港口水工建筑物之高桩码头讲义

1、第五章 高桩码头高桩码头的结构型式及其特点 板桩码头的构造高桩码头的结构布置高桩码头的计算、高桩码头的结构型式及其特点 工作原理优点缺点适用条件一、高桩码头的结构特点 二、高桩码头的主要组成部分及其作用 1、上部结构 码头地面，将桩基连成整体，并把荷载通过桩基传给地基，安设各种码头设备。 2、桩基： 支承上部结构，并把作用在上部结构上的荷载传给地基，同时也起到稳固地基的作用，有利于岸坡稳定。 3、挡土结构： 为了减小码头的宽度和与岸坡的衔接的距离，而设置挡土结构，以构成地面，有前板桩墙，后板桩墙和重力式挡墙。4、岸坡： 要求有足够的稳定性，对波浪、水流大的地方和地质差的情况，需要进行护坡处理，

2、以免受冲刷。5、码头设备： 便于船舶系靠和装卸作业。 三、高桩码头的结构型式1、按桩材料及型式分 木桩：目前已不使用； 钢筋砼方桩：打桩过程中易开裂，一般用于中小码头； 预应力钢筋砼桩：克服打桩应力而发展起来的； 钢管桩：适应水位差较大，且缩短工期，但造价较高。 大直径管柱桩：为降低工程造价而采用（与钢管桩相比），由于大直径管柱桩轴向和侧向承载能力都较高，可省去叉桩，并加大排架间距，而使码头向粗桩、大跨度方向发展。 钻孔灌注桩：在内河大水位差码头中多采用。 2、按平面布置连片式：码头平台连成一片。满堂式：码头全长与岸相连接的形式；引桥式：码头平台通过引桥与岸相连接的形式。墩式：码头前沿仅设置靠

3、船墩、 系船墩和工作平台，各墩之间通过人行引桥连接，工作平台则通过引桥与岸连接。适用于采用固定式装卸设备较小液体或散货装卸的码头。满堂式引桥式墩 式3、按桩台宽度和挡土结构分类 窄桩台：设有较高的挡土结构；宽桩台：设有较矮或无挡土结构。 窄桩台高桩码头 根据挡土结构的设置： 挡土结构与码头连成整体：前板桩高桩码头，后板桩高桩码头。我国较少采用。 挡土结构与码头分开设置，各自独立工作：桩台不承受土压力，我国多采用，特别适用于旧码头的改造。 适用范围：地基较好，土方回填量较少或回填料较便宜的地区。宽桩台 宽桩台高桩码头，不设挡土墙或设较矮的挡土墙。宽桩台高桩码头可分成以下几种：栈桥式：用通长的纵向

4、变形缝将桩台分成前方、后方桩台。前方桩台：主要承受船舶荷载、门机、铁路、流动起重运输机械及堆货等，受力情况复杂，一般需设置叉桩或半叉桩，并要求有良好的整体性。（连续结构）后方桩台：主要起与岸坡连接的作用，只承受垂直荷载，故不需设叉桩，且对上部结构的整体性要求不高，可采用简支梁板结构。 备注： 宽桩台与窄桩台的选择应通过技术经济比较确定； 当码头前沿线距离岸不太远时，还是建满堂式为宜，虽然投资较多，但使用方便。 宽桩台码头的宽度与岸坡地质条件、地基加固方式和所采用的接岸结构形式等有关，为避免码头过宽对结构带来不利影响，宽桩台可划分为前方桩台和后方桩台。3、按上部结构型式分类 梁板式：梁板式码头上

5、部结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成。 优点 受力明确；排架间距可加大，以充分发挥桩的承载能力；可采用预应力构件，预制装配化程度高，施工速度快；上部结构较厚，靠船构件悬臂短，受力条件好。 缺点 构件类型和数量多，施工麻烦；上部结构底部轮廓形状复杂，死角多，水气不易排除，构件中钢筋易锈蚀。 适用条件 一般适用于有较大集中荷载、水位差不大（5m作用）的情况；但若设置双层系靠船时，可适用于水位差58m 的港口；当在码头前沿设置多层系靠船结构，或单独设置浮式系靠船设施时，可适用于水位差1017m的港口。桁架式 ：上部结构由面板、纵梁、桁架和水平连杆组成。 优点 上部结构高度大，便于分层系缆

6、；桁架横向刚度大，整体性好；桩的自由长度减小，桩的承载能力增大。 缺点 造价高；施工水位低，工期紧；框架与其它构件的连接节点多，构造复杂，施工麻烦；框架处于水位变动区，易受到船舶撞击而破坏，维修困难；预制框架受起重能力限制，应考虑施工条件。 适用条件 适用于水位差较大（10m 左右），需分层系缆的河港码头。但由于其缺点较多，且分层系缆还可以用其它结构型式解决，因此在水位差不大的海岸港、河口港中已逐渐被梁板式码头所代替。 无梁板式 ：上部结构由面板、桩帽和靠船组成。 优点 构简单，构件少，造价低；桩帽施工水位高。 缺点 板为点支承，受力不明确（计算方法较特殊，且作了过多的简化，但采用有限元计算，

7、则较精确）；板为双向受力，采用双向预应力较困难；桩的自由长度长，桩的承载能力低；面板位置高，靠船构件悬臂长，耐久性差。 适用条件 适用于水位差不大，无较大集中荷载或集中荷载较小的中小码头。 承台式：上部结构由承台、胸墙和靠船构件组成。 优点 结构刚度大，整体性好；对打桩偏位要求不高。 缺点 自重大，现浇工作量大；桩台窄，桩多而密，施工麻烦，施工水位低，工期紧。 适用条件 良好持力层不太深，且能打支承桩的地基。一、桩、桩的分类 1、钢筋砼桩 有非预应力和预应力两种。前者在吊运和打桩过程中，桩身会出现裂缝，影响其耐久性。后者抗弯能力较强，能有效解决裂桩问题，给采用长桩和重锤打桩创造了有利条件，且并

