格形钢板桩码头ppt课件

1、格形钢板桩码头l概述l构造设计l荷载与破坏方式l设计计算l施工工艺第一节 概述一、格形钢板桩码头的概念 由平板形钢板桩打成封锁的格形，内部填充砂石料构成。自重及荷载经过钢板桩、填料及持力基桩传入下层根底，构造依托格体及填料性能抵抗本身变形，维持构造外形，依托自重及格前土压力防止倾覆、滑移，坚持整体稳定。第一节 概述二、格形钢板桩码头的构造组成1.钢板桩格体2.格内填料3.导梁4.剪力构件5.持力桩基6.上部构造(胸墙、管沟等)7.置换根底8.其它(减压棱体、倒滤层、后方填土等)第一节 概述三、格形钢板桩码头的构造特性1.对荷载的顺应性构造对垂直荷载的接受才干强、对程度荷载的接受才干差。2.对地

2、基的顺应性硬层层面浅时，宜采用重力式构造；硬层层面深时，宜采用桩基构造。当介于两者之间或地基土量变化较大时，采用格形钢板桩构造。3.构造特性属于延性构造，码头由变形作为设计控制条件。4.资料受力特性钢板桩以横向受力为主、格内填料以受压为主。钢板桩及锁口拉应力较大，对桩的机械性能要求较高，板桩资料需进口。5.施工特性第一节 概述四、格形钢板桩码头的建立技术概略1.概略格形钢板桩码头构造简单，但设计技术比较复杂，目前格形码头的设计实际还不成熟，研讨及运用比较好的国家有日本、德国、法国及美国等，国内研讨起步较晚，根本上是套用国外的设计资料，深圳盐田深水码头采用了这种构造。2.设计流程构造布置、抗剪切

3、变形计算、板桩入土深度计算、构造稳定计算、地基承载力计算、地基变形计算、整体稳定性计算、格体钢板桩布置、格体胀裂稳定性计算、附属设备计算。3.施工工艺流程预制件制造、拼装平台建造及导向围囹架和吊具制造、根底处置、钢板桩格体拼装吊运安放、钢板桩沉桩、格内清淤回填及振实、后方回填、持力基桩沉桩、附属设备施工、上部构造施工。第二节 构造设计一、钢板桩格体1.钢板桩型式板型钢板桩、曲腹钢板桩、宽度、厚度。主要影响要素：锁口、沉桩阻力、强度及腐蚀等。2.格形型式3.格体高度格体底高程：海侧区应根据板桩承载力确定，陆侧区应在满足主体构造稳定性的条件下尽能够提高。格体顶高程：尽量放底，但第二节 构造设计当码

4、头胸墙或桩端导梁需现浇时，应思索施工水位。4.格体排水实际在钢板桩壁上设置排水孔。排水孔的位置、数量、孔径视水位差及填料的浸透性确定。普通排水孔宜布设在低水位以下，孔径46厘米，竖向孔距12米，横向孔距24米。应设导滤层。5.钢板桩防腐二、散体填料格内填料：宜采用中砂、中粗砂、小于50公斤的块石；格后填料：以内摩擦角大、价钱廉价为宜；根底填料：宜采用中砂，厚度25米。第二节 构造设计三、上部构造格形码头的上部构造与常规重力式码头的上部构造一样。1.上部构造与下部构造的衔接方式2.构造构造1)平面布置直线型:上部构造外沿线齐平，包络了格体的外沿线。曲线型:上部构造顺应格体外壁的走势,采用折线或弧

5、线形。2)构外型式优先采用叠合式构造,其次采用现浇混凝土构造.第二节 构造设计四、持力基桩1.基桩构造采用抗弯剪才干好的桩，如预应力混凝土桩。2.桩位布置由上部构造的受力与强度要求确定，且应考虑群桩效应，间距宜采用36米，部分基桩可布置于格体外侧。3.桩尖标高由承载力确定，基桩桩尖与格体板桩桩尖宜有一定高差为什么？。五、其它构件1.导梁：沿钢板桩格壁延续布满的圈梁，添加整体稳定性。第二节 构造设计2.剪力构件可采用钢板、钢筋混凝土、钢筋网、土工布等构造，以加强格体抗剪强度。3.轨道根底前方轨道根底与胸墙合并，当后方轨道荷载较大时在轨道根底下设持力基桩，前后轨道根底间设置联络构件拉杆。第三节 荷

