高桩梁板结构码头简介

高桩梁板结构码头简介一、概念1、码头：是供船舶系靠停泊用的建筑物，在此进行货物装卸、 旅客上 下或其它专性作用， 是港口主要的水工建筑物之一， 码头主要 结构形式通 常有重力式、板桩式、高桩式或其它形式。2、码头组成：有主体结构和码头设备（港机等）两部分组成。 其中主 体结构包括上部结构， 下部结构和基础。 有些码头下部结构半 身也是基 础，如高桩梁板结构码头的桩基，板桩码头的板桩墙等。其 中高桩梁板结构 码头上部结构为桩顶承台（桩帽或梁板及靠船构件 等）。3、高桩梁板结构特点（1）基本特点：高桩梁板结构是码头的三大结构形式之一，在我 国应用 相当广泛。 它利用打入地基中的桩梁作用在上部结构的承载传 到地基深 处。桩不仅是基础，而且也是结构中不可缺少的组成部分。（2）优点：适宜作成透空式结构，波浪反射轻，泊稳条件好；砂 石料用 量少；对干挖泥超深适应性强。其缺点：结构承载能力有限， 对地面超载适 应性差；结构构件往往是按既定装卸工艺方案布置的， 对装卸工艺变化适应 性差； 耐久性不如重力式和板桩式码头， 特别是 在高盐度、高温度和高湿 度的地区，使用年限一般仅 30 年左右；构 件易损坏，损坏后难以修理；施 工一般需要台班费较高的打桩设备； 造价一般较高。（3）适用范围：高桩码头主要适用于软土地基。我国沿海、河口 和河流下游的地区软土地基分布很广， 例如上海及长江下游和天津地 区， 地基表层由近代沉积土组成， 硬土层位位置较低。 对于这种地基， 目前高 桩码头几乎是唯一可行的结构型式，并可用以建设深水码头。 高桩码头的发 展方向是：粗桩、长桩、大跨度，采用预制和预应力钢 筋混凝土；提高混凝 土质量，增强耐久性。连云港以南地区大部分采 用高桩梁板结构。日照含日 照以北山东沿海以及广东、南沙、海南、 福建局部采用沉箱等重力式码头结 构型式。 中交三航、 与广东新会预 制厂用气垫运输高层沉箱至半潜驳安装 码头。 另外：临近堆场一侧为 板桩墙的重力式挡土墙的混合型式的高桩码 头结构。二、高桩梁板码头主要组成部分1 、基本组成：高桩码头主要由上部结构 , （ 也称桩台或承台 ）桩基 和 码头设备组成，在某些情况下还有挡土结构和护坡。上部结构的作用：（ 1）构成码头地面；（2）将桩基连成一体， 成 为一个整体结构；（3）安设各种码头设备（如防冲设施、系船柱、 工艺管 道、门机轨道等） 。上部结构直接承受作用在码头上的各种荷 载和外力， 并通过它将这些荷载和外力传给桩基。上部结构的组成因其型式而不同， 以钢筋混凝土梁板式上部结 构为 例，它包括面板、纵梁（门机轨道梁也是纵梁）和横梁，另外还 有靠船构 件、桩帽、工艺管沟和系船柱块体等。桩基的作用是支承上部结构， 并将作用在上部结构上的荷载和 外力 传到地基中，同时也起稳固地基作用（岸坡稳定） 。为了减小码头结构的宽度和岸的衔接， 可采用各种挡土结构来 实现，如前板桩墙和后板桩墙， 但采用最普遍的是在高桩码头结构后 面设 置各种重力式矮挡土墙。除前板桩高桩码头结构外， 桩台下面的岸坡都暴露在外， 根据 码头前波浪的波高、 水流速的大小和岸坡的土质情况， 考虑是否护坡 和采用什 么样的护坡。2 、典型断面图三、高桩梁板码头各部位简介（一）桩分类（按所用材料） ：分为木桩、钢桩、钢筋砼桩以及劲钢 砼桩 （钢管桩加砼）等四种。