《港口水工建筑物》课件3板桩码头

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,港口工程,*,单击此处编辑母版标题样式,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,I,-,港口水工建筑物,2013.04,港口海岸与近海工程学院,第三章 板桩码头,板桩码头的结构型式及其特点,板桩码头的构造,单锚板桩码头的计算,无锚板桩码头的计算,河海大学 港口海岸与近海工程学院,2,港口工程,3,河海大学 港口海岸与近海工程学院,参考书籍,港口工程,4,河海大学 港口海岸与近海工程学院,参考书籍,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,5,板桩码头,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,6,板桩码头,板桩码头,河海大学 港口海岸与近海工程学院,7,港口工程,板桩码头,河海大学 港口海岸与近海工程学院,8,港口工程,板桩码头的特点及适用条件,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,9,一、板桩码头的结构型式及其特点,板桩码头的组成,板桩码头的一般施工程序,板桩码头的结构型式,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,10,板桩码头的特点及适用条件,工作原理：,靠沉入地基的板桩墙和锚碇系统共同作用来维持其稳定性。,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；对复杂地质条件适应性强；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。,适用条件：,所有板桩可沉入的地基，过去多用于中小码头。也可用于船闸闸墙、船坞坞墙、护岸和围堰等。,港口工程,河海大学,11,港口工程,11,板桩码头的组成,板桩墙：,是板桩码头的基本组成部分，是下部打入或沉入地基的板桩构成的连续墙，作用是挡土并形成码头的直立岸壁。,拉杆：,传递水平荷载给锚锭结构，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。,河海大学 港口海岸与近海工程学院,锚锭结构：,承受拉杆拉力。,板桩墙,拉杆,锚锭结构,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,12,板桩码头的组成,帽梁：,为了使各单根板桩能共同工作和使码头前沿线齐整，在板桩顶端设有帽梁,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，拉杆穿过板桩固定在导梁上,码头设备：,便于船舶系靠和装卸作业。,帽梁,导梁,港口工程,13,板桩码头的一般施工程序,板桩码头的一般施工程序,预制和施打板桩,预制和安装锚碇结构,浇筑帽梁,墙后回填土及墙前港池挖泥,制作和安装导梁,加工和安装拉杆,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,14,板桩码头的结构型式,根,据,板桩材料,划,分,木板桩,钢筋混凝土板桩,钢板桩,强度低，耐久性差，现已很少采用,耐久性好，用钢量少，造价低，但强度有限，一般用于中小型码头。,强度高，重量轻，锁口紧密、止水性好，施工方便，但易腐蚀，耐久性较差，适用于建造水深较大的海港码头，特别多用于要求不透水的船坞坞墙、施工围堰和防渗围幕等工程中。,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,15,板桩码头的结构型式,钢板桩围堰,港口工程,16,板桩码头的结构型式,根,据,锚碇特点,划,分,无锚板桩,有锚板桩,适用高度较小，地面荷载不大且对位移要求不高的情况,单锚板桩,双锚或多锚板桩,斜拉桩式板桩,河海大学 港口海岸与近海工程学院,适用于墙高在,6,10m,以下的中小型码头。,适用于墙高大于,10m,的码头，但上下拉杆的位移很难协调，常会使某一拉杆严重超载。,适用于码头后方场地狭窄，设置锚碇结构有困难或施工期会遭受波浪作用的情况,港口工程,17,板桩码头的结构型式,根,据,板桩墙结构,划,分,普通板桩墙,长短板桩结合,遮帘式板桩,卸荷式板桩,主桩板桩结合,主桩挡板（或套板）,河海大学 港口海岸与近海工程学院,地下连续墙,板桩码头的构造,板桩,锚碇结构,拉杆,导梁、帽梁及胸墙,排水设施,二、板桩码头的构造,钢筋混凝土板桩,钢板桩,锚碇板（墙）,锚碇桩,锚碇桩墙,锚碇叉桩,18,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,19,板桩,钢筋混凝土板桩,断面形式,矩形：,I,字形,T,形,圆形,港口工程,20,板桩,钢筋混凝土板桩,河海大学 港口海岸与近海工程学院,断面形式,矩形,特点：,形状简单，制作方便，沉桩容易，接缝容易处理。 