第二章重力式码头2016327

第二章重力式码头ShanghaiMaritimeUniversity上海海事大学第一节重力式码头的结构形式及其特点第二节重力式码头的一般构造第三节重力式码头的基本计算第四节方块码头第五节沉箱码头第七节大直径圆筒码头优点：–耐久性好，抗冻和抗冰性能好；–可承受较大码头地面荷载和船舶荷载；–对码头地面超载和装卸工艺变化适应性强；–施工比较简单，维修费用少，设计和施工经验比较成熟。缺点（适用条件）：–地基承载力要求高，需要大量的砂石料，适合于砂石料较充裕的地方。重力式码头第一节重力式码头的结构形式及其特点重力式码头的结构形式主要取决于墙身结构。一、方块码头二、沉箱码头三、扶壁码头四、大直径圆筒码头五、格形钢板桩码头按墙身结构的不同，重力式码头分为：一、水下安装的预制结构二、干地现场浇筑（或砌筑）的结构（干地施工的现浇混凝土和浆砌石码头）一、方块结构二、沉箱结构扶壁码头断面三、扶壁结构结构形式：由立板、底板和肋板互相整体连接而成的轻型钢筋混凝土结构。扶壁码头特点：优缺点介于方块码头和沉箱码头之间，我国华南沿海应用较广。四、大直径圆筒结构结构特点：预制的无底大圆筒，薄壁钢筋混凝土结构，内填块石、砂。大直径圆筒码头断面五、格形钢板桩结构结构特点：是由直腹式（直线型）钢板桩组成的格形结构，通过合适的格仓填料（砂）建成自身稳定的重力式墙身。码头组成：格形板桩重力墙身和其上部的胸墙。格体由直腹式钢板桩在施工现场整体拼成后，用打桩设备依次打入地基中。钢板桩的断面形式直腹式钢板桩接口某海军基地格形钢板桩码头工程格形钢板桩结构是采用长达70英尺、锁扣抗拉强度大的直线型钢板桩互锁而成。当格体内填合适填充料时，可变成一个开挖深度达50英尺的稳定重力式墙结构。深圳盐田港一期3.5万~5万吨级格形钢板桩码头——3.5万及5万吨级集装箱泊位，结构形式为格形钢板桩筒体结构。格形钢板桩码头断面六干地浇注的混凝土结构和浆砌石结构结构特点：就地取材，混凝土或浆砌石，无需钢材，施工简单，整体性好，造价低。应用：有干地施工条件的内河港七、其它结构形式重力式码头的施工工序重力式码头的施工工序1)预制墙身构件2)开挖基床3)抛填块石基床4)基床夯实和整平5)安装墙身预制件6)浇注胸墙7)抛填墙后块石棱体、铺设倒滤层8)墙后回填9)安装码头设备及铺设路面第二节重力式码头的一般构造《重力式码头设计与施工规范》JTS167-2-2009《水运工程混凝土结构设计规范》JTS151-2011重力式码头构造一、基础二、墙身与胸墙三、墙后回填一、基础1基础的作用：1)将通过墙身传来的外力扩散到较大范围的地基上，以减小地基应力和建筑物沉降2)保护地基免受波浪和水流淘刷3)整平基面便于墙身的砌筑和安装2基础的处理方式：1）岩石地基——一般不需做基础2）非岩石地基——干地施工的现浇混凝土和浆砌石码头：①设置100-200mm厚的素混凝土垫层－天然地基承载力足够；②块石基床，钢筋混凝土基础板或桩基；－天然地基承载力不够；水下预制安装结构：①抛石基床（最常用）②软土地基：堆载预压、深层水泥搅拌法（CDM）3抛石基床原泥面内肩外肩暗基床：适用于原地形水深小于结构设计水深。原泥面内肩外肩明基床：适用于原地形水深大于结构设计水深，且地基条件较好。原泥面内肩外肩换砂或抛石混合基床：适用于原地形水深大于结构设计水深，且地基条件差。类型：暗基床明基床混合基床抛石基床的设计：1)选择基床形式2)确定基床厚度和肩宽3)确定基槽底宽和边坡坡度4)规定块石重量和质量要求5)确定基床顶面的预留坡度和预留沉降量基床厚度确定：2、按地基承载力要求确定基床的厚度：使基床底面的最大应力小于地基承载力设计值。