木桩：耐久性差，强度小，并且耗用我国所欠缺的木材，在高 桩码头中 已很少使用；钢桩：易锈蚀，耗费大量钢材，造价高，但它制作方便，打入 容易，能 穿过硬土层，特别是它的强度高抗弯能力大 ; 一版用于受风 浪、水流或冰凌 及船舶作用力较大的外海开敞式深水码头（连云港30 万吨矿石码头采用钢管桩加砼桩型） 。钢筋混凝土桩：耐久性好，省钢材，造价低，目前在高桩码头 中得到普遍应用。随着航道深水化、船舶大型化的航运市场以及大吨位码头对 “高强、高抗弯能力”桩型需求日益增大。连云港等海淤发育地区以及没有 抗冻要求的以南地区采用大直径管桩及基组合的巅岩或锚岩桩型较多。如连 云港散粮及集装箱码头，焦炭及氧化铝码头桩基、北方其他港口（如大连 港）个别码头地区也有应用实例。而大直径管桩的分类通常有12001400mm后张法预应力拼接管桩（中交三航五公司）以及PHC 次成型的先张法预应力管桩（中交三航三公司、长江二桥东侧、中交四航也 有类似项目采用） 。管桩特点（1）1200mm直径后张法预应力砼大直径管桩。后张法预应力管桩 首先是美国雷德蒙公司生产的，故亦称雷德蒙桩，它是目前世界上叫为先 进的预应力钢筋混凝土桩之。我国为了解决钢管桩用钢量大，易锈蚀和造 价高，把“大直径预应力混凝土管桩的制造与应用” 正式被列为国家“六 五” 期间的重点攻此项研究工作由交通部第三航务工程局负责，会同有关 单位，经过三十年来的应用，已经在连云港、华东、华南等地区被广泛应 用。（2）我国当前能生产的管节，长4m，外径120侧面，壁厚12cm, 沿圆周壁内预留20个孔（传预应力钢绞线用），孔经30mm预应力采 用75mm的钢绞线。管节采用自己研制的由离心、震动和辊压三个系统组 成的离心振压成型机生产。用这种复合工艺生产的管节：强 度高，抗压强 度达6575MP, a抗拉强度达55.5MPa；密度大，吸水率低，平均值为3.5%，抗渗达 Bs 以上，水泥用量比用其他工艺（离 心，旋辊工艺）省，可 省 20%以上。每小时可生产两节。（3）管节运到施工工地后， 根据需要的桩长进行拼接， 可拼接成 4060m 长的预应力桩。管桩的拼接主要包括管节粘接，穿钢筋并施 加（1） 管节之间一般用环氧树脂粘接。拼接使用可调性接桩小车进 行（ 共分两次张 拉 ）。为了增加接缝的强度，管节端面需要磨光机磨 平并把边缘做成 1cm 的倒角。为了是环氧树脂与混凝土很好粘接， 管 节端面涂以分别能与有机物 和无机物起化学作用的处理剂， 即有机偶 联剂。（4）目前可供预应力钢筋混凝土用的钢材有： 热处理钢筋， 热轧 高强 钢筋和高强钢丝（或钢绞线）大量资料表明，高强钢丝的的应力 腐蚀倾向性 最小， 故一般采用高强钢丝束或钢绞线。 从各方面来考虑， 钢绞线比钢丝 束更优越，天津钢厂生产的75mm钢绞线，公称抗拉强度为1860MPa。钢丝束（或钢绞线）用自动穿丝及传入预留孔。钢丝用YG-170 型拉伸机在管桩两端同时进行张拉。（5）预留孔道用压力灌入水泥浆填塞。 预应力钢筋采用自锚， 所 以预 应力的传递完全靠水泥浆与管壁的粘结力和对钢筋德尔握裹力。 要求制备低 水灰比高流动性和收缩率低的灰浆， 为此在灰浆中掺入合 适的外加剂并用高 速搅拌机搅拌。（6）这种大直径的管桩与钢桩比较，耐久性好，使用寿命长， 不需经 常维护，用钢量省，仅为钢管桩的 1/61/8 ，成本低，仅为钢 管桩的 1/21/3 。