,港口水工建筑 板桩码头,大连水产学院土木工程学院港工教研室 桂劲松,第四章 板桩码头,1. 适用条件 板桩可沉入的地基。 2.优点 结构简单，材料用量少，施工方便，速度快，对复杂地质适应性强，主要构件预制。 3. 缺点 耐久性不如重力式，施工中不能承受较大的波浪力。,第一节、板桩码头的结构型式及其特点,一、按板桩材料分,木板桩：强度低，耐久性差，耗用木材，现在很少使用。 钢筋砼板桩码头： 优点：耐久性好，用钢量少，造价低，多用 缺点：但强度有限，一般用于中小型码头。 钢板桩码头： 优点：重量轻，强度高，锁口紧密，止水性好，沉桩容易。 缺点：造价高，易腐蚀，需防锈措施。 适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,1、无锚板桩 墙矮，荷载不大。 2、有锚板桩 （1）单锚板桩：最常用，以前中小型码头，现万吨级码头。 （2）双锚板桩：下拉杆施工困难，难协调工作，计算弯矩与实际差别大，少用。 （3）斜拉板桩:施工场地狭小。斜拉桩承受水平力能力有限，中小型码头。,单锚板桩：适用于墙高在610m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。,三、 按板桩墙结构分类,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。,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。,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。,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。,一、板桩：板桩码头的主体 作用：构成直力码头岸壁，挡土 1、钢筋砼板桩 矩形 T 形 组合形 圆形,第二节、板桩码头的构造,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3050cm范围内， 两侧各缩进24cm，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。,T形板桩特点： 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。,2、 钢板桩,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。,钢板桩的防锈措施：,改进钢材的化学成分，采用防腐蚀的钢种； 物理保护，涂防锈油漆； 化学保护，阴极保护，效果较好，但费用较高； 增加板桩的厚度； 尽量降低帽梁或胸墙的底标高，以减少锈蚀面积。,二、 锚碇结构,作用：减少板桩入土深度和桩顶位移，改善板桩受力状况 锚碇板（墙） 锚碇桩（板桩） 锚碇叉桩（斜拉桩）,1、锚碇墙和锚碇板,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。 型式： 锚碇板：平板、T型、双向梯形 锚碇墙：现浇钢筋砼连续墙，预制钢筋砼板，现场安装。 尺寸： 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1.03.5m； 厚度：由强度计算确定，15cm，常采用2040cm； 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。,2、 锚碇桩（或板桩）,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； 组成： 一般23根组成一组（用导梁连接），也可单独锚 碇； 材料： 可采用钢筋砼或钢桩或钢板桩； 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；,3、 锚碇叉桩和斜拉桩,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。 构造： 斜度3:1，宜采用3:14:1；桩顶净距3040cm；现浇桩帽， 将拉杆与桩连成整体。 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。 适用： 码头后方场地狭窄，拉杆力较大时。,三、拉杆,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0.51.0m，且不得低于导梁或胸墙的施工水位。 尺度与材料： 直径：由强度计算确定，一般4080mm； 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； 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； 材料：采用焊接质量有保证，延伸率不小于18%的高强钢材。,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1530m，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23cm。 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,减小、消除剩余水压力 设计低水位附近，-m设一个-cm直径孔。 倒滤棱体,第三节、单锚板桩码头计算,一、板桩码头上的作用和作用效应组合 永久作用：土体产生的主动土压力，剩余水压力； 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； 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。,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。,主动土压力,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=(1/31/2)。 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平强 度标准值和由码头地面均布荷载产生的主动土压力水平强度标准值可按下式计算：,被动土压力 板桩墙下端扎入地基中，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。 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。 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。,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。 计算方法 同前，但计算墙前被动土压力时，=(2/33/4)，当20，则 取20。计算墙后被动土压力时，=-2/3，当-20时，则取-20。 当计算水底面为水平、墙面 为垂面时，由土体本身产生 的主动土压力水平强度标准 值：,备注： 计算土压力时，土和填料的重度按以下规定采用： 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；,剩余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。 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。 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，=1/31/2平均潮差。 (3)对河港则根据地下水位按实际情况取定。,、剩余水压力,、其它荷载,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： 系船块体单独锚碇，板桩不考虑系缆力； 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。 波浪力：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。,二、单锚板桩墙的计算,1、单锚板桩墙的工作状态和受力特性 1）板桩墙的工作状态 第一种工作状态： 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。（本法为日本及一些西方国家所采用） 第二种工作状态： 入土深度和受力情况介于第1、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。,第三种工作状态： 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，入土部分位移小，稳定性好，为我国所采用（弹性线法）。 第四种工作状态： 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。,2、单锚板桩墙的计算,板桩墙计算内容 ： 板桩墙的入土深度，板桩墙弯矩，拉杆拉力。 计算方法： 弹性线法：仅适用于单锚板桩墙的弹性嵌固工作状态；但对于刚度 较大的板桩墙（如现浇地下墙），不宜采用弹性线法。 自由支撑法：仅适用于单锚板桩墙的自由工作状态； 竖向弹性地基梁法：可适用于单锚和多锚板桩墙的任何工作状态。,1）罗迈尔法,基本思想： 假定板桩墙入土段弹性嵌固于地基中；入土段前面的土抗 力按古典土压力理论（教材公式）计算，底端后面的土抗力用 集中力Ep代替。 工作状态： 由于板桩墙入土段在地基中弹性嵌固，入土段产生负弯矩 M2，有利于减小跨