港口工程学：第三章 板桩码头.ppt

第三章 板桩码头,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 ：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：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：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,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 现场浇筑帽梁 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 木板桩码头 钢筋混凝土板桩码头 钢板桩码头 按锚碇系统分类 无锚板桩码头 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 普通板桩墙 长短板桩结合 主桩板桩结合 主桩挡板（或套板） 地下连续墙式,一、 按板桩材料分类 1. 木板桩码头 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 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，适用于水深较大的海港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）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,（1）单锚板桩 应用最广的一种结构型式双锚板桩断面图,（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,（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 普通板桩墙 由断面和长度均相同的板桩组成 长短板桩结合 板桩长度长短结合 主桩板桩结合 长度较长的板桩做成截面较大的主桩 主桩挡板 主桩之间不设短的板桩，而是由挡板或套板代替 地下连续墙,普通板桩断面图,长短板桩结合断面图,主桩板桩结合断面图,地下连续墙式板桩码头 优点： 连续性好，可有效地防渗和止水； 不需要大型和复杂的施工机械； 可以做成较大的各种形式断面的板桩墙； 施工速度快，造价低。

缺点： 需要具备干地施工的条件； 现浇混凝土质量不易保证，密实度差； 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，采用现浇连续墙最为合适船坞施工,三峡船闸,第二节 板桩码头的构造,一、板桩 二、锚锭结构 三、拉杆 四、导梁、帽梁、胸墙 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,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：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：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200500mm 2）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： U形、 Z形、 圆管形、 H形、组合形 防锈处理： 涂料保护 阴极保护 改进钢材的化学成分和防腐蚀钢种 增加钢板厚度 尽量降低帽梁或胸墙底高程,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,固定拉杆，改善受力 结构型式： 锚锭墙和锚锭板 锚锭桩（或板桩） 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： 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,拉杆：板桩墙与锚锭结构的传力构件，重要构件之一 要求： 3号圆钢或5号圆钢，高强钢材，延伸率不低于18 防锈措施：P54，设计时预留锈蚀量 拉杆纵向间距1.53.0m 拉杆长度：板桩墙与锚碇结构之间的距离 直径：由强度计算确定， 一般采用4080mm 拉杆高程不宜低于施工水位,拉杆构造图,减小拉杆附加应力的措施：拉杆下填土沉降 设置支垫：支承桩、混凝土垫块、铺碎石； 设置U形 防压罩混凝土垫块,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 胸墙 ：（采用较多） 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四、导梁、帽梁及胸墙作用,帽梁,导梁,帽梁,导梁,帽梁,胸墙,胸墙,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 缝宽20-50 mm； 变形缝一般10-30 m间距设置一个；,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 板桩码头的计算,一、板桩码头上的作用和作用效应组合 二、单锚板桩墙计算 三、锚锭结构计算 四、拉杆设计 五、导梁、帽梁和胸墙结构计算 六、整体稳定性验算,板桩码头设计与施工规范JTJ292-98,板桩码头上的作用 永久作用主动土压力，剩余水压力，自重 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 偶然作用地震荷载,一、板桩码头上的作用和作用效应组合,永久作用主动土压力：,可变作用主动土压力：,永久作用被动土压力：,土压力系数：,兼有库伦理论和朗肯理论的特点,1. 土压力： 板桩码头设计与施工规范（JTJ292-98）推荐的土压力水平强度标准值：,填土面水平、墙背直立情况,2. 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，不考虑剩余水头； 海港：墙后回填细砂（或颗粒更细），取1/31/2平均潮差； 河港：按高低水位实际情况取定。

3. 其他荷载：船舶系缆力，波浪力，地震荷载等,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：波吸力p波谷作用在码头岸壁时,系船柱锚碇结构,1 板桩墙的工作状态 ：,（1）入土不深，底端按自由端考虑，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,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,（4）板桩的入土深度更长，墙体的稳定性有富余2 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”形分布板桩码头规范按线性分布计算，以变形为主的板桩墙考虑弯距修正系数3 单锚板桩墙的计算 计算内容： 入土深度t0 板桩墙最大弯矩Mmax 拉杆拉力Ra（RA） 计算方法： 弹性线法仅用于单锚板桩墙的弹性嵌固状态 自由支承法仅用于单锚板桩墙的自由支承状态 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,基本求解步骤：一次超静定结构,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：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，t0,3. 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=Mmax RA= RRalasec （3-3-22） t0需经公式（3-3-7）校核,绕踢脚A点稳定,2. 自由支承法：第一种工作状态,基本求解步骤：静定自由结构,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，tmin,3. 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Mmax,3. 竖向弹性地基梁法：,基本特点：,可考虑拉杆锚碇点的位移：拉杆变形锚定结构位移 入土段抗力由弹性杆代替，弹性系数的取值用m法 需用杆系有限元方法求解,土的抗力：,土的水平抗力系数kh(z),实用中m法最常用，各种土的m值可在规范查表得到：,港口工程桩基规范（JTJ254-98) P75 表C.2.1,kh(z)=mz,锚碇墙（板）的稳定性计算：静力平衡条件,三、锚碇结构计算,2. 锚碇墙（板）与板桩墙之间距离的确定,3. 锚碇墙（板）的位移：不宜大于50mm,4. 锚碇墙（板）的内力计算：,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）： 预制的锚碇板 水平方向（悬臂板）： 高度方向（悬臂板）：,kNm,kNm/m,kNm,kNm,四、拉杆,钢拉杆直径：,d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,帽梁设计按受船舶水平向系缆力作用的弹性地基梁计算，基床系数k：,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,。