港工课件--第三章

第三章板桩码头特点：主要靠板桩沉入地基来维持工作优点：结构简单，材料用量少，造价便宜；主要构件可在 预制厂预制，施工方便、速度快；可先打板桩后挖 港池，减少挖填土方量。缺点：结构耐久性不如重力式码头，钢板桩易锈蚀；施工 过程中一般不能承受较大的波浪作用，不适于在无 掩护的海港中应用；需要打桩或其他沉桩设备。适用：所有板桩可沉入的地基。也可用于船闸闸墙、船坞 坞墙、护岸和围堰等。第一节板桩码头的结构型式及其特点

一、板桩码头的特点及其适用条件第三章板桩码头

第一节板桩码头的结构型式及其特点

二、板桩码头主要组成部分组成板桩墙：由下部打入或沉入地基的板桩构成的连续墙 起挡土作用并构成码头的直立墙面。帽梁：为了使各单根板桩能共同工作和使码头前沿线 齐整，在板桩顶端作有帽梁拉杆：减小板桩的跨中弯矩及入土深度和减小顶部向 水域方向的位移导梁：为了使每根板桩都能被拉杆拉住，需在拉杆 与板桩的连接处设置水平导梁锚碇结构：锚碇拉杆码头设备三、结构型式木板桩：强度低，耐久性差，且耗用大量木材， 现已很少应用。按材料分类钢板桩：质量轻，强度高，锁口紧密，止水性好， 工厂生产无现场预制问题，沉桩容易， 适用于水深较大的海港码头钢筋混凝土板桩：耐久性好，用钢量少，造价低 适用于5000吨级以下的中小码头第三章板桩码头

第一节板桩码头的结构型式及其特点

按锚碇系统分类无锚板桩第三章板桩码头

第一节板桩码头的结构型式及其特点

有锚板桩岸壁结构简单，只有板桩墙和帽梁两部分。板桩墙呈自由悬臂工作状态，承受外力的能力小，墙顶变形大，仅适用于墙高较矮和地面荷载不大的情况单锚板桩：采用单层拉杆双锚板桩：当码头水深较大时，为减小板桩中的 弯矩，可采用双层(分着锚碇)或双拉杆斜拉板桩：不设拉杆而直接用斜拉桩锚碇 最大优点是结构简单和建筑用地宽度小，特别适用于建筑岸线后面有不允许拆除或拆除不经济的建筑物或地下工程的情况。单锚板桩双锚板桩斜拉板桩按板桩墙结构普通板桩墙：由断面和长度相同的板桩组成 优点是板桩类型少，便于施工长短板桩结合：当地基土质较差时，为了保证岸壁 的整体稳定性，需增大板桩的入土深度，为 了降低造价，板桩可隔几根加长1根，构成 长短板桩结合的型式主桩板桩结合：为充分发挥长桩的作用，将长桩断面 加大，成为主桩，将短桩的断面减小主桩挡板(或套板)：以水平放置在主桩后面的挡板或 插放在主桩之间的套板代替板桩挡土。墙后土 压力直接作用在挡板上，最后全部传给主桩， 主桩受力很大第三章板桩码头

第一节板桩码头的结构型式及其特点

四、一般施工程序

施工工序：预制和施打板桩，预制和安装锚碇结构，制作和安装导梁，加工和安装拉杆，浇注帽梁，墙后回填土及墙前港池挖泥等。施工程序：打好板桩和作好锚碇结构之后，安装拉杆，先回填锚碇板前面的土(或其它填筑材料)，待锚碇结构有了承载能力之后，再回填板桩墙后面的土，然后浇注帽梁或胸墙，一般在码头所有部分都建完以后，再将码头前港池挖至设计深度。第二节板桩码头的构造

第三章板桩码头一、板桩（一）钢筋混凝土板桩1、断面形式及尺寸矩形I字形T形圆形第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

2、板桩的纵断面及板桩间接缝第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

（二）钢板桩

U形U形组合平板形Z形H形圆管形转角构造二、锚碇结构

第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

1、锚碇板（墙）依靠前面回填料的抗力来承受拉杆拉力。连续的---锚碇墙

不连续的---锚碇板特点：结构简单，能充分发挥其前面的被动土压力，不需打桩设备，材料用量少，造价便宜。但必须开挖基坑或基槽，增加了开挖工程量并破坏了原状土结构。水平位移大