但抗弯能力差，费材料。,尺寸：,其厚度应根据强度和抗裂要求由计算确定，一般为,20,50cm,；,宽度由打桩设备的龙口宽度决定，在地基条件和打桩设备允许的情况下，尽可能加大宽度，一般为,50,60cm,。,港口工程,21,板桩,钢筋混凝土板桩,河海大学 港口海岸与近海工程学院,断面形式,矩形,22,河海大学 港口海岸与近海工程学院,板桩,钢筋混凝土板桩,港口工程,23,河海大学 港口海岸与近海工程学院,板桩,钢筋混凝土板桩,港口工程,板桩,钢筋混凝土板桩,24,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,钢筋混凝土板桩,25,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,钢筋混凝土板桩,26,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,27,港口工程,板桩,钢筋混凝土板桩,断面形式,T,形,特点：,实际是整体主桩挡板结构，板桩数量少，施工速度快，抗弯能力强；但平接企口导向能力差，易偏位，通常采用水冲沉桩或振动沉桩设备，企口不严，须设置防漏措施。,尺寸：,翼板厚度由计算确定，一般为,10,20cm,，,宽度由打桩设备的能力决定，一般为,1.21.6m,，长度只须低于设计水底以下,1,1.5m,，且不小于港池可能的冲刷深度；肋宽一般为,3040cm,，高度由计算确定，一般为,4575cm,；长度根据踢脚稳定和岸壁整体滑动稳定性由计算确定。,港口工程,28,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,28,板桩,钢筋混凝土板桩,河海大学 港口海岸与近海工程学院,断面形式,圆形,特点：,预制管柱桩，省材料，抗弯能力强，可适应多种地质条件下施工，可打桩，可射水沉桩或振动沉桩，但需专门的预制场和专门的预制设备（离心机）。,尺寸：,预应力管柱桩直径一般为,50,300cm,，厚度为,10,50cm,，节长在,10m,内，在现场用法兰盘连接成需要的长度。,板桩,钢筋混凝土板桩,断面形式,I,字形,特点：,实际上是主桩板桩结合，适用于地质条件较差处，但构件类型多，施工麻烦，主桩受力较大，板桩受力小，受力不均匀。,港口工程,港口工程,30,板桩,钢板桩,河海大学 港口海岸与近海工程学院,断面形式,U,形,U,形组合,平板形,Z,形,H,形,圆管形,转角构造,港口工程,31,板桩,河海大学 港口海岸与近海工程学院,钢板桩,板桩,钢板桩,32,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,钢板桩,33,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,钢板桩,34,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,钢板桩,35,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,36,河海大学 港口海岸与近海工程学院,钢板桩,港口工程,板桩,钢板桩,37,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,断面形式,板桩,U,形,特点：,U,形钢板桩相互倒置形成“折瓦”形断面的连续墙，其中和轴位于“折瓦”形断面的中间，即锁口位置。由材料力学可知，受弯矩作用时，中和轴处的剪应力最大，如锁口咬合不牢，受力后易错位，断面系数降低，设计时，通常要根据实际情况，对其断面系数进行折减。,钢板桩,38,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,断面形式,Z,形,特点：,抗弯能力好，受弯时，连接锁口处，剪应力为零，由于单根,Z,形钢板桩断面不对称，施工时易扭转，故施工时一般采用将两根板桩焊在一起施打。,钢板桩,板桩,39,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,平板形,断面形式,特点：,抗弯能力差，但“锁骨”形锁口，横向受拉能力强，适用于格型结构中。,40,河海大学 港口海岸与近海工程学院,板桩,钢板桩,港口工程,41,河海大学 港口海岸与近海工程学院,板桩,钢板桩,钢板桩的锈蚀和防护,物理保护,涂料保护：,采用涂环氧煤沥青漆或聚乙烯和聚氨酯弹性体覆盖，一般保护,35,年 ，适于水位变动区,化学保护,阴极保护：,效果好，费用高，适于水下部分,改进钢材化学成分，采用防腐蚀的钢种,增加钢板桩的厚度,降低帽梁和胸墙底高程,与钢板桩接触的金属件采用与钢板桩材质相同的钢材,港口工程,板桩,地下连续墙,特点：,干地施工，可现浇可预制，连续性好，可有效防渗和止水，不需大型和复杂机械，施工速度快，造价低，断面可以较大，形式多样，但现浇混凝土质量不易保证。