第二章 重力式码头

1、2-1 2-1 重力式码头的结构型式与特点重力式码头的结构型式与特点一、工作原理及适用条件、结构特点一、工作原理及适用条件、结构特点 靠结构本身及其上填料重量抵抗建筑物的滑动和倾覆，要靠结构本身及其上填料重量抵抗建筑物的滑动和倾覆，要求地其具有一定强度，故适用于较好的地基。求地其具有一定强度，故适用于较好的地基。优点优点 ：（：（1 1）耐久性好，抗冻、抗水性能好；）耐久性好，抗冻、抗水性能好； （2 2）对地面超载和装卸工艺变化适应性强；）对地面超载和装卸工艺变化适应性强； （3 3）施工简单，设计、施工经验成熟；）施工简单，设计、施工经验成熟； （4 4）用钢材少，造价较低。）用钢材少，造

2、价较低。缺点：缺点： （1 1）波浪反射严重，泊稳条件差；）波浪反射严重，泊稳条件差； （2 2）地基要求一定承载力，需较多的砂石料。）地基要求一定承载力，需较多的砂石料。二、主要组成部分二、主要组成部分1 1、墙身（下部结构）和、墙身（下部结构）和 胸墙（上部结构）胸墙（上部结构）l 构成直立墙面构成直立墙面l 挡住墙后回填料承受外力，传给基础及地基挡住墙后回填料承受外力，传给基础及地基l 连成整体连成整体2 2、基础、基础l 将力扩散到较大范围的地基，减小地基应力和沉降将力扩散到较大范围的地基，减小地基应力和沉降l 保护地基，整平地基保护地基，整平地基3 3、墙后回填料、墙后回填料l 形成

3、码头地面，减小墙后土压力形成码头地面，减小墙后土压力4 4、码头设备、码头设备三、结构型式三、结构型式按墙身结构按墙身结构 分类分类l 方块码头方块码头l 沉箱码头沉箱码头l 扶壁码头扶壁码头l 大圆筒码头和格型钢板桩码头大圆筒码头和格型钢板桩码头按墙身的施工方法分类按墙身的施工方法分类 l 干地现场浇注（或砌筑）干地现场浇注（或砌筑）l 水下安装的预制结构水下安装的预制结构（一）方块码头（一）方块码头1 1、按断面形式分类、按断面形式分类（1 1）阶梯式断面阶梯式断面l 断面底宽大；断面底宽大；l 方块数量多，整体性差；方块数量多，整体性差；l 基底应力不均匀。基底应力不均匀。（2 2）衡重

4、式衡重式 底层方块削角、倒梯形、弯月形底层方块削角、倒梯形、弯月形（3 3）卸荷板式卸荷板式l 墙背土压力减小；墙背土压力减小；l 基底应力较均匀；基底应力较均匀；l 断面底宽小。断面底宽小。2 2、按方块形式和材料分类、按方块形式和材料分类（1 1）实心方块实心方块：砼、块石砼、浆砌石方块：砼、块石砼、浆砌石方块（2 2）空心方块空心方块空心块体形式空心块体形式l 有底板时，块重相同情况下，空心方块外形尺寸比实心方块有底板时，块重相同情况下，空心方块外形尺寸比实心方块大，抗倾力矩大；大，抗倾力矩大；l 无底板时，由于填料只部分参加抗倾，抗倾能力小。无底板时，由于填料只部分参加抗倾，抗倾能力小

5、。（3 3）异形块体异形块体（拉维尔式）（拉维尔式）l 由由“T”T”字和字和“I”I”字形等块体组成；字形等块体组成；l 腹板间形成的空腔内不填满块石腹板间形成的空腔内不填满块石方块码头优缺点：方块码头优缺点：优点优点：耐久性好，基本不需要钢材，施工简单，不需复杂的施：耐久性好，基本不需要钢材，施工简单，不需复杂的施 工设备；工设备；缺点缺点：水下工作量大，结构整体性和抗震性能差，需要石料量：水下工作量大，结构整体性和抗震性能差，需要石料量 大。大。 一般适用于地基较好，当地有大量石料，缺少钢材和冰况一般适用于地基较好，当地有大量石料，缺少钢材和冰况严重的情况。严重的情况。（二） 沉箱码头沉