•B：码头实际受压宽度，m•：抛石的水下重度；•[R]：地基承载力设计值]R[max])R[(2B)4]R[2B(4B]R[2dmaxS2SSSSmind[R]σmaxSσmax应力扩散线《基础工程》P1291、不宜小于0.5m抛石基床基床肩宽规定：–夯实的基床——不小于2m；–不夯实的基床——不小于1m；–外肩大于内肩。基槽的底宽及放坡坡度基槽底宽：–不小于建筑物的底宽加两倍基床厚度。基槽底宽•暗基床：对受土压力作用的码头应力扩散1.5d+0.5d不受土压力作用的码头应力扩散1.0d+1.0d•基槽底宽≥B+2d•注意：基槽回填时注意清淤，清除后再继续施工。dB1.5d0.5d抛石基床应力扩散线受土压力作用的码头d1.0d1.0d抛石基床应力扩散线B不受土压力作用的码头海床基床夯实预压法：用预制好的方块或沉箱安放在抛填完毕的抛石基床上，使基床慢慢密实、固结，然后再将方块或沉箱吊走，再整平基床进行施工。重锤夯实法：用起重船或者抓斗挖泥船吊起重锤进行夯实。（用的最多）爆夯法：在抛填完毕的抛石基床上悬吊小药量炸药，利用水下爆炸的冲击波来密实基床。摆砌法碾压法抛石基床块石的重量和质量重量：–满足在波浪和水流作用下的稳定性；–便于开采、运输和夯实；–10～100kg混合石料，满足一定级配。质量：–不能被夯碎和遇水不软化、不破裂；–饱水抗压强度：夯实基床≥50MPa，不夯实基床≥30MPa；–石料不成片状，未风化，无严重裂纹。抛石基床顶面的预留沉降量及倒坡预留沉降量：–已经夯实的基床——地基沉降（土力学分层总和法）；–不夯实的基床——还有基床压缩量；–基床压缩沉降量的估算公式：倒坡：–墙后主动土压力作用，前趾的基底应力大于后踵，导致不均匀沉降，码头向临水一侧倾斜；–向墙里侧倾斜的预留坡度：1.0%~1.5%。Kad基床压缩沉降量；使用时期建筑物底面最大平均压力；Kda基床厚度；抛石基床压缩系数。石料抛石基床施工基槽挖泥及清淤沉箱内填料抛石基床沉箱安装－箱内填石已安装好的沉箱二、墙身和胸墙二、墙身和胸墙1作用：1)构成船舶系靠所需要的直立墙面2)阻挡墙后回填料坍塌3)承受码头上的荷载，传至下部基础和地基4)胸墙：使墙身连成整体，并用于固定码头设备2构造设计：1)码头临水面的轮廓2)变形缝设置：沉降缝＋伸缩缝－－缝宽、间距等3)墙身构造要求：根据不同类型重力式码头决定4)胸墙结构形式、构造要求5)卸荷板结构形式、构造要求6)码头端部的处理形式7)增强结构耐久性的措施3重力式码头变形缝设置沿码头长度方向设置沉降缝和伸缩缝（通常一缝两用，通称变形缝）；缝宽20-50mm，上下通缝；变形缝用弹性材料填充－沥青、泡沫塑料等；变形缝一般10-30m间距设置一个；在下列位置应设变形缝：1)新旧建筑物衔接处2)码头水深或结构形式改变处3)地基土质差别较大处4)基床厚度突变处5)沉箱接缝处凹凸形变形缝4胸墙构造形式：1)现浇混凝土胸墙：结构牢固、整体性好，应用最广。2)浆砌石胸墙：石料充足，节约模板。3)预制混凝土块体胸墙：减少现场混凝土浇筑量，需保证各预制块之间的整体连接，用的较少。主要参数：1)满足码头设计顶高程的条件下，胸墙高度越高越好2)现浇胸墙底部不应低于施工水位3)胸墙顶宽由构造决定，一般不小于0.8m4)胸墙底宽由抗滑、抗倾稳定性决定5卸荷板位置：设置在胸墙底下材料：钢筋混凝土预制板－预制安装方式形式：–悬臂式：悬臂长1.5～3.0m，厚0.8～1.2m–简支式：地面使用荷载较大时作用：–减小主动土压力–利用其上填土的重量增加抗倾稳定性卸荷板构造用于地面使用荷载较大情况6码头端部的处理处理方式：1.码头端部在顺岸方向做成斜坡；2.设置与码头线垂直的翼墙；各自的适用条件：P29码头端部处理翼墙7结构耐久性混凝土保护层厚度构件所在部位大气区浪溅区水位变动区水下区一般构件板、桩等海水港钢筋混凝土北方5050505030南方5065505030预应力混凝土7590507575淡水港预应力混凝土60506060钢筋混凝土北方404025南方403025三、墙后回填1.