,断面形式：,现浇,矩形、,T,形、钻孔排桩形,预制,矩形,尺寸：,厚度或直径由强度计算确定，现浇地下墙厚度一般,60130cm,，预制地下墙厚度一般,4080cm,，桩径不宜小于,55cm,。单元墙段一般,48m,。,42,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,地下连续墙导墙施工,43,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,地下连续墙成槽,44,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,地下连续墙绑扎钢筋笼,45,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,地下连续墙钢筋笼吊装,46,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,地下连续墙钢筋笼吊装,47,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,板桩,地下连续墙墙身混凝土浇筑,48,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,49,锚碇结构,结构形式,锚碇叉桩,码头后方场地狭窄，拉杆拉力较大,锚碇桩（桩墙）,码头后方场地宽敞，且地下水位较高或利用原土层,锚碇板（墙）,码头后方场地宽敞，拉杆拉力不大,锚碇结构,特点：,依靠前面回填料的抗力来承受拉杆拉力承载能力较小，水平位移大。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。,型式：,锚碇板,预制，平板、,T,型、双向梯形,锚碇墙,现浇，也可预制，矩形、梯形、,L,形,锚碇板（墙）,50,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,锚碇结构,锚碇板（墙）,尺寸：,高度,由稳定计算确定，一般不宜小于埋置深度的,1/3,，常采用,1.0,3.5m,；,厚度,由强度和裂缝控制计算确定，,15cm,，常采用,2040cm,；,预留拉杆孔位置,宜与作用在锚碇板（墙）上的土压力合力作用点重合，,斜度,与拉杆方向一致。,回填：,为了充分利用墙前土抗力，墙后一般须换填力学性质好的填料（如北方常采用灰土夯实，南方常采用块石回填）,港口工程,构造：,采用预制安装的锚碇板（墙），下面常用,15,20cm,厚的碎石铺垫。现浇锚碇墙，下面应浇注,10,15cm,的贫质砼垫层。,锚碇结构,锚碇墙,港口工程,锚碇结构,锚碇墙,港口工程,锚碇结构,锚碇墙前回填材料,港口工程,锚碇结构,特点：,靠桩打入土中嵌固工作，此结构属于无锚桩，承载能力较小，水平位移较大；桩直接沉入土中，填挖方量少，不破坏原状土，但需打桩设备。,型式：,锚碇桩,预制钢筋混凝土桩或钢管桩,锚碇桩墙,预制板桩，也可现浇地下连续墙,尺寸：,断面尺寸由强度和裂缝控制计算确定，,15cm,，常采用,2040cm,；,其深度由“踢脚”稳定来确定,锚碇桩（桩墙）,55,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,锚碇结构,特点：,靠桩的轴向拉压和拉拔承载力来工作，其稳定性由桩的承载能力确定，与板桩墙的距离可以很近，拉杆长度短，承载能力大，位移小，造价高,尺寸：,斜度宜采用,3:1,4:1,；桩顶净距,30,40cm,；现浇桩帽，将拉杆与桩连成整体。,锚碇叉桩,56,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,57,尼龙橡胶带,拖锚结构,土锚,钢筋混凝土拖板,锚碇结构,特点：,利用墙后回填土或原状土对锚固物的摩阻力来锚碇板桩墙,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,58,拉杆,拉杆,59,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,60,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,61,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,位置：,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，一般在平均水位以下，设计低水位以上,0.51.0m,，且不得低于导梁和胸墙的施工水位。,材料：,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。,安装时除锈，防腐蚀，设计时预留锈蚀量。,尺寸：,钢拉杆,直径,由强度计算确定，,可,为40,1,0,0mm。拉杆的,间距,根据拉杆力的大小来确定，常用1.,0,3.0m。,一般为板桩宽度的整数倍或偶数倍。,拉杆的,长度,为,板桩墙与锚碇结构的距离,，由计算确定,。,当长度较长,(12m),时,，宜分节组装，紧张器连接。