高桩码头

第五章高桩码头•高桩码头的结构型式及其特点•板桩码头的构造•高桩码头的结构布置•高桩码头的计算Ⅰ、高桩码头的结构型式及其特点工作原理优点缺点适用条件一、高桩码头的结构特点二、高桩码头的主要组成部分及其作用1、上部结构码头地面，将桩基连成整体，并把荷载通过桩基传给地基，安设各种码头设备。2、桩基：支承上部结构，并把作用在上部结构上的荷载传给地基，同时也起到稳固地基的作用，有利于岸坡稳定。3、挡土结构：为了减小码头的宽度和与岸坡的衔接的距离，而设置挡土结构，以构成地面，有前板桩墙，后板桩墙和重力式挡墙。4、岸坡：要求有足够的稳定性，对波浪、水流大的地方和地质差的情况，需要进行护坡处理，以免受冲刷。5、码头设备：便于船舶系靠和装卸作业。三、高桩码头的结构型式1、按桩材料及型式分⑴木桩：目前已不使用；⑵钢筋砼方桩：打桩过程中易开裂，一般用于中小码头；⑶预应力钢筋砼桩：克服打桩应力而发展起来的；⑷钢管桩：适应水位差较大，且缩短工期，但造价较高。⑸大直径管柱桩：为降低工程造价而采用（与钢管桩相比），由于大直径管柱桩轴向和侧向承载能力都较高，可省去叉桩，并加大排架间距，而使码头向粗桩、大跨度方向发展。⑹钻孔灌注桩：在内河大水位差码头中多采用。2、按平面布置⑴连片式：码头平台连成一片。①满堂式：码头全长与岸相连接的形式；②引桥式：码头平台通过引桥与岸相连接的形式。⑵墩式：码头前沿仅设置靠船墩、系船墩和工作平台，各墩之间通过人行引桥连接，工作平台则通过引桥与岸连接。适用于采用固定式装卸设备较小液体或散货装卸的码头。满堂式引桥式墩式3、按桩台宽度和挡土结构分类窄桩台：设有较高的挡土结构；宽桩台：设有较矮或无挡土结构。⑴窄桩台高桩码头根据挡土结构的设置：①挡土结构与码头连成整体：前板桩高桩码头，后板桩高桩码头。我国较少采用。②挡土结构与码头分开设置，各自独立工作：桩台不承受土压力，我国多采用，特别适用于旧码头的改造。适用范围：地基较好，土方回填量较少或回填料较便宜的地区。⑵宽桩台宽桩台高桩码头，不设挡土墙或设较矮的挡土墙。宽桩台高桩码头可分成以下几种：①栈桥式：用通长的纵向变形缝将桩台分成前方、后方桩台。前方桩台：主要承受船舶荷载、门机、铁路、流动起重运输机械及堆货等，受力情况复杂，一般需设置叉桩或半叉桩，并要求有良好的整体性。（连续结构）后方桩台：主要起与岸坡连接的作用，只承受垂直荷载，故不需设叉桩，且对上部结构的整体性要求不高，可采用简支梁板结构。备注：⑴宽桩台与窄桩台的选择应通过技术经济比较确定；⑵当码头前沿线距离岸不太远时，还是建满堂式为宜，虽然投资较多，但使用方便。⑶宽桩台码头的宽度与岸坡地质条件、地基加固方式和所采用的接岸结构形式等有关，为避免码头过宽对结构带来不利影响，宽桩台可划分为前方桩台和后方桩台。3、按上部结构型式分类⑴梁板式：梁板式码头上部结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成。①优点受力明确；排架间距可加大，以充分发挥桩的承载能力；可采用预应力构件，预制装配化程度高，施工速度快；上部结构较厚，靠船构件悬臂短，受力条件好。②缺点构件类型和数量多，施工麻烦；上部结构底部轮廓形状复杂，死角多，水气不易排除，构件中钢筋易锈蚀。③适用条件一般适用于有较大集中荷载、水位差不大（5m作用）的情况；但若设置双层系靠船时，可适用于水位差5～8m的港口；当在码头前沿设置多层系靠船结构，或单独设置浮式系靠船设施时，可适用于水位差10～17m的港口。⑵桁架式：上部结构由面板、纵梁、桁架和水平连杆组成。①优点上部结构高度大，便于分层系缆；桁架横向刚度大，整体性好；桩的自由长度减小，桩的承载能力增大。②缺点造价高；施工水位低，工期紧；框架与其它构件的连接节点多，构造复杂，施工麻烦；框架处于水位变动区，易受到船舶撞击而破坏，维修困难；预制框架受起重能力限制，应考虑施工条件。③适用条件适用于水位差较大（10m左右），需分层系缆的河港码头。