与目前广泛应用的预应力混凝土方桩比较：混凝土 强度 高，（超过 C80 号），耐锤击；密实度大，耐久性好，桩的抗弯能 力大，120cm直径管桩的极限抗弯能力能达到IIOOKNirn ；垂直极限承载力大, 可达到65009000kN,为桩尖打入相同标高的60x60cm方桩承载力的1.8 倍以上,管节生产工厂化,工效高,质量好,运输方 便,现场可拼制超长 度； ,使用初期预制时硅灰和高分子纤维,套加 钢套筒,桩顶附加桩芯吊板 浇灌配筋砼,合理选择沉桩工艺（重锤低 击）及时夹桩防撞优化替打设施等 措施,减少桩端裂缝。而 PHC 桩桩顶砍桩工艺掌控难度大,但预应力损失较小。（7）大直径管桩如岩后, 不能再强打,连云港地区 DC100 锤型, 最后三阵,每阵 10 锤（中等落距）平均贯入度小于 5 厘米时基本可 判断进 入持力层； 大直径全直桩管桩入土深度原则上要求不低于桩长 一半,若用持 力层深度浅, 可结合嵌岩或锚岩工艺形成桩端嵌固刚结 点。施工时要 增设 围囹及水上钻孔平台等措施完成嵌岩及锚岩。连 云港墟沟港区 67#-69# 的 泊位混凝土大（管桩 +嵌岩）、旗台作业区 30 万吨矿石码头（钢管 +嵌 岩）、浙江马迹山矿山码头等均采用嵌岩 或锚岩工艺。钻孔灌注钢筋桩（1 ） 这种在我国桥梁工程中早已得到广泛应用,目前在中小码头 中也已 开始采用。 钻孔灌注桩, 首先用钻机在地基上钻孔并用泥浆护 壁,然后将 绑制好的钢筋笼放入钻孔内,最后进行水下灌注混凝土, 灌注桩一半采用圆 形断面, 根据需要也可采用两侧圆弧中间直线的断 面。常用直径为 60120cm，根据需要，也可采用更大直径。钢筋笼的长度不一定要到桩 尖, 根据桩的受弯情况, 到地基对桩的嵌固深度 以下 11.5m 即可（一般 情况下，钢筋笼伸入地面以下三分之一入土 深度）。目前的施工工艺只能做垂直桩，斜桩还难与施工。码头中的 桩基在泥面以上暴露在外， 考虑到施工 和耐久性的要求。 泥面以上的 桩段可采用钢筋混凝土套管（图 4 14）； 也可采用可拆的钢套管。 但此时套管中低水位以上部分的混凝土应干浇， 浇 注这部分的混凝土 之前应将水下混凝土松顶部分清除干净。（2） 钻孔灌注桩的优点：施工设备简单，不需要预制场和台班费 较高 的打桩船及其它辅助船舶； 因不用船， 不需要有一定面积和深度 的施工水 域，特别是对于岸坡上的后几排桩，不需要施工前挖泥；施 工无噪声；对岸 坡稳定无影响； 造价一般较低。 其缺点：不能做斜桩， 码头中基桩受弯距 较大，需要断面大，受力钢筋多；混凝土和水泥用 量多。目前用它建码头的 施工经验还不多、在施工质量上 应倍加注 意。当前只局限于在中小码头中采 用，特别适用于干地施工码头。需 要的水域和设备较小（少） ，噪音亦小； 但是沉桩工艺复杂，桩身质 量问题多；混凝土强度、桩身完整性要用声波透 射、钻芯取样检测联 合检测，特别是强度指标要钻取 28 天、50天、60 天、90 天芯样强 度来判断桩身混凝土强度指标。钢桩（1）钢桩一般采用钢管桩， 在工厂用钢板螺旋焊接而成。 常用外径为 5001200mm,壁厚 1018mmo（2）钢桩的优点：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,可减小船舶对码头的撞击力；制造和 施工（如运 输和打桩）方便，可大大加快码头的施工速度。