6、载与破坏方式一、荷载的类型与组合1.荷载的类型自重、码头面活荷载、船舶荷载、土压力、水压力、地震力、冰荷载、施工荷载等。2.荷载组合格形钢板桩码头的荷载组合原那么与常规重力式码头一致，详见。二、几种特殊荷载的计算1.土压力近似计算：将格形钢板桩曲面假想成直平面，计算土压力，此时需将土与墙面的摩擦角增大：由/3/2放大至/22/3。缘由2.波浪压力第三节 荷载与破坏方式由于格体壁面不平，目前波浪力计算实际还不成熟，通常由模型实验确定。3.剩余水压力格形钢板桩码头剩余水压力的选用原那么：1)对于以潮汐为水位差的海港码头和河口感潮段码头,格墙不设排水设备,格体两侧的剩余水头取2/31倍平均潮差,设排

7、水设备,取01/3倍平均潮差,填料渗水性能好,排水效果好的取小值.2)对于无潮汐水域的码头,按渗流计算确定.3)格内的水头可近似取用格体两侧水头的平均值。三、格形钢板桩码头的破坏方式第四节 设计计算一、格体抗剪切变形计算1.计算简化1格体平面外形的简化2计算底面的简化2.计算方式及公式1北岛昭一法极限剪切破坏面公式(见参考文献2)第四节 设计计算2)柯敏斯法极限剪切破坏面公式(见参考文献2)3)舒纳伯利法极限剪切破坏面公式(见参考文献2)第四节 设计计算4)太沙基法极限剪切破坏面公式(见参考文献2)5)热莫奇金法极限剪切破坏面同太沙基法公式(见参考文献2)6)潘诺叶法极限剪切破坏面同太沙基法公

8、式(见参考文献2)第四节 设计计算3.计算方法的选用1)北岛昭一法在日本运用较广,是一种较完善的计算方法,在具备以下特性的工程设计中,可优先采用:根底为砂性土或抗剪性能良好的残积土;格内填料为砂性土,且无残留的粘性土或其它脆弱土层;格体的高宽比较小;后排板桩入土深度较小.2)柯敏斯法在欧美一些国家运用较多,适用范围与北岛法类似,在下述特定的情况下,可采用该法进展设计复核:根底为硬粘土或岩石;格内残存有粘性土或其它脆弱土层.第四节 设计计算3)太沙基法,热莫奇金法,潘诺叶法均以格体中垂面作为假定极限剪切破坏面,其中太沙基法主要用于美国,热莫奇金法用于前苏联,潘诺叶法无运用先例.在以下特殊情况下,

9、可选用这类方法进展补充验算:填料分层较多;根底为岩石,卵砾石等高承载力土层;程度荷载合力作用位置较高.4)舒纳伯利法尚无运用先例,在以下特殊情况下,可选用该法进展补充验算:格体宽高比较大;板桩入土较深;格体顶部有较强的圈梁或刚度较大的联络构件.第四节 设计计算二、钢板桩入土深度计算1.前排板桩1)桩上荷载(P=P1+P2)两部分:格内填料土压力的垂直分力(负摩擦力)P1和上部构造直接传送的压力P2.桩力的计算应视上部构造的支承方式分别对待,见右图.计算P1时,墙后按库仑自动土压力计算,外摩擦角取/2/3.计算P2时,假设上部为框架构造,应根据构造计算确定;假设为重力式构造,按偏心受压方式计算.

10、第四节 设计计算qAtgQtgQRRRR22113212)承载力组成部分:海底面以下土体对板桩的侧摩擦阻力(R1+R2)和桩端阻力R3.2)入土深度(K=R/P)平安系数K的取值:设计情况取2.02.5;校核情况取1.82.0.2.后排板桩1)桩上荷载(P=P1+P2+P3)组成部分:格内填料土压力的竖向分力P1,格后填料土压力分力P2,上部构造直接传送的力P3.P1的大小及方向应根据格内填料的 受力情况分析确定.第四节 设计计算P2按库仑自动土压力计算,外摩擦角取/2/3.P3的计算方法同前板桩.2)承载力组成部分:R1,R2,R3.计算图式:计算公式:3)入土深度(K=R/P)平安系数K的