锚碇结构锚碇板（墙）：码头后方场地宽敞，拉杆力不大锚碇叉桩：码头后方场地狭窄，拉杆力较大锚碇桩(板桩)：码头后方场地宽敞，且地下水位较 高或利用原土层第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

2、锚碇桩(或板桩)

这种结构依靠其在土中的嵌固工作的。锚碇桩(或板桩)一般采用钢筋混凝土桩(或板桩)，也可采用钢桩(或板桩)。锚碇桩可用一组桩(通常由2-3根桩组成)，也可用单桩锚碇；锚碇板桩则为沿码头线连续的板桩墙。特点：开挖、回填量小，可充分利用原状土，但需陆上打桩设备，水平位移也较大。第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

3、锚碇叉桩由两根不同方向的斜桩和现浇桩帽组成，主要靠桩的轴向抗压和抗拔承载力来工作的。优点：与板桩墙的距离可以很近，拉杆长度短，承载能力大，位移小缺点：造价高第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

三、拉杆拉杆是板桩码头的重要构件之一，是板桩墙和锚碇结构之间的传力构件。1、拉杆位置的确定拉杆一般水平放置，从减少板桩墙跨中弯矩来说，拉杆位置越低越好，但为了保证在水上穿拉杆和水上浇注胸墙或导梁的施工要求，一般要求不宜低于施工水位。2、拉杆材料的选择拉杆一般用圆钢制成，常采用3号钢和5号钢。目前在一些工程中开始采用高强钢材，但必须能保证焊接质量及延伸率不低于18％。3、拉杆直径、间距和长度的确定钢拉杆的直径由强度计算确定，一般为40-80mm。拉杆的间距根据拉杆力的大小来确定，常用1.5-3.0m。拉杆的长度等于板桩墙与锚碇结构的距离。第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

四、导梁、帽梁及胸墙帽梁：使板桩能共同工作和码头前沿 线整齐，采用现浇钢筋砼结构导梁：使每根板桩都能被拉杆拉住， 设置在拉杆和板桩墙的连接处胸墙：当水位差不大、拉杆距码头面距离较小时，为简化结构和便于施工，一般将导梁和帽梁合二为一设计成胸墙，常用断面形式有矩形、梯形、L形和I形。变形缝：导梁、帽梁或胸墙沿码头长度方向应设置变形缝，变形缝间距一般可取15-30m，并设置在结构型式和水深变化处、地基土质差别较大处及新旧结构的衔接处。第三章板桩码头

第二节板桩码头的构造

五、排水设施为了减小或消除作用在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。排水孔的间距和孔径根据墙前水位差、板桩墙透水情况确定，一般3-5m设置一个直径5-8cm的排水孔，并设在低水位以下。排水孔后应设置倒滤棱体，以防墙后填土流失。

第三章板桩码头第三节板桩码头的计算

一、板桩码头上的作用和作用效应组合

作用在板桩码头上的荷载可分为以下三类：(1)永久作用：如由土体本身产生的主动土压力和板桩墙后的剩余水压力；(2)可变作用：如由码头地面上各种可变荷载产生的主动土压力、船舶荷载、施工荷载和波浪力等；(3)偶然作用：如地震作用等。设计板桩码头时应考虑以下三种设计状况：(1)持久状况：在结构使用期，分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计；(2)短暂状况：施工期、检修期等，按承载能力极限状态设计，必要时，同时按正常使用极限状态设计；(3)偶然状况：在使用期遭受地震作用等偶然作用时，仅按承载能力极限状态设计。设计板桩码头时应设计的项目：按承载能力极限状态设计：板桩墙的“踢脚”稳定性、锚碇结构的稳定性、板桩码头的整体稳定性、桩的承载力和构件强度等。按正常使用极限状态设计：板桩码头中钢筋混凝土构件的裂缝宽度和抗裂。板桩码头承载能力极限状态设计时，所取水位及作用效应组合应按下列规定采用：持久组合：计算水位分别采用设计高水位、设计低水位和极端低水位；永久作用包括土体本身产生的主动土压力和墙后剩余水压力；可变作用有码头地面可变荷载产生的主动土压力、船舶系缆力和波吸力等，其中产生作用效应设计值最大者为主导可变作用，其余为非主导可变作用。

