2-1 重力式码头的组成及构造

第二章重力式码头重力式码头是我国分布较广、使用较多的一种码头结构型式。

其结构坚固耐久，抗冻和抗冰性能好；能承受较大的地面荷载和船舶荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性较强；施工比较简单，维修费用少，是港务部门和施工单位比较欢迎的码头结构型式。

2-1 重力式码头的组成及构造第一重力式码头的组成重力式码头建筑物一般有胸墙、墙身、基础、墙后回填土和码头设备等组成如下图。

1、基础基础的主要功能是将墙身传下来的外力分布到地基的较大范围，以减小地基应力和建筑物的沉降；同时也保护地基免受波浪和水流的淘刷，保证墙身的稳定。

当墙身采用预制安装结构时，通常采用抛石基床做基础。

基础是重力式码头非常重要的部分，基础处理的好坏是重力式码头成败的关键。

2、墙身和胸墙墙身和胸墙是重力式码头建筑物的主体结构。

它构成船舶系靠所需要的直立墙面；挡住墙后的回填料；承受施加在码头上的各种外力，并将这些作用力传递到基础和地基。

胸墙还起着将墙身构件连成整体的作用，并用以固定缓冲设备、系网环和爬梯。

有时在胸墙中设置工艺管沟，在顶部安设移动起重机轨道。

通常系船柱块体也与胸墙连在一起。

3、墙后回填土在岸壁式码头中，墙体后要回填砂、土，以形成码头地面。

为了减小墙后土压力，有些重力式码头在紧靠墙背的一部分，采用粒径和内摩擦角较大的材料回填，如块石，作为减压棱体。

为了防止棱体后的回填土从棱体缝隙中流失，需要在棱体的顶面和坡面上设置倒滤层。

4、码头设备在码头前面安设靠船设备和系船柱，用以减少船舶对码头的冲撞力和系挂停靠的船舶。

第二重力式码头的构造码头建筑物除要求在各种荷载作用下有足够的强度与稳定性外，尚应满足使用上的要求，要坚固耐久并且便于施工。

在工程设计中，首先要根据对建筑物的使用上要求和当地的水文、气象、地质和建筑材料等条件以及施工经验拟定各种构造措施，即构造方案设计，然后进行必要的强度和稳定性验算。

一、基础1、基础的形式重力式码头的基础根据地基情况、施工条件和结构型式采用不同的处理方式。

1）岩石地基岩石地基承载力大，一般不需另做基础。

对于现场灌筑混凝土和浆砌石结构，可直接做在岩面上。

当岩面向水域倾斜较陡时，为减小滑动的可能性，墙身砌体下的岩基面宜做成阶梯形断面。

为使墙底前趾应力不致过分集中，阶梯形断面最低一层台阶宽度不宜小于1m（图2-2-1）对于预制安装结构，为使预制件安装平稳，开凿后凹凸不平的岩面需要整平，即将不平的大小坑用块石填平，然后应以二片石-15CM）和碎石整平岩面，其厚度不小于0.3m。

2）非岩石地基非岩石地基一般都需做基础。

（1）当采用干地施工的现场灌筑混凝土和浆砌石结构时，分两种情况处理：①地基承载力足够时亦可不做基础，直接在整平夯实或压实的地面上砌筑或浇筑墙身，为保证墙身的施工质量，可设置100-200mm厚的贫混凝土垫层，以保证墙身的施工质量，垫层的埋置深度不宜小于0.5m，且应在冲刷线以下（防止疏浚超挖）；②地基承载力不足时应设置基础，采用块石基床、钢筋混凝土基础板或基桩等。

（2）当采用水下施工的预制安装结构时，应设置抛石基床。

（3）当地基为软土时，可采用桩基础。

在软土地区，也采用过加载预压加固淤泥质软基的工艺（图2-1-3）和深层水泥拌合（简称CDM）（图2-1-8）加固软基，并建成了重力式码头。

2、基础的埋深考虑港池维护挖泥时出现超深，基础埋深不宜小于0.5m。

当码头前水底有冲刷可能时，基础埋深应大于冲刷深度或采取护底措施。

3、抛石基床设计抛石基床是重力式码头中广泛应用的一种基础型式，抛石基床设计包括：选择基床型式；确定基床厚度及肩宽；确定基槽的底宽和边坡坡度；规定块石的重量和质量要求；确定基床顶面的预留坡度和预留沉降量等。