6、箱码头1 1、矩形沉箱矩形沉箱制作简单，浮游稳定性好，施工经验成熟制作简单，浮游稳定性好，施工经验成熟对称式对称式非对称式非对称式侧壁侧壁后壁后壁前壁前壁前趾前趾后趾后趾横隔墙横隔墙纵隔墙纵隔墙沉箱的组成沉箱的组成南沙港集装箱码头南沙港集装箱码头 沉箱结构沉箱结构开孔矩形沉箱开孔矩形沉箱秦皇岛港煤码头秦皇岛港煤码头2 2、园形园形（外海引桥墩一般采用）（外海引桥墩一般采用）环形箱壁对水流的阻力小，受力情况好，配筋量环形箱壁对水流的阻力小，受力情况好，配筋量小，可不设内隔墙，但模板较复杂。小，可不设内隔墙，但模板较复杂。沉箱码头优缺点：沉箱码头优缺点：优点：施工速度快，水下工作量少，结构整体性好

7、；优点：施工速度快，水下工作量少，结构整体性好；缺点：耐久性不如块体码头，需钢材多，需专门的施工设备缺点：耐久性不如块体码头，需钢材多，需专门的施工设备和合适的施工条件。和合适的施工条件。（三）扶壁码头扶壁码头 由由立板、底板立板、底板和和肋板肋板互相整体连接而成的钢筋混凝土结构。互相整体连接而成的钢筋混凝土结构。立板：挡土并构成码头直立墙壁立板：挡土并构成码头直立墙壁 趾板：增加抗倾稳定性，使基底反力分布均匀趾板：增加抗倾稳定性，使基底反力分布均匀内底板：所受外力传至基床内底板：所受外力传至基床尾板：减小基床宽度，基底反力均匀尾板：减小基床宽度，基底反力均匀肋板：将立板和底板连成整体并支撑立

8、板和肋板：将立板和底板连成整体并支撑立板和 底板，扶壁顶端宜嵌入胸墙底板，扶壁顶端宜嵌入胸墙10cm10cm；扶壁码头结构图扶壁码头结构图扶壁码头优、缺点：介于块体结构和沉箱结构两者之间，扶壁码头优、缺点：介于块体结构和沉箱结构两者之间，主要缺点是结构整体性差。主要缺点是结构整体性差。（四） 大直径圆筒码头大直径圆筒码头l 结构简单，平面尺寸大；结构简单，平面尺寸大；l 壁薄，一般不作底板和内隔墙，可不做抛石基床；壁薄，一般不作底板和内隔墙，可不做抛石基床；l 砼与钢材用量少（与圆筒直径无关），造价低，施工速度砼与钢材用量少（与圆筒直径无关），造价低，施工速度快。快。座床式座床式（放在抛石基床

9、上）：当地基下不深处有较硬土层而（放在抛石基床上）：当地基下不深处有较硬土层而直接放置圆筒其承载力又不足时采用。直接放置圆筒其承载力又不足时采用。沉入式沉入式：当地基表面以下有较厚的软土层，可以：当地基表面以下有较厚的软土层，可以将圆筒穿过软土层插入到下卧持力层。将圆筒穿过软土层插入到下卧持力层。（五） 格形钢板桩码头格形钢板桩码头用打入地基中的平板型（直腹式）钢板桩组成大直径的圆圈，用打入地基中的平板型（直腹式）钢板桩组成大直径的圆圈，相邻圆圈之间两圆弧连接，此圆弧也由打入地基中的平板型钢相邻圆圈之间两圆弧连接，此圆弧也由打入地基中的平板型钢板桩组成。圆圈和圆弧内用砂、土或石料填充。板桩组成

