【文章內容簡介】 港 D=16m，或地基表面有不厚但又不薄的軟土層的情況。 格形鋼板樁碼頭，干地施工的現澆砼和漿砌石碼頭及混合式結構等。 ２ .按施工方法分類： 干地現澆 或砌筑的結構 ； 水下安裝預制結構 第三章 板樁碼頭 板樁碼頭的組成部分 、 類型，各自的優(yōu)缺點及適用條件 8 板樁碼頭 工作原理： 由沉入地的基板樁墻和錨碇系統(tǒng)共同作用來維持其穩(wěn)定性。 板樁碼頭的 組成部分及其作用： 1） 板樁墻 ， 是板樁碼頭的最基本的組成部分，是下部打入或沉入地基中的板樁所構成的連續(xù)墻，其作用是擋土并形成碼頭直立岸壁。 2 ） 拉桿 ， 當碼頭較高時，墻后土壓力較大，為了減小板樁的跨中彎矩（以減小板樁的厚度）和入土深度以及板樁墻頂端向水域方向的位移，應在適當位置設置拉桿，以傳遞水平荷載給錨碇結構。 3） 錨碇結構 ， 承受 拉桿拉力。 4） 導梁 ， 連接板樁荷拉桿的構件，拉桿穿過板樁固定在導梁上，使每根板樁均受到拉桿作用。 5）帽梁 ， 作用相當于前面的胸墻，一般現澆。當水位差不大時，可將帽梁和導梁合二為一，成為胸墻。 6）碼頭設備 ， 便于船舶系靠和裝卸作業(yè)。 類型 . 優(yōu)缺點及適用條件 ： 一 、按板樁材料分⑴木板樁碼頭：強度低，耐久性差，木材用量大，現在很少使用。⑵鋼筋砼板樁碼頭：耐久性好，用鋼量少，造價低，但強度有限，一般用于中小型碼頭。⑶鋼板樁碼頭：強度高，重量輕，止水性好，施工方便，但易腐蝕，耐久性較差，適用于建造水深較大的海港碼頭，特別 多用于要求不透水的船塢塢墻、施工圍堰和防滲圍幕等工程中。 二 、 按錨碇系統(tǒng)分 ⑴無錨板樁 ： 結構簡單，只有板樁墻和帽梁兩部分。板樁呈懸臂工作狀態(tài)，承載能力小，墻頂變形大，在碼頭中一般不用。⑵有錨板樁 ： 當墻高較 大時，為了減小板樁的斷面尺寸和樁頂位移，而設置拉桿和斜拉樁錨碇。 ①單錨板樁適用于墻高在 6～ 10m 以下的中小型碼頭。②雙錨板樁 ③多錨板樁 。 雙錨或多錨：適用于墻高大于10m 的碼頭，但應用較少。原因：下拉桿高程較低，施工困難（一般要求水上穿拉桿）；上下拉桿的位移很難協(xié)調，常會使某一拉桿嚴重超載。④斜拉板樁不設水 平拉桿，而增設斜拉樁來錨碇，使錨碇結構至板樁墻的距離大大縮短，減少了墻后開挖，特別適用于墻后不能開挖或開挖不經濟的情況。但是斜拉樁承受水平力的能力有限，因此多用于中小型碼頭。 三 、 按板樁墻結構分類 ⑴普通板樁墻 ： 由斷面和長度均相同的板樁組成，其優(yōu)點是板樁類型單一，施工方便。⑵長短板樁結合 ： 在普通板樁墻中，每隔一定距離，打入一根長板樁，這樣既保證了穩(wěn)定，又降低了造價。適用于土質條件較差，在較深處才有硬土層的情況。⑶主樁、板樁結合 ： 將長樁的斷面加大，成為主樁，以充分發(fā)揮長樁的作用，而將短樁的斷面減小，成為輔樁，從 而構成主樁板樁結合。適用同上。⑷主樁擋板（套板）結合與 3 不同的是，它是在主樁后面放置擋板或在主樁之間插放套板來擋土。墻后土壓力直接作用在擋板（套板）上，最后全部傳給主樁，主樁受力很打，因此適用于水深不大的情況，且要求先開挖港池，以便擋板（套板）的安放。 四 、 按施工方法分 ⑴預制沉入板樁⑵地下墻 ①水下砼連續(xù)墻：用鉆機在地下開溝槽，用水下澆注砼方法形成連續(xù)墻；②預制板樁成槽沉放：將預制的鋼筋砼板樁放在溝槽內，板樁前后用低標號的水泥土漿填滿 鋼筋砼矩形板樁的構造 ⑴型式 ①矩形② T 形③組合形 ④圓形 （ 2） 矩形 ， A 特點：形狀簡單，制作方便，沉樁容易，接縫容易處理。