,拉杆,62,河海大学 港口海岸与近海工程学院,其他：,安装时应施加一定的初始拉力，并保证各拉杆初始拉力相同,一个码头分段中所有拉杆材质、长度和构造应相同,港口工程,63,河海大学 港口海岸与近海工程学院,拉杆,拉杆,拉杆失事原因：,实际拉力,设计拉力,拉杆下填沉陷，拉杆在其上土重及地面荷载作用下发生弯曲，产生附加应力而断裂。,锈蚀使拉杆断面减小。,防治措施,：,夯实拉杆下的填土，或在拉杆下设置支撑，以减小沉陷，支撑形式有支撑桩、设砼垫块或垫墩、铺碎石或灰土垫层。,在拉杆两端设置连接铰，以消除其附加应力。,在拉杆上做各U形防护罩，使拉杆上面的土重及地面荷载通过防护罩传到拉杆两侧的地基上。,防锈处理，涂两层防锈漆，并用沥青麻袋包裹两层。,回填料严禁带有腐蚀性,，如炉渣、矿渣等,。,港口工程,连接铰和紧张器,拉杆,64,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,拉杆,65,河海大学 港口海岸与近海工程学院,紧张器,混凝土垫块,港口工程,拉杆,拉杆,66,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,拉杆,67,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,拉杆,68,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆,拉杆,69,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,70,帽梁、导梁及胸墙,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,。,帽梁：,使板桩能共同工作和码头前沿线整齐，采用现浇混凝土结构,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，钢筋混凝土板桩一般采用钢筋混凝土导梁，可预制安装，也可现浇；钢板桩一般采用钢导梁。,港口工程,71,帽梁、导梁及胸墙,河海大学 港口海岸与近海工程学院,其他构造说明：,（,1,）帽梁或胸墙前后两侧应比板桩宽,150mm,以上。,（,2,）前墙应伸入帽梁内一定深度，钢筋混凝土前墙伸入帽梁或胸墙的深度可取,5070mm,，钢板桩前墙伸入帽梁或胸墙的深度可取,1,倍板桩截面高度或桩径。,（,3,）,系船柱块体宜与帽梁或胸墙整体浇注，其尺寸应由系缆力和系船柱构造要求确定。块体上可增设拉杆或八字形布置的副拉杆。,（,4,）,帽梁、导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。,缝宽,2030mm,，弹性材料填充。,帽梁、导梁及胸墙,钢导梁,72,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,帽梁、导梁及胸墙,胸墙钢筋,73,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,帽梁、导梁及胸墙,胸墙立模,74,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,75,为了减小或消除作用在板桩墙上的剩余水压力，前墙应设排水孔，排水孔位置不宜高于设计低水位，在施工条件允许的情况下，宜设在,极端低水位,附近。排水孔的间距和孔径根据前墙水位变化幅度、前墙透水情况和墙后土质确定，一般,35m,设置一个直径,5080mm,的排水孔。除墙后回填块石的情况外，排水孔后均应设置倒滤棱体，以防墙后填土流失。,排水设施,单锚板桩码头的计算,作用和作用效应组合,前墙计算,帽梁、导梁及胸墙结构计算,整体稳定计算,拉杆计算,锚碇结构计算,三、单锚板桩码头的计算,76,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,作用和作用效应组合,偶然状况,短暂状况,持久状况,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,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,仅在有特殊要求时进行承载能力极限状态设计或防护设计,地震状况,板桩码头设计状况,使用期遭受地震作用时仅按承载能力极限状态设计,77,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,作用和作用效应组合,承载能力极限状态,前墙的“踢脚”稳定性,锚碇结构的稳定性,板桩码头整体稳定性,正常使用极限状态,板桩码头设计计算项目,桩的承载力,钢筋混凝土构件裂缝控制,构件强度,78,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,作用和作用效应组合,注意：,踢脚稳定验算用,分项系数法。,构件计算用,综合分项系数法。