11、取值:设计情况K2.0;校核情况取K1.7.在码头工程中,当地基土质良好时,后排桩入土深度通常取12米,在地基土质较差的情况下,后排桩入土深度可适当加大,但不宜超越前排.qAtgQtgQRRRR2211321第四节 设计计算3.侧壁板桩格形钢板桩码头的前后排钢板桩入土深度不同,侧壁钢板桩的入土深度可按阶梯状过渡.为防止过大的应力集中,每阶入土深度不宜大于3米,每一阶梯段一样入土深度的钢板桩数最好取约10根左右.三、格形钢板桩码头滑移稳定性计算格形钢板桩码头的抗滑稳定性分析方法与重力式码头类似,但因其构造的特殊性,有关荷载,拉力,计算方式等与常规重力式码头又有较大区别,主要表达在:1.计算面验算

12、三个滑动面：滑动面、滑动面、滑动面。第四节 设计计算cBNtgQ2.滑动力格后土压力、格后剩余水压力、格前波浪力、船舶作用力、地震力、构造自重、活荷载等沿滑动方向的分力。3.抗滑力1)格前土压力计算范围由前排桩桩尖到海底面.土压力按被动土压力计算,取用计算值的30%50%.当折减后的土压力值小于静止土压力时,取静止土压力计算.2)滑动面的抗剪力3)抗滑稳定性计算公式与重力式码头一样,当稳定性不满足时,增大格体尺寸或入土深度处理.第四节 设计计算四、格体抗倾覆稳定性计算计算方法不成熟(缘由:格体与填料之间的作用机理不明确,格内填料参与抗倾的有效程度).目前,工程设计中采用的大多是半阅历性设计方法

13、.1.重力法该法为目前日本规范中引荐的方法,计算中直接套用重力式构造的抗倾覆稳定计算方式.该法的计算原那么如下:1)转动基点选用前排桩桩尖;2)倾覆力矩计算同重力式码头;3)抗倾覆力矩计算原那么同重力式码头,填料自重力矩不加折减,计算底面选用后排板桩桩尖平面,此外对持力基桩下传的部分荷载,应在计算中扣除.4)抗倾覆稳定性计算同重力式码头,抗倾平安系数为1.11.2.第四节 设计计算2.分别法该法为美国早期采用.计算方式:对构造的钢板桩格体和内部填料两部分分别进展验算. 1)填料部分根本假定：格内填料的底应力不出现负值，格体底面处的压应力是线性分布，可按偏心受压方式求解：令， 可得： M、N、P

14、为构造上荷载合力在O点的三个分量。2164BMBNBNBM26220,021NMBM3223第四节 设计计算2)格体部分根本假定:当格体构造在外力作用下,出现倾覆趋势时,格内填料将有在踵部倾出的趋势,其自重无法直接参与抗倾,但此时格内填料对钢板桩格壁的摩阻力得以发扬并参与抗倾,格体后壁所受的填料摩擦力假定为 ,那么格体本身抗倾平安系数为MR为对前趾的抗倾覆力矩;MO为倾覆力矩;为格内填料外摩擦角,取2/3.K0为平安系数,取1.11.2.PtgORMPBtgMK0第四节 设计计算3.汉森法(转动极值法)根本假定:假定格形钢板桩构造发生倾覆变形时,整个格体类似于一个刚体绕地基中某点转动,该点称为

15、极点,同时在格体前后排板桩桩尖出现一个滑动面.1)滑动面(砂性土)滑动面的极坐标方程:2)极点坐标格体与极点坐标的关系如下:tan0eRR tan011212220221arctanarctanQppppppppeRRyaxbyxQRyaxbRyx第四节 设计计算3)抗倾覆稳定性力矩的计算点为极值点,计算底面为滑动面,平安系数K01.251.5.4)粘性土地基的情况对于粘性土,滑动面无法求得实际解,只能近似计算.假定滑动面所处区域的填料内正压力均匀,并令 ,以求解等效的内摩擦角,而后按砂性土情况计算.可近似地用滑动面在前后板桩桩尖中间区段的平均竖向应力.4.空心方块法无底构造抗倾覆计算中,主要