10、。圆圈和圆弧内用砂、土或石料填充。圆格形圆格形扁格形扁格形广州港新沙圆格形钢板桩码头广州港新沙圆格形钢板桩码头盐田港盐田港3.53.5和和5 5万吨级码头剖面图万吨级码头剖面图该种码头型式的主要特点：该种码头型式的主要特点：（1 1）格体及内部填料作为一非刚性结构，格底应力具有良好）格体及内部填料作为一非刚性结构，格底应力具有良好的重分布特性，地基应力均匀、连续，对地基要求不高。的重分布特性，地基应力均匀、连续，对地基要求不高。（2 2）格体采用预拼装整体吊运工艺，施工机械工程度高，格）格体采用预拼装整体吊运工艺，施工机械工程度高，格体拼装对预拼场地的要求不高，不需占用已有岸线。体拼装对预拼场

11、地的要求不高，不需占用已有岸线。（3 3）安全度大，抗过载能力强，延性好。）安全度大，抗过载能力强，延性好。（六）干地施工码头干地施工码头 适用于内河港口，常用素砼或浆砌石结构，断面形式与方块式重力码头相似。适用于内河港口，常用素砼或浆砌石结构，断面形式与方块式重力码头相似。 优、缺点：就地取材，不需钢材，不需大型和复杂的施工设备，施工简单，优、缺点：就地取材，不需钢材，不需大型和复杂的施工设备，施工简单，整体性好，造价低。整体性好，造价低。梯形断面梯形断面衡重式断面衡重式断面2-2 2-2 重力式码头的构造或断面设计重力式码头的构造或断面设计一、基础一、基础1 1、分类、分类对于岩石地基：对

12、于岩石地基： l 直接做在岩面上（现场灌注）直接做在岩面上（现场灌注）l 整平：整平：0.3m 0.3m （预制安装）（预制安装）l 岩石顺岸向倾斜时采用阶梯形断岩石顺岸向倾斜时采用阶梯形断面面对于非岩石地基：对于非岩石地基： 现场灌筑：现场灌筑： 采用采用100-200mm100-200mm原贫砼垫层（地基承载力足够）原贫砼垫层（地基承载力足够）采用块石基床、铪板、基桩（地基承载力不足）采用块石基床、铪板、基桩（地基承载力不足） 预制安装：采用抛石基床预制安装：采用抛石基床2 2、抛石基床设计、抛石基床设计 着重介绍型式、厚度、底宽着重介绍型式、厚度、底宽抛石基床型式抛石基床型式原地面水深小

13、于码头设计水深原地面水深小于码头设计水深 时采用。时采用。原地面水深大于码头设计水深时采用原地面水深大于码头设计水深时采用原地面水深大于码头设计水深，但地基表层原地面水深大于码头设计水深，但地基表层为软土，需挖除。为软土，需挖除。 抛石基床厚度抛石基床厚度l 基床起扩散应力的作用时，厚度由计算确定，满足地基允许基床起扩散应力的作用时，厚度由计算确定，满足地基允许承载力，且承载力，且1m1m。l 基床顶面应力不大于地基容许承载，基床只起整平，防止地基床顶面应力不大于地基容许承载，基床只起整平，防止地基土被淘刷的作用，厚度不小于基土被淘刷的作用，厚度不小于0.5m0.5m。基床底宽决定于对地基应力

14、扩散范围的要求基床底宽决定于对地基应力扩散范围的要求基床底宽基床底宽建筑物底宽建筑物底宽+ +两倍基床厚度两倍基床厚度 B+2dB+2d抛石基床底宽抛石基床底宽二、墙身和胸墙二、墙身和胸墙 1 1、变形缝变形缝设置设置地基不均匀沉降和温度变化地基不均匀沉降和温度变化沉降缝和温度缝沉降缝和温度缝一般合二为一般合二为一（一缝两用）一（一缝两用）变形缝，缝宽变形缝，缝宽20mm-50mm20mm-50mm，间距，间距10m-30m10m-30m 一般在下列位置应设置变形缝：一般在下列位置应设置变形缝： 新旧建筑物衔接处新旧建筑物衔接处 码头水深或结构形式改变处码头水深或结构形式改变处 地基土质差别较