,综合分项系数法：,在计算前墙的弯矩和拉杆力时，作用和抗力（被动土压力）均取标准值，其设计值可采用计算出的标准值乘综合分项系数。,钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构件强度计算时，作用效应设计值可按有关作用标准值计算的作用效应乘,综合分项系数,确定。综合分项系数混凝土结构采用,1.40,；钢结构采用,1.35,。裂缝验算综合准永久值系数应采用,0.85,；,79,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,80,作用和作用效应组合,偶然作用,可变作用,永久作用,土体本身产生的主动土压力、前墙后的剩余水压力,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,非正常撞击、火灾、爆炸等引起的作用力,地震作用,板桩码头上的作用,地震土压力、地震动水压力、地震惯性力等,作用和作用效应组合,计算水位和作用组合,持久组合应针对不同构件和计算内容分别采用,极端高水位,、,设计高水位,、,设计低水位,和,极端低水位,中的不利水位与持久状况的作用进行组合。,短暂组合应针对不同构件和计算内容分别采用,设计高水位,、,设计低水位,中的不利水位或,施工水位,与短暂状况的作用进行组合。,地震组合，计算水位与作用组合应符合现行行业标准,水运工程抗震设计规范,（,JTJ225,）中的规定。,81,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,土压力,前墙一般属于柔性结构，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。,82,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,主动土压力,根据国内外研究结果，作用于板桩墙上的主动土压力分布形式可归纳为两种：一种是,以顶端位移为主,（如：先挖泥后打桩、板桩相对刚度较大，锚杆位移较大等情况），板桩墙后主动土压力视为与刚性墙相同呈,三角形分布,；另一种是,以弯曲变形为主,（如：先打桩后开挖、板桩相对刚度较小，锚着点位移小等情况），墙后主动土压力视为,“,”,形分布,，弯矩值就将减小。,83,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,R,形分布原因：,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呈现拱现象，使跨中一部分土压力通过滑动土条间的摩擦力传向上下两端。,影响因素：,板桩墙的刚度：,刚度越小，,R,形分布越显著；,锚碇点位移：,位移越小，,R,形分布越显著,施工顺序：,先打板桩后开挖比先开挖后打板桩，,R,形分布显著,主动土压力,84,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,主动土压力,85,河海大学 港口海岸与近海工程学院,计算方法：,研究也表明不论土压力分布形式如何，而其土压力总力大小与按库伦土压力公式计算的数值基本相同。“”形曲线分布目前尚缺乏足够的试验研究资料，定量确定有一定困难。,所以规范中确定土压力的方法仍按照古典土压力理论进行计算，即,作用于前墙上的主动土压力按三角形分布,，但考虑到板桩墙体变形对土压力的影响，对以弯曲变形为主的前墙,考虑弯矩修正系数,，即将以此土压力及其荷载计算得到的板桩墙跨中最大弯矩和拉杆拉力乘以合适的经验系数进行修正。,港口工程,被动土压力,港口工程,86,河海大学 港口海岸与近海工程学院,墙前被动土压力比,=0,时计算值大,1,倍左右，而墙后（下端）被动土压力比,=0,时计算值小,1,倍左右。,原因：,入土段上部墙体对土体产生向下的摩擦力，使土体的稳定性增大，下部墙体对土体产生向上的摩擦力，使土体的稳定性减小。,板桩在水底处发生向下转动变形，使墙前土体受到向下的挤压；板桩底端发生向上转动变形，给墙后土体一个向上的“掘出力” ；,板桩向前变形，压挤墙前土体，使土的密实度增大，抗剪强度提高,；,板桩底部被地基嵌固，使板桩下端变形较小，达不到极限被动土压力所需的位移值。,计算方法：,考虑土与墙之间摩擦角，计算墙前被动土压力时，,取正值；计算墙后被动土压力时，则,取负值。,土压力,主动土压力,被动土压力,注意：,土压力的计算公式与重力式码头规范不同，与库仑公式相比，能考虑粘聚力,c,的作用；与朗肯公式相比，能考虑土与墙背间摩擦角,的作用。,87,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,土压力,计算前墙后主动土压力时,=(1/3,2/3),计算前墙前被动土压力时,=(2/3,3/4),且,20,计算前墙后被动土压力时,=-2/3,且,-20 ,土压力计算参数选取,粘性土：,剩余水位以下取浮重度,剩余水位与设计高水位之间取饱和重度,设计高水位以上取天然重度,无粘性土：剩余水位以下取浮重度,剩余水位以上取天然重度,C,应根据钻探土样试验资料确定,。