8、可节约钢材。因此，有条件时应尽量采用预应力钢筋砼桩 2、预应力钢筋混凝土管桩 有先张法和后张法两种，都是在专门工作制造。一般做成空心，故称为管桩。它的优点是：强度高、混凝土密度大、吸水率小；耐腐蚀、耐锤击；承载力大；与钢桩比，耐久性好，使用寿命长；不需要经常维修；用钢良为钢管桩的1/81/6；成本为钢桩的1/31/2。但管桩的制造工艺复杂。、高桩码头的构造 断面形状：方桩和圆桩 基本构造 A、 方桩： 尺寸 长度：取决于地基条件，单桩承载力和施工条件。 3、钢（管）桩 强度高，抗弯能力大，能承受较大的水平力，弹性好，能吸收较大的变形能，可减少船舶对码头的撞击力，制造和施工方便，施工速度快。但钢

9、材用量大，造价高（约为钢筋混凝土桩的23倍），且易锈蚀，耐久性差。目前主要用于外海码头。、桩的构造 1、钢筋砼桩 分段构造（三段） 桩头：4b范围内作成实心，箍筋要加密，另加35层钢筋网片， 主筋外伸20 30d，作为锚固长度。 桩尖：11.5b作成桩尖（尖楔形），桩尖后3b范围内箍筋要加 密，510cm。 桩身：作成空心，箍筋间距：预应力桩，4050cm；非预应力 桩，2030cm。 配筋：桩的受力钢筋数量应根据强度和抗裂计算确定， 4040cm的桩一般设4根，4040cm以上一般设8根。方桩主筋直径d14mm，圆桩主筋直径12mm. 材料：预应力钢筋砼桩C40，非预应力钢筋砼桩C30。 断

10、面：非预应力：4040cm6060cm，一般4545cm以上作成空心，采用冲气胶囊作内模，空心壁厚10cm，最小壁厚由钢筋的内外保护层厚度决定，并考虑冲气胶囊的上浮影响。2、预应力钢筋砼管柱 预应力先张法：外径较小，30cm80cm；段长6m15m，壁厚6cm15cm。根据需要用法兰盘连接。 预应力后张法：外径100cm140cm，段长4m，壁厚13cm15cm，又称雷蒙德桩，在离心振动成型机上制造而成。管节的抗压强度：6575Mpa；抗拉强度：5.05.5Mpa；密度大，吸水率大（3.5%），弹性模量3.8104Mpa。 连接在桩台上进行，工序：用粘结剂粘结管节；用自动穿丝机将高强钢丝束穿入

11、预留孔；两端同时张拉，施加预应力；张拉完毕，注浆处理。 3、 钻孔灌注桩 直径多为60120cm，桥梁上已达到3.5米。 由于水下灌注砼质量不易保证，因此，多数只在近岸部分或少数码头后方平台部分采用。 注意： 钢筋笼下到嵌固点以下11.5m或入土深度的1/3处即可；孔周须采用泥浆护壁，防止塌孔。 问题： 钻孔灌注桩质量如何检测，有断桩或夹泥如何处理？ 、钢管桩 抗弯能力大，强度高，但易锈蚀，用钢量大，造价高。一般用于受风浪、水流、冰棱或船舶作用力较大的外海开敞式码头。 尺寸：外径：5001200mm，壁厚1018mm。 型式： 开口式：打入容易，但桩的承载力低； 全封闭：承载力高，但打入困难；

12、 半封闭：打入容易，到位后桩尖形成土塞，承载能力也较高。 、桩帽 1、 作用 连接上部结构与桩基成整体；调整打桩偏位和桩顶标高。2、平面形式 方形和圆形3、构造： 基本要求：取决于基桩的布置形式（单桩或双桩），桩的断面尺寸和打桩偏位，还应满足在它上面的预制构件的搁置长度和接头宽度的要求。 平面尺寸：取其顶面和底面尺寸的较大值。 顶面尺寸：按预制梁的宽度、梁或板的搁置长度以及预制构件的安装允许偏差确定。 底面尺寸：直桩桩帽应考虑桩径、打桩允许偏差和外包最小宽度等因素；叉桩桩帽尚应考虑斜桩与垂线的夹角和斜桩水平扭角，以及两斜桩轴线在桩帽底面交点的距离等因素。 打桩允许偏位：直桩桩帽或叉桩桩帽可只考

13、虑一个打桩允许偏位值（按港口工程桩基规范确定）。 桩帽外包最小宽度：截面600mm的方桩可取150mm；预应力混凝土管桩，当桩与桩帽铰接时可取0.25倍桩径，当桩与桩帽为嵌固连接时可取0.4倍桩径。 单桩：100100cm110110cm； 叉桩：180110cm200110cm；3、桩与桩帽的连接 预应力砼方桩：桩顶嵌入桩帽510cm，桩顶钢筋外伸2030d，作为锚固长度。 管柱与桩帽的连接：桩芯钢筋笼，桩芯砼。 钢管桩与桩帽的连接：钢管桩直接伸入桩帽，ld；在钢管桩顶焊接锚固铁件，伸入桩帽长度ld，且钢管桩嵌入桩帽10cm。4、桩帽与横梁的连接 一般有两种形式，现浇横梁和预制横梁。二、横梁

14、与纵梁 、横梁 高桩码头的主要受力构件，作用在码头上的几乎所有荷载都要通过它传给桩基。1、 支承要求 前方平台：作成连续梁（受力复杂，整体性要求高） 后方平台：可采用简支梁（受力简单，整体性要求不高）2、 断面型式 一般有四种 矩形：用于纵梁和横梁的底面在同一高程，且高度相差不大； 倒T 型：用于纵梁和横梁底标高不一致，纵梁放在横梁上； 花篮形：纵、横梁底标高一致，高度相差不大，但面板（空心板）放在横梁上； 倒梯形：用于无纵梁，面板直接放在横梁上，用在后方平台。3、断面尺寸 梁高 有计算确定，对预制梁，除了考虑预制能力外，还要考虑起重能力，以及纵梁的高度，一般取1.22.0 m，最高达3 米。

15、 因横梁的断面和重量都较大，为减轻预制件重量，提高预应力效果以及考虑纵梁的接缝，一般采用叠合梁，即将横梁分为上下两部分。下部为预制，一般采用预应力结构，其高度根据起重机能力、预制场可制造高度和纵梁高度（对于倒T形断面）或面板厚度（对于花篮形断面）来确定。上部分采用现浇。 宽度 由切力计算确定，还要考虑纵梁或面板的搁置宽度、接缝宽度，一般4080cm，但不宜小于30cm。、 纵梁 1、设置及支撑要求 凡是有门机，有火车，则应设置纵梁，板梁设置系统也应考虑纵梁。 根据荷载大小，布置情况，纵梁可采用预制安装的连续梁、迭合式连续梁。简支梁少用。2、 型式 工字型、矩形、花篮型（此三者常用于轨道梁），半