其缺点：钢材用量大，约为 钢筋混凝土桩的 84倍；钢材有时还要进口,需动 用外汇；造价高,约为钢 筋混凝土桩的23倍，存在锈蚀问题，耐久性差。目前，钢管桩主要用于外 海大码头，因为那里水深大，使用条 件恶劣 受有较大的波浪、水流、冰 凌和船舶撞击的作用，施工条件差 - 施工受气象和水文因素影响大，要求施工速度快。（3）钢材在海水中极易锈蚀，影响它的使用年限。目前，工厂虽 然生产 出各种耐海水腐蚀的钢材， 但仍未解决锈蚀问题， 还需采取人 工防锈措 施。 对于水下部分比较行之有效的是采用阴极保护措施。 钢 桩的水上部 分，目前还是用涂层防腐蚀，有效期 3-5 年。（二）桩帽 当桩台为预制安装结构时，为了预制梁或板（包括无梁板）的 安 装，桩的顶端设置桩帽。同时，桩帽还可调整打桩时所产生的桩顶标 高和 位置偏差。 桩帽一般采用现浇钢筋混凝土， 桩帽的平面尺寸主要 决定于基 桩的布置形式 （单桩或叉桩），桩的断面尺寸和打桩的偏位； 此外，还应满 足放在它上面的预制件（梁、板）的搁置长度和接头宽 度的要求。桩帽后浇帽耳与预制纵梁（边梁）上横梁（横梁二次浇筑部分） 结点 现浇，整交整体刚度好。有些横梁现浇时， 横梁与桩顶浇在一起， 不设桩 帽。连云港及北仑港大都采用前者。为保证桩帽与桩之间的整体连接，桩的全部外伸钢筋应埋入桩 帽内。 为保证桩帽与其上构件的连接，桩帽内应埋设锚固钢筋，其数 量与直径根据 支座反力大小确定， 但不少于 2根，其埋置长度和外伸 长度都应满足钢筋 锚固长度的要求。为了保证桩与桩帽的连接质量， 桩头应嵌入桩帽 5- 10cm。当上部结构为无梁板时，应将桩帽顶面做成凹槽形式，以利安放安 装找平用的支垫 （通常采用牛油盘根或氯酊 橡胶块），板安装好后用砂浆将 凹槽填平。当横梁为现浇时（上海地 区多采用），有的需设置桩帽，横梁直接与桩浇在一起。（三）横梁横梁是梁板式高桩码头的主要受力构件， 作用在码头上的几乎所 有荷载 都是通过它传给基桩， 因此受力比较复杂。 为了构成横向的整 体结构 - 横向排架，要求横梁与下面的基础整体连接，所以横梁应 做成连续梁。对于 宽承台式高桩码头中的后方承台，因受力简单（不 受水平力作用）和没有横 向整体性要求，为了受力明确，后方桩台的 横梁一般采用简支梁。横梁的横断面形式一半有矩形、 倒 T 形，花篮形和倒梯形四种 （图4 17），主要用于前方桩台的横梁。 当横梁和纵梁的底面在同一高程 时， 横梁可采用矩形断面（图4 17a）共模板和配筋都比较简单，但为了保证 预制板在横梁上的搁置长度， 其宽度较大。 为了减小横梁 的宽度，又能保 证板的搁置长度。可采用花篮形断面（417c）当纵梁高度比横梁矮时， 纵梁需要搁置在横梁上，可采用倒T形断面（图4 17b）。倒T形横梁的 下部一般采用预制安装，上部采用现浇，从 而构成现场迭合式结构， 为了桩 帽伸出的钢筋穿入预制下的横梁，在其端部预留安装孔（图417b）。考 虑到施工误差，安装孔通常采用 椭圆形，其长轴（沿梁长方向）和短轴的长 度一般分别不小于8cm 4cm。后方桩台一般不设纵梁，只由板和横梁组 成，横梁断面形式比 较简单。 为了减小梁的宽度又要保证板的搁置长度的要 求， 一般采用 倒梯形断面（图 417d） .