板桩码头

二十板桩码头1.概述2.板桩码头的构造3.设计计算4.构件设计5.整体稳定性验算6.关于作用和作用效应组合的几点说明第二十一篇板桩码头设计第一章概述•第一节板桩码头结构组成、分类及其适用条件×第二节板桩码头的设计程序第二章板桩码头的构造•第一节板桩•第二节拉杆•第三节锚碇结构•第四节帽梁、导梁及胸墙×第五节斜拉桩式板桩码头•第六节其他第三章设计计算√第一节作用和作用效应组合√第二节土压力和剩余水压力第三节板桩墙的计算√一、计算内容二、计算方法1、单锚板桩√1)竖向弹性地基梁法•2)弹性线法3)底端自由支承的单锚板桩•2、无锚板桩×3、其他板桩结构×1)斜拉板桩×2)顶端嵌固的板桩√第四节锚碇结构计算第四章构件设计•第一节板桩√第二节拉杆•第三节锚碇结构•第四节帽梁、导梁和胸墙第五章整体稳定性演算第六章关于作用和作用效应组合的几点说明1.概述1.1板桩码头结构组成、分类及其适用条件板桩码头结构主要由板桩墙、拉杆、锚碇结构、帽梁、导梁及附属设备组成。板桩结构适用于土基以及必须避免施工时大量开挖的情况。若施工时必须避免沉桩震动，则宜采用地下连续墙结构。板桩码头按其板桩墙所采用的材料可分为木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、预应力钢筋混凝土板桩等。木板桩需耗用大量木材且耐久性差，故极少采用;钢板桩价格较贵，在海水中易腐蚀，但强度较高，沉桩较容易，适用于水深较大的情况;钢筋混凝土板桩和预应力钢筋混凝土板桩耐久性较好，造价较低，适用于中小型码头。板桩码头按其锚碇特点可分为无锚板桩和有锚板桩。有锚板桩又可分为单锚板桩、双锚板桩以及斜拉板桩。也可采用地下连续墙结构。本课只讲单锚板桩和无锚板桩。锚碇结构可分为锚碇板、锚碇墙、锚碇桩、锚碇板桩和锚碇叉桩等型式。（1）无锚板桩无锚板桩如同埋入土中的悬臂梁(板)，当其自由高度增大时，其固端弯矩亦将急剧增大，故多用于自由高度很小(一般小于3m)的情况。（2）单锚板桩单锚钢筋混凝土板桩岸壁多用于水深为6～10m的情况;单锚钢板桩及断面较大的地下墙式结构可用于水深较大的场合。单锚板桩的受力情况:在锚拉点处，相当于简支点，入土部分则根据其入土深度的大小及变形情况而有所不同，或为自由支承，或为嵌固，或介于二者之间。各种结构的适用条件：（规范1.0.3）板桩码头的结构型式应根据自然条件、使用要求、施工条件和工期等因素，通过技术经济比较选定。当有设置锚啶结构条件时，宜采用有锚板桩结构；当墙较矮、地面荷载不大且对变形要求不高时，可采用无锚板桩结构。对于码头后方场地狭窄设置锚啶结构有困难或施工期会遭受波浪作用的情况，宜采用斜拉式板桩结构。对于具有干地施工条件，需要保护邻近建筑物的安全，或缺乏打桩设备的情况，宜采用地下墙式板桩结构。2.板桩码头的构造板桩码头结构一般包括板桩、拉杆、锚碇结构、上部结构（帽梁、导梁或胸墙）等部分。各部分的构造要求请熟读规范第2章其中2.6节在此讲一下：2.6其它板桩码头前沿港池的挖泥，宜在码头后回填基本完成后进行。板桩墙后的水下回填，宜采用砂、砾石、开山石和块石等透水性较好的材料。板桩墙后的陆上回填，除采用砂、石材料外，也可采用无腐蚀性和无膨胀性的粘性土料，但不得采用具有腐蚀性的矿渣和炉渣，不宜采用易于粉碎的珊瑚礁。陆上填土应分层压实。锚碇墙(板)前宜用承载力较大的密实材料换填，可采用块石或灰土，也可采用其它夯实或振实的土料。应考虑从换填料前土体内滑动的可能性，换填范围不宜过小。块石宜采取码砌或用碎石填充空隙。灰土应分层夯实。对于地震基本烈度六度和六度以上的地震区，板桩墙与锚碇结构之间，不宜采用粉砂、细砂等易液化的材料回填，如原土层为易液化的土，应换填不液化土料并压实或振实。板桩墙应在设计低水位附近预留排水孔。孔径的大小和孔的间距，应根据板桩墙前水位变化幅度、板桩墙的透水情况和墙后土质确定。除墙后回填块石的情况外，排水孔均应设置倒滤设施(图2.6.I)。当板桩墙前冲刷严重时，宜采取护底措施。