16、花篮形（边梁），形（梁板合一），3、尺寸高度：根据受力计算确定，并考虑起重能力，一般90120cm； 宽度：根据切力计算确定，并考虑板的搁置宽度及接缝宽度，一般3050cm。4、 纵、横梁的连接构造预制安装的连续纵梁，必须使其在支座处与横梁或桩帽进行整体连接。 三、面板与面层 、面板的分类及构造 1、实心板(按施工方法分) 现浇实心板：整体性好，但现浇工作量大，只能作非预应力的，抗弯、抗裂能力小，模板用量大，施工速度慢，常用于无预制能力，无起重设备的情况。 预制板：在现场拼装，若要按装配式整体板计算内力，应注意横向拼缝的可靠性，纵向接缝按连续板。 迭合板：部分预制，部分现浇，用于板厚较大时。优

17、点是下部预制成预应力，上部现浇，与梁整体连接，整体性好，同时下部可兼作模板。但现浇工作量也较大。 预制装配实心板叠合板2、 空心板 优点：重量轻，跨度大，抗弯、抗裂能力大，可取代纵梁； 缺点：制作复杂，不能承受较大集中荷载，只能作单向板。 型式：圆形，D形，近似矩形，腰圆形等，其中圆形孔受力较好，无应力集中，施工方便，使用最多。 构造 尺寸：由计算确定，折算成工字形断面（面积相等，惯性矩相等），厚度4060cm，宽度2m，跨度6m（视排架间距而定）。 连接构造 横向铰接，计算时常视为为自由边板。纵向简单连接（下层钢筋连接） 、面层 1、作用：找平码头地面和作磨耗层。 2、厚度：磨耗层与面板同时

18、浇注（迭合板）2cm； 磨耗层与面板分开浇注（空心板）5cm。 3、构造 分缝：为了防止面层因温度变化而开裂，应设伸缩缝，每隔35m，作一假缝，缝宽1cm，缝深11.5cm，用木条或沥青填塞，以抵抗温度应力。 排水坡：0.5%1.0%。若码头面较宽，坡度不能完全解决排水时，还要设排水孔（d=1020cm）。 排气孔：梁格空间内长时间存有高温海水蒸汽，使砼保护层脱落，钢筋锈蚀，d=5cm，=23m。 四、靠船构件 靠船构件的形式较多，主要有以下几种：悬臂板式、悬臂梁式、框架式、靠船桩式和浮式等 1、悬臂板式 由悬臂板、胸墙板和水平纵梁组成。一般采用预制安装，并与横梁整体连接，沿码头长度方向为一整

19、体，其悬臂板和胸墙板厚度由计算确定，但15cm。 优点： 沿码头长度方向全面保护； 缺点： 材料用量多，造价高；适用于水位差小（12m）。 2、 悬臂梁式 由悬挂在横梁前端的悬臂梁和将悬臂梁下端纵向连成一体的水平撑组成。 预制悬臂梁：与下横梁现浇，整体连接；或与下横梁整体预制（当下横梁为预制，且起重能力足够时，可将靠船构件与一部分下横梁整体预制，它们与其余部分的横梁在桩帽上进行整体连接。 纵向水平撑：加强悬臂梁的纵向刚度，使全部悬臂梁共同承受船舶荷载沿码头长度方向的水平力。 适用条件：水位差5m以下。 当水位差继续增大，上述两种靠船构件就不适用了，而需采用其它型式以适应水位变化时的系靠船要求，

20、如框架式、靠船桩式、浮式等。 五、 构件的连接与搁置 1、 构件的连接 固接：传递M和Q； 铰接：只传递Q； 不连接：不传力。 无论何种连接方式，都必须满足：符合构件连接处的受力 条件；确保连接质量；便于施工。 2、 构件的搁置 搁置长度根据局部挤压强度，并考虑构件预制和安装尺寸 的误差等因素来确定。 简支板：20cm；装配式整体板：15cm；装配式纵梁：20cm； 装配式横梁：20cm。 、高桩码头的结构布置 高桩码头的结构布置应根据使用要求、自然条件和施工条件，并通过经济技术比较加以确定，在符合适用要求、保证质量、经济技术合理和施工条件可能的前提下，我们所选用的结构应尽量提高装配化程度，简

21、化构件型式，采用预应力砼结构。 结构布置主要包括：码头轮廓尺寸的确定；桩基布置；上部结构布置。一. 结构轮廓尺寸的确定 结构轮廓尺寸的确定主要包括以下内容： 前沿线的确定； 码头前沿高程的确定； 河底高程的确定； 码头岸线长度的确定； 结构尺寸的确定。 结构设计问题包括： a.结构宽度； b.桩顶高程； c.靠船构件的底面高程； d.码头的分段、长度等。 、结构宽度拟定 1、窄桩台 根据使用要求、荷载分布、装卸工艺取码头前沿地带宽度。 备注： 主要不是用来堆货，而是作为布置前方铁路线、道路、门机轨道以及进行货物装卸作业和流动起重运输机械回转运行的区域）。 有门机：取1414.5m（2.5+10

22、.5+1.5） 无门机：取810m 有集装箱装卸桥：根据装卸桥轨距确定，一般岸边集装箱装卸桥上午轨距应根据不同工艺布置、水平运输作业方式及保证设备具有足够的稳定性来确定，其轨距不应小于16m。 备注：先拟定结构宽度，然后进行整体稳定性验算，不满足就适当加宽。 2、 宽桩台 总宽度主要取决于前沿线位置、岸坡的地质条件（坡度）、码头面高程和所采用的接岸结构形式及位置。 考虑到结构总宽度内作用的性质和大小的不同，用纵缝将结构分为前后两部分前方桩台和后方桩台。 前方桩台的宽度一般采用码头前沿地带的宽度（14.014.5m）。 结构总宽度减去前方桩台的宽度即为后方桩台的宽度。步骤： 确定码头前沿线位置以