横梁的高度根据受力计算确定，一般为120200cm，最高达300cn （我国宝钢码头）。因横梁的断面的重量都较大，为了减轻预制间的 重量边 干吊装， 提高预应力的效果和考虑纵梁的接缝， 一般采用迭合 梁，即将横梁分为上下两部分（见图417b）。下部为预制，一般采用预应力结构, 其高度根据其中设备的起重能力， 预制场可 的高度 和纵梁高度（对于倒 T 形断面）或面板厚度（对于花篮形断面） 确定： 上部为现浇。横梁的宽度由 受力（主要是剪力）计算确定，同时尚应 考虑纵梁或板的搁置长度和接缝宽 度要求，一般为4080cm,不宜小于30cm。* 泊位系 * 设计，其横梁采用后张法预应力预制横梁， 现场锈 蚀严重， 主筋全无，拟采用 * 大学体外无粘着预应力混凝土 工艺加固未 果。* 采用的非预应力预制横梁加现场与纵梁板的后浇迭合一起 整浇的工 艺，结构整体性好，至今无严重腐蚀，先张法预应力混凝土 纵梁及预应力混 凝土面板腐蚀严重， 后经预先在预制 117 内配制性混 凝土，涂刷硅烷浸滋 LSW1 型环氧煤沥青涂料收到良好的防腐效果。（四）纵梁设有门座起重机或其他轨道式装卸机械的码头， 考虑到轨道轮压 力较 大，在轨道下面都设有纵梁，称为轨道梁。除此以外，是否设置 其他纵梁， 应根据码头地面荷载性质和大小并结合梁板布置的系统确 定。在火车轨道下 面一般都设置纵梁， 每条铁路下面可布置一根纵梁， 也可每根轨道布置一根 纵梁。 考虑码头的纵向整体性， 纵梁一般采用 连续梁。但某些设计单位， 考虑受力明确和充分发挥预应力的效应， 而采用简支梁。（五）面板 面板有先张法预应力实心板和空心板两种。空心板抗弯、抗裂 能 力强，自重轻；实心板分为现浇、预制、迭合三种。六）靠船构件高桩码头的靠船构件时为固定防冲设备（护木或橡胶护舷）设置的， 一般有板式和梁式两种。连云港地区多应用梁式。梁式靠船构件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。悬臂梁是固定防冲设备用的，在预制场预制，在现场安装 并与横梁整体连接，这种情况适合于现浇下横梁，在下横梁为预制和起重 设备能力足够时，靠船构件可以与一部分横梁在预制场整体预制，它们与 其余部分预制横梁在桩帽上进行整体连接。纵向水平撑的作用是加强悬臂梁 的纵向刚度，使全部悬臂梁共同承受船舶沿码头长度方向的水平作用力。 水平撑断面比较单薄，不能承受船舶的垂直作用力，为此，应把它放在悬臂 梁表面的里面，距表面的距离不小于10cm。纵向水平撑与悬臂梁应整体连接，为了预制的水平撑 在安装时有所支承，在悬臂梁下端的两侧做“牛腿” 。上海地区习惯采用梁 式靠船构件。（七）防撞设施：有 D 型、鼓型、筒型、 V 型、木制钢制护弦。四、结构参数 （一）设计原理设计高桩码头时，首先要拟定结构图式，然后对结构各构件 进行强度设计和验算建筑物的整体稳定性。在拟定结构图式时，需确定的 总尺度进行桩基上部结构构件的布置。（二） 结构总尺度1 、结构宽度：对于窄桩台的高桩码头，桩台的宽度（一般不包括挡土 结构），首先根据使用要求和荷载分布情况采用等于码头前沿地带的宽度； 设门机的码头为14-14.5m，不设门机的码头为8-10m。然后进行整体稳定性验算，如不满足再适当加宽。对于宽 桩台的高桩码头，结构总宽度主要决定于岸坡的稳定性和挡土结构 的位置。