第二章 重力式码头

2 1重力式码头的结构型式与特点 一 工作原理及适用条件 结构特点靠结构本身及其上填料重量抵抗建筑物的滑动和倾覆 要求地其具有一定强度 故适用于较好的地基 优点 1 耐久性好 抗冻 抗水性能好 2 对地面超载和装卸工艺变化适应性强 3 施工简单 设计 施工经验成熟 4 用钢材少 造价较低 缺点 1 波浪反射严重 泊稳条件差 2 地基要求一定承载力 需较多的砂石料 第二章重力式码头 二 主要组成部分 1 墙身 下部结构 和胸墙 上部结构 构成直立墙面挡住墙后回填料承受外力 传给基础及地基连成整体2 基础将力扩散到较大范围的地基 减小地基应力和沉降保护地基 整平地基3 墙后回填料形成码头地面 减小墙后土压力4 码头设备 三 结构型式 按墙身结构分类方块码头沉箱码头扶壁码头大圆筒码头和格型钢板桩码头按墙身的施工方法分类干地现场浇注 或砌筑 水下安装的预制结构 一 方块码头 1 按断面形式分类 1 阶梯式断面断面底宽大 方块数量多 整体性差 基底应力不均匀 2 衡重式底层方块削角 倒梯形 弯月形 3 卸荷板式墙背土压力减小 基底应力较均匀 断面底宽小 2 按方块形式和材料分类 1 实心方块 砼 块石砼 浆砌石方块 2 空心方块 空心块体形式 有底板时 块重相同情况下 空心方块外形尺寸比实心方块大 抗倾力矩大 无底板时 由于填料只部分参加抗倾 抗倾能力小 3 异形块体 拉维尔式 由 T 字和 I 字形等块体组成 腹板间形成的空腔内不填满块石 方块码头优缺点 优点 耐久性好 基本不需要钢材 施工简单 不需复杂的施工设备 缺点 水下工作量大 结构整体性和抗震性能差 需要石料量大 一般适用于地基较好 当地有大量石料 缺少钢材和冰况严重的情况 二 沉箱码头 1 矩形沉箱制作简单 浮游稳定性好 施工经验成熟 对称式 非对称式 侧壁 后壁 前壁 前趾 后趾 横隔墙 纵隔墙 沉箱的组成 南沙港集装箱码头沉箱结构 开孔矩形沉箱 秦皇岛港煤码头 2 园形 外海引桥墩一般采用 环形箱壁对水流的阻力小 受力情况好 配筋量小 可不设内隔墙 但模板较复杂 沉箱码头优缺点 优点 施工速度快 水下工作量少 结构整体性好 缺点 耐久性不如块体码头 需钢材多 需专门的施工设备和合适的施工条件 三 扶壁码头 由立板 底板和肋板互相整体连接而成的钢筋混凝土结构 立板 挡土并构成码头直立墙壁趾板 增加抗倾稳定性 使基底反力分布均匀内底板 所受外力传至基床尾板 减小基床宽度 基底反力均匀肋板 将立板和底板连成整体并支撑立板和底板 扶壁顶端宜嵌入胸墙10cm 扶壁码头结构图 扶壁码头优 缺点 介于块体结构和沉箱结构两者之间 主要缺点是结构整体性差 四 大直径圆筒码头 结构简单 平面尺寸大 壁薄 一般不作底板和内隔墙 可不做抛石基床 砼与钢材用量少 与圆筒直径无关 造价低 施工速度快 座床式 放在抛石基床上 当地基下不深处有较硬土层而直接放置圆筒其承载力又不足时采用 沉入式 当地基表面以下有较厚的软土层 可以将圆筒穿过软土层插入到下卧持力层 五 格形钢板桩码头 用打入地基中的平板型 直腹式 钢板桩组成大直径的圆圈 相邻圆圈之间两圆弧连接 此圆弧也由打入地基中的平板型钢板桩组成 圆圈和圆弧内用砂 土或石料填充 圆格形 扁格形 广州港新沙圆格形钢板桩码头 盐田港3 5和5万吨级码头剖面图 该种码头型式的主要特点 1 格体及内部填料作为一非刚性结构 格底应力具有良好的重分布特性 地基应力均匀 连续 对地基要求不高 2 格体采用预拼装整体吊运工艺 施工机械工程度高 格体拼装对预拼场地的要求不高 不需占用已有岸线 3 安全度大 抗过载能力强 延性好 六 干地施工码头 适用于内河港口 常用素砼或浆砌石结构 断面形式与方块式重力码头相似 优 缺点 就地取材 不需钢材 不需大型和复杂的施工设备 