23、及码头面高程、设计河底高程（影响因素：前沿水深、与岸线顺直、对航道影响、与原结构物衔接）； 初拟开挖坡度，考虑码头修好后的稳定； 首先根据土质情况、有无护坡、打桩振动等初步选定，然后根据整体稳定性验算结果来调整。一般小于1：1.5。常取1：21：3。 抛石基础底高程、顶高程 抛石基础底高程打桩船施工水位吃水富裕（0.5m） 顶高程 底高程0.5m 抛石棱体前土体肩宽B111.5m，以保证棱体的稳定 棱体斜坡水平投影长度B2（决定于坡度和高度） 挡墙前抛石基础的肩宽B311.5m。 则结构宽度BB0B1B2B3 前、后平台及引桥长（满堂式无引桥） 前方平台宽 a 门机双线火车：1414.5m b

24、 门机三线火车：1819m c 无门机、火车：810m 后方平台宽度主要由工艺确定（门机吊幅、车辆的 转弯半径和堆货布置形式） 引桥长B（前、后平台宽） 上部结构的底高程 取决于码头前沿高程和桩台的高度。应考虑使用要求、施工水位、波浪对结构影响和检修的可能性。例如：根据施工要求，其高程不得低于桩帽或现浇横梁的施工水位。 靠船构件的底高程 应考虑设计船舶的安全停靠，同时要大、小船兼顾。一般应低于设计低水位设计船型满载吃水的干舷高度。 结构的分段 为了避免结构在使用过程中产生过大的温度应力和沉降应力，应沿码头长度方向隔一定距离设置变形缝。变形缝包括伸缩缝和沉降缝。伸缩缝应根据温差、上部结构的刚度、

25、桩的自由长度和刚度等因素综合考虑。沉降缝位置视荷载结构型式和地质条件而定。（上部结构为装配整体式时可取6070m，现场整体现浇时宜取35M） 1、 分段长： 一般4060m，缝宽24cm的通缝，做成齿形（避免轨道错位）。2、 形式及构造 变形缝的形式通常有三种： 悬臂式变形缝 优点：对不均匀沉降的适应性强。 缺点：设变形缝的跨跨度小，增加了横向排架的数量，悬臂部分需现浇，施工麻烦。 简支缝 就是在两个结构段之间设置简支跨，在简支梁的两端设置变形缝。采用简支结构时，应满足简支构造，支座上应铺设橡胶块、油毛毡等垫层，保证简支梁的梁端能自由滑动和转动。在平面上应作成凹凸形，凹凸缝的齿高可取2040c

26、m。 优点：适应不均匀沉降能力强，各跨跨度基本相同，不增加排架数量。 缺点：承受水平力的能力差，且支座构造复杂。 公用跨式 在设置变形缝的横向排架上将横梁分成两半。 优点：结构简单，施工方便，不增加排架数量。 缺点：中间排架沉降，两边都受影响；且支座构造复杂。二. 桩基布置 桩基既是高桩码头的基础，又是结构的主要受力构件，它与其上面的横梁组成一个整体结构，称为横向排架，是高桩码头的主要受力单元。在进行桩基布置时，必须综合考虑各种因素进行优化设计，三条原则如下： 应能充分发挥桩基承载力，且使同一桩台下的各桩受力尽量均匀；应尽可能降低整个码头造价；考虑施工的可能和方便。 、横向排架中桩的布置 横向

27、排架中桩的数目和布置取决于桩台的宽度和码头荷载。1、 布置原则 布置时应考虑：（分前方平台和后方平台） 尽量发挥桩的单桩承载力； 对摩擦桩：桩距6b，常取35m，若6b，则单桩承载能力就不能充分发挥，应视为群桩。 对支承桩：可不加限制。 同一桩台下基桩桩尖应打至同一土层，且桩尖标高不宜相差太大，有利提高桩的承载能力，减小桩台沉降及不均匀沉降； 同一桩台下各桩受力应尽量均匀，断面、倾斜度应尽量一致桩位尽量布置在纵梁下； 前方桩台：桩的间距有门机无火车时，可采用等间距（35m）；有门机有火车时，可采用等间距或不等间距布置。倾斜度取3：1 承受水平力较大的码头，宜设置叉桩或半叉桩； 桩和桩的空间交叉

28、应留有适当距离，防止碰撞； 空间净距0.5m，平面布置上扭一角度1520 桩顶净距0.3m（安放替打） 有门机时，门机下一般都布置双桩：前为双直桩，后为叉桩；无火车时：在前后门机之间布置1或2根桩；有火车时：每线火车下布置1或2根 窄突堤码头：一般两侧靠船，桩基布置成对称。 2、 桩距与桩数： 桩距：一般35m，且桩间净距6d（或6b）； 桩数：可根据结构宽度、桩距和码头面上的荷载大小确定。 桩基的纵向布置 桩的纵向布置与横向排架间距有关： 排架间距 取决于：码头面的荷载、桩的承载力、上部结构的技术、经济的合理性、船舶系靠方便程度和施工起重能力等，应综合考虑各种因素加以确定。为充分发挥桩的承载

29、力，采用长桩、粗桩和大跨径。一般应提高经济技术比较来确定。 前方平台：58m，（1014m）； 后方平台：堆货荷载较大，35m。备注： 在整个码头上的横向排架间距应尽量一致，以减少构件类型。 纵向叉桩的布置 取决于：码头的纵向受力和码头的纵向刚度。 一般： 码头短（几十米）：端部要设叉桩，以抵抗船舶顶水平靠岸时产生的撞击力纵向分力； 码头长（几百米），常为连续梁板结构，整体性好，纵向刚度大，可不设叉桩或仅在两端设叉桩或半叉桩； 在风暴系船柱和舾装码头的试车系船柱下面，因纵向系缆力大，应设纵向叉桩。 桩长的确定：根据计算确定 取决于：单桩承载能力、地质情况、施工中打桩船能施打的长度。若超过打桩船

30、能施打的长度，需接桩。 根据打桩船能施打的高度： L（hFl）H 满足在地基中的嵌固条件，如是岩面或打入困难的土层（N30）的高度较高，需采用钻孔栽桩的方法来满足嵌固条件。为了提高桩的承载力和减小沉降，应尽量将基桩尖打入良好持力层的一定深度。桩未能达到硬土层，在满足单桩承载力的基础上应使同一桩台的桩打至同一土层，且桩尖标高不宜相差太大，以免桩台产生不均匀沉降。 基桩的施工顺序（平面布置） 打桩需按一定顺序，因此在进行桩基布置时，必须考虑施工可能性。 保证每根桩都能打，且施工方便； 不妨碍打桩船的抛锚和系缆； 尽量减少调船和变动打桩架斜度。 但有时由于结构的原因，桩基布置复杂，并受到水位、地形条

