港口工程学课件：第三章.ppt

1、港口工程学第三章第三章 板桩码头板桩码头 本章要点：本章要点：1 板桩码头的结构型式及其特点2 板桩码头的构造 板桩、锚碇结构、拉杆、导梁、帽梁、胸墙3 板桩码头的计算作用和作用效应组合单锚板桩墙的计算锚碇结构的计算拉杆的计算帽梁、导梁及胸墙结构的计算码头整体稳定性验算定义定义 ：板桩码头建筑物主要靠连续打入地基一定深度的板桩来维持码头直立墙体，墙体上部采用锚碇结构加以锚碇。特点：特点：结构简单，材料用量少，施工方便，速度快，预制程度高；结构耐久性不如重力式码头，施工时不能承受较大的风浪。适用：适用：板桩码头对复杂的地质条件适应性强，但板桩是薄壁结构，抗弯能力有限，所以多用在中、小码头。板桩码

2、头的主要组成部分板桩墙拉杆锚碇结构导梁帽梁码头设备板桩码头的施工顺序1.预制和施打板桩预制和施打板桩2.预制和安装锚碇结构预制和安装锚碇结构3.制作和安装导梁制作和安装导梁4.加工和安装拉杆加工和安装拉杆5.现场浇筑帽梁现场浇筑帽梁6.墙后回填土和墙前港池挖泥墙后回填土和墙前港池挖泥第一节 板桩码头的结构型式及其特点按板桩材料分类1.木板桩码头2.钢筋混凝土板桩码头3.钢板桩码头按锚碇系统分类1.无锚板桩码头2.有锚板桩码头单锚板桩双锚板桩斜拉板桩按板桩墙结构分类1.普通板桩墙2.长短板桩结合3.主桩板桩结合4.主桩挡板（或套板）5.地下连续墙式一、 按板桩材料分类1. 木板桩码头 强度低、耐

3、久性差、耗木材多，现已很少应用。强度低、耐久性差、耗木材多，现已很少应用。2. 钢筋混凝土板桩码头 用钢少，造价低，耐久性好，应用最广。用钢少，造价低，耐久性好，应用最广。 强度有限，适用于水深不大的中小型码头。强度有限，适用于水深不大的中小型码头。3. 钢板桩码头 质量轻，强度高，锁口紧密，止水好，沉桩易，质量轻，强度高，锁口紧密，止水好，沉桩易，适用于水深较大的海港码头。适用于水深较大的海港码头。蛇口港钢板桩码头蛇口港钢板桩码头二、 按锚碇系统分类1. 无锚板桩码头 板桩墙如同埋入土中的悬臂梁，前挖后填，固端弯距大，易倾覆破坏，仅适用于水深不大地面荷载不大的小码头。2. 有锚板桩码头（1）

4、单锚板桩 应用最广的一种结构型式。（2）双锚板桩 减小板桩弯距。但两根拉杆往往受力不均匀，实际工程中较少采用。（3）斜拉板桩 如果施工场地不便埋设拉杆和锚碇结构，可以设置斜拉桩，保持稳定。单锚板桩断面图单锚板桩断面图（1）单锚板桩 应用最广的一种结构型式。双锚板桩断面图双锚板桩断面图（2）双锚板桩 减小板桩弯距。但两根拉杆往往受力不均匀，实际工程中较少采用。斜拉板桩断面图斜拉板桩断面图（3）斜拉板桩如果施工场地不便埋设拉杆和锚碇结构，可以设置斜拉桩，保持稳定。三、 按板桩墙结构分类l普通板桩墙 由断面和长度均相同的板桩组成由断面和长度均相同的板桩组成l长短板桩结合 板桩长度长短结合板桩长度长短

5、结合l主桩板桩结合 长度较长的板桩做成截面较大的主桩长度较长的板桩做成截面较大的主桩l主桩挡板 主桩之间不设短的板桩，而是由挡板或套板代替主桩之间不设短的板桩，而是由挡板或套板代替l地下连续墙普通板桩普通板桩断面图断面图长短板桩结合长短板桩结合断面图断面图主桩板桩结合主桩板桩结合断面图断面图地下连续墙式板桩码头l优点：1.连续性好，可有效地防渗和止水；2.不需要大型和复杂的施工机械；3.可以做成较大的各种形式断面的板桩墙；4.施工速度快，造价低。l缺点：1.需要具备干地施工的条件；2.现浇混凝土质量不易保证，密实度差；3.开挖后墙的表面不光滑，需作后处理。有干地施工条件和防渗要求，采用现浇连续