15、大处地基土质差别较大处 基床厚度突变处基床厚度突变处 沉箱接缝处沉箱接缝处2 2、胸墙设计、胸墙设计l 结构型式结构型式 现场浇注砼胸墙现场浇注砼胸墙 采用最多采用最多 浆砌石浆砌石 预制砼块体预制砼块体l 高程和尺寸高程和尺寸 胸墙底部高程不得低于施工水位胸墙底部高程不得低于施工水位胸墙底宽按计算确定，顶宽一般胸墙底宽按计算确定，顶宽一般0.8m0.8m胸墙顶面高程宜预留沉降量胸墙顶面高程宜预留沉降量悬臂式悬臂式 简支式简支式 锚固式锚固式 3 3、卸荷板、卸荷板4 4、墙身、墙身（1 1）方块的型式及尺寸要求；）方块的型式及尺寸要求；（2 2）沉箱箱壁、底板和隔墙的布置及尺寸；）沉箱箱壁、

16、底板和隔墙的布置及尺寸；（3 3）扶壁立板、肋板、底板尺寸及其整体连接情况；）扶壁立板、肋板、底板尺寸及其整体连接情况；（4 4）圆筒筒壁和防漏土的构造措施；）圆筒筒壁和防漏土的构造措施；（5 5）格形墙体和上部结构的布置和尺寸。）格形墙体和上部结构的布置和尺寸。 三、墙后回填三、墙后回填1 1、抛填棱体、抛填棱体l 作用：（作用：（1 1）减小主动土压力；（）减小主动土压力；（2 2）与倒滤层一起可防细粒）与倒滤层一起可防细粒土流失。土流失。l 材料：量大、价廉、坚固、质轻，内摩擦角大的当地材料材料：量大、价廉、坚固、质轻，内摩擦角大的当地材料 2 2、倒滤层、倒滤层l 作用：防止回填土流失

17、作用：防止回填土流失l 分类：碎石倒滤层分类：碎石倒滤层 、土工织物倒滤层、土工织物倒滤层三角形三角形：主要为防止回填土流失设置，抛填材料最少：主要为防止回填土流失设置，抛填材料最少 梯梯 形形：以减压为目的：以减压为目的 锯齿形锯齿形：以减压为目的，用料少，施工程序多（不宜多于两级）：以减压为目的，用料少，施工程序多（不宜多于两级）抛填棱体断面形式抛填棱体断面形式三角形三角形锯齿形锯齿形梯梯 形形扶壁码头中设置的扶壁码头中设置的倒滤井倒滤井沉箱码头中可设置沉箱码头中可设置倒滤空腔倒滤空腔2-3 2-3 重力式码头的一般计算重力式码头的一般计算1 1、三种设计状况及两种极限状态的关系、三种设计

18、状况及两种极限状态的关系l 持久状况：（使用期）按承载能力和正常使用极限状态设持久状况：（使用期）按承载能力和正常使用极限状态设计；计；l 短暂状况：（施工期）按承载能力极限状态设计，必要时短暂状况：（施工期）按承载能力极限状态设计，必要时按正常使用极限状态设计；按正常使用极限状态设计；l 偶然状况：（遭受地震作用）仅按承载能力极限状态设计。偶然状况：（遭受地震作用）仅按承载能力极限状态设计。计算内容计算内容 序号序号计算和验算内容计算和验算内容采用的极限状态采用的极限状态采用的效应组合采用的效应组合1对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳

19、定性定性承载能力极限状承载能力极限状态态持久组合持久组合2沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性承载能力极限状承载能力极限状态态持久组合持久组合3基床和地基承载力基床和地基承载力承载能力极限状承载能力极限状态态持久组合持久组合4整体稳定性整体稳定性承载能力极限状承载能力极限状态态持久组合持久组合5墙底面合力作用点位置墙底面合力作用点位置承载能力极限状承载能力极限状态态持久组合持久组合6构件构件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒)的承的承载力载力承载能力极限状承载能力极限状态态持久组合持久组合7码头施工期稳

20、定性和构件承载力验算码头施工期稳定性和构件承载力验算承载能力极限状承载能力极限状态态短暂效应组合短暂效应组合8构件构件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒)裂缝裂缝宽度验算宽度验算正常使用极限状正常使用极限状态态长期效应长期效应(准永久准永久)组合组合9地基沉降验算地基沉降验算正常使用极限状正常使用极限状态态长期效应长期效应(准永久准永久)组合组合二、重力式码头上的作用二、重力式码头上的作用1 1、建筑物自重力、建筑物自重力 （1 1）容重宜通过试验确定，无实测资料时，）容重宜通过试验确定，无实测资料时， 按规范取值。按规范取值。 （2 2）对于无粘性材料

21、（砂、石），剩余水位以上采用天然高）对于无粘性材料（砂、石），剩余水位以上采用天然高度，剩余水位以下采用浮重度。度，剩余水位以下采用浮重度。（3 3）对于粘性土还应考虑饱和区，饱和区的土采用饱和重度，）对于粘性土还应考虑饱和区，饱和区的土采用饱和重度，饱和区以上和以下部分分别采用天然重度和浮重度。饱和区以上和以下部分分别采用天然重度和浮重度。2 2、剩余水压力、剩余水压力 墙前计算低水位与墙后地下水位的水位差称剩余水头，由墙前计算低水位与墙后地下水位的水位差称剩余水头，由此产生剩余水压力：此产生剩余水压力：l 墙后回填抛石棱体或粗于中砂的预制安装结构可不考虑剩余墙后回填抛石棱体或粗于中砂的预制

22、安装结构可不考虑剩余水压力水压力l 不满足上述条件，潮汐港口剩余水头为不满足上述条件，潮汐港口剩余水头为1/51/51/31/3平均潮差平均潮差3 3、土压力、土压力l 古典土压力理论古典土压力理论库仑理论库仑理论朗肯理论朗肯理论 具体公式参考具体公式参考土力学土力学l 特殊情况采用特殊情况采用图解法图解法12 出坡点出坡点MM 以上和以下分以上和以下分别按两种填料的指标计算别按两种填料的指标计算土压力，土压力，P P点的位置由滑点的位置由滑动面与铅垂面的夹角近似动面与铅垂面的夹角近似确定，即：确定，即： 墙后有抛石棱体的土压力计算墙后有抛石棱体的土压力计算出坡点出坡点MM212211hhhh

23、卸荷板下土压力图卸荷板下土压力图4 4、系缆力（船舶荷载）、系缆力（船舶荷载）l 一般只考虑系缆力一般只考虑系缆力 ( (抗倾抗滑稳定计算）抗倾抗滑稳定计算）l 分布宽度：以分布宽度：以4545度角向下扩散原则确定度角向下扩散原则确定5 5、地面使用荷载、地面使用荷载 l 门机和铁路荷载门机和铁路荷载实际工程中常采用等代均布荷载（实际工程中常采用等代均布荷载（303040kN/m40kN/m2 2）的方式处理。的方式处理。 l 活载最不利布置（堆载）活载最不利布置（堆载）垂直力和水平力都最大，验算基床和地基的承载力及计算建垂直力和水平力都最大，验算基床和地基的承载力及计算建筑物的沉降和验算整体