但抗彎能力差，費材料。 B、 尺寸 ： 其厚度應根據強度和抗裂要求由計算確定，一般為 20～ 50cm，寬度由打樁設備的龍口寬度決定，一般為 50～ 80cm。 (3)板樁的立面和接縫 ：①矩形板樁的 特點：一側陰榫拉通，另一側從樁頂到設計水底以下 1m 以上做成陰榫（不得低于設計沖刷水位）， 1m 以下做成陽榫；設計水底以上斷面形成空腔，內填細石砼；頂面 30～ 50cm 范圍內，兩側各縮進 2～ 4cm，以便樁設替打；底部一側做成斜面，使得后一板樁打入時，緊貼前一板樁，接縫嚴密。 (4)板樁的配筋 ， 鋼筋砼板樁 ：普通鋼筋砼板樁≦ 25，預應力鋼筋砼板樁≦35，設計中應盡可能采用預應力，以增加抗裂性和耐久性。 錨碇結構常用型式及受力特點 ？ 錨碇叉樁及斜拉樁宜布置在板樁主動破裂面以外的目的是什么？ 型式： ㈠、錨碇板（墻） ： 依靠其前面回填料的土抗力來承受拉桿拉力，承載能力較小，水平位移較大。㈡、錨碇樁（板樁） ： 靠樁打入土中嵌固工作，其深度由“踢腳”穩(wěn)定來確定，此結構屬于無錨樁，承載能力較小，水平位移較大；㈢、 錨碇叉樁（ 斜拉樁 ） ： 靠樁的軸向拉壓和拉拔承載力來工作，其穩(wěn)定性由樁的承載能力確定 。 拉桿的位置在高程上宜選在何處 ？ 減小拉桿撓曲及防銹措施 ？ 拉桿作用 ：減小板樁的跨中彎距，減小入土深度以及板樁墻頂端向水域方向的位移。 拉桿的 位置 在高程上的確定 ： 從減小板樁墻的跨中彎矩來看，拉桿宜放在標高較低處，但為了保證水上穿拉桿和導梁胸墻的施工條件，一般在平均水位以下，設計低水位以上 ～ ，且不得低于導梁或胸墻的施工水位。 減小拉桿撓曲及防銹 措施 ①夯實拉桿下的填土，或在拉桿下設置支撐，以減小沉陷，支撐形式有支撐樁、設砼墊塊或墊墩、鋪碎石或灰土墊層。②在拉桿兩端設置連接鉸，以消除其附加應力。 ③在拉桿上做 個 U 形防護罩，使拉桿上面的土 9 重及地面荷載不直接作用載拉桿上，而通過防護罩傳到拉桿兩側的地基上。④防銹處理，涂兩層防銹漆，并用瀝青麻袋包裹兩層。⑤回填料嚴禁帶有腐蝕性。 板樁設置排水設施的目的及其構造 ： 為了減小和消除作用在板樁墻上的剩余水壓力，板樁墻應在設計低水位以下設置排水孔，孔徑 5～ 8cm，孔距 3～ 5m，孔后設置拋石棱體，以防止填土流失。 板樁墻的主要設計荷載有那些？土壓力的特征有哪些以及影響因素或原因是什么？剩余水壓力的影響因素有那些？如何考慮此荷載？船舶荷載如何考慮？ 板樁墻的主 要設計荷載 ㈠、板樁碼頭上的作用力： ⑴永久作用：土體產生的主動土壓力，剩余水壓力；⑵可變作用：地面可變荷載產生的土壓力、船舶荷載、施工荷載、 波浪力； ⑶偶然作用：地震荷載。 板樁墻的穩(wěn)定性、墻體的強度和拉桿力等值， 主要由低水位情況控制。 土壓力： 板樁墻在外力作用下，墻體將發(fā)生彎曲變形；因此，沿墻高各點的水平位移不同。板樁墻上各點的土壓力不僅與該點以上的土重、地面可變作用以及土的物理力學性質有關，而且與該點墻體的水平位移密切相關 。 ⑴ 主動土壓力特點：呈 R 形分布 ， 原因 ：關鍵是沿墻高位移不同。因為板樁上部有拉桿拉 住，下端嵌固于地基中，上下兩端位移較小，跨中位移較大，墻后土體在板樁變形過程中呈現拱現象，使跨中一部分土壓力通過滑動土條間的摩擦力傳向上、下兩端。