图2.6.13设计计算3.1作用和作用效应组合3.1.1作用在板桩码头上的荷载可分为以下三类:(I)永久作用:如由土体本身产生的主动土压力和板桩墙后的剩余水压力;(2)可变作用:如由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;(3)偶然作用:如地震作用等。3.1.2设计板桩码头时应考虑以下三种设计状况:(1)持久状况:在结构使用期，分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计;(2)短暂状况: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;(3)偶然状况:在使用期遭受地震作用等偶然作用时，仅按承载能力极限状态设计。3.1.3板桩墙的踢脚稳定性、锚碇结构的稳定性、板桩码头的整体稳定性、桩的承载力和构件强度等应按承载能力极限状态设计。3.1.4板桩码头中钢筋混凝土构件的裂缝宽度和抗裂应按正常使用极限状态设计。计算时应遵守现行行业标准《港口工程混凝土结构设计规范》(JT.T267)的有关规定。综合准永久值系数应采用0.85。3.1.5板桩码头按承载能力极限状态设计时，所取水位及作用效应组合应按下列规定采用。3.1.5.1持久组合，计算水位分别采用设计高水位、设计低水位和极端低水位;永久作用包括土体本身产生的主动土压力和墙后剩余水压力;可变作用有码头地面可变荷载产生的主动土压力、船舶系缆力和波吸力等，其中产生作用效应设计值最大者为主导可变作用，其余为非主导可变作用。组合时，可不考虑波浪对墙后水位的影响;当系船柱块体单独设置锚碇系统时，计算板桩墙时不考虑系缆力;码头地面使用荷载应按最不利位置布置。3.1.5.2短暂组合，计算水位相应采用设计高水位、设计低水位或施工水位。设计时可考虑以下几种工况:(I)施工期，板桩墙已做好，锚碇系统尚不能发挥作用，此时墙后土体本身产生的主动土压力为永久作用;(2)施工期，墙后部分回填，遭受波浪作用，此时，墙后土体本身产生的主动土压力为永久作用，墙前波浪力为可变作用;3.1.5.3偶然组合，计算水位按现行行业标准《水运工程抗震设计规范》(TTT225)中规定采用。3.1.6计算板桩码头中所有钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构件强度时，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。综合分项系数应采用1.403.2土压力和剩余水压力3.2.1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，有的也称超静水压力。在海港中，水位的降落主要是由于潮汐和风减水引起的;在河港中，水位的降落主要是由于洪峰衰减和泄洪造成的;雨水和生产用水大量排入地下，有时也会产生较大的水头差。剩余水头的大小除取决于水位降落幅度和速率外，还与板桩墙排水好坏和回填土及地基土的渗透系数大小有关。我国现行《板桩码头设计与施工规范》关于剩余水压力的规定为：计算剩余水压力所采用的剩余水头与潮位变化、板桩墙排水性能、回填土和地基土的渗透性能等因素有关，可根据对附近类似建筑物后的地下水位的调查或观测确定，当无此条件时，可根据经验按以下原则确定:(1)对于海港的钢筋混凝土板桩码头，当板桩墙设置排水孔，并且墙后回填粗于细砂颗粒的材料时，可不考虑剩余水头;(2)对于海港的钢板桩码头、地下墙式板桩码头及墙后回填细颗粒材料(包括细砂和比细砂颗粒更细的材料)的钢筋混凝土板桩码头，剩余水头可采用1/3～1/2平均潮差。（对于设计高水位计算情况，可不考虑剩余水头）。剩余水压力的分布可按图3.2.1采用。