短暂组合：计算水位相应采用设计高水位、设计低水位或施工水位。设计时可考虑以下几种工况：(1)施工期，板桩墙已做好，锚锭系统尚不能发挥作用，此时墙后土体本身产生的主动土压力为永久作用；(2)施工期，墙后部分回填，遭受波浪作用，此时，墙后土体本身产生的主动土压力为永久作用，墙前波浪力为可变作用；偶然组合：计算水位按现行行业标准《水运工程抗震设计规范》(JTJZ25)中规定采用。1．土压力

板桩墙是一柔性墙，在土压力作用下其轴线将发生挠曲变形，作用在板桩墙上的土压力分布也随墙体的变形而变化。这种土与墙相互作用的复杂性，给确定板桩墙上的土压力带来很大的困难。作用于板桩墙上的实际土压力将视施工方法、锚杆装设处的水平位移、锚杆位置高低、板桩入土深度、板桩刚度与海底地基土性质之间的关系等因素而变化，其土压力分布是十分复杂的。研究表明，不论土压力分布形式如何，而其土压力大小与按库伦土压力公式计算的数值基本相同。所以规范推荐作用于板桩墙上的主动土压力按三角形分布。基于与库仑公式相同的平面滑动假定的极限平衡原理导得土压力水平强度标准值。该公式与库仑公式相比，考虑了土的粘聚力c的作用，不仅能适用于无粘性土，也能适用于粘性土。第三章板桩码头第三节板桩码头的计算第三章板桩码头第三节板桩码头的计算2．剩余水压力

海港当墙前水位降落，墙后地下水不能及时排出时，便有剩余水头存在，产生剩余水压力。钢筋砼板桩当板桩墙设置排水孔，墙后回填粗于细砂颗粒的 材料时可不考虑剩余水头

墙后回填细砂(或更细)剩余水头可取1／3-1／2 的平均潮差剩余水头可取1／3-1／2的平均潮差

河港水位的降落主要是由于洪峰衰减和泄洪造成的。剩余水头的大小除取决于水位降落幅度和速率外，还与板桩墙排水好坏和回填土及地基土的渗透性大小有关，很难由计算确定。最好是在实际工程的现场进行观测，或对附近类似建筑物进行调查，然后确定其剩余水位。钢板桩设计高水位情况可不考虑剩余水头3．其他荷栽

二、单锚板桩墙计算

第三章板桩码头第三节板桩码头的计算

(一)单锚板桩墙的工作状态和受力特性

1．板桩墙的工作状态

板桩墙上端：在水平力的作用下，由于锚锭结构的固定作用， 使得板桩墙上端受到约束而不能自由移动，从 而在上端形成一个铰接的支承点第一种工作状态：板桩入土不深，在墙后主动土压力作用下，板桩产生弯曲变形，并围绕板桩上端支承点转动。板桩中只有一个方向的弯矩且数值最大，入土部分位移较大，所需板桩长度最短，但断面最大。底端按自由计算第三章板桩码头第三节板桩码头的计算第二种工作状态：其入土情况和受力情况介于第一种工作状态和第三种工作状态之间第三种工作状态：随着板桩人土深度增加，入土部分出现与跨中相反方向的弯矩，板桩弹性嵌固于地基中。这种工作状态下算得的板桩断面较小，入土部分位移小，板桩墙稳定性较好。底端按嵌固计算第三章板桩码头第三节板桩码头的计算第四种工作状态：与第三种工作状态类似，但入土深度更大，固端弯矩大于跨中弯矩，稳定性有富余。第三章板桩码头第三节板桩码头的计算

