港口工程学Word格式.docx
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1优点耐久性好(相对),结构简单,材料用量少,便于预制,可以先打桩,后开
挖港池。
2缺点波浪反射严重,泊稳条件差,对钢板桩需采取防锈措施,增加费用,对开挖
超深反应敏感(设计中应预留0.5m)。
3适用条件
能打板桩的地基,万吨级以下的泊位,适用于有掩护的海港
板桩结构由于其结构简单、材料省、施工速度快、适应性强等特点,在码头、船闸、船坞等水工建筑物和护岸、围堰等建筑物中得到广泛的应用。
作为码头,板桩结构在我国天津、上海等地区用得最多。
二、板桩码头的主要组成部分及其作用
板桩码头主要由板桩墙、拉杆、锚碇结构、导梁、帽梁及码头设备组成。
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
每根板桩入土后是参差不齐的,且各板桩是相互独立的,为了使各单根板桩能共同作用和使码头前沿线齐整,前沿平整,在板桩顶端应设置帽梁。
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
一般采用先打板桩,后挖港池,以减少挖填方量,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、结构构型式
㈠、按板桩材料分类
1、木板桩码头强度低,耐久性差,木材用量大,现在很少使用。
2、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。
3、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。
㈡、按锚碇系统分类:
1、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
2、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
适用于墙高在6~10m以下的中小型码头。
2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。
3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。
㈢、板桩墙结构分类
1、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。
2、长短板桩结合
是在普通板桩墙基础上发展起来的,即在普通板桩墙中,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。
3、主桩、板桩结合
将长桩的断面加打,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。
但从受力角度来看,主、辅桩受力分配不够明确,设计时较难掌握,从施工角度来看,构件类型多,施工麻烦,适用同上。
4、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。
㈣、施工方法分
1、预制沉入板桩
2、地下墙
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;
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。
3-2、板桩码头的构造
一、板桩:
板桩码头的主体
㈠、钢筋砼板桩
1、型式及尺寸
矩形、T形、组合形和圆形
⑴矩形
矩形断面是钢筋砼板桩最常用的型式。
优点:
形状简单,制作方便,沉桩容易,接缝容易处理
缺点:
抗弯能力差,费材料。
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。
⑵T形
由翼板和肋组成,实际上是整体式主桩挡板结构。
翼板起挡土作用,肋起桩的作用,最终承受全部作用在T形板桩上的外力。
板桩数量少,施工速度快,抗弯能力强
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。
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。
⑶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。
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。
需专门的预制场和专门的预制设备(离心机)⑷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
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。
⑵T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:
普通钢筋砼板桩玄25#,预应力钢筋砼板桩玄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,直径玄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。
1U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。
2Z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。
3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?
钢板桩的锁口处虽然有漏水现象,但因其缝较窄,经过一段时间后,渗流所夹带的细颗粒物质以及锁口生锈会逐渐将缝填死,故一般不再做倒滤设施。
2、钢板桩的锈蚀合防护
⑴改进钢材的化学成分,采用防腐蚀的钢种;
⑵物理保护,涂防锈油漆;
⑶化学保护,阴极保护,效果较好,但费用较高;
⑷增加板桩的厚度;
⑸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
作用在板桩码头上的外力,除一部分由板桩的入土段的嵌固作用承受外,很大一部分将通过拉杆,传给锚碇结构。
因此,锚碇结构的稳定与否,将直接影响到板桩墙的正常工作。
锚碇板(墙)、锚碇桩(板桩)、锚碇叉桩(斜拉桩)
㈠、锚碇板(墙)
1、工作原理
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
锚碇板、锚碇墙
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。
3、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1.0~3.5m
厚度:
由强度计算确定,玄15cm常采用20~40cm
预留拉杆孔:
位置与作用在锚碇板(墙)上的土压力合力作用点重合。
4、回填及构造
1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)
2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
材料可采用钢筋砼或钢桩或钢板桩;
4、适用
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w3:
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。
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
直径:
由强度计算确定,一般40~80mm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(>
iom,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。
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具体措施:
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拉杆两端设置连接铰,以消除其附加应力
3在拉杆上
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