從而是墻后主動土壓力產生上下大，中間小的 R 形狀。 影響板樁墻上各點位移不同而造成墻后 主動土壓力呈 R 形分布的主要因素有 ：板樁墻的剛度：剛度越小， R 形越顯著；錨碇點位移：越小， R 形越顯著；施工順序：先打板樁，后開挖比反之更顯著 ⑵ 被動土壓 力的特點 ：墻下端扎入地基中，當墻體受側向力作用后，墻前入土段將產生被動土壓力。當入土深度不大時，入土段墻體只出現向前的位移，墻前 被動土壓力與剛性墻的相似。在板樁墻入土深度較大時，板樁嵌固于地基中，其下端還產生向后翹；因此。入土段的上部墻產生墻前被動土壓力，其下部產生墻后的被動土壓力。 ①特點：墻前被動土壓力比理論計算值大 1 倍左右，而墻后（下端）被動土壓力比計算值小一半左右。②墻前被動土壓力增大的原因 ： A、板樁在水底處發(fā)生向下轉動變形，使墻前土體受到向下的擠壓摩擦力。 B、板樁向前變形，壓擠墻前土體，使土的密實度增大，抗剪強度提高。 C、入土段上部墻體對土體產生向下的摩擦力，使土體的穩(wěn)定性增大。③墻后被動土壓力減小的原因 A、板樁底部被地基 嵌固，使板樁下端變形較小，達不到極限被動土壓力所需的位移值； B、板樁底端發(fā)生向上轉動變形，給墻后土體一個向上的“掘出力”； C、板樁下端與土體產生向上的摩擦力，使土體的穩(wěn)定性減小。 ２、 剩余水壓力 ： 水壓力取決于水位漲落情況、板樁墻排水好壞、回填土及地基土的透水性等。⑴海港鋼筋砼板樁碼頭，當板樁墻設有排水孔，墻后回填粗于細砂顆粒的材料可不考慮。⑵對海港鋼板樁碼頭，地下墻式板樁碼頭及墻后回填細砂的鋼筋砼板樁碼頭，△ =1/3～ 1/2 平均潮差。對河港則根據地下水位按實際情況取定。 3 船舶 荷 載 ：只考慮系纜力，不考慮 撞擊力和擠靠力，但要加以區(qū)分：①系船塊體單獨錨碇，板樁不考慮系纜力；②系船塊體和胸墻或帽梁一起現澆，且不單獨錨碇，板樁應考慮系纜力 ：以土壓力的形式作用于板樁墻上。 浪力：只計波吸力，且不能與船舶荷載同時出現。 地震荷載：地震地區(qū) 挖泥時超深的考慮 ， 超深的結果 ：使 板樁墻的入土深度減小和墻體的計算跨度增大，從而降低了板樁墻的穩(wěn)定性，增大墻體的跨中彎矩和拉桿拉力 。 計算板樁墻時，還須考慮港池挖泥時可能出現的超深（ ）和沖刷水深。 地面荷載布置，當計算板樁跨中最大彎矩時和板樁最 大負彎矩及最大拉桿拉力時，分別該如何布置？為什么？ 計算單錨板樁用彈性線法時，板樁的工作狀態(tài)特征，計算圖式及計算方法的特點？如何確定入土深度？ 單錨板樁墻的工作狀態(tài) 第一種情況 ： 板樁的入土深度最小，在水平力作用下，板樁繞上端支撐點轉動，板樁中只有一個方向的彎矩，且數值最大，板樁入土段發(fā)生較大位移，所需板樁長度最短，但斷面最大，按底端自由計算。這種情況即為 自由支撐法 ，算得的入土深度往往需要加長 ，實際也就接近第三種情況 第二種情況 ： 入土深度和受力情況介于第 3 之間 ,入土段比第 1 種稍深 ,受力后，底端只有 轉角，沒有位移。也屬于自由支承狀態(tài)。 第三種情況 ： 入土深度較深，入土部分出現與跨中相反方向的彎矩，板樁墻彈性嵌固于地基中。這種狀態(tài)，所需板樁斷面最小， 10 入土部分位移小，穩(wěn)定性好，為我國所采用（ 彈性線法 ）。第四種情況 ： 類似第 3 種狀態(tài)，但入土深度更大，固端彎矩大于跨中彎矩，數值并不比第 3 種狀態(tài)小，穩(wěn)定性有富裕，但對減少墻體跨中彎矩非常有限，一般無必要。 