抛石基床设计包括：选择基床形式；确定基床厚度及肩宽；确定基槽的底宽和边坡坡度；规定块石的重量和质量要求；确定基床顶面的预留坡度和预留沉降量等。

1）基床型式有暗基床、明基床和混合基床二种（图2-2-2）。

①暗基床：适用于原地面水深小于码头设计水深的情况。

②明基床：适用于原地面水深大于码头水深且地基较好的情况。

但当海流流速较大时应避免采用明基床，或在基床上设防护措施。

③混合基床：适用于原地形水深大于码头设计水深且地基较差的情况，此时需将地基表层的软土全部挖除填以块石，软土层很厚时可部分挖除换砂。

当软土层很厚（大于2-3m）时，可部分挖除换砂，然后在换砂层上做抛石基床。

换砂层的功用是使其下面的软土加速排水固结，以提高地基的承载力。

换砂层厚度一般不小于l.0m。

对于地震地区，采用换砂层时，应考虑砂土液化问题2）基床厚度基床厚度通常是根据地基承载力的设计值由计算确定。

基床顶面应力大于地基容许承载力时，抛石基床起扩散应力的作用，基床厚度由计算确定，并不宜小于lm，以保证能抛2层块石。

当基床顶面应力不大于地基承载力时，其厚度也不小于0.5m，基床只起整平基面和防止地基被淘刷的作用。

当基槽抛石较厚时，计算确定的基床底面以下的抛石体可按地基换填处理。

3）基槽底宽及边坡坡度（1）基槽底宽基槽底宽决定于对地基应力扩散范围的要求，不宜小于码头墙底宽度加两倍的基床厚度（图2-2-3）。

基槽底边线与墙前趾和后踵的距离应符合图2-2-3的规定。

①受土压力作用的码头对于墙后有填土的码头建筑物，即受土压力作用的码头，作用在建筑物上的合力一般与垂直面成10-20度角，合力作用点靠前，前趾的应力比后趾应力大。

此时，基槽前底底边线距墙前趾和后踵的距离分别不宜小于1.5d和0.5d(d 为基床厚度）。

②不受土压力作用的码头对于不受土压力作用的码头，，水平荷载（波浪力、船舶荷载等）一般均是瞬时交替的，对地基承载力的影响较小，此时，基槽底边线距墙前、后趾的距离可以相同，且不宜小于1.0d。