31、件和打桩船性能的限制，有些桩不易打，甚至打不到，则需考虑是否改变桩基布置或采用特种施工方法。 三. 上部结构的布置 布置原则 在拟定结构系统，进行构件布置和选择构件型式时应遵守以下原则： 结构系统简单； 结构受力明确合理； 整体性好，有足够的刚度； 尽量采用预制构件和预应力构件； 构件类型少，便于预制安装，现浇工作量少。、结构布置 在梁板式高桩码头的上部结构中，面板、横梁必不可少。因此，结构布置关键在于是否设置纵梁和设几根纵梁，而纵梁的设置取决于码头面上荷载的性质和大小以及结构的整体性要求。 1、 无门机、无火车 只承受一般车辆轮压荷载和均布荷载，可不设纵梁，而设空心大板或“”型板和“”型板（

32、有大型流动起重机械时）2、 有门机、无火车 设两根门机轨道梁。在轨道梁间：无大型流动起重机械时：不设纵梁，（空心）板放在横梁上；有大型流动起重机械时：设数根纵梁，板放在纵梁上。3、 有门机、有火车 设两根门机轨道梁，增设二或四根火车轨道梁。 、板型、梁型的选择 按受力情况分： 梁： 简支梁 连续梁 悬臂梁 板： 单向板：简支板、连续板和悬臂板； 双向板：四边简支、四边固定、三边简支一边自由和三边固定一边自由。1、 悬臂板梁 尽量少用，除靠船构件及变形缝外。 2、 简支或连续板梁 前方平台：受力复杂，整体性要求高，刚度要求高。 横梁：连续梁 纵梁：梁板式高桩宜用连续梁，有条件可用预应力迭合梁；高

33、桩框架式由于排架本身刚度大，当码头较长时可用简支梁，预应力简支梁，当码头较短时，宜用连续梁或预应力迭合梁。 面板：取决于荷载的性质和大小，整体性要求及施工方法。荷载大、整体性要求有地震设防的码头高可用连续梁或四边固定板；荷载小、整体性要求不高，可用简支板或四边简支板。 后方平台：整体性要求和刚度要求不高，一般都用简支板梁结构或预应力简支结构。 备注： 单向板可采用预应力结构，其施工简单。但但单向板承受集中荷载的能力较差，一般不适用于大集中荷载的情况。 双向板是双向承受荷载，因此内力比单向板小。但双向板需要双向配受力钢筋，一般只能采用非预应力结构。当有良好整体性要求或作用有较大集中荷载时，宜采用

34、双向板。、高桩码头的计算 计算原则： 高桩码头计算应分别按持久状况、短暂状况、偶然状况三种设计状况，并按不同的极限状态和效应组合进行计算和验算。 按承载能力极限状态设计的有： 结构的整体稳定、岸坡稳定和挡土结构稳定等； 构件的强度； 桩、柱的压屈稳定等； 桩的承载力等。 按正常使用极限状态设计的有： 砼构件抗裂、限裂； 梁的挠度； 柔性靠船桩水平变位； 装卸机械作业引起的结构振动。 本节仅介绍梁板式高桩码头上部结构和横向排架的计算。 上部结构的计算：面板、纵梁（门机梁等）、横梁和靠船构件。横梁与基桩一起构成横向排架，横梁的内力通过横向排架的计算求得。 一. 面板内力计算 可按弹性薄板小扰度理论

35、以静力分析法进行数值计算，也可按面板的支承情况分为单向板和双向板按简支法计算。、计算图式和计算跨度 1、计算图式 单向板：简支板、悬臂板和连续板； 双向板：四边简支、四边固定、三边简支一边自由和三边固定一边自由等。 在计算时应根据实际的结构型式（如空心板）、板的尺寸及其周边支承情况和板间连接情况等因素来合理选择计算图式。 支承情况 两边支承、两边自由板：为单向板，如空心板。 四边支承板：la/lb2为单向板，la/lb2为双向板（事实上均为双向板） 单向板：计算时沿长边方向取板宽，短边方向取为板跨，只考虑单向配筋，类似于梁。 双向板：则考虑双向受力，按双向配筋。 支承构造 简支板、悬臂板和连续

36、板的判别：主要根据板和板之间、板与梁之间的连接构造来确定。 简支板：在支座处自由搁置或简单连接； 连续板：在支座处整体连接，如迭合板； 悬臂板：板的一边与梁整体连接，而另三边自由。 计算同简支梁、连续梁和悬臂梁。 2、 计算跨度 在确定板的计算跨度时，应考虑支座对板的影响，计算跨度分弯矩计算跨和剪力计算跨。 弯矩计算跨度 P86表441 简支板：ll0h且l0e，l0净跨 连续板：B10.1lc时，llc（不考虑支座宽度影响），lc中心线 B10.1lc时，l1.1lc（考虑支座宽度影响） 剪力计算跨度 无论是简支板还是连续板，均取净跨，ll0 、集中荷载的接触宽度和传递宽度 设集中荷载的接触

37、宽度为a2b2，垫层厚度为hs，则： 1、 传递宽度（传递到面板上的传递宽） 单轮作用时：顺板跨方向a1a22hs；垂直板跨方向b1b22hs。 多轮作用时，且轮距较小，传递范围相互重叠： 顺板跨方向： a1a22hsY； 垂直板跨方向：b1b22hsX。 Y、X分别为顺板跨和垂直板跨方向的最外两轮的中心距。 多轮不重叠时：按单轮情况计算。 2、 传递以后的荷载强度q0 q0p/a1b1， p传递范围内的集中力总和。3、 当火车、门机轨道铺在横向枕木上时： 顺板跨方向a1l2H（式中l枕木长） 垂直板跨方向b1B12H（式中H为道渣厚，B1为枕木宽）4、 当火车、门机轨道直接作用在板上时： 顺

38、板跨方向a1a2 垂直板跨方向b12H 、集中荷载作用下板的计算宽度 1、影响有效分布宽度的主要因素 宽跨比； 板厚； 荷载接触面积； 荷载作用位置。 2、 集中荷载作用下单向简支板和连续板的计算宽度 现设想以bMmax的矩形来代替实际的Mx曲线分布图形，即： 则得： 弯矩图形的换算宽度：bM/Mmax（M为总弯矩）。 Mmax荷载中心处的最大弯矩值。 上式中b即为集中荷载作用下板的计算宽度。 板的有效分布宽度（计算宽度）b主要决定于荷载作用的位置和大小，板的计算跨度以及板的支承情况。 相同条件下：固接板的工作宽度比简支板小3040；愈靠近支座处，板的工作宽度也愈小。 考虑实际情况的诸多因素，