施工中,如果回填速率能满足土的固结要求,则采用固结快剪指标计算土压力,如果回填速率不能满足土的固结时,需适当考虑未固结因素的影响,也就是对固结快剪指标作折减。,88,河海大学 港口海岸与近海工程学院,考虑墙前超挖,0.30.5m,，墙前粘性土考虑挖泥扰动影响，泥面处按,c=0,计算，泥面以下,1m,按正常值计算，两者之间按直线过渡。,港口工程,剩余水压力,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。剩余水头的大小与水位降落幅度和速率，前墙排水性能、回填土及地基土的渗透性大小等因素有关，很难由计算确定。,(1),海港钢筋砼板桩码头，当板桩墙设有排水孔，墙后回填粗于细砂颗粒的材料可不考虑。,(2),对海港钢板桩码头，地下墙式板桩码头及墙后回填细砂或粘性土的钢筋砼板桩码头，,=1/3,1/2,平均潮差。但当排水孔高程高于墙前计算水位时，剩余水头不应小于排水孔高程与墙前计算水位之差。当墙后采取可靠的排水系统时，可不考虑排水孔以上的剩余水压力。,89,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,港口工程,其他荷载,船舶荷载,波浪力,主要考虑船舶系缆力。一般系缆柱都有单独的锚锭结构，此时系缆力不传给前墙。,主要考虑波吸力，波吸力一般与船舶荷载不同时出现。,90,河海大学 港口海岸与近海工程学院,地震荷载,地震地区,港口工程,91,港口工程,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,单锚板桩墙的工作状态和受力特性,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,港口工程,92,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,单锚板桩墙的工作状态和受力特性,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，入土段比第一种稍深，受力后，底端只有转角，没有位移，也属于自由支承状态,港口工程,93,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,单锚板桩墙的工作状态和受力特性,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，板桩墙弹性嵌固于地基中。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,港口工程,94,河海大学 港口海岸与近海工程学院,单锚板桩墙的工作状态和受力特性,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。但对减少墙体跨中弯矩非常有限，一般无必要。,前墙计算,95,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,单锚板桩墙的工作状态和受力特性,港口工程,港口工程,96,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,前墙计算内容,前墙的入土深度,前墙内力,拉杆拉力,计算方法,弹性线法,竖向弹性地基梁法,仅适用于单锚板桩墙的弹性嵌固状态。对于刚度较大的板桩墙（如现浇地下墙等），不宜采用。,适用于单锚和多锚板桩墙的任何工作状态,前墙的稳定性计算,港口工程,97,河海大学 港口海岸与近海工程学院,弹性线法,罗迈尔法,前墙计算,基本假定：,主动土压力和墙前被动土压力按古典土压力理论计算，底端墙后被动土压力按集中力,E,p,代替；,板桩墙底端嵌固于地基中（第三种工作状态），它的线变位和角变位都等于零，拉杆锚碇点的位移等于零,计算图示,计算图示：,一次超静定结构，三个未知数，,t,0,、,R,a,、,E,p,计算方法：,图解试算法，即先假定入土深度，除了需利用平衡条件,H,=0,、,M,=0,之外，还需利用变形协调条件，用试作板桩墙变形曲线的方法求解，故称为弹性线法。不断改变入土深度，反复试算，直到满足变形条件为为止。其变形条件是,板桩墙底端的角变位和线变位为零,，即入土段底端的弹性变形曲线与铅垂线相切；同时,锚碇点的位移也等于零,。为简化计算，根据设计经验，采用跨中最大正弯矩为入土段最大负弯矩,1.101.15,倍的条件取代变形条件。,弹性线法,罗迈尔法,98,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,计算步骤：,假定,t,0,；,用古典土压力理论计算土压力及剩余水压力、波吸力等；,用图解法（做力矢图和索多边形的方法），以,|M,1max,|=1.1,1.15|M,2max,|,为控制条件，若不满足条件，重新假定,t,0,；,港口工程,港口工程,100,河海大学 港口海岸与近海工程学院,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。