3.2.2土压力3.2.2.1主动土压力我国现行《板桩码头设计与施工规范》规定,当地面为水平面,墙背为垂直面时,由土体本身产生的主动土压力水平强度标准值和由码头地面均布荷载作用产生的主动土压力水平强度标准值可按下列公式计算：（3.2.2.1）(3.2.2.2)(3.2.2.3)式中——由土体本身产生的主动土压力水平强度标准值(kN/m2),当0时,取为零；——计算面以上各层土的重度(kN/m3)；——计算面以上各土层的厚度(m)；——计算土层土的主动土压力系数；——计算土层土与墙面间的摩擦角（゜）；——计算土层土的粘聚力(kN/m2)；——计算土层土的内摩擦角（゜）；——由码头地面均布荷载作用产生的主动土压力水平强度标准值(kN/m2)；——地面上的均布荷载标准值(kN/m2)。注意，此计算公式与重力式码头设计规范的公式不同，主要是多了第二项。)sin(1coscos2cos)(cKheaiiaxcosaaqxqKe22]cossin)sin(1[coscosaKaxeiihaKcaqxeqaxeaxe3.2.2.2被动土压力我国现行《板桩码头设计与施工规范》规定，当计算水底面为水平、墙面为垂直时，由土体本身产生的被动土压力水平强度标准值可按下列公式计算：（3.2.2.4）(3.2.2.5)式中——被动土压力水平强度标准值(kN/m2)；——计算土层土的被动土压力系数。注意：该公式与重力式码头设计规范的公式不同，多了第二项。3.2.2.3土压力计算有关参数指标的选取(1)土的重度、内摩擦角和粘聚力应根据工程地质钻探土样试验资料确定，当板桩墙后地基土固结程度较高时，可采用固结快剪指标计算土压力;当达不到较高固结程度时，宜适当考虑未固结因素的影响。粘性填料的指标可通过试验确定。当无条件进行试验时，可根据当地经验确定。无粘性填料的指标可按现行行业标准《重力式码头设计与施工规范》(JTJ290)的有关规定采用。)sin(1coscos2cos)(cKhepiipx22cossin)sin(1coscospKpxePKc计算土压力时，土和填料的重度可按以下规定采用：1）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；2）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。（2）土与墙面的摩擦角可按以下规定采用：1）计算板桩墙后主动土压力时，取（1／3～1／2）；2）计算板桩墙前被动土压力时，取（2／3～3／4），当计算的值大于20°时，取20°；3）计算板桩墙后被动土压力时，取，当计算的值小于－20°时，取-20°；（3）计算板桩墙时，应考虑码头前沿挖泥超深的影响，码头前沿挖泥超深一般采用0.3m～0.5m。对于粘性土，应考虑挖泥对它的扰动影响:泥面处土的粘聚力取零，泥面1m以下取全值，两者之间按直线过渡。32cc3.3板桩墙的计算3.3.1板桩墙的计算内容板桩墙的计算应包括以下内容:(1)板桩墙的入土深度;(2)板桩墙的内力;(3)杆拉力。3.3.2板桩墙的计算方法3.3.2.1单锚板桩单锚板桩的计算方法很多,基本上可分为:竖向弹性地基梁法、弹性线法和自由支承法三种。竖向弹性地基梁法内力和拉杆力的计算该法将板桩入土部分假定为弹性地基上的薄板（或梁），采用基床系数法进行计算。基床系数K的分布规律假定为随入土深度按幂函数的规律变化：我国现行的《板桩码头设计与施工规范》附录中推荐竖向弹性地基梁法采用法。法的水平地基反力系数应按下式确定:式中K——水平地基反力系数(kN/m3)；——水平地基反力系数随深度增大的比例系数(kN/m4)；Z——计算点距计算水底的深度()。板桩墙采用法的计算图式如图3.3.2所示ymmmZKmmmm11I15.0LI0.5＞LI0LI土的名称的粘性土、淤泥1000～2000的粘性土、粉砂2000～40000的粘性土、细砂、中砂4000～6000的粘性土、粗砂6000～10000砾石、砾砂、碎石、卵石10000～20000地基土的m值表)/(4mkN表3.3.12）入土深度的计算板桩的入土深度是根据其“踢脚”稳定性来确定的。板桩墙在荷载作用