大直径现浇混凝土薄壁筒桩(以下简称筒桩)结构海堤是一种新型海堤结构,与传统海堤结构相比,有施工便捷、用料省、承载力高等优点,具有广阔的应用前景。目前对筒桩结构海堤的理论研究还很少,尚未有成熟的设计理论,制约了其在工程中的应用。由于海堤结构主要承受水平荷载作用,本文主要采用有限元数值分析的方法对筒桩结构海堤的水平性状进行了研究。 本文首先运用刚度(EI)等效的原则将筒桩结构海堤这一复杂的三维问题简化为平面应变问题,然后在基本算例的基础上,研究各影响因素下结构的侧向位移和内力分布情况。分别考虑了持力层和海堤淤泥土质、排距、排桩刚度、系梁刚度、系梁位置、抛石等因素对筒桩结构海堤水平性状的影响,研究结果表明:对海堤淤泥层进行处理可以有效减小筒桩侧向变形;筒桩进入持力层的深度宜取2d(d为筒桩外径),排距宜取4d(d为筒桩外径);增大排桩刚度对减小筒桩侧向变形效果不明显,却可以极大提高桩身弯矩;而增大系梁刚度是减小筒桩侧向变形的有效手段,并且筒桩弯矩变化很小;系梁位置适当下移可以减小侧向变形和桩身弯矩,但还要结合其它因素综合确定;抛石是减小筒桩侧向变形的有效手段,而且还有利于海堤整体稳定性,但是抛石范围B是一个至关重要的因素,适当的抛石范围为3d(d为筒桩外径)左右。这些研究成果将为筒桩设计计算提供理论依据和必要参考。 本文还介绍了目前围海工程中常用的海堤断面型式和适用条件,提出了海堤设计的基本原则和设计步骤,海堤设计时应该遵循安全性、经济性、保护环境三个原则。通过大亚湾和漩门三期围海工程两个工程实例的筒桩结构海堤设计,阐述了设计时必须考虑的因素及该结构的适用情况。设计时要充分考虑场地的地质条件及围海区的水文气象条件,在单桩设计基础上,提出合理的结构断面,并进行变形和稳定性计算。筒桩结构海堤虽然有很多优点,但并不适用于所有工程情况,当海堤堤顶高程较大,而持力层较深时,所需筒桩长度会超出目前施工所能达到的最大桩长,长度较大时结构的侧向变形和自身稳定性也难以保证,这种情况下筒桩不适用。