6、墙最为合适。船坞施工三峡船闸第二节 板桩码头的构造一一、板桩板桩二、锚锭结构二、锚锭结构三、拉杆三、拉杆四、导梁、帽梁、胸墙四、导梁、帽梁、胸墙五、排水设施五、排水设施板桩码头的主要组成部分板桩墙拉杆锚碇结构导梁帽梁码头设备导梁和帽梁合二为一设计成胸墙。一、板桩一、板桩由打桩器械连续打入或沉入地基，构成码头直立岸壁，挡住墙后土体。钢筋混凝土板桩和钢板桩1. 钢筋混凝土板桩材料：材料：预制件，预应力混凝土或高强混凝土，打桩时不能裂，耐久性要好。断面形式：断面形式：矩形（最常用）、T形（翼板挡土用，内河小码头）、圆管形或组合形（抗弯能力大，深水码头）。矩形断面：1）宽度500600mm，厚度200

7、500mm2）板桩两侧做成凹凸榫3）底端在厚度方向做成楔形，凹榫侧削成斜角T形断面2. 钢板桩断面形式：断面形式：U形、 Z形、 圆管形、 H形、组合形防锈处理：防锈处理：1)涂料保护2)阴极保护3)改进钢材的化学成分和防腐蚀钢种4)增加钢板厚度5)尽量降低帽梁或胸墙底高程断面形式断面形式U形U形钢板桩组合的断面接口接口焊接二、锚锭结构二、锚锭结构 固定拉杆，改善受力结构型式：1.锚锭墙和锚锭板2.锚锭桩（或板桩）3.锚锭叉桩1. 锚碇板（墙）结构： 主要依靠锚碇板（墙）前土体的被动土压力保持稳定。先开挖基槽，再现浇钢筋混凝土锚碇墙或安放预制锚碇板。缺点为水平位移较大。2. 锚碇桩或板桩结构：

8、 嵌固于土中，填方少，原状土不破坏，有一定水平位移。3. 锚碇叉桩结构： 与板桩墙的距离可以很近，承载能力大，位移小，适用于地震区或锚碇结构前面被动土压力较小情况。缺点：造价高桩的斜度：3：14：1三、拉杆三、拉杆 拉杆：板桩墙与锚锭结构的传力构件，重要构件之一。要求：l3号圆钢或5号圆钢，高强钢材，延伸率不低于18l防锈措施：P54，设计时预留锈蚀量l拉杆纵向间距1.53.0ml拉杆长度：板桩墙与锚碇结构之间的距离l直径：由强度计算确定， 一般采用4080mml拉杆高程不宜低于施工水位不宜低于施工水位拉拉杆杆构构造造图图 减小拉杆附加应力的措施：拉杆下填土沉降拉杆下填土沉降l设置支垫：支承桩

9、、混凝土垫块、铺碎石；l设置U形防压罩。混凝土垫块混凝土垫块帽梁： 在板桩顶端用现浇混凝土做成帽梁，将各板桩在板桩顶端用现浇混凝土做成帽梁，将各板桩连成一个整体。连成一个整体。导梁： 在拉杆和板桩墙的连接处设置纵向的导梁，保在拉杆和板桩墙的连接处设置纵向的导梁，保证每根板桩都能被拉住。为了防止船舶的碰撞证每根板桩都能被拉住。为了防止船舶的碰撞和减少腐蚀，通常设在板桩墙的内侧。和减少腐蚀，通常设在板桩墙的内侧。胸墙 ：（采用较多） 水位差不大，拉杆距地面距离较小时，可将帽水位差不大，拉杆距地面距离较小时，可将帽梁和导梁合二为一设计成胸墙梁和导梁合二为一设计成胸墙。 四、导梁、帽梁及胸墙四、导梁、