墙后回填的方式第一种：抛石棱体＋倒滤层＋回填土（中粗砂）1.墙后回填的方式第二种：墙后直接回填细粒土：沉箱码头、扶壁码头扶壁码头断面开孔沉箱的消浪作用抛填棱体的断面形式2.抛填棱体抛填棱体的作用hKeaa1）防止回填细粒土流失。棱体顶面应高出预制安装的墙身不小于0.3m。2）减少墙后的主动土压力。2452tgKa块石=45砂土=303.倒滤层位置：抛填棱体的顶面和坡面、胸墙变形缝处、卸荷板顶面接缝处。种类：1.碎石倒滤层2.土工织物倒滤层安装缝处设置倒滤空腔和倒滤井4.回填土土源丰富，运距近，取填方便；回填后易于密实，沉降量小，有足够的承载力；产生的土压力小。第三节重力式码头的基本计算《重力式码头设计与施工规范》JTS167-2-2009《港口工程地基规范》JTS147-1-2010一、设计状态和计算内容结构使用期——持久状况设计条件：在结构使用期按承载能力极限状态（承载力和稳定性要求）和正常使用极限状态（变形和沉降要求），分别进行设计。施工期或使用初期——短暂状况设计条件：施工期或使用初期可能临时承受某种特殊荷载时按承载能力极限状态设计（承载力和稳定性要求），必要时也需按正常使用极限状态设计（变形和沉降要求）。偶然荷载作用下——偶然状况设计条件：仅按承载能力极限状态设计（承载力和稳定性要求）二、重力式码头上的作用永久作用：建筑物自重力、固定机械设备自重力、墙后填料产生的土压力、剩余水压力。可变作用：堆货荷载、流动机械荷载、码头面可变作用产生的土压力、船舶荷载、施工荷载、冰荷载、波浪力。偶然作用：地震作用。1.建筑物构件材料与填料重度2.剩余水压力2.剩余水压力剩余水压力：–墙前计算低水位与墙后地下水位的水位差称为剩余水头；–与墙前水位的变化、码头排水条件和墙后填料的透水性能等有关；（1）当墙后填料为抛石棱体或粗于中砂时，可不考虑剩余水压力；（2）当墙后回填中砂或比中砂更细的填料（包括粘性土）时：受潮汐影响的海港：剩余水头标准值＝1/5～1/3平均潮差河口港：由墙前、墙后具体水位落差情况确定3.土压力－主要计算荷载1）码头墙后的主动土压力（1）无粘性土填料第n层填料永久作用土压力合力的水平分力标准值：nannnnniiiHnKhhhEcos)2(5.011第n层填料可变作用土压力合力的水平分力标准值：nnanqqHnhKqKEcos222coscossinsin1coscoscosanK库伦主动土压力系数：码头墙后的主动土压力（2）粘性土填料地面倾斜、墙背倾斜情况：①库伦图解法②等代内摩擦角法把粘性土的c、－折合成等代内摩擦角d－无粘性土库伦主动土压力公式对于一般粘性土：地下水位以上：d=30~35地下水位以下：d=25~30关于d的其他计算公式还有：码头墙后的主动土压力（2）粘性土填料地面水平、墙背直立情况：朗肯理论aaaHKchKe2aaqHqKe永久作用：可变作用：2452tgKa朗肯主动土压力系数：3.土压力－主要计算荷载2）码头墙前的被动土压力地面水平情况：朗肯被动土压力公式aPHPpPWVP抛石基床3.土压力－主要计算荷载2）码头墙前的被动土压力地面水平情况：朗肯被动土压力公式两种特殊情况：1）墙后为减压棱体：2）有卸荷板情况：Hhh2211Hhh2211：砂土内摩擦角，111245：块石内摩擦角，2222454.系缆力沿码头线方向的分布主要需考虑系缆力垂直于码头线的水平分力Nx系缆力沿码头线方向的分布长度：一、船舶系缆力1风和流产生的系缆力系缆力Nx沿码头线方向的分布长度：5.地面使用荷载：堆货、门机、铁路等代均布荷载：30～40kPa堆货荷载为随机活荷载，应根据不同的计算项目，按最不利情况进行布置。三、重力式码头的基本计算（一）码头的稳定性验算抗