施工简单 整体性好 造价低 梯形断面 衡重式断面 2 2重力式码头的构造或断面设计 一 基础1 分类对于岩石地基 直接做在岩面上 现场灌注 整平 0 3m 预制安装 岩石顺岸向倾斜时采用阶梯形断面 对于非岩石地基 现场灌筑 采用100 200mm原贫砼垫层 地基承载力足够 采用块石基床 铪板 基桩 地基承载力不足 预制安装 采用抛石基床2 抛石基床设计着重介绍型式 厚度 底宽 抛石基床型式 原地面水深小于码头设计水深时采用 原地面水深大于码头设计水深时采用 原地面水深大于码头设计水深 但地基表层为软土 需挖除 抛石基床厚度 基床起扩散应力的作用时 厚度由计算确定 满足地基允许承载力 且 1m 基床顶面应力不大于地基容许承载 基床只起整平 防止地基土被淘刷的作用 厚度不小于0 5m 基床底宽决定于对地基应力扩散范围的要求基床底宽 建筑物底宽 两倍基床厚度B 2d 抛石基床底宽 二 墙身和胸墙 1 变形缝设置地基不均匀沉降和温度变化 沉降缝和温度缝 一般合二为一 一缝两用 变形缝 缝宽20mm 50mm 间距10m 30m一般在下列位置应设置变形缝 新旧建筑物衔接处码头水深或结构形式改变处地基土质差别较大处基床厚度突变处沉箱接缝处 2 胸墙设计 结构型式现场浇注砼胸墙采用最多浆砌石预制砼块体高程和尺寸胸墙底部高程不得低于施工水位胸墙底宽按计算确定 顶宽一般 0 8m胸墙顶面高程宜预留沉降量 悬臂式 简支式 锚固式 3 卸荷板 4 墙身 1 方块的型式及尺寸要求 2 沉箱箱壁 底板和隔墙的布置及尺寸 3 扶壁立板 肋板 底板尺寸及其整体连接情况 4 圆筒筒壁和防漏土的构造措施 5 格形墙体和上部结构的布置和尺寸 三 墙后回填 1 抛填棱体作用 1 减小主动土压力 2 与倒滤层一起可防细粒土流失 材料 量大 价廉 坚固 质轻 内摩擦角大的当地材料2 倒滤层作用 防止回填土流失分类 碎石倒滤层 土工织物倒滤层 三角形 主要为防止回填土流失设置 抛填材料最少梯形 以减压为目的锯齿形 以减压为目的 用料少 施工程序多 不宜多于两级 抛填棱体断面形式 三角形 锯齿形 梯形 扶壁码头中设置的倒滤井 沉箱码头中可设置倒滤空腔 2 3重力式码头的一般计算 1 三种设计状况及两种极限状态的关系持久状况 使用期 按承载能力和正常使用极限状态设计 短暂状况 施工期 按承载能力极限状态设计 必要时按正常使用极限状态设计 偶然状况 遭受地震作用 仅按承载能力极限状态设计 计算内容 二 重力式码头上的作用 1 建筑物自重力 1 容重宜通过试验确定 无实测资料时 按规范取值 2 对于无粘性材料 砂 石 剩余水位以上采用天然高度 剩余水位以下采用浮重度 3 对于粘性土还应考虑饱和区 饱和区的土采用饱和重度 饱和区以上和以下部分分别采用天然重度和浮重度 2 剩余水压力墙前计算低水位与墙后地下水位的水位差称剩余水头 由此产生剩余水压力 墙后回填抛石棱体或粗于中砂的预制安装结构可不考虑剩余水压力不满足上述条件 潮汐港口剩余水头为1 5 1 3平均潮差 3 土压力 古典土压力理论库仑理论朗肯理论具体公式参考 土力学 特殊情况采用图解法 出坡点M以上和以下分别按两种填料的指标计算土压力 P点的位置由滑动面与铅垂面的夹角近似确定 即 墙后有抛石棱体的土压力计算 出坡点M 卸荷板下土压力图 4 系缆力 船舶荷载 一般只考虑系缆力 抗倾抗滑稳定计算 分布宽度 以45度角向下扩散原则确定 5 地面使用荷载 门机和铁路荷载实际工程中常采用等代均布荷载 30 40kN m2 的方式处理 活载最不利布置 堆载 垂直力和水平力都最大 验算基床和地基的承载力及计算建筑物的沉降和验算整体滑动稳定性 图a 水平力最大 垂直力最小 验算建筑物的滑动和倾覆稳定性 图b 垂直力最大 水平力最小 