,计算入土深度,t,。,弯矩折减系数，取,0.70.8,；,拉杆拉力不均匀系数，取,1.35,；,t,0,处墙后被动土压力；,t,0,处墙前主动土压力。,前墙计算,弹性线法,罗迈尔法,港口工程,101,河海大学 港口海岸与近海工程学院,弹性线法,罗迈尔法,按“踢脚”稳定性验算入土深度，若不满足应取满足“踢,脚”稳定的入土深度，,抗力分项系数，取,1.25,；,踢脚,拉杆锚碇点,当板桩底端位于软弱土层时，会出现板桩入土越深，越不满足“踢脚”稳定要求的不合理现象。故这里补充说明，当板桩在入土段的某一标高满足“踢脚”稳定要求即认为板桩入土深度满足“踢脚”稳定要求。,前墙计算,港口工程,102,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,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求解。,计算图示,基本假定：,A,、假定土为弹性介质，地基系数随深度成正比，,k=my,；,B,、不考虑桩土之间的粘聚力、摩擦力；,C,、桩按实际刚度，并作为一个弹性构件考虑；,D,、土体的应力、应变要符合文克尔假定，即地基表面任一点的压力强度与该点的沉陷成正比，,=kx,。,港口工程,103,河海大学 港口海岸与近海工程学院,将板桩墙从计算水底处切开。,计算水底以上墙段为底端固定的悬臂梁（单宽），,其上作用有：墙后土压力，剩余水压力，各支承点的反力,R,1,、,R,2,，,R,n,，以及桩顶端力矩,M,1,。,计算水底以下段为埋在地基中的竖向弹性地基梁（单宽），,其上作用有：超载土压力、剩余水压力（总强度为,q,D,）和端部的水平力,Q,0,及力矩,M,0,。,计算图示,前墙计算,竖向弹性地基梁法,港口工程,104,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,竖向弹性地基梁法,竖向弹性地基梁顶端（计算水底处）的水平位移,x,0,（,m,）和转角,0,（,rad,）按“,m,”法公式计算：,地表面（,y=0,）的无量纲系数，根据,和,Z,/,值（,Z,=,y,，,=t,）查表可得,地下墙柱静力计算,附表,2-4(,两端自由,),当板桩入土深度范围内存在两种以上不同土层时，,m,值可按下式计算：,当,t,2.5/,时，取,t,m,=2(,h,+1.0),，,h,为板桩厚度；,当,t,2.5/,时，取,t,m,=t,，,t,为入土深度；,m,1,、,m,2,、,m,i,；,H,1,、,H,2,、,H,i,：分别为,t,m,深度范围内各土层,的,m,值和厚度。,竖向弹性地基梁法,前墙计算,m,值的确定,港口工程,港口工程,106,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,竖向弹性地基梁法,i,点水平变位,1,点角变位,港口工程,107,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,竖向弹性地基梁法,计算设计弯矩和拉杆拉力,入土段：,自由段：,设计弯矩：,拉杆拉力：,港口工程,108,河海大学 港口海岸与近海工程学院,前墙计算,板桩墙强度计算,对钢筋砼板桩和预应力钢筋砼板桩，应根据强度进行配筋，并,进行裂缝宽度或抗裂验算。,对于钢板桩，其单宽强度应满足下式：,式中：,N,作用标准值产生的每米轴向力（,kN,）；,M,n,作用标准值产生的每米板桩墙最大弯矩（,kN,m,）,A,钢板桩截面积（,m,2,/m,）,f,t,钢材的强度设计值（,N/mm,2,）,GQ,综合分项系数，,1.35,。,W,z,钢板桩的弹性抵抗矩（,m,3,/m,）,锚碇结构计算,板桩墙（板）的稳定性计算,作用力：拉杆拉力,R,A,，墙后主动土压力,E,ax,、墙前被动土压力,E,px,抗力分项系数，取,1.25,；,1,、主动土压力,E,ax,、,E,qx,计算按前述公式，但按,=0,计算；,2,、被动土压力按下式计算,3,、需验算设计高水位、设计低水位两种情况,109,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,锚碇结构计算,锚碇墙（板）到前墙的距离,H,0,前墙后主动破裂棱体的高度（,m,），采用弹性线法时取最大负弯矩点到码头地面的距离，采用竖向弹性地基梁法时取变形第一零点到码头地面的距离。,锚碇结构计算,锚碇墙（板）到前墙的距离,计算图示,110,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,锚碇结构计算,锚碇墙（板）到前墙的距离,对由于某种原因（如施工场地紧缺，墙后有不能拆除的建筑）不能满足上式时，在计算锚碇板（墙）稳定性时，应从,E,px,中扣除,E,px,。,锚碇板（墙）前面的土体的被动破裂面不能穿过板桩墙。