基于灰色理论的码头堆场细砂地基承载力检测方法

2021-12-20金鹏汕头招商局港口集团有限公司

珠江水运 2021年22期

◎ 金鹏汕头招商局港口集团有限公司

重力式码头是港口工程的传统结构形式，重力式码头在施工中对地基承载力有较高要求，因此为了减小码头底部作用在地基上的竖向应力，通常设置码头的抛石基床，将上部结构施加在地基的竖向应力分散开，从而达到降低承载力的目的，减少地基倒塌和结构沉降。由于港口工程环境复杂，沉箱结构除了自身重量和箱体回填力外，还要承受波浪力、回填土压力等一系列载荷。考虑基床厚度的影响，地基的极限承载力成为港口工程设计的研究热点之一，因此，进行地基承载力检测十分必要，但传统的地基承载力检测方法忽略了地基土体模量的影响，检测不准确，因此，设计了基于灰色理论的码头堆场细砂地基承载力检测方法。

1.基于灰色理论的码头细砂地基承载力检测方法设计

1.1 计算码头细砂地基承载力分布

在计算码头细沙地基承载力分布时，首先需要计算码头周边的潮位，消除极端高水位与极端低水位的影响，确定此时的覆盖层厚度和基槽深度准备完成后，进行地基承载力分布式计算，计算公式如下（1）所示。

公式（1）中，σ 代表分布式应力，m代表施工洗漱，M代表实际边缘力数值，V代表应力检测方向的测算数值，此时的计算结果如表1所示。

表1 分布式计算结果

由表1可知，此时码头的分布式应力符合目前的公里规范，为了分析此时码头堆场细沙的各项承载力数值，需要利用有限元，构建此时的码头三维图，为构建后续的灰色预测模型提供参考。

1.2 基于灰色理论构建承载力灰色预测模型

灰色理论可以将码头承载力看作一个系统，通过对上述设计的码头三维图像进行开发，可以提取有价值的信息，实现承载力的有效识别，应用灰色理论构建承载力模型可以将整个码头堆场细砂承载力与灰色系统拟合实现承载力的控制，此时，以灰色模块为基础，设计承载力灰色预测模型，如下（2）、（3）所示。

模型（2）、（3）中x（k）代表白化方程，a代表参数，z代表相邻序列，b代表灰色作用数值，d代表离散时间，该模型也是一个非原始的序列，可以在承载力计算中划分各个区域不同的承载力离散响应时间，预测累加的承载力数值，该模型并非在所有的情况下均有效，需要将发展系数设定在某个范围内，才能应用该模型预测具体的承载力数值。

除此之外，模型的使用精度可以反馈承载力预测的实际精度，因此在进行承载力预测时，一定要消除模型精度对承载力的影响，需要进行承载力模型精度评估，即检验此时承载力模型的灰色关联度。本文设计的方法首先需要使用残差检验消除模型与原数值的误差，其次使用后验差检验，消除残差的概率分布误差，最后进行关联度检验，描述承载力检测的整个过程，进行预测评价，为承载力误差消除作基础。

1.3 消除码头极限地基承载力检测误差

为了保证承载力检测的精确性，需要在灰色预测模型建立后消除码头极限承载力检测误差。首先将整个码头的三维图像进行二维模拟变化，设置此时的沉箱长、宽、高，拟定此时机床的扩散指数，其次，划分从事的荷载边界，划分示意图如下图1所示。

图1 划分示意图

由图1可知，此时码头的承载力包括波吸力，需要消除此时的波吸力误差，根据划分示意图，在地基左右两侧进行填砂，约束此时的地基转移角，根据力矩相等原则，将波吸力集中至码头堆载上，从而减小此时的承载力检测误差。

1.4 实现码头堆场细砂地基承载力检测

实现码头堆场细砂地基承载力检测还需要确定此时次级的极限状态加载方式，本文使用ABAQUS有限元分析软件，根据地基的稳定性，收敛此时的有限元计算结果，保证地基性质不发生改变的同时，增大码头的高度，直至承载力达到极限，此时检测到的承载力即为承载力极限数值，需要在承载力极限数值的基础上降低荷载，实现码头堆场细砂地基承载力的检测。