2、结构分段 : 为避免在结构中产生过于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。 变形缝的宽度一般 采用 2-3cm。 变形缝的间距就是码头结构的分段长度，当地基的土层 分布和土质沿码头长 度方向的变化不大时，由于在纵向结构（纵梁） 的计算中已考虑支座（桩） 沉降的影响，分段长度主要是考虑温度变 化的影响，所以可以长一些， 但不 宜大于60m。如果码头长度较短而且两端不受约束，分段长度还可增大。3、桩顶工程 : 桩顶的高程决定于上部结构高度， 但不得低于浇 注桩帽 或横梁所需要的施工水位。4、桩基布置 : 横向排架中桩的数目和布置决定于桩台的高度和码 头的 荷载。对于摩擦桩，为了充分发挥单桩的承载力，桩与桩 的净 距不宜小雨 6 倍桩的直径或桩宽，桩的间距一版采用35m。对于手游船舶作用力的桩台 （前方桩台） ，在横向排架中一端布置一组叉桩 或半叉桩； 在船舶作用力 较大的突堤码头中， 有时需要对称布置两组 叉桩；对于承受土压力的码头 （例如前板桩或后板桩的高桩码头） ， 根据土压力的大小，需增设若干根斜 桩；对于不受水平力的桩台（后 发柱台）或受水平力不大的小码头，可全部 采用至桩，不设叉桩 和 斜桩。如采用钻孔灌注桩，由于目前还难于做斜桩， 只能采用直桩。5、横向排架间距和桩的纵向布置 横向排架艰巨的选择与码头结构的经 济性有重大关系， 因此，对于较 大的工程，往往需要通过经济技术比较来选 定。增大排架间距，可以 降低桩基的造价，但上部结构的造价要相应增加，一般来说，结构的 总造价还是低的，所以高桩码头有往“长桩大跨”方向发 展的趋势， 事务总是辩证的，不能绝对说排架间距越大越好，它有一定的限 度。 横向排架的间距过大， 将给靠船构件的设计和防冲设备的不知带来的 一定的困难，对于传播的系靠也不利；另外，上部结构许多构件的尺 寸和重 量叶扬增大， 要求使用能力较大的施工设备。 沿码头长度方向 是否不知纵 向叉桩或板叉桩， 应根据纵向受力情况和对结构纵向刚度 要求而定，对于中间的结构分段，由于两侧有约束，一般不设置纵向 叉桩或 板叉桩；但是两端的分段，由于一端无约束，统筹要在无约束 的一端的横向 排架中设置 12 组纵向半叉状或不对称叉桩。6、桩长桩的长度除根据桩力由计算确定外，尚应考虑：（1）满足桩在地基中的嵌固条件，如岩面或其他打入困难的硬土 层（标 准灌入击数一般大于 30 的土层）的标高较高，需采用钻孔栽 桩的方法来满 足嵌固条件；（2）为了提高桩的承载力和减少桩尖的沉降，应尽量将桩打入， 一般打 入硬土层 0.51.0m（3）如地基为软土，下卧硬土层很深，桩可以不打扰硬土层，但同 一 桩台的所有桩，特别市叉桩中的后面斜拉桩，应打至同一土层，桩 尖标高最 好一致，以消除后方填土对桩（特别是斜拉桩）产生的负摩 擦效应。（4）对于预制桩，在确定桩尖标高时， 必须首先把硬土层的标高搞 清 楚，特别是起伏变化较大的硬土层，必要时需进行补钻，否则施工 时可能造成大量锯桩或接桩。（5）空心方桩斜桩设计时， 要考虑自重作用下空腔段的抗剪， 抗弯 能力，最好将叉桩与叉桩或叉桩与直桩进行夹连。三）、上部结构系统及其布置 与普通钢筋砼梁板结构类似，不做详 述。四）、按港工规范执行，不做详述