2613.75
798.75
—
—
594.5
743.14
3412.5
4.592
是
�。�“—”表示空缺）
4.結(jié)論
通過分析表明箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)夠滿足張海5海區(qū)對進(jìn)海路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)是一種適用于軟土海底地基上的輕型海上路基結(jié)構(gòu)，相對拋填路基結(jié)構(gòu)，箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)場施工量小、施工簡便。箱涵進(jìn)海路結(jié)構(gòu)，一方面依靠透空結(jié)構(gòu)來減小波浪力，增加抗滑抗傾能力，另一方面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可充分利用周邊軟土的粘聚力和摩擦阻力來保證結(jié)構(gòu)的抗滑和抗傾穩(wěn)定性，利用插入埋深來提高基底的承載力和整體穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn):
[1]別社安．橫臥圓筒體的海上路基結(jié)構(gòu)[P]．中國: 3243X，2005-10-01．
[2]中油管道工程公司天津分公司．埕海油田張東開發(fā)區(qū)海工工程可行性研究報告（2版）[R]．中國：2006-01．
[3]天津大學(xué)建筑工程學(xué)院．埕海油田張東開發(fā)區(qū)海工工程初步設(shè)計(jì)[R]．中國：2007．
[4]中油管道工程公司天津分公司．張東進(jìn)海路人工井場工程（進(jìn)海路部分）巖土工程勘查報告--詳勘[R]．中國：2006．
[5]JTJ267-98，港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．1998．
[6]JTJ213-98，海港水文規(guī)范[S]．1998．
[7]孔憲衛(wèi)．橫臥圓筒的海上道路結(jié)構(gòu)研究[D]．天津：天津大學(xué)，2005．
[8]JTJ215-98，港口工程荷載規(guī)范[S]．1998．
[9]JTJ250-98，港口工程地基規(guī)范[S]．1998．
[10]JTJ298-98，防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]．1998．
