港口水工建筑物(全)

港口水工建筑物(全)内容摘要：

港 D=16m，或地基表面有不厚但又不薄的软土层的情况。 格形钢板桩码头，干地施工的现浇砼和浆砌石码头及混合式结构等。 ２ .按施工方法分类： 干地现浇 或砌筑的结构 ； 水下安装预制结构 第三章 板桩码头 板桩码头的组成部分 、 类型，各自的优缺点及适用条件 8 板桩码头 工作原理： 由沉入地的基板桩墙和锚碇系统共同作用来维持其稳定性。 板桩码头的 组成部分及其作用： 1） 板桩墙 ， 是板桩码头的最基本的组成部分，是下部打入或沉入地基中的板桩所构成的连续墙，其作用是挡土并形成码头直立岸壁。 2 ） 拉杆 ， 当码头较高时，墙后土压力较大，为了减小板桩的跨中弯矩（以减小板桩的厚度）和入土深度以及板桩墙顶端向水域方向的位移，应在适当位置设置拉杆，以传递水平荷载给锚碇结构。 3） 锚碇结构 ， 承受 拉杆拉力。 4） 导梁 ， 连接板桩荷拉杆的构件，拉杆穿过板桩固定在导梁上，使每根板桩均受到拉杆作用。 5）帽梁 ， 作用相当于前面的胸墙，一般现浇。 当水位差不大时，可将帽梁和导梁合二为一，成为胸墙。 6）码头设备 ， 便于船舶系靠和装卸作业。 类型 . 优缺点及适用条件 ： 一 、按板桩材料分⑴木板桩码头：强度低，耐久性差，木材用量大，现在很少使用。 ⑵钢筋砼板桩码头：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。 ⑶钢板桩码头：强度高，重量轻，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。 二 、 按锚碇系统分 ⑴无锚板桩 ： 结构简单，只有板桩墙和帽梁两部分。 板桩呈悬臂工作状态，承载能力小，墙顶变形大，在码头中一般不用。 ⑵有锚板桩 ： 当墙高较 大时，为了减小板桩的断面尺寸和桩顶位移，而设置拉杆和斜拉桩锚碇。 ①单锚板桩适用于墙高在 6～ 10m 以下的中小型码头。 ②双锚板桩 ③多锚板桩。 双锚或多锚：适用于墙高大于10m 的码头，但应用较少。 原因：下拉杆高程较低，施工困难（一般要求水上穿拉杆）；上下拉杆的位移很难协调，常会使某一拉杆严重超载。 ④斜拉板桩不设水 平拉杆，而增设斜拉桩来锚碇，使锚碇结构至板桩墙的距离大大缩短，减少了墙后开挖，特别适用于墙后不能开挖或开挖不经济的情况。 但是斜拉桩承受水平力的能力有限，因此多用于中小型码头。 三 、 按板桩墙结构分类 ⑴普通板桩墙 ： 由断面和长度均相同的板桩组成，其优点是板桩类型单一，施工方便。 ⑵长短板桩结合 ： 在普通板桩墙中，每隔一定距离，打入一根长板桩，这样既保证了稳定，又降低了造价。 适用于土质条件较差，在较深处才有硬土层的情况。 ⑶主桩、板桩结合 ： 将长桩的断面加大，成为主桩，以充分发挥长桩的作用，而将短桩的断面减小，成为辅桩，从 而构成主桩板桩结合。 适用同上。 ⑷主桩挡板（套板）结合与 3 不同的是，它是在主桩后面放置挡板或在主桩之间插放套板来挡土。 墙后土压力直接作用在挡板（套板）上，最后全部传给主桩，主桩受力很打，因此适用于水深不大的情况，且要求先开挖港池，以便挡板（套板）的安放。 四 、 按施工方法分 ⑴预制沉入板桩⑵地下墙 ①水下砼连续墙：用钻机在地下开沟槽，用水下浇注砼方法形成连续墙；②预制板桩成槽沉放：将预制的钢筋砼板桩放在沟槽内，板桩前后用低标号的水泥土浆填满 钢筋砼矩形板桩的构造 ⑴型式 ①矩形② T 形③组合形 ④圆形 （ 2） 矩形 ， A 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。 B、 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，一般为 50～ 80cm。 (3)板桩的立面和接缝 ：①矩形板桩的 特点：一侧阴榫拉通，另一侧从桩顶到设计水底以下 1m 以上做成阴榫（不得低于设计冲刷水位）， 1m 以下做成阳榫；设计水底以上断面形成空腔，内填细石砼；顶面 30～ 50cm 范围内，两侧各缩进 2～ 4cm，以便桩设替打；底部一侧做成斜面，使得后一板桩打入时，紧贴前一板桩，接缝严密。 (4)板桩的配筋 ， 钢筋砼板桩 ：普通钢筋砼板桩≦ 25，预应力钢筋砼板桩≦35，设计中应尽可能采用预应力，以增加抗裂性和耐久性。 锚碇结构常用型式及受力特点。 锚碇叉桩及斜拉桩宜布置在板桩主动破裂面以外的目的是什么。 型式： ㈠、锚碇板（墙） ： 依靠其前面回填料的土抗力来承受拉杆拉力，承载能力较小，水平位移较大。 ㈡、锚碇桩（板桩） ： 靠桩打入土中嵌固工作，其深度由“踢脚”稳定来确定，此结构属于无锚桩，承载能力较小，水平位移较大；㈢、 锚碇叉桩（ 斜拉桩 ） ： 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。 拉杆的位置在高程上宜选在何处。 减小拉杆挠曲及防锈措施。 拉杆作用 ：减小板桩的跨中弯距，减小入土深度以及板桩墙顶端向水域方向的位移。 拉杆的 位置 在高程上的确定 ： 从减小板桩墙的跨中弯矩来看，拉杆宜放在标高较低处，但为了保证水上穿拉杆和导梁胸墙的施工条件，一般在平均水位以下，设计低水位以上 ～ ，且不得低于导梁或胸墙的施工水位。 减小拉杆挠曲及防锈 措施 ①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。 ②在拉杆两端设置连接铰，以消除其附加应力。 ③在拉杆上做 个 U 形防护罩，使拉杆上面的土 9 重及地面荷载不直接作用载拉杆上，而通过防护罩传到拉杆两侧的地基上。 ④防锈处理，涂两层防锈漆，并用沥青麻袋包裹两层。 ⑤回填料严禁带有腐蚀性。 板桩设置排水设施的目的及其构造 ： 为了减小和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以下设置排水孔，孔径 5～ 8cm，孔距 3～ 5m，孔后设置抛石棱体，以防止填土流失。 板桩墙的主要设计荷载有那些。 土压力的特征有哪些以及影响因素或原因是什么。 剩余水压力的影响因素有那些。 如何考虑此荷载。 船舶荷载如何考虑。 板桩墙的主 要设计荷载 ㈠、板桩码头上的作用力： ⑴永久作用：土体产生的主动土压力，剩余水压力；⑵可变作用：地面可变荷载产生的土压力、船舶荷载、施工荷载、 波浪力； ⑶偶然作用：地震荷载。 板桩墙的稳定性、墙体的强度和拉杆力等值， 主要由低水位情况控制。 土压力： 板桩墙在外力作用下，墙体将发生弯曲变形；因此，沿墙高各点的水平位移不同。 板桩墙上各点的土压力不仅与该点以上的土重、地面可变作用以及土的物理力学性质有关，而且与该点墙体的水平位移密切相关。 ⑴ 主动土压力特点：呈 R 形分布 ， 原因 ：关键是沿墙高位移不同。 因为板桩上部有拉杆拉 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。 从而是墙后主动土压力产生上下大，中间小的 R 形状。 影响板桩墙上各点位移不同而造成墙后 主动土压力呈 R 形分布的主要因素有 ：板桩墙的刚度：刚度越小， R 形越显著；锚碇点位移：越小， R 形越显著；施工顺序：先打板桩，后开挖比反之更显著 ⑵ 被动土压 力的特点 ：墙下端扎入地基中，当墙体受侧向力作用后，墙前入土段将产生被动土压力。 当入土深度不大时，入土段墙体只出现向前的位移，墙前 被动土压力与刚性墙的相似。 在板桩墙入土深度较大时，板桩嵌固于地基中，其下端还产生向后翘；因此。 入土段的上部墙产生墙前被动土压力，其下部产生墙后的被动土压力。 ①特点：墙前被动土压力比理论计算值大 1 倍左右，而墙后（下端）被动土压力比计算值小一半左右。 ②墙前被动土压力增大的原因 ： A、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摩擦力。 B、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。 C、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。 ③墙后被动土压力减小的原因 A、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； B、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”； C、板桩下端与土体产生向上的摩擦力，使土体的稳定性减小。 ２、 剩余水压力 ： 水压力取决于水位涨落情况、板桩墙排水好坏、回填土及地基土的透水性等。 ⑴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。 ⑵对海港钢板桩码头，地下墙式板桩码头及墙后回填细砂的钢筋砼板桩码头，△ =1/3～ 1/2 平均潮差。 对河港则根据地下水位按实际情况取定。 3 船舶 荷 载 ：只考虑系缆力，不考虑 撞击力和挤靠力，但要加以区分：①系船块体单独锚碇，板桩不考虑系缆力；②系船块体和胸墙或帽梁一起现浇，且不单独锚碇，板桩应考虑系缆力 ：以土压力的形式作用于板桩墙上。 浪力：只计波吸力，且不能与船舶荷载同时出现。 地震荷载：地震地区 挖泥时超深的考虑 ， 超深的结果 ：使 板桩墙的入土深度减小和墙体的计算跨度增大，从而降低了板桩墙的稳定性，增大墙体的跨中弯矩和拉杆拉力。 