2．作用在板桩墙上的土压力和板桩的变形特点以顶端位移为主：基本类似于绕下端转动的刚性墙，主动土压力可按线性分布的古典土压力理论计算以弯曲变形为主：板桩上部有拉杆拉住，下端嵌固于地基中，上下两端位移较小，跨中位移较大，墙后土体在板桩变形过程中出现拱现象，使跨中一部分土压力通过滑动土条之间摩擦力传向上下两端。墙后主动土压力为R形分布。影响板桩墙后主动土压力重分布的因素很多，如板桩墙刚度、拉杆锚碇点位移、施工程序等，但定量确定尚有一定困难，规范推荐主动土压力仍按线性分布计算，同时考虑弯矩修正系数。第三章板桩码头第三节板桩码头的计算(二)单锚板桩墙的计算板桩墙入土深度板桩墙弯矩拉杆拉力计算内容计算方法弹性线法：单锚板桩墙的弹性嵌固状态自由支承法：单锚板桩墙的自由支承工作状态竖向弹性地基梁法：单锚和多锚板桩墙的任何状态第三章板桩码头第三节板桩码头的计算1、弹性线法---罗迈尔法基本假定：板桩墙底端嵌固，它的线变位和角变位都等于零， 拉杆锚碇点的位移等于零一般采用图解试算法，即先假定入土深度，利用上述变形条件，试作板桩墙变形曲线的方法求解。作变形曲线比较麻烦，根据设计经验，当进行初步计算时，为简化计算，可采用跨中最大正弯矩为入土段最大负弯矩1.10-1.15倍的条件取代变形条件。第三章板桩码头第三节板桩码头的计算考虑墙后土压力重分布和拉杆锚碇点的位移会使板桩墙跨中弯矩减小的影响，将求得的跨中最大弯矩乘以折减系数，求得的拉杆拉力乘以不均匀系数，作为设计弯矩和设计拉杆拉力的标准值：式中：—用上述图解法求得的跨中最大弯矩；—弯矩折减系数；—一根拉杆的拉力；—每延米码头拉杆拉力，由上述图解法求得；—拉杆间距(m)；—拉杆与水平线的夹角；—不均匀系数，取1.35。第三章板桩码头第三节板桩码头的计算

板桩墙入土深度是由它的线变位和角变位都等于零的角度确定的。从板桩墙的工作可靠性考虑，还要求板桩墙有足够的稳定性，因此板桩墙入土深度要满足“踢脚”稳定的要求：

踢脚：拉杆锚碇点将按上述两种方法求得的入土深度比较，取大值作为板桩墙的设计入土深度。—结构系数，地基土质差时取1.0；好时取1.5—板桩墙前被动土压力的标准值对拉杆锚碇点的稳定力矩第三章板桩码头第三节板桩码头的计算2．自由支承法假定板桩的下端为自由状态(即第一工作状态)板桩墙的设计入土深度按“踢脚”稳定计算确定。拉杆力和板桩墙内弯矩是按最小入土深度(假设板桩墙前全部出现极限被动土压力)时力和力矩的平衡求得的，此时板桩墙弯矩不折减。第三章板桩码头第三节板桩码头的计算3．竖向弹性地基梁法板桩墙的入土深度按“踢脚”稳定计算。板桩墙内力和变位采用杆系有限元法求解。(三)板桩墙的强度计算板桩墙除了满足结构构造要求外，还要根据前面确定的板桩墙计算弯矩M。选择板桩的断面并进行强度计算。

第三章板桩码头第三节板桩码头的计算三、锚碇结构计算

1、锚碇墙(板)的稳定性验算为了充分发挥锚碇墙(板)前面被动土压力的作用，要求板桩墙后面土体的主动破裂面和锚碇墙(板)前面土体被动破裂面交于地面(或以上)。最佳距离：H0：板桩墙后主动破裂棱体的高度(m)，主动破裂面一般从入土部分变位第一零点(采用竖向弹性地基梁法)或最大负弯矩位置(采用弹性线法)或最小入土深度(采用自由支承法)处画起2、锚碇墙(板)到板桩墙的距离第三章板桩码头第三节板桩码头的计算当板桩墙到锚碇墙(板)的距离应某种原因不能满足最佳距离要求时，锚碇墙(板)的位置可适当前移，上述两个破裂面将交于地面以下d点，此时将损失部分被动土压力：3．锚碇墙(板)的水平位移

—分别为锚碇墙(板)的高度和计算宽度(m)；—锚碇墙(板)前填料的水平抗力系数(kN／m3)第三章板桩码头第三节板桩码头的计算

4．锚碇墙(板)的内力(1)现浇连续钢筋混凝土锚碇墙水平方向：刚性支承连续梁，由拉杆拉力标准值产生的水 平向最大弯矩：

竖向：悬臂板，土抗力沿墙高为均匀分布，拉杆拉力标准 值产生的竖向单宽最大弯矩：