10、帽梁及胸墙作用作用 帽梁导梁帽梁导梁帽梁胸墙胸墙胸墙断面形式胸墙断面形式L形胸墙钢板桩上的胸墙钢板桩上的胸墙变形缝设置：导梁、帽梁或胸墙沿码头长度方向设置变形缝，间距1530m，缝宽2030mm，用弹性材料填充。 重力式码头变形缝设置重力式码头变形缝设置 缝宽20-50 mm；变形缝一般10-30 m间距设置一个；五、排水设施五、排水设施 为了减小板桩墙上的剩余水压力，板桩墙应在设计低水位附近预留排水孔。排水孔后应设置倒滤棱体，以防止墙后填土流失。 直径：58cm间距：35m 位置：设计低水位附近第三节第三节 板桩码头的计算板桩码头的计算 一、板桩码头上的作用和作用效应组合一、板桩码头上的作用

11、和作用效应组合二、单锚板桩墙计算二、单锚板桩墙计算三、锚锭结构计算三、锚锭结构计算四、拉杆设计四、拉杆设计五、导梁、帽梁和胸墙结构计算五、导梁、帽梁和胸墙结构计算六、整体稳定性验算六、整体稳定性验算 板桩码头设计与施工规范板桩码头设计与施工规范JTJ292-98板桩码头上的作用板桩码头上的作用 1)永久作用永久作用主动土压力，剩余水压力，自重2)可变作用可变作用可变荷载引起的土压力，船舶荷载，波浪力，施工荷载等3)3)偶然作用偶然作用地震荷载 一、板桩码头上的作用和作用效应组合一、板桩码头上的作用和作用效应组合sin1coscos2coscKheaiiax永久作用主动土压力：永久作用主动土压力

12、： cosaaqxqKe可变作用主动土压力：可变作用主动土压力： sin1coscos2coscKhepiipx永久作用被动土压力：永久作用被动土压力： 22cossinsin1coscospaK土压力系数：土压力系数： 兼有库伦理论和朗肯理论的特点兼有库伦理论和朗肯理论的特点1. 土压力：土压力： 板桩码头设计与施工规范板桩码头设计与施工规范（JTJ292-98）推荐的土压力）推荐的土压力水平强度标准值：水平强度标准值：填土面水平、墙背直立情况2. 剩余水压力：剩余水压力： 与潮位变化、板桩墙排水性能，回填土和地基的渗透性等因素有关。 海港：设置排水孔，墙后回填粗于细砂时，不考虑海港：设置排

13、水孔，墙后回填粗于细砂时，不考虑剩余水头；剩余水头； 海港：墙后回填细砂（或颗粒更细），取海港：墙后回填细砂（或颗粒更细），取1/31/2平平均潮差；均潮差； 河港：按高低水位实际情况取定。河港：按高低水位实际情况取定。3. 其他荷载：其他荷载：船舶系缆力，波浪力，地震荷载等 船舶系缆力：船舶系缆力：系船块体有单独的锚碇结构，系缆力不传给胸墙和板桩墙。波浪力：波浪力：波吸力p波谷作用在码头岸壁时波谷作用在码头岸壁时系船柱锚碇结构1 1 板桩墙的工作状态板桩墙的工作状态 ： （1）入土不深，底端按自由底端按自由端考虑端考虑，底端水平位移大，板桩内只有一个方向的弯距且值最大。 tmin-自由支承状

14、态自由支承状态 （2） 板桩的入土段比前者稍深，底端截面只有转角而没有位移。二、单锚板桩墙计算二、单锚板桩墙计算 根据板桩入土深度的不同，产生四种工作状态根据板桩入土深度的不同，产生四种工作状态 （3）板桩入土段比较长，入土段向前位移甚小，板桩底端按弹性嵌固端考虑，并且向后侧有少量位移。入土段出现反弯距。 tmax-弹性嵌固状态弹性嵌固状态 （4）板桩的入土深度更长，墙体的稳定性有富余。2 2 板桩墙的土压力分布板桩墙的土压力分布 （1）以位移为主，按刚性墙考虑，土压力呈线性分布。 （2） 以变形为主，按柔性墙考虑，土压力呈“R”形分布。 板桩码头规板桩码头规范范按线性分布计按线性分布计算，以