24、滑动稳定性（图筑物的沉降和验算整体滑动稳定性（图a a）；）；水平力最大水平力最大, ,垂直力最小，验算建筑物的滑动和倾覆稳定性垂直力最小，验算建筑物的滑动和倾覆稳定性（图（图b b）；）；垂直力最大垂直力最大, ,水平力最小，验算基底面后踵的应力（图水平力最小，验算基底面后踵的应力（图c c）。）。三、重力式码头的一般计算三、重力式码头的一般计算（一）码头稳定性验算（一）码头稳定性验算1 1、抗滑稳定性（沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面、抗滑稳定性（沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定）的抗滑稳定）l 不考虑波浪作用，且由可变作用产生的土压力为主导不考虑波浪作用，且由可变作用产生的土压

25、力为主导可变作用：可变作用：fEEGPPEEqvEVEGdRHPRwpwqHEHE)(1)(0设计时应根据规范设计表达式涵盖的原则，写出符合本工程设计时应根据规范设计表达式涵盖的原则，写出符合本工程实际的验算表达式。实际的验算表达式。2 2、码头抗倾稳定性验算（对墙底面、墙身各水、码头抗倾稳定性验算（对墙底面、墙身各水平缝及齿缝计算面前趾）平缝及齿缝计算面前趾）l 不考虑波浪作用，且由可变作用产生的土压力为主导不考虑波浪作用，且由可变作用产生的土压力为主导可变作用：可变作用：其他情况下的验算表达式类似抗滑稳定性验算。其他情况下的验算表达式类似抗滑稳定性验算。)(1)(0EqvEEVEGGdPR

26、PRPwpwEqHEEHEMMMMMMM max0)61 (minmaxBeBVK3/1当时32maxKV，0min 111max1max2ddBB111min1min2ddBB3/13/1（三）整体滑动稳定性及地基沉降计算（三）整体滑动稳定性及地基沉降计算详见详见港口工程地基规范港口工程地基规范及及土力学土力学l 采用圆弧滑动法采用圆弧滑动法( (瑞典条分法、毕肖普法等瑞典条分法、毕肖普法等) )等等l 地基沉降可采用分层总合法地基沉降可采用分层总合法码头整体滑动破坏示意图码头整体滑动破坏示意图2-4 2-4 方块、沉箱码头计算方块、沉箱码头计算一、方块码头的计算一、方块码头的计算1 1、卸

27、荷板强度和稳定性计算、卸荷板强度和稳定性计算（悬臂式）（悬臂式）（1 1）倾倒稳定性）倾倒稳定性 绕绕A A点向后倾点向后倾（2 2）强度、裂缝宽度按悬臂板）强度、裂缝宽度按悬臂板计算计算 以以AA为固定点为固定点2 2、无底板空心方块水平滑动和倾覆稳定性验算、无底板空心方块水平滑动和倾覆稳定性验算l 填料有一部分直接作用到基床上，而另一部分则通过块体填料有一部分直接作用到基床上，而另一部分则通过块体壁传到基床上，腔内填料起抗倾作用的竖向力标准值应按壁传到基床上，腔内填料起抗倾作用的竖向力标准值应按下式计算：下式计算：l 抗滑稳定性仍可采用一般计算的公式，但此时墙底与基抗滑稳定性仍可采用一般计算的公式，但此时墙底与基床之间的摩擦力计算采用综合摩擦系数，其值可取床之间的摩擦力计算采用综合摩擦系数，其值可取0.650.65。ZRRAWG0二、沉箱码头的计算二、沉箱码头的计算 1 1沉箱吃水和干舷高度的沉箱吃水和干舷高度的验算验算l 为了保证沉箱在溜放或漂为了保证沉箱在溜放或漂浮、拖运时水不没顶，沉浮、拖运时水不没顶，沉箱应有足够的干舷高度箱应有足够的干舷高度shBTHF32tan202 2、沉箱浮游稳定性验算、沉箱浮游稳定性验算 沉箱靠自身浮游稳定时，必须计算其以定倾高度表示的沉箱