二十板桩码头.ppt
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1、二十二十 板桩码头板桩码头n1.概述概述n2.板桩码头的构造板桩码头的构造n3.设计计算设计计算n4.构件设计构件设计n5.整体稳定性验算整体稳定性验算n6.关于作用和作用效应组合的几点说明关于作用和作用效应组合的几点说明 第二十一篇第二十一篇 板桩码头设计板桩码头设计 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、
2、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.概述概述n1.1 板桩码头结构板桩码头结构组成、分类及其适组成、分类及其适用条件用条件n 板桩码头结构主板桩码头结构主要由板桩墙、拉杆、要由板桩墙、拉杆、锚碇结构、帽梁、锚碇结构、帽梁、导梁及附属设备组导梁及附属设备组成。板桩结构适用成。板桩结构适用于土基以及必须避于土基以及
3、必须避免施工时大量开挖免施工时大量开挖的情况。若施工时的情况。若施工时必须避免沉桩震动,必须避免沉桩震动,则宜采用地下连续则宜采用地下连续墙结构。墙结构。l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;钢筋混凝土板桩钢筋混
4、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。碇板、锚碇墙、锚碇桩、锚碇板桩和锚碇叉桩等型式。l(1)无锚板桩)无锚板桩l 无锚板桩如同埋入土
5、中的悬臂梁无锚板桩如同埋入土中的悬臂梁(板板),当其自由高度增,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(一般小于一般小于3m)的情况。的情况。l(2)单锚板桩)单锚板桩l 单锚钢筋混凝土板桩岸壁多用于水深为单锚钢筋混凝土板桩岸壁多用于水深为610m的情况的情况;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场合。单锚板桩的受力情况:在锚拉点处,相当于简支点,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,入土部分
6、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。或为自由支承,或为嵌固,或介于二者之间。l各种结构的适用条件:(规范各种结构的适用条件:(规范1.0.3)l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。期等因素,通过技术经济比较选定。l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。面荷载不大且对变形要求不高时,可采用无锚板桩结构。l对于码头后方场地
7、狭窄设置锚啶结构有困难或施工期会遭受波浪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。作用的情况,宜采用斜拉式板桩结构。l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。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n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胸墙)等部分。各部分的构造要求请熟读规范第2章其中章其中
8、2.6节在此讲一下:节在此讲一下:n2.6 其它其它n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。板桩码头前沿港池的挖泥,宜在码头后回填基本完成后进行。n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。料。n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。的珊瑚礁。陆
9、上填土应分层压实。n锚碇墙锚碇墙(板板)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。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。n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,应换填宜
10、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。不液化土料并压实或振实。l板桩墙应在设计低水位附近预板桩墙应在设计低水位附近预留排水孔。孔径的大小和孔的留排水孔。孔径的大小和孔的间距,应根据板桩墙前水位变间距,应根据板桩墙前水位变化幅度、板桩墙的透水情况和化幅度、板桩墙的透水情况和墙后土质确定。除墙后回填块墙后土质确定。除墙后回填块石的情况外,排水孔均应设置石的情况外,排水孔均应设置倒滤设施倒滤设施(图图2.6.I)。l当板桩墙前冲刷严重时,宜采当板桩墙前冲刷严重时,宜采取护底措施。取护底措施。l 图图 2.6.13 设计计算n3.1 作用和作用效应组合作
11、用和作用效应组合n3.1.1作用在板桩码头上的荷载可分为以下三类作用在板桩码头上的荷载可分为以下三类:n (I)永久作用永久作用: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压力;n (2)可变作用可变作用: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舶荷载、施工荷载和波浪力等;n (3)偶然作用偶然作用:如地震作用等。如地震作用等。n3.1.2设计板桩码头时应考虑以下三种设计状况设计板桩码头时应考虑以下三种设计状况:n (1)持久状况持久状况:在结构使用期,分别按承载
12、能力极限状态和正常使用在结构使用期,分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计极限状态设计;n (2)短暂状况短暂状况:施工期、检修期等,按承载能力极限状态设计,必要施工期、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时,同时按正常使用极限状态设计;n (3)偶然状况偶然状况: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。极限状态设计。l3.1.3板桩墙的板桩墙的踢脚踢脚稳定性、锚碇结构的稳定性、板桩码头的整稳定性、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。体稳定
13、性、桩的承载力和构件强度等应按承载能力极限状态设计。l3.1.4 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港口工程混凝土结构设计规范构设计规范(JT.T267)的有关规定。综合准永久值系数应采用的有关规定。综合准永久值系数应采用0.85。l3.1.5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。组合应按下列规定采用。l3.1.5.1持久组合,计算水位分别采用设计
