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•板桩码头的结构型式及其特点•板桩码头的构造•板桩墙计算•锚碇结构计算第四章板桩码头Ⅰ、板桩码头的结构型式及其特点1．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。2.优点结构简单，材料用量少，施工方便，速度快，可先打板桩后开挖港池，大量减少土方开挖主要构件可预制。一、板桩码头的结构特点3.缺点耐久性不如重力式，施工中不能承受较大的波浪力。4.适用条件能沉入板桩的地区。过去多用于中小码头。二、板桩码头的主要组成部分及其作用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、帽梁帽梁作用相当于前面的胸墙，一般是现浇的。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。三、板桩码头的施工顺序先打板桩后开挖港池：以减少挖填方量；先开挖港池后打板桩：只有在泥面较高，施工水深不够以及土壤较松软时，才先开挖，后打板桩。四、板桩码头的结构型式１、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。２、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②双锚板桩③多锚板桩④斜拉板桩单锚板桩：适用于墙高在6～10m以下的中小型码头。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。斜拉桩：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。3、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。4、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。一、板桩：板桩码头的主体㈠、钢筋砼板桩1、型式、特点及尺寸⑴型式①矩形②T形③组合形④圆形Ⅱ、板桩码头的构造⑵尺寸①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，一般外20～50cm，宽度由打桩设备的龙口宽度决定，一般为50～80cm。②T形Ａ、组成由翼板和肋组成，翼板起挡土作用，肋起桩的作用。Ｂ、特点板桩数量少，施工速度快，抗弯能力强；但T形板桩导向能力差，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。由于翼板只起挡土作用，其底部只须低于设计水底以下1～1.5m，且不小于冲刷深度。Ｃ、尺寸宽度：取决于施工设备的能力，如吊重、龙口宽度等，一般1.2～1.6m；厚度：取决于强度和抗裂验算；桩长：取决于“踢脚”稳定性和岸壁整体滑动稳定性。③圆形工程中一般采用的型式有两种，现场浇注排桩和预制管柱桩，前者同地下墙预制管柱桩：直径为50～300cm的预应力管柱桩，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。特点：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）。④组合型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。2、板桩的立面和接缝①矩形特点：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。②T形板桩导向能力差，企口常不密实，要处理。企口处：设置倒滤层；在翼板两侧设置锁口，并焊接，既可导向，又可有效防止漏土。3、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。受力筋：数量由计算确定，直径≮12mm，一般采用通长双面对称配筋；桩顶：为防止桩头被打碎，至少配置3～4层钢筋网；箍筋：桩顶（尖）1m范围内要加密，@10cm，中间可采用@25～30cm。㈡、钢板桩1、钢板桩的断面形式常用断面形式有U形、Z形、圆管形、H形和组合形钢板桩，桩的截面模量较大，多适用于较大的深水码头。⑴U形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。⑵Z形抗弯能力好，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。⑶平板形抗弯能力差，但“锁骨”形锁口，横向受拉能力强，适用于格型结构中。钢板桩的锁口是否要做倒滤设施？2、钢板桩的锈蚀合防护①改进钢材的化学成分，采用防腐蚀的钢种；②物理保护，涂防锈油漆；③化学保护，阴极保护，效果较好，但费用较高；④增加板桩的厚度；⑤尽量降低帽梁或胸墙的底标高，以减少锈蚀面积。钢管桩牺牲阳极阴极保护二、锚碇结构锚碇板（墙）锚碇桩（板桩）锚碇叉桩（斜拉桩）㈠、锚碇板（墙）1、受力原理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。2、型式⑴锚碇板：平板、T型、双向梯形⑵锚碇墙：现浇钢筋砼连续墙，预制钢筋砼板，现场安装。3、尺寸⑴高度：由稳定计算确定，一般不宜小于埋置深度的1/3，长采用1.0～3.5m；⑵厚度：由强度计算确定，≮15cm，常采用20~40cm；⑶预留拉杆孔位置：作用在锚碇板（墙）上的土压力合力作用点重合。4、回填及构造⑴土质锚碇板（墙）施工不需打桩设备，但必须开挖基坑和基槽，增加了开挖工程量并破坏了土的原状结构，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（如北方的灰土夯实，南方的块石回填）⑵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。5、适用条件码头后方场地宽敞，拉杆力不大时。㈡、锚碇桩（板桩）1、受力原理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；2、组成一般2～3根组成一组（用导梁连接），也可单独锚碇；3、材料可采用钢筋砼或钢桩或钢板桩；4、适用条件码头后方场地宽敞，且地下水位较高或利用原土层时；㈢、锚碇叉桩和斜拉桩1、受力原理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。2、构造斜度≤3:1，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。3、斜拉桩无拉杆，以斜桩取代，桩顶应尽量靠近板桩，以减少桩顶弯矩，从而简化成铰进行计算。4、适用码头后方场地狭窄，拉杆力较大时。㈣、其它形式拖板式、尼龙带式、锚杆式，加筋土结构及混合式。三、拉杆1、位置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0.5～1.0m，且不得低于导梁或胸墙的施工水位。2、尺度与材料⑴直径：由强度计算确定，一般40~80mm；⑵间距：对钢筋砼板桩墙，取板桩宽度的整数倍，对单设导梁的U形和Z形钢板桩，应取板桩宽度的偶数倍；⑶长度：取决于板桩墙与锚碇结构的最佳距离，由计算确定，当拉杆较长（10m），中间应用紧张器加以拉紧；⑷材料：采用焊接质量有保证，延伸率不小于18%的高强钢材。3、拉杆失事及防治措施⑴失事原因①设计拉力实际拉力②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。③锈蚀使拉杆断面减小。因此，设计时，应考虑各种影响因素，正确计算拉杆拉力，并采取措施，减小或消除各种附加应力，并防止拉杆锈蚀。⑵防治措施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在拉杆上做各U形防护罩，使拉杆上面的土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。四、导梁、帽梁及胸墙1、施工方法导梁可预制，也可现浇，帽梁一般现浇。2、胸墙型式有矩形、梯形、L形及工字形。当码头水位差不大，拉杆距码头面距离较小时，一般将导梁和帽梁合二为一成胸墙。3、系船块体设置一般与胸墙整体现浇，也可单独设置。4、变形缝导梁、帽梁、胸墙沿码头长度方向应设置变形缝，间距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2～3cm。5、钢板桩码头导梁设置在钢板桩码头中，导梁一般由两根槽钢组成，并为防止船舶撞击和减小锈蚀，而放在板桩墙的里侧。五、排水设施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。Ⅲ、板桩墙的计算一、作用及作用效应组合㈠、板桩码头上的作用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。1、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，所以，要准确确定板桩墙的土压力很难。⑴主动土压力①特点：呈R形分布呈现R形分布的原因：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。影响板桩墙墙各点位移不同而造成墙后后主动土压力呈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。②计算方法（土压力经验系数修正法）主动土压力仍按采用刚性墙确定的土压力理论进行计算，即：仍按线性分布计算，但考虑到板桩墙体变形对土压力的影响，将以此土压力及其它荷载计算得到的板桩墙的跨中Mmax和RA，应分别乘以合适的经验修正系数。计算中，可取δ=(1/3～1/2)φ。当地面为水平，墙背为垂直面时，由土体本身产生的主动土压水