39、并便于计算，规范规定简支板和连续板的工作宽度可按如下计算： 中置荷载（荷载接触面积中心位于1/2 板宽至y0.5bc）的弯矩计算宽度： 偏置荷载（荷载接触面积中心位于自由边附近，且y0.5bc）的弯矩计算宽度： 当有多个集中荷载同时作用，弯矩计算宽度重叠时，其计算宽度取bcS，S为最外面集中荷载的中心距离： 备注：单向板集中荷载作用下的剪力计算宽度 平行板跨方向的剪力计算宽度： 垂直板跨方向的剪力计算宽度、中置荷载（荷载位于l/2板宽附近，且y0.3x1.8h0）的剪力计算宽度： 式中：h0板的有效高度（m）；钢筋砼中的有效高度为h0ha。 、偏置荷载（荷载位于自由边附近，且y0.3x1.8h

40、0）的剪力计算宽度：3、 集中荷载作用下悬臂板的弯矩计算宽度 悬臂板根部沿Y 方向各板条的弯矩分布根据弹性薄板理论分析，当板端作用集中力P时，在荷载中心处 的板条根部最大弯矩为Mmax0.465P，而此荷载所引起的总弯矩MPl0，因此按最大弯矩换算的工作宽度为：bM/MmaxP l0/0.465P2.15l0 由此可见，悬臂板的工作宽度接近于2倍悬臂板长度，也即荷载可近似按45角向悬臂板支承处传布，因此规范规定： bcb12x 备注： 对于履带式起重机，鉴于履带与板的接触宽度较大，故不管简支板、连续板或悬臂板，通常都忽略荷载压力面以外的板条参与工作，不论是荷载在跨中还是在支座处，均取单宽按实际

41、荷载强度q进行计算。 、内力计算 1、单向板计算 确定计算跨径及计算宽度 计算荷载 施工期：板的自重（预制板重现浇层面层）； 施工荷载按均布满载：q施2.5 kN/m2使用期：自重均布荷载（堆货）或流动机械荷载； 内力计算简支板、悬臂板和连续板 计算时分别按简支梁、悬臂梁和连续梁的计算方法进行计算。 与梁整体连接的单向连续板 对于装配式的单向连续板，应考虑施工和使用两种情况。 、计算图式 施工期：因板的街头尚未浇注或现浇砼还未达到一定的强度，故按简支板计算（计算断面为预制部分）。 使用期：接头处的砼已达到设计强度，活载产生的内力按连续板计算（计算断面为整块板）。 、计算方法 采用简便的系数法计

42、算，即：先按简支板计算出跨中最大弯矩 M。然后考虑梁对板的固接作用，乘以修正系数来计算跨中和支座处的计算弯矩。 即： MmM。 m 弯距系数； M。按简支板计算时跨中最大弯矩设计值，在计算M。时应考虑各项作用效应组合。 在考虑固接作用时，其影响程度分两种情况： 当h/H1/4时（板薄、梁高，梁不易转动，对板的嵌固作用显著，跨中弯矩减少较多）： 边跨板：边支座0.50M0；跨中0.6M0； 中跨板：支座0.6M0；跨中0.6M0； 当h/H1/4时（板厚、梁低，梁易转动，对板的嵌固作用不显著，跨中弯矩减少较少）： 边跨板：边支座0.50M0；跨中0.6M0； 中跨板：支座0.7M0；跨中0.65

43、M0； 配筋计算 对面板的配筋为施工期和使用期所算的总和。 2、 双向板的计算 双向板为双向受力，需双向配筋，双向钢筋既是受力钢筋，又是分布钢筋，故较为经济，但双向板只能做非预应力。关于双向板的计算属于弹性薄板理论课题，其计算较为复杂。 关于双向板弯矩计算查高桩码头设计与施工规范（附录B）或建筑结构静力计算手册。备注： 双向板的剪力计算近似按两个方向的单向板进行计算，分配到两个方向单向板上的荷载可按跨中挠度相等的原则求得： 假设四边简支板，跨径为la、lb，当板中心处作用一集中力 P时，设分配到两个方向的单向板的荷载为Pa、Pb，板中心的两个方向的挠度： 根据： 对均布荷载：根据得到： 二.

44、纵梁的计算 计算图式和计算跨度 计算图式 根据支承性质： 简支梁支座处断开或简单连接。 连续梁支座处整体连接 于桩帽上的连续纵梁，其内力应按弹性支承连续梁计算。 支承于横梁上的装配整体式纵梁，具有弹性支承性质，对于重要工程宜按弹性支承连续梁计算，对一般工程（特别是反映支承弹性性质的系数6EbIbk/l3较小时）可简化按刚性支承连续梁计算。 迭合梁 施工期：面板自重、纵梁自重、施工荷载作用下按简支梁计算 使用期：在使用荷载作用下按连续梁计算。 计算跨度（P89表444） 弯矩计算剪力计算简支梁连续梁刚性支承弹性支承 计算荷载 纵梁是板的支承，故纵梁除承受本身的自重及直接作用在其上的荷载（如门机、

45、火车）外，还要承受面板传来的荷载，包括面板的自重，以及作用在面板上的荷载产生的面板支座反力。 均布荷载 包括面板自重、堆货等均布荷载q0。 单向板 q0.5（l1l2）q0 双向板 qq0lb 集中荷载 单向板 板支承在纵梁上，纵梁支承于横梁，横梁支承于桩帽，受力后弹性变形情况复杂，工程上近似按简支板考虑。根据杠杆原理，由支座反力影响线按最不利情况布置荷载求出简支板的最大反力，即为单向板传给纵梁的计算荷载。 作用在纵梁上的力即为： 双向板 可按前面讲述的双向板剪力计算方法计算。 先按挠度相等原则求得Pa、Pb。 按简支板的支座反力影响线求对纵梁的作用力。 纵梁内力计算 支承桩帽的纵梁，其内力应