（2）边坡坡度基槽边坡坡度一般根据土质由经验确定。

基槽距岸较近需要开挖岸坡时，其坡度应按施工时的岸坡稳定性由计算确定。

4）基床肩宽为保证基床的稳定性，基床肩部（特别是暴露在外面的外肩）应有一定的宽度。

①对于夯实基床，还应考虑打夯范围的要求和防止打夯时发生溜肩，此时基床肩宽不宜小于2m；②对于不夯实基床，基床肩宽不应小于1m。

③当码头前的底流速较大，地基土有被冲刷危险时，应加大基床外肩宽度，放缓边坡，增大埋置深度或采用其他护底措施，以防止基床块石滚动和地基土被淘刷。

5）基床夯实为保证抛石基床起到基础的功用和减小建筑物的沉降，基床应该密实。

密实基床的方法主要有预压法、重锤夯实法和爆炸震实（爆夯）法。

①预压法：是用预制好的方块或沉箱安放在抛填完毕的抛石基床上，一般压上3-6个月，待基床密实后，吊起方块或浮起沉箱，在整平基床后再重新正式安放。

②重锤夯实法：是用起重船或抓斗挖泥船吊起重锤进行排夯。

我国水下施工的抛石基床一般进行重锤夯实。

重锤夯实的作用是：①破坏块石棱角，使块石互相挤紧；②使与地基接触的一层块石嵌进地基土内。

当地基为松散砂基或采用换砂处理时，对于夯实的抛石基床底层设置约0.3m厚的二片石垫层，以防基床块石打夯震动时陷入砂层内。

③爆夯法爆夯法是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。

采用此法密实基床时，应对基床的分层厚度、药包悬吊高度及重量、布药方式、爆夯遍数等参数经设计和试验确定。

对于中小码头，基床是否作夯实处理，可根据地基情况、基床厚度、使用要求和施工条件酌定。

例如，根据施工经验，在10m、基床厚度小于1.5m 和地基为岩基或砂基情况下，当施工条件困难时，抛石基床也可不夯实，而事先预留抛石基床的沉降量。

6）对抛石基床块石质量和品质的要求基床块石的质量既要满足在波浪水流作用下的稳定性，又要考虑便于开采、运输和施工，一般采用10-100kg的混合石料（对于不大于1m的薄基床采用较小的块石）。

石料品质应保证遇水不软化、不破裂，不被夯碎，具体要求为：①在水中饱和状态下的抗压强度，对于夯实基床不低50MPa，对于不夯实基床不低于30Mpa；②未风化，不成片状,无严重裂纹。

我国各地采用的花岗石和石灰石，凡是不风化的，其强度一般都能满足要求。

采用砂岩和泥质岩时，应慎重。

7）抛石基床的预留沉降量及倒坡为了保证建筑物在允许沉降范围内正常工作，基床顶面应预留沉降量和倒坡（即向墙里倾斜）。

（1）预留沉降量对于夯实基床，夯后基床本身已相当密实，基床顶面的沉降主要是由地基沉降引起的，设计时只按地基沉降量预留，对于不夯实基床，除预留地基沉降量外，还需预留由于基床压缩产生的沉降量。

基床压缩沉降量∆按下式估算：d k σα=∆ 2-2-1（2）倒坡考虑到重力式码头在土压力作用下，墙底前趾应力大，后踵应力小，其前趾的地基应力大于后踵的地基应力，基床会发生横向不均匀沉降，不均匀沉降使码头向临水一侧倾斜。

为避免出现这种情况，基床顶面可预留向墙体里侧倾斜的倒坡。

施工时在基床顶面预留的向墙里倾斜的坡度应根据地基土性质、基床厚度、基底应力分布、墙身结构型式、荷载和施工方法等因素确定，一般采用0-1.5%。

对岩石地基，在基床不厚的情况下，可不留倒坡。

带卸荷板的码头建筑物和衡重式码头建筑物，由于前趾应力和后踵应力相差较小，也可不留倒坡。

二．胸墙和墙身胸墙和墙身是重力式码头的主体结构。

它构成船舶系靠所需要的直立墙面；挡住墙后回填料，承受作用在码头上各种荷载，并将这些荷载传递给基础和地基中；胸墙还起着将墙身构件连成整体的作用，并用以固定缓冲设备、系船设施和爬梯等。

有时在其中设置工艺管沟和在顶部安设移动起重机轨道；另外通常系船柱块体也与胸墙连在一起。

1．码头临水面码头临水面一般为铅垂面。

但为了增加码头建筑物的抗倾稳定性，通常在墙底设置前趾。

为防止船底碰撞码头前趾，码头结构底部突出部分与船壳舭龙骨之间的最小净距不应小于0.3m(图2-1-5)。

图2-1-5 舭龙骨示意(单位：mm)2．变形缝设置为适应地基的不均匀沉降和温度的变化，重力式码头必须沿长度设置沉降缝和伸缩缝，一般是两缝合一，通称变形缝。

缝宽20-50mm，做成上下通缝，即胸墙与墙身的变形缝设在同一个垂面内。

现场浇筑混凝土和浆砌石部位的变形缝宜用弹性材料(沥青砂板、沥青木板等)填充。

当墙身构件单块长度较大时，例如大型沉箱等，在混凝土胸墙宜增设变形缝，有利于提高胸墙刚度，减少开裂，分段长度不宜大于15m。

变形缝填充料不能作为防漏砂措施。

变形缝间距根据气温情况、结构型式、地基条件和基床厚度确定，一般采用10～30m。

在下列位置应设置变形缝：①新旧建筑物衔接处；②码头水深或结构型式改变处；③地基土质差别较大处；④基床厚度突变处；⑤沉箱或圆筒接缝处。

3．胸墙胸墙是将墙身预制构件连成整体的构件，直接受船舶的撞击，并处在水位变动区，外界影响因素多，受力情况复杂。