但由于其缺点较多，且分层系缆还可以用其它结构型式解决，因此在水位差不大的海岸港、河口港中已逐渐被梁板式码头所代替。⑶无梁板式：上部结构由面板、桩帽和靠船组成。①优点构简单，构件少，造价低；桩帽施工水位高。②缺点板为点支承，受力不明确（计算方法较特殊，且作了过多的简化，但采用有限元计算，则较精确）；板为双向受力，采用双向预应力较困难；桩的自由长度长，桩的承载能力低；面板位置高，靠船构件悬臂长，耐久性差。③适用条件适用于水位差不大，无较大集中荷载或集中荷载较小的中小码头。⑷承台式：上部结构由承台、胸墙和靠船构件组成。①优点结构刚度大，整体性好；对打桩偏位要求不高。②缺点自重大，现浇工作量大；桩台窄，桩多而密，施工麻烦，施工水位低，工期紧。③适用条件良好持力层不太深，且能打支承桩的地基。一、桩㈠、桩的分类1、钢筋砼桩有非预应力和预应力两种。前者在吊运和打桩过程中，桩身会出现裂缝，影响其耐久性。后者抗弯能力较强，能有效解决裂桩问题，给采用长桩和重锤打桩创造了有利条件，且并可节约钢材。因此，有条件时应尽量采用预应力钢筋砼桩2、预应力钢筋混凝土管桩有先张法和后张法两种，都是在专门工作制造。一般做成空心，故称为管桩。它的优点是：强度高、混凝土密度大、吸水率小；耐腐蚀、耐锤击；承载力大；与钢桩比，耐久性好，使用寿命长；不需要经常维修；用钢良为钢管桩的1/8～1/6；成本为钢桩的1/3～1/2。但管桩的制造工艺复杂。Ⅱ、高桩码头的构造⑴断面形状：方桩和圆桩⑵基本构造A、方桩：①尺寸长度：取决于地基条件，单桩承载力和施工条件。3、钢（管）桩强度高，抗弯能力大，能承受较大的水平力，弹性好，能吸收较大的变形能，可减少船舶对码头的撞击力，制造和施工方便，施工速度快。但钢材用量大，造价高（约为钢筋混凝土桩的2～3倍），且易锈蚀，耐久性差。目前主要用于外海码头。㈡、桩的构造1、钢筋砼桩②分段构造（三段）桩头：4b范围内作成实心，箍筋要加密，另加3～5层钢筋网片，主筋外伸20～30d，作为锚固长度。桩尖：1～1.5b作成桩尖（尖楔形），桩尖后3b范围内箍筋要加密，@5～10cm。桩身：作成空心，箍筋间距：预应力桩，@40～50cm；非预应力桩，@20～30cm。配筋：桩的受力钢筋数量应根据强度和抗裂计算确定，40×40cm的桩一般设4根，40×40cm以上一般设8根。方桩主筋直径d≥14mm，圆桩主筋直径≥12mm.③材料：预应力钢筋砼桩≮C40，非预应力钢筋砼桩≮C30。断面：非预应力：40×40cm～60×60cm，一般45×45cm以上作成空心，采用冲气胶囊作内模，空心壁厚≮10cm，最小壁厚由钢筋的内外保护层厚度决定，并考虑冲气胶囊的上浮影响。2、预应力钢筋砼管柱预应力先张法：外径较小，30cm～80cm；段长6m～15m，壁厚6cm～15cm。根据需要用法兰盘连接。预应力后张法：外径100cm～140cm，段长4m，壁厚13cm～15cm，又称雷蒙德桩，在离心振动成型机上制造而成。管节的抗压强度：65～75Mpa；抗拉强度：5.0～5.5Mpa；密度大，吸水率大（3.5%），弹性模量3.8×104Mpa。连接在桩台上进行，工序：用粘结剂粘结管节；用自动穿丝机将高强钢丝束穿入预留孔；两端同时张拉，施加预应力；张拉完毕，注浆处理。3、钻孔灌注桩直径多为60~120cm，桥梁上已达到3.5米。由于水下灌注砼质量不易保证，因此，多数只在近岸部分或少数码头后方平台部分采用。注意：钢筋笼下到嵌固点以下1~1.5m或入土深度的1/3处即可；孔周须采用泥浆护壁，防止塌孔。问题：钻孔灌注桩质量如何检测，有断桩或夹泥如何处理？㈡、钢管桩抗弯能力大，强度高，但易锈蚀，用钢量大，造价高。一般用于受风浪、水流、冰棱或船舶作用力较大的外海开敞式码头。尺寸：外径：500~1200mm，壁厚10～18mm。型式：开口式：打入容易，但桩的承载力低；全封闭：承载力高，但打入困难；半封闭：打入容易，到位后桩尖形成土塞，承载能力也较高。