,111,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,锚碇结构计算,锚碇墙（板）的位移,为采用弹性地基梁法计算前墙提供参数,锚碇墙（板）的内力,现浇连续钢筋混凝土锚碇墙,水平向考虑为刚性支承连续梁,竖向考虑为悬臂板,设有连续导梁的分块预制锚碇墙,双向悬臂锚碇板,计算同上,112,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,拉杆计算,拉杆拉力标准值,拉杆断面计算,113,河海大学 港口海岸与近海工程学院,综合分项系数，取,1.35,；,拉杆受力不均匀系数，取,1.35,；,港口工程,帽梁、导梁及胸墙结构计算,帽梁设计要点：,当系船块体单独锚碇，帽梁不受系缆力影响时，一般只需按构造要求进行配筋,当系船块体与帽梁整体现浇，且不单独锚碇，帽梁受系缆力的影响时，需按强度配筋，并验算裂缝宽度。,在水平系船力作用下，可视为以板桩顶为弹性支承的连续梁。内力按文克尔假定的弹性地基梁进行计算，弹性地基为板桩墙拉杆以上的悬臂段。,114,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,帽梁、导梁及胸墙结构计算,导梁设计要点：,导梁是等跨等截面的连续梁，拉杆是它的支座，可近似按刚性支承连续梁计算其内力，则每延米码头的拉杆拉力就是作用在它上面的均布荷载，可按刚性支承连续梁计算,导梁最大弯矩：,导梁悬臂端最大弯矩：,115,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,帽梁、导梁及胸墙结构计算,胸墙设计要点：,竖向可按悬臂梁计算内力，取拉杆处为固端，主要荷载为墙后的主动土压力。,当系船柱块体与胸墙整体浇注而又不设单独锚碇系统时，尚应考虑系船力。系船力的作用宽度按以,45,o,向下扩散到拉杆处的原则确定。,对于开敞式码头，还应考虑墙后的主动土压力和墙前波吸力的作用组合情况。,116,河海大学 港口海岸与近海工程学院,水平方向取拉杆附近的一段胸墙高度作为导梁，按导梁设计：对,I,字形截面的胸墙，取下翼板作导梁；矩形和梯形截面的胸墙，取拉杆附近,0.50.7,高度部分作导梁；,L,形胸墙可取平台板作为导梁。,港口工程,整体稳定性验算,板桩码头整体稳定性验算可采用,圆弧滑动法,，且一般,只考虑滑动面通过板桩桩尖的情况,；若桩尖以上或以下附近有软弱土层时，还应验算滑动面通过软弱土层的情况。,117,河海大学 港口海岸与近海工程学院,当滑动面通过桩尖以上附近土层时，不计截桩力的有利作用；,当滑动面在锚碇结构前通过时，可不计拉杆力对稳定性的影响。,港口工程,无锚板桩码头的计算,入土深度的计算,抗力分项系数，取,1.25,；,踢脚,桩尖,无锚板桩墙的入土深度按踢脚稳定计算：,118,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,内力计算,无锚板桩墙的内力和计算水底处的位移，可按竖向弹性地基梁法计算,无锚板桩码头的计算,119,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,思考题,1,、板桩码头的工作原理、主要组成及各自的作用。,2,、板桩码头计算项目有哪些。,3,、单锚板桩墙有哪几种工作状态，其各自的土压力分布有什么特点。,4,、与刚性墙相比，单锚板桩码头墙后主动土压力分布有何特点？简述产生这种分布特点的原因及计算处理方法。,5,、单锚板桩墙前墙计算常采用的计算方法及其计算图示和计算要点。,6,、板桩码头锚锭结构型式分类及各自工作原理和适用条件。,120,河海大学 港口海岸与近海工程学院,港口工程,课后练习题,121,河海大学 港口海岸与近海工程学院,试用图解法计算下图所示板桩墙。,港口工程,Thank You !,2011.04.22,港口工程,板桩码头的结构型式,无锚板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,单锚板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,单锚板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,双锚板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,双锚板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,斜拉桩式板桩,普通板桩墙,板桩码头的结构型式,长短板桩结合,板桩码头的结构型式,港口工程,板桩码头的结构型式,主桩板桩结合,港口工程,板桩码头的结构型式,主桩与挡板结合,地下连续墙,板桩码头的结构型式,港口工程,板桩码头的结构型式,半遮帘式板桩,整体全遮帘式板桩,板桩码头的结构型式,港口工程,板桩码头的结构型式,分离全遮帘式板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,整体卸荷式板桩,港口工程,板桩码头的结构型式,分离卸荷式板桩,土压力计算公式比较,主动土压力,被动土压力,土压力计算公式比较,