14、高水位、设计低水位和持久组合,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当系船柱块体单
15、独设置锚碇系统时,计算板桩墙时不考虑系缆力系缆力;码头地面使用荷载应按最不利位置布置。码头地面使用荷载应按最不利位置布置。l3.1.5.2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施工水位。设计时可考虑以下几种工况:l(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土体本身产生的主动土压力为永久作用;l(2)施工期,墙后部分回填,遭受波浪作用,此时,墙后土体本身施工期,墙后部分回填,遭受波浪作用,此时,墙
16、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产生的主动土压力为永久作用,墙前波浪力为可变作用;l3.1.5.3偶然组合,计算水位按现行行业标准偶然组合,计算水位按现行行业标准水运工程抗震设计水运工程抗震设计规范规范(TTT225)中规定采用。中规定采用。l3.1.6 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
17、土压力和剩余水压力l3.2.1 剩余水压力剩余水压力l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,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在河港中,水位的降落主要是由于洪峰衰减和泄洪造成的衰减和泄洪造成的;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,还与大的水头差
18、。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。板桩墙排水好坏和回填土及地基土的渗透系数大小有关。l我国现行我国现行板桩码头设计与施工规范板桩码头设计与施工规范关于剩余水压力的规定为:关于剩余水压力的规定为:l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地下水位的调查或观测确定,当无此条件时
19、,可根据经验按以下原则确定确定:l(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,可不考虑剩余水头后回填粗于细砂颗粒的材料时,可不考虑剩余水头;l(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料(包括细砂和比细砂颗粒更细的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,剩余的钢筋混凝土板桩码头,剩余水头可采用水头可采用1/31/2平均潮差。(对于设计高水位计算情况,可不考平均潮差。(对于设计高水位计算情况,可不考虑
20、剩余水头)。虑剩余水头)。l剩余水压力的分布可按图剩余水压力的分布可按图3.2.1采用。采用。3.2.2 土压力土压力 3.2.2.1 主动土压力主动土压力我国现行我国现行板桩码头设计与施工规范板桩码头设计与施工规范规定规定,当地面为水平面当地面为水平面,墙背为垂直面墙背为垂直面时时,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: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)式中式中 由土体本身产生的主动土压力
21、水平强度标准值由土体本身产生的主动土压力水平强度标准值(kN/m2),当当 0.5土土 的的 名名 称称 的粘性土、淤泥的粘性土、淤泥1000100020002000 的粘性土、粉砂的粘性土、粉砂2000200040004000 00的粘性土、的粘性土、细细砂、中砂砂、中砂4000400060006000 的粘性土、粗砂的粘性土、粗砂600060001000010000砾砾石、石、砾砾砂、碎石、卵石砂、碎石、卵石10000100002000020000 地基土的地基土的值值表表 表表3.3.1l2)入土深度的计算)入土深度的计算l板桩的入土深度是根据其板桩的入土深度是根据其“踢脚踢脚”稳定性来
22、确定的。板桩墙在荷稳定性来确定的。板桩墙在荷载作用下,入土段前面土体由上层首先达到极限状态,然后向载作用下,入土段前面土体由上层首先达到极限状态,然后向下扩展,当达到破坏状况时,板桩入土段前面土体全部达到极下扩展,当达到破坏状况时,板桩入土段前面土体全部达到极限状态,即土抗力达到极限值限状态,即土抗力达到极限值被动土压力,荷载超此极限,被动土压力,荷载超此极限,板桩墙将发生板桩墙将发生“踢脚踢脚”稳定的破坏,其破坏机理为板桩墙绕锚稳定的破坏,其破坏机理为板桩墙绕锚碇点转动。按我国现行碇点转动。按我国现行板桩码头设计与施工规范板桩码头设计与施工规范(JTJ29298)的规定,为保证的规定,为保证
23、“踢脚踢脚”稳定性,板桩墙的入土深度应满足稳定性,板桩墙的入土深度应满足下式要求:下式要求:l l (3.3.6)l式中式中 结构重要性系数结构重要性系数,取取1.0;l 永久作用分项系数永久作用分项系数,按表按表3.3.2采用;采用;l 永久作用标准值产生的效应永久作用标准值产生的效应,包括板桩墙后土本身产包括板桩墙后土本身产生的主动土压力的标准值和剩余水压力的标准值对拉杆锚碇点生的主动土压力的标准值和剩余水压力的标准值对拉杆锚碇点的的“踢脚踢脚”力矩力矩 ;l 可变作用分项系数可变作用分项系数,按表按表3.3.2采用;采用;l 主导可变作用效应主导可变作用效应,通常是码头地面可变作用产生的
24、主动通常是码头地面可变作用产生的主动土压力的标准值或墙前波吸力的标准值对拉杆锚碇点的土压力的标准值或墙前波吸力的标准值对拉杆锚碇点的“踢脚踢脚”力矩力矩 ;l 作用组合系数作用组合系数,取取0.7;l 非主导可变作用标准值对拉杆锚碇点的非主导可变作用标准值对拉杆锚碇点的“踢脚踢脚”力矩力矩 ;l 板桩墙前被动土压力的标准值对拉杆锚碇点的稳定力矩板桩墙前被动土压力的标准值对拉杆锚碇点的稳定力矩 ;l 结构系数结构系数,根据地基土质情况分别取根据地基土质情况分别取1.0和和1.15,当地基土当地基土质差时宜取小值。质差时宜取小值。作用分项系数作用分项系数组组合情况合情况永久作用永久作用可可变变作用
25、作用土土压压力力剩余水剩余水压压力力土土压压力力波吸力波吸力持久持久组组合合1.351.051.35(1.25)1.30(1.20)短短暂组暂组合合1.351.051.251.20表3.3.2注:当计算水位采用极端低水位时,取括号内数值。注:当计算水位采用极端低水位时,取括号内数值。l(2)弹性线法)弹性线法l假定板桩墙入土段弹性嵌固在地基中,为了简化计算,入土段前假定板桩墙入土段弹性嵌固在地基中,为了简化计算,入土段前面的土抗力全部假定为被动土压力,底端墙后的土抗力,用集中面的土抗力全部假定为被动土压力,底端墙后的土抗力,用集中力力 代替,计算图式为一次超静定结构代替,计算图式为一次超静定结
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