港口工程学

《港口工程学》精品课程教案课程代码：8800340任课班级：港航2001-1,2,3内容：第四章板桩码头制作：周世良讲师/博士发布：河海学院《港口工程学》精品课程建设小组时间：2003年3月20日第三章板桩码头§3-1、板桩码头的结构型式及其特点一、板桩码头的结构特点1、工作原理依靠板桩入土段的土抗力及其上端的锚碇系统维持结构稳定。

2、特点：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。

优点：板桩数量少，施工速度快，抗弯能力强缺点：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。

优点：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。

缺点：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⑴矩形特点：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≮25#，预应力钢筋砼板桩≮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≮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，≮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≤3:1，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。

三、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（>10m），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。