15、变形为主的算，以变形为主的板桩墙考虑弯距修板桩墙考虑弯距修正系数。正系数。3 3 单锚板桩墙的计算单锚板桩墙的计算 计算内容：计算内容：1)入土深度t02)板桩墙最大弯矩Mmax3)拉杆拉力Ra（RA）计算方法计算方法：1)弹性线法弹性线法仅用于单锚板桩墙的弹性嵌固状态2)2)自由支承法自由支承法仅用于单锚板桩墙的自由支承状态3)竖向弹性地基梁法竖向弹性地基梁法适用于单锚和多锚板桩墙的任何工作状态 1. 弹性线法（罗迈尔法）：第三种工作状态弹性线法（罗迈尔法）：第三种工作状态基本求解步骤：一次超静定结构1. 荷载ea：主动土压力强度ep：被动土压力强度ew：剩余水压力（计算水底以下不考虑）Ep

16、：墙后被动土压力合力p：波吸力q：地面均布荷载2. 未知量Ra，Ep，t03. 求解条件 H=0 MD=0 a=0或 D=0或 D=0 实用计算中，常用M1max=（1.11.15）M2max代替条件4. 计算结果 Mn=MmaxRA= RRalasec （3-3-22） t0需经公式（3-3-7）校核0112()nRGGQQQiQiidMMMM绕踢脚绕踢脚A点稳定点稳定2. 自由支承法：第一种工作状态自由支承法：第一种工作状态基本求解步骤：静定自由结构1. 荷载ea：主动土压力强度ep：被动土压力强度ew：剩余水压力（计算水底以下不考虑）p：波吸力q：地面均布荷载2. 未知量Ra，tmin3

17、. 求解步骤 先由“踢脚A”稳定条件得到tmin 由H=0，得Ra，再由公式（3-3-22）得RA 由内力分析得Mmax0112()nRGGQQQiQiidMMMM3. 竖向弹性地基梁法：竖向弹性地基梁法：基本特点：1. 可考虑拉杆锚碇点的位移：拉杆变形锚定结构位移2. 入土段抗力由弹性杆代替，弹性系数的取值用m法3. 需用杆系有限元方法求解0)(),(bxzkxzpnh土的抗力：土的抗力：土的水平抗力系数土的水平抗力系数kh(z)实用中实用中m法最常用，各种土的法最常用，各种土的m值可在规范查表得到：值可在规范查表得到：港口工程桩基规范港口工程桩基规范（JTJ254-98) P75 JTJ2

18、54-98) P75 表表C.2.1C.2.1kh(z)=mz1.锚碇墙（板）的稳定性稳定性计算：静力平衡条件三、锚碇结构计算三、锚碇结构计算0()pxEaxRA xEqxdEERE2. 锚碇墙（板）与板桩墙之间距离的确定12min0tan(45)tan(45)22hLHt3. 锚碇墙（板）的位移：不宜大于50mmHkaaaKbhlRH 4. 锚碇墙（板）的内力计算：8aaVhRMl现浇连续钢筋混凝土锚碇墙水平方向（刚性支承连续梁）：高度方向（悬臂板）：l预制的锚碇板水平方向（悬臂板）：高度方向（悬臂板）：8aAXVhRM8bRMAXH102aaHlRMkNmkNm/mkNmkNm四、拉杆四、拉杆钢拉杆直径：10002ARAdtRdfd拉杆直径（mm）d预留锈蚀量（mm），可取23mm；RA一根拉杆的拉力，kN；f t钢材强度设计值（N/mm2）RA拉杆拉力分项系数，取1.35帽梁设计按按受船舶水平向系缆力作用的弹性地基梁计算，基床系数k： 33EIkl bh五、帽梁、导梁和胸墙设计五、帽梁、导梁和胸墙设计板桩码头的整体稳定性，圆弧滑动法，滑动面通过板桩桩尖。如有软弱土层，还需验算滑动面通过软土层的情况。补充说明 P97六、整体稳定性验算六、整体稳定性验算