有錨板樁計算新方法，穩(wěn)定破壞狀態(tài)有幾種？板樁的入土深度是按何種穩(wěn)定破壞狀態(tài)確定的？推導確定入土深度的理論公式。 豎向彈性地基梁法（ m 法） 有錨板樁的穩(wěn)定破壞 狀態(tài) ①錨碇失穩(wěn)：由于拉桿斷裂或錨碇結構系統(tǒng)破壞而造成；②板樁墻失穩(wěn)：由于入土深度不夠，而使板樁墻繞拉桿錨碇點發(fā)生轉動而破壞，即“踢腳”穩(wěn)定破壞；③整體穩(wěn)定性破壞：由于板樁墻入土深度不夠或拉桿長度不夠，而使板樁墻和后方土體一起產生穩(wěn)定性破壞。 “ m”法的基本假定 A、假定土為彈性介質，地基系數隨深度成正比， C=mZ； B、不考慮樁土之間的粘聚力、摩擦力； C、樁按實際剛度、并作為一個彈性構件考慮；土體應力、應變要符合文克爾假定，即地基表面任一點的壓力強度于該點的沉陷成正比 。 σ=k0y=Cy 1 m 法優(yōu)點 ： a、入土深度的確定， m 法比彈性線法好，特別時在土質較差時， m 法更接近，建議在軟土地基上的板樁工程不能用彈性線法確定入土深度。 b、反映了剛度的影響（ EI）； c、可考慮錨碇點的位移，符合實際情況； d、m 法計算結果與原型試驗值較吻合； e、 m 法適用性強。 1 錨碇板 、叉 樁（樁）的計算方法 ： 板樁 其長度和內力可按受集中水平力 RAX（對于錨碇板樁為 Ra）作用的無錨板樁墻的計算方法計算。 錨碇樁（板樁）到板樁墻的最小距離應滿足式（ 3310）的要求，式中 th 為錨碇樁變形第一零點到碼頭地面的距離。 拉桿處的水平位移，可按豎向彈性地基梁法計算，但≧ 50mm。 錨碇 叉樁 ： 考慮兩端為鉸接，不考慮周圍土體對樁作用 。 叉樁設置原則 ： ① 叉樁必須位于板樁墻墻后土體主動破裂面以外； ② 壓樁樁尖距板樁墻的距離不得小于 米。 1 導梁、帽梁和胸墻設計的方法 ？ 導梁 ： 近 似 按 剛 性 支 承 連 續(xù) 梁 計 算 ， 荷 載 q=Ra ； 導 梁 和 導 梁 懸 臂 段 產 生 的 最 大 彎 矩 為 ：2/,10/ 22m a x babaa lRMlRM ?? ； 鋼筋砼導梁應按強度配筋，并驗算裂縫寬度，導梁強度應滿足： tGQ fWM ?1000 max? 帽梁作用 ：各板樁不均勻沉降 產生的變形應力和船舶荷載 。 設計 ： ①當系船 塊體單獨錨碇，帽梁不受系纜力影響時，一般只需按構造要求進行配筋 ②當系船塊體與帽梁整體現澆，且不單獨錨碇，帽梁受系纜力的影響時，需按強度配筋，并驗算裂縫寬度。 計算圖式 ：按文克爾假定的彈性地基梁進行計算。即將帽梁視為彈性地基上的梁，彈性地基為板樁墻拉桿以上的懸臂段。根據地基系數的概念（一個單位面積移動一個單位位移所需的力）， k 可按懸臂梁計算而得： 胸墻設計 ： 豎向按懸臂梁計算，取拉桿處為固端。 ①系纜力作用時； ②撞擊力作用時 10/2max aalRM ? 。 水平方向：按剛性支承連續(xù)梁計算 ： ①對工字型斷面，取下翼板為導梁；②對 L 型斷面，取平臺板為導梁；對矩形或梯形截面，取拉桿附近的 ~ 米高度部分為導梁。 1錨碇板（墻）的拉桿位置 tc確定的原則是什么？斷面設計時有何特點？（分別對不連續(xù)板和連續(xù)板敘述） 1 板樁碼頭整體穩(wěn)定性驗算 ： 板樁碼頭整體穩(wěn)定性驗算 可采用圓弧滑動法； 計算只考慮滑動面通過板