16、的问题是格内填料部分重力直接传入地基而不参与抗倾,从而导致抗倾覆力矩计算的复杂化,对于这一问题主要有两种思索方法：1)扣除体积法/tantanC第四节 设计计算该法在抗倾覆力矩的计算中扣除部分体积填料的重力矩.扣除的体积按换算格形的换算宽度B和换算纵隔间距计算,计算公式如下,H为格体高度,为格内填料的内摩擦角.2)扣除底压力法扣除底压力法,在空心方块、沉井等无底空腔构造的抗倾覆稳定计算中,为世界各国普遍采用.该法以为填料在倾覆极限方式下的基底压力将直接传入地基,而不参与构造的抗倾,故在抗倾力矩的计算中应扣除这部分力矩.采用该方式计算的中心问题是填料侧压力系数K与外摩擦角的取值.仓内填料的LBB

17、BLLBLLBVtan3121tan312122第四节 设计计算外摩擦角主要取决于填料与仓壁的本身性质;填料侧压力系数取决于格内填料的任务形状(前壁格内填料处于自动形状,后壁格内填料处于被动形状,侧壁格内填料处于静止形状).对于格形钢板桩这种柔性较大构造的仓压力,目前国内研讨较少,尚未提出一个较为完善的计算方法.3)力矩计算及平安系数采用空心方块法计算抗倾覆稳定性时,各种力矩的计算先按重力式计算,然后扣除相应的抗倾覆力矩.稳定性平安系数取1.41.6.5.计算方法的选用1)重力法未思索填料的漏出问题,计算结果偏于危险.2)分别法未思索格内填料对前后壁的压力差,计算结果相当保守.第四节 设计计算

18、3)汉森法计算结果同时控制了构造的各项稳定,计算比较合理,但计算中有关滑动面的假定,格内填料漏出,计算极点的选取等问题有待于进一步讨论.4)采用空心方块法扣除底部应力法计算时,所得构造比较合理,与汉森法比较偏于保守.五、整体稳定性计算钢板桩格体、码头后方回填料连同地基一同发生滑动的整体稳定性，根本上可按常规的重力式码头进展计算。计算时留意以下几个问题：1.在整体稳定性计算中可不思索经过格体的滑动面；2.当持力基桩入土深度位于假定滑动面以下缺乏35倍桩径或混凝土桩的抗剪强度较小时，不宜思索其抗滑作用，但应扣除基桩传入滑动面以下的竖向荷载；3.要思索剩余水头的影响。第四节 设计计算六、地基稳定性计

19、算1.地基应力计算1地基应力的分布假定在计算格形钢板桩码头地基应力时，目前均假设其为直线分布。这种假设与实际情况偏向较大。这样假设的缘由：计算难度大；外表压力分布假设的偏向对地基稳定计算的影响不很大、可分开思索持力基桩的影响、因板桩底部塑性变形及摩擦力导致板桩与填料的压强趋于均化。2持力基桩的思索当持力桩为摩擦桩且入土深度不大时，可不思索持力基桩的影响，否那么，在地基应力计算中，可适当扣除基桩下传的荷载。第四节 设计计算3地基计算顶面选取目前工程中，常取格体较浅处板桩桩尖程度面做为计算顶面。4地基应力计算按常规重力式码头的方法计算地基应力。2.地基承载力计算1当格内无残存脆弱土层、且地基土质单

20、一，按规范所列方法计算。2当格内残存脆弱土层，或地基由多层土组成，地基承载力按整体稳定性方式计算，采用滑弧法。此外，计算中可不思索经过板桩的滑动面，如右图。第四节 设计计算七、地基变形计算设计中，除非地基为岩石、密实砂性土及充分固结的粘性土，均应进展地基变形计算，计算方法参照重力式码头规范进展。八、格体胀裂稳定性计算1.计算方式垂直方向：假定格体在梁高度处的板桩拉力是与该高程处的程度胀裂荷载强度成正比，按平面问题求解。程度方向：格体前侧的钢板桩拉力最大，可超越中部的50%，准确计算比较困难，目前工程中，只是粗略地划分前后两个区计算。外荷载程度分布：将格内填料土压力、剩余水压力、墙前波吸力、墙后填料土压力简化为均布的法向荷载。第四节 设计计算2.板桩拉力计算NA为前侧板桩拉力值，NB为后侧板桩拉力值。1准圆格形qLNqRNBA2第四节 设计计算qLNqLqRNBA,max2)扁格形第四节 设计计算3四分格形6254321,max,maxNNNNNNNNNBAqrNqxNqRN321221265142/22/22/2yRqRxLNqxLNfqxLN1712456sincoscossinyRyyrRxR第四节 设计计算2/sin2/,m