验算基底面后踵的应力 图c 三 重力式码头的一般计算 一 码头稳定性验算1 抗滑稳定性 沿墙底面 墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定 不考虑波浪作用 且由可变作用产生的土压力为主导可变作用 设计时应根据规范设计表达式涵盖的原则 写出符合本工程实际的验算表达式 2 码头抗倾稳定性验算 对墙底面 墙身各水平缝及齿缝计算面前趾 不考虑波浪作用 且由可变作用产生的土压力为主导可变作用 其他情况下的验算表达式类似抗滑稳定性验算 二 承载力验算1 基床承载力验算 当 时 2 地基承载力验算 三 整体滑动稳定性及地基沉降计算 详见 港口工程地基规范 及 土力学 采用圆弧滑动法 瑞典条分法 毕肖普法等 等地基沉降可采用分层总合法 码头整体滑动破坏示意图 2 4方块 沉箱码头计算 一 方块码头的计算1 卸荷板强度和稳定性计算 悬臂式 1 倾倒稳定性绕A点向后倾 2 强度 裂缝宽度按悬臂板计算以A 为固定点 2 无底板空心方块水平滑动和倾覆稳定性验算填料有一部分直接作用到基床上 而另一部分则通过块体壁传到基床上 腔内填料起抗倾作用的竖向力标准值应按下式计算 抗滑稳定性仍可采用一般计算的公式 但此时墙底与基床之间的摩擦力计算采用综合摩擦系数 其值可取0 65 二 沉箱码头的计算 1 沉箱吃水和干舷高度的验算为了保证沉箱在溜放或漂浮 拖运时水不没顶 沉箱应有足够的干舷高度 2 沉箱浮游稳定性验算 沉箱靠自身浮游稳定时 必须计算其以定倾高度表示的浮游稳定性 定倾高度应按下式计算 3 沉箱外壁的计算 1 计算荷载 1 沉箱吊运下水时可能承受的外力 2 沉箱溜放 漂浮 浮运和沉放时的水压力和波压力 3 对箱格有抽水要求时的水压力 4 使用时期的箱内填料侧压力 波浪力和冰荷载 2 箱壁计算图式 底板以上1 5L 三边固定 一边简支的单孔板1 5L以上区段多于两跨 两端固定连续板等或少于两跨 框架或两端固定单跨板 4 底板的计算 1 计算荷载基床反力 底板自重力 箱格内填料垂直压力 浮托力 2 底板计算图式按四边固定单孔板计算 悬壁部分按悬壁板计算 一 设计条件某工程为一座万吨级的码头 码头面顶高程为5 50m 码头前沿水深为 9 00m 一 设计船型设计船型的船舶资料 长 宽 满载吃水 178 28 8 2m 二 结构安全等级结构安全等级为二级 三 自然条件1 设计水位设计高水位 4 03m设计低水位 0 26m极端高水位 5 13m极端低水位 1 34m施工水位 2 0m 实例计算 2 波浪要素50年一遇 H1 波高值为 设计高水位 H1 1 665m T 6 3s设计低水位 H1 1 365m T 6 3s极端高水位 H1 1 715m T 6 3s 表1地质指标 3 地质资料土层分布及其物理力学指标见表1和表2 表2e p曲线 4 地震基本烈度为6度 四 码头面荷载堆荷荷载 当用于构件计算时 q 40kPa当用于整体计算时 q 30kPa 二 作用的分类及计算 一 结构自重力 永久作用 1 极端高水位情况 自重力 力臂 力矩2 设计高水位情况3 设计低水位情况 二 波浪力 可变作用 三 土压力标准值计算 均布荷载产生的主动土压力分布图 设置卸荷板后产生的主动土压力分布图 四 系缆力标准值计算 三 码头稳定性验算 持久组合一 极端高水位时的永久作用 均载 主导可变 波谷作用 非主导可变 持久组合二 极端高水位时的永久作用 系缆力 主导可变 均载 非主导可变 持久组合三 极端高水位时的永久作用 波谷作用 主导可变 均载 非主导可变 持久组合四 设计高水位时的永久作用 均载 主导可变 波谷作用 非主导可变 持久组合五 设计高水位时的永久作用 系缆力 主导可变 均载 非主导可变 持久组合六 设计高