46、按弹性支承连续梁计算，支承在横梁上的纵梁，对重要工程宜按弹性支承连续梁计算，对一般工程可近似按刚性支承连续梁计算。 弹性支承连续梁 计算时，弯矩计算跨取支座中心距l0l，剪力计算跨度取lln（净跨），计算关键在于确定支座反力系数（单位力作用下支座的垂直变位）。 对支承于桩帽上的纵梁，取其支承处桩的轴向反力系数； 支承在横梁上的纵梁，其支座反力系数取搁置处横梁在单位力作用下的垂直变形值； 计算一般采用电算（港工电算；三弯矩方程和五弯矩方程（手算）。 纵梁按刚性支承连续梁 计算时，其内力按查表法计算或查图法计算或电算。 注意：当荷载跨过支座时，应考虑支座宽度的影响。有两种处理方法：荷载扣除支座宽度

47、和削峰。 弯矩计算时 支座宽度：B计ll0 当门机跨过一个支座时，荷载长度应扣除一个B计，即aB计 当门机跨过二个支座时，荷载长度应扣除二个B计，即a2B计，查弯矩影响线时应按l0查取。剪力计算时 lln（净跨），同样应考虑支座宽度的影响。 悬臂板的处理 若变形缝处做成悬臂梁，则可把悬臂段上的荷载向支座处简化为一个集中力和一个端弯矩。 计算时应分别计算出纵梁各断面的最大弯矩、最大剪力，并绘制包络图（以配筋）。 计算时若梁跨度超过5跨，均按5跨计算。 三、靠船构件计算、荷载 靠船构件主要承受船舶的挤靠力和撞击力，但撞击力较大，因此一般以撞击力作为设计荷载。、撞击力的作用点位置 撞击力作用点位置应

48、根据水位和防护设备情况确定，但对悬臂式结构，撞击力作用点位置越低越不利，因此一般假定船舶撞击力作用在设计低水位以上第一排防护设施上。 圆筒形防冲设施；D型橡胶护舷。、内力计算 正向靠船 悬臂梁或和悬臂板式靠船构件按悬臂梁（板）计算（对悬臂梁式、全部撞击力应由一个构件 承受）。 船舶斜向靠岸 如与码头前沿线夹角较小，应考虑撞击力产生的水平摩擦力和由此产生的扭距作用。故悬臂梁式靠船构件一般按双向受弯、受扭构件设计，如有可靠的纵向水平撑也按单向受弯构件设计 。四. 横梁排架的计算 横向排架由基桩和联结基桩的上部结构构件组成。 梁板式：横梁桩基； 框架式：桁架桩基 无梁板式：横向板带桩基； 承台式：承

49、台桩基 横向排架是高桩码头的主要受力单元，计算它的目的是为了求得桩基和连接桩基的构件的内力。 、计算图式 1、计算单元 计算中：取一代表排架计算内力，计算段长取排架间距；端排架的内力计算另行考虑；高桩墩台按空间问题计算。 2、 桩台刚度 桩台根据刚度可分为三类： 刚性桩台：EI，在外荷载作用下，桩台只发生变位（水平、竖向和转角），不发生变形，适用于框架时式码头和承台式码头的上部结构； 柔性桩台：EI常数，受力后桩台不仅产生变位，且发生变形。适用于梁板式高桩码头的横梁和无横梁式高桩码头的横向板带； 非刚性桩台：支座处EI0，该支承处不能承受弯矩，桩台按简支梁计算，适用于钢结构、木结构的栈桥。 3

50、、 桩端固定性质 桩与桩台及地基的连接，性质上是介于固接和铰接之间的弹性嵌固，但为便于计算，一般简化为固接和铰接。选择时，应考虑：桩顶与桩台的连接，桩下端埋入地基的实际情况和桩端固定性质对横向排架中各构件内力的影响。具体可按如下确定： 桩和横梁（桩台）的连接性质的确定刚性桩台按桩与桩台的连接一般为固接，计算也不复杂（格尔法），但刚性桩台由于其刚度远远大于桩的刚度（且只变位、无变形），实际桩顶的弯矩很小，为简化计算，往往假设桩与桩台为铰接（参考水运工程1997年）。 柔性桩台 a.有叉桩时，水平力由叉桩承受，侧向位移小，为简化计算，可假定桩与桩台为铰接。 b.全直桩时，为固接。 c.当桩台线刚度

51、和桩的线刚度之比： （EcIc/l）/（EzIz/L）4 式中： EcIc、EzIz分别为桩台和桩的截面刚度； l、L桩台计算跨度和桩的计算长度。 此时，桩对桩台变形的约束作用不可忽略，应按固接计算。 桩下端与地基的连接性质 应考虑桩的断面尺寸、入土深度、工作性质和土质情况等。如：支承桩的入土深度较浅，支承在坚硬土层上时，可按铰接考虑。摩擦桩，入土深度较深，一般仍按弹性嵌固计算，此时应考虑桩的计算长度（即按桩的嵌固点，第一变形零点）。 4、桩台计算跨度和桩帽对内力的影响计算跨度单桩与单桩：单桩轴线与桩台底面交点间的距离； 单桩与叉桩：叉桩轴线交点的垂线和单桩轴线与桩台底面交点的距离； 单桩与双

52、直桩：双直桩中心线和单桩轴线与 桩台底面交点的距离 全直桩：取桩轴线与梁底面线交点之间的距离 桩台内力修正 当有桩帽时，应考虑桩帽对计算跨度的影响（对内力的影响）对算得的桩台内力进行修正。有两种方法： 跨径折减系数法 对算得的弯矩乘以跨径折减系数n， 参阅“规范”； 对内力图进行削峰，削峰范围应根据单桩、双直桩和叉桩的具体情况而定，各设计单位不一定相同。 二航院：弯矩削峰从桩帽边缘开始。 三航院：弯矩削峰从桩帽边缘内B/4处开始。 5、 桩的受弯计算长度 排架中的受弯计算长度等于桩的自由长度加上桩在土中的嵌固点深度之和。嵌固点深度理论上应根据竖向弹性地基梁的计算方法确定（m法、有限元法），即找