㈢、桩帽1、作用连接上部结构与桩基成整体；调整打桩偏位和桩顶标高。2、平面形式方形和圆形3、构造：基本要求：取决于基桩的布置形式（单桩或双桩），桩的断面尺寸和打桩偏位，还应满足在它上面的预制构件的搁置长度和接头宽度的要求。平面尺寸：取其顶面和底面尺寸的较大值。顶面尺寸：按预制梁的宽度、梁或板的搁置长度以及预制构件的安装允许偏差确定。底面尺寸：直桩桩帽应考虑桩径、打桩允许偏差和外包最小宽度等因素；叉桩桩帽尚应考虑斜桩与垂线的夹角和斜桩水平扭角，以及两斜桩轴线在桩帽底面交点的距离等因素。打桩允许偏位：直桩桩帽或叉桩桩帽可只考虑一个打桩允许偏位值（按《港口工程桩基规范》确定）。桩帽外包最小宽度：截面≤600mm的方桩可取150mm；预应力混凝土管桩，当桩与桩帽铰接时可取0.25倍桩径，当桩与桩帽为嵌固连接时可取0.4倍桩径。单桩：100×100cm～110×110cm；叉桩：180×110cm～200×110cm；高度（厚度）：应由计算确定，同时应考虑桩伸入桩帽的长度。，以及桩顶钢筋或预应力混凝土管桩桩芯钢筋锚固长度的要求。一般桩帽高度不宜小于0.5倍桩帽宽度，且不得小于600mm。3、桩与桩帽的连接①预应力砼方桩：桩顶嵌入桩帽5~10cm，桩顶钢筋外伸20～30d，作为锚固长度。②管柱与桩帽的连接：桩芯钢筋笼，桩芯砼。③钢管桩与桩帽的连接：钢管桩直接伸入桩帽，l≥d；在钢管桩顶焊接锚固铁件，伸入桩帽长度l≥d，且钢管桩嵌入桩帽≥10cm。4、桩帽与横梁的连接一般有两种形式，现浇横梁和预制横梁。二、横梁与纵梁㈠、横梁高桩码头的主要受力构件，作用在码头上的几乎所有荷载都要通过它传给桩基。1、支承要求前方平台：作成连续梁（受力复杂，整体性要求高）后方平台：可采用简支梁（受力简单，整体性要求不高）2、断面型式一般有四种①矩形：用于纵梁和横梁的底面在同一高程，且高度相差不大；②倒T型：用于纵梁和横梁底标高不一致，纵梁放在横梁上；③花篮形：纵、横梁底标高一致，高度相差不大，但面板（空心板）放在横梁上；④倒梯形：用于无纵梁，面板直接放在横梁上，用在后方平台。3、断面尺寸①梁高有计算确定，对预制梁，除了考虑预制能力外，还要考虑起重能力，以及纵梁的高度，一般取1.2～2.0m，最高达3米。因横梁的断面和重量都较大，为减轻预制件重量，提高预应力效果以及考虑纵梁的接缝，一般采用叠合梁，即将横梁分为上下两部分。下部为预制，一般采用预应力结构，其高度根据起重机能力、预制场可制造高度和纵梁高度（对于倒T形断面）或面板厚度（对于花篮形断面）来确定。上部分采用现浇。②宽度由切力计算确定，还要考虑纵梁或面板的搁置宽度、接缝宽度，一般40～80cm，但不宜小于30cm。㈡、纵梁1、设置及支撑要求①凡是有门机，有火车，则应设置纵梁，板梁设置系统也应考虑纵梁。②根据荷载大小，布置情况，纵梁可采用预制安装的连续梁、迭合式连续梁。简支梁少用。2、型式工字型、矩形、花篮型（此三者常用于轨道梁），半花篮形（边梁），π形（梁板合一），3、尺寸高度：根据受力计算确定，并考虑起重能力，一般90～120cm；宽度：根据切力计算确定，并考虑板的搁置宽度及接缝宽度，一般30～50cm。4、纵、横梁的连接构造预制安装的连续纵梁，必须使其在支座处与横梁或桩帽进行整体连接。三、面板与面层㈠、面板的分类及构造1、实心板(按施工方法分)①现浇实心板：整体性好，但现浇工作量大，只能作非预应力的，抗弯、抗裂能力小，模板用量大，施工速度慢，常用于无预制能力，无起重设备的情况。②预制板：在现场拼装，若要按装配式整体板计算内力，应注意横向拼缝的可靠性，纵向接缝按连续板。③迭合板：部分预制，部分现浇，用于板厚较大时。优点是下部预制成预应力，上部现浇，与梁整体连接，整体性好，同时下部可兼作模板。但现浇工作量也较大。预制装配实心板叠合板2、空心板⑴优点：重量轻，跨度大，抗弯、抗裂能力大，可取代纵梁；⑵缺点：制作复杂，不能承受较大集中荷载，只能作单向板。⑶型式：圆形，D形，近似矩形，腰圆形等，其中圆形孔受力较好，无应