计算板桩墙时，还须考虑港池挖泥时可能出现的超深（ ）和冲刷水深。 地面荷载布置，当计算板桩跨中最大弯矩时和板桩最 大负弯矩及最大拉杆拉力时，分别该如何布置。 为什么。 计算单锚板桩用弹性线法时，板桩的工作状态特征，计算图式及计算方法的特点。 如何确定入土深度。 单锚板桩墙的工作状态 第一种情况 ： 板桩的入土深度最小，在水平力作用下，板桩绕上端支撑点转动，板桩中只有一个方向的弯矩，且数值最大，板桩入土段发生较大位移，所需板桩长度最短，但断面最大，按底端自由计算。 这种情况即为 自由支撑法 ，算得的入土深度往往需要加长 ，实际也就接近第三种情况 第二种情况 ： 入土深度和受力情况介于第 3 之间 ,入土段比第 1 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。 第三种情况 ： 入土深度较深，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。 这种状态，所需板桩断面最小， 10 入土部分位移小，稳定性好，为我国所采用（ 弹性线法 ）。 第四种情况 ： 类似第 3 种状态，但入土深度更大，固端弯矩大于跨中弯矩，数值并不比第 3 种状态小，稳定性有富裕，但对减少墙体跨中弯矩非常有限，一般无必要。 有锚板桩计算新方法，稳定破坏状态有几种。 板桩的入土深度是按何种稳定破坏状态确定的。 推导确定入土深度的理论公式。 竖向弹性地基梁法（ m 法） 有锚板桩的稳定破坏 状态 ①锚碇失稳：由于拉杆断裂或锚碇结构系统破坏而造成；②板桩墙失稳：由于入土深度不够，而使板桩墙绕拉杆锚碇点发生转动而破坏，即“踢脚”稳定破坏；③整体稳定性破坏：由于板桩墙入土深度不够或拉杆长度不够，而使板桩墙和后方土体一起产生稳定性破坏。 “ m”法的基本假定 A、假定土为弹性介质，地基系数随深度成正比， C=mZ； 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；土体应力、应变要符合文克尔假定，即地基表面任一点的压力强度于该点的沉陷成正比。 σ=k0y=Cy 1 m 法优点 ： a、入土深度的确定， m 法比弹性线法好，特别时在土质较差时， m 法更接近，建议在软土地基上的板桩工程不能用弹性线法确定入土深度。 b、反映了刚度的影响（ EI）； c、可考虑锚碇点的位移，符合实际情况； d、m 法计算结果与原型试验值较吻合； e、 m 法适用性强。 1 锚碇板 、叉 桩（桩）的计算方法 ： 板桩 其长度和内力可按受集中水平力 RAX（对于锚碇板桩为 Ra）作用的无锚板桩墙的计算方法计算。 锚碇桩（板桩）到板桩墙的最小距离应满足式（ 3310）的要求，式中 th 为锚碇桩变形第一零点到码头地面的距离。 拉杆处的水平位移，可按竖向弹性地基梁法计算，但≧ 50mm。 锚碇 叉桩 ： 考虑两端为铰接，不考虑周围土体对桩作用。 叉桩设置原则 ： ① 叉桩必须位于板桩墙墙后土体主动破裂面以外； ② 压桩桩尖距板桩墙的距离不得小于 米。 1 导梁、帽梁和胸墙设计的方法。 导梁 ： 近 似 按 刚 性 支 承 连 续 梁 计 算 ， 荷 载 q=Ra ； 导 梁 和 导 梁 悬 臂 段 产 生 的 最 大 弯 矩 为 ：2/,10/ 22m a x babaa lRMlRM  ； 钢筋砼导梁应按强度配筋，并验算裂缝宽度，导梁强度应满足： tGQ fWM 1000 max 帽梁作用 ：各板桩不均匀沉降 产生的变形应力和船舶荷载。 设计 ： ①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 ②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。 计算图式 ：按文克尔假定的弹性地基梁进行计算。 即将帽梁视为弹性地基上的梁，弹性地基为板桩墙拉杆以上的悬臂段。 根据地基系数的概念（一个单位面积移动一个单位位移所需的力）， k 可按悬臂梁计算而得： 胸墙设计 ： 竖向按悬臂梁计算，取拉杆处为固端。 ①系缆力作用时； ②撞击力作用时 10/2max aalRM 。 水平方向：按刚性支承连续梁计算 ： ①对工字型断面，取下翼板为导梁；②对 L 型断面，取平台板为导梁；对矩形或梯形截面，取拉杆附近的 ~ 米高度部分为导梁。 1锚碇板（墙）的拉杆位置 tc确定的原则是什么。 断面设计时有何特点。 （分别对不连续板和连续板叙述） 1 板桩码头整体稳定性验算 ： 板桩码头整体稳定性验算 可采用圆弧滑动法； 计算只考虑滑动面通过板。