53、到入土的变形第一零点。规范在法基础上，给出了弹性长度受弯嵌固点深度的经验公式：式中： 反映桩顶与桩台嵌固程度和桩的自由长度大小的系数，1.82.2。 T桩的相对刚度系数（m）。 、桩的刚性系数及支座的压缩系数（或反力系数） 实际情况表明，桩顶变位对横向排架的计算结果影响很大，因此，在计算横向排架内力时，需知道桩的变形特征。一般用刚性系数、压缩系数或反力系数等表示。 刚性系数：桩顶发生单位变位时（轴向变位、法向变位或转角），在桩顶断面产生的内力（轴向力N、剪力Q、弯矩M）。 压缩系数（或反力系数）：桩顶断面在单位轴向力N作用下，桩顶发生的轴向变位。 由于工作状态不同，显然对于摩擦桩和支承桩来说，

54、相应的刚性系数是不一样的。 1、桩的轴向刚性系数Cen（kN/m） 定义：桩顶发生单向轴向变位时在桩顶断面处所产生的轴向力。 支承桩 因桩尖支持在硬土蹭上,可假定桩尖不下沉,桩顶位移完全由桩材料的弹性变形引起的. 桩在轴向力作用下，在弹性限度范围内应力和应变正比（虎克定律）。 Ez、Fz桩材料的弹性模量（kN/m2）和桩断面的面积（m2） 摩擦桩 桩顶的轴向变形由自由长度段l0的材料弹性变形和桩入土段的变形（包括材料弹性变形和桩尖下沉）两部分。根据刚性系数定义可得： 式中：C0桩入土段的刚性系数，即桩入土段的单位沉降所需轴向力（N/m）。由于入土段单位变位包括材料弹性变形和沉降变形，很难求得，

55、常须静载试验确定，入无试桩条件，可按： C0（115145）R 其中 R单桩垂直极限承载力标准值（kN）桩和支座的压缩系数（反力系数） K1/Cen 即 ： 对单桩支座 （支承桩）； （摩擦桩） 对叉桩支座 根据虎克定律可得： ，将上式代入求得： 对双直桩的支座压缩系数 根据压缩系数定义为： KKn/2 注意：此处Kn应考虑群桩效应。2、 桩的横向刚度系数 定义：桩顶产生单位法向位移时所需的力（或桩顶断面产生的力）。 计算刚度系数 1桩顶作用单位切力时，桩顶产生的法向位移； 3桩顶作用单位切力时，桩顶产生的转角； 桩顶作用单位弯矩时，桩顶产生的法向位移；（位移互等定律） 2桩顶作用单位弯矩时，

56、桩顶产生的转角； 则在Qi、Mi作用下桩顶的法向位移： 当Qi1，Mi0时，单位法向位移时桩顶断面所产生的剪力(切向力)、弯矩： 当Qi0，Mi1时，单位转角时桩顶断面所产生的剪力、弯矩： 具体推导可参阅范文田编著:地下墙柱静力计算（人民铁道出版社1983）图中： Q泥面处Qo1时在泥面处产生的水平位移 M泥面处Mo1时在泥面处产生的水平位移； Q泥面处Qo1时在泥面处产生的水平转角； M泥面处Mo1时在泥面处产生的水平转角； 所以： 由m法求解Q ,M ,M ，公式如下： 令：Q01，M00，可求得 Q00，M01，可求得 、 作用及其效应组合1、 横向排架上的作用分类 永久作用：上部结构自

57、重力，固定设备自重力 横梁自重 以均布荷载作用在排架上； 纵梁自重 以集中力作用在排架上，其值等于一根梁的重量； 面板自重（与梁格布置有关）： A.板直接放在横梁上：（空心大板）以均布荷载作用在横梁上； B.支承在纵梁上的单向板：板（均布）纵梁（集中力）横梁； C.支承在纵、横梁上的双向板（纵梁放在横梁）： 面板（梯形或三角形）纵梁（集中力）横梁；面板（梯形或三角形）横梁。 D.靠船构件自重（包括走道板、水平撑和牛腿等）： 以集中力和力矩的形式作用在横向排架中桩台的端部，其值等于横向排架间一个靠船构件的重量。 可变作用 堆货、起重运输机械、铁路、船舶、施工荷载、波浪力等。 堆货：同面板自重的传

58、递方式。 门机或火车：轨道梁（集中力）横梁。 轨道梁应根据实际情况按连续梁或简支梁求支反力，荷载布置按可能出现的最不利情况。 流动机械的传递：按面板的支承性质而定 A.板直接放在横梁上：集中力（面板支反力）横梁。 B.板放在纵梁上，纵梁放在横梁上：集中力（面板支反力）纵梁（集中力）横梁。 C.双向板：在集中荷载作用下，按挠度相等的原则进行分配到两个方向的单向板，再求支反力。 D.船舶荷载：系缆力、撞击力 a 撞击力或系缆力计算见规范。 b 撞击力、系缆力应根据规范确定分配系数，系缆力的垂直分力全部中所在排架承受。 当系缆力和撞击力作用在上部结构为整体连接的码头上时，可将码头上部结构在水平方向视

59、为一个以排架基桩作为支承点的连续梁，按弹性支承刚性梁计算。当码头排架间距和支撑点的水平反力系数相等或相近时，水平集中力的横向分力在排架中的分配系数可按规范附录A确定。 c 系缆力、撞击力作用点位置：撞击力见靠船构件 偶然作用：地震荷载 作用效应组合 各种可变作用和偶然作用，应按不同的设计状况和不同的极限状态，并根据可能出现的最不利情况进行布置和作用效应组合。不可能同时出现的作用不应组合，如船舶靠码头十门机不可能工作；系缆力与撞击力不可能同时发生；波浪力与船舶荷载；冰荷载与波浪力。有些作用虽然可能同时出现，但可变作用效应组合时应分清主导作用和非主导作用。另外，组合时应考虑作用可能出现的机遇率，即

60、有些作用虽然可能同时出现，但机遇率很小，就可以不组合或降低组合等级。 、 刚性桩台横向排架的计算（格尔谢瓦诺夫法或变位法） 刚性桩台横向排架是一个刚性横梁支承在弹性柱(桩)上的结构体系。1、 基本思路 以桩台变位三要素（水平位移a、竖向变位b和转角c）为未知数，根据作用在桩台上的力平衡条件（H0，V0，M0）建立三元联立方程式，求解变位三要素，最后由变位求桩力。2、 基本假定 平面假定； 桩顶在同一标高（同一水平面）； 桩台EI，只有变位，无变形； 桩顶与桩台为固接，桩下端为弹性嵌固； 遵守小变形假定，tgcc。 3、 符合规定（正方向） 外力与位移：向下为正，逆时针为正，向左为正。 桩顶内力