第十一章 格形钢板桩码头培训资料

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1、格形钢板桩码头,概述 构造设计 荷载与破坏形式 设计计算 施工工艺,第一节 概述,一、格形钢板桩码头的概念 由平板形钢板桩打成封闭的格形，内部填充砂石料构成。自重及荷载通过钢板桩、填料及持力基桩传入下层基础，结构依靠格体及填料性能抵抗自身变形，维持构造形状，依靠自重及格前土压力避免倾覆、滑移，保持整体稳定。,第一节 概述,二、格形钢板桩码头的构造组成 1.钢板桩格体 2.格内填料 3.导梁 4.剪力构件 5.持力桩基 6.上部结构(胸墙、管沟等) 7.置换基础 8.其它(减压棱体、倒滤层、后方填土等),第一节 概述,三、格形钢板桩码头的结构特性 1.对荷载的适应性 结构对垂直荷载的承受能力强、

2、对水平荷载的承受能力差。 2.对地基的适应性 硬层层面浅时，宜采用重力式结构；硬层层面深时，宜采用桩基结构。当介于 两者之间或地基土质变化较大时，采用格形钢板桩结构。 3.结构特性 属于延性结构，码头由变形作为设计控制条件。 4.材料受力特性 钢板桩以横向受力为主、格内填料以受压为主。钢板桩及锁口拉应力较大，对 桩的机械性能要求较高，板桩材料需进口。 5.施工特性,第一节 概述,四、格形钢板桩码头的建设技术概况 1.概况 格形钢板桩码头结构简单，但设计技术比较复杂，目前格形码头的设计理论还 不成熟，研究及应用比较好的国家有日本、德国、法国及美国等，国内研究起 步较晚，基本上是套用国外的设计资料

3、，深圳盐田深水码头采用了这种结构。 2.设计流程 构造布置、抗剪切变形计算、板桩入土深度计算、结构稳定计算、地基承载力 计算、地基变形计算、整体稳定性计算、格体钢板桩布置、格体胀裂稳定性计 算、附属设施计算。 3.施工工艺流程 预制件制作、拼装平台建造及导向围囹架和吊具制作、基础处理、钢板桩格体 拼装吊运安放、钢板桩沉桩、格内清淤回填及振实、后方回填、持力基桩沉 桩、附属设施施工、上部结构施工。,第二节 构造设计,当码头胸墙或桩端导梁需现浇时，应考虑施工水位。 4.格体排水理论 在钢板桩壁上设置排水孔。排水孔的 位置、数量、孔径视水位差及填料的 渗透性确定。一般排水孔宜布设在低 水位以下，孔径

4、46厘米，竖向孔距 12米，横向孔距24米。应设导滤层。 5.钢板桩防腐 二、散体填料 格内填料：宜采用中砂、中粗砂、小于50公斤的块石；格后填料：以内摩擦角 大、价格便宜为宜；基础填料：宜采用中砂，厚度25米。,第二节 构造设计,三、上部结构 格形码头的上部结构与常规重力式码头的上部结构相同。 1.上部结构与下部结构的衔接方式 2.结构构造 1)平面布置 直线型:上部结构外沿线齐 平，包络了格体的外沿线。 曲线型:上部结构顺应格体外 壁的走势,采用折线或弧线形。 2)结构型式 优先采用叠合式结构,其次采用现浇混凝土结构.,第二节 构造设计,四、持力基桩 1.基桩结构 采用抗弯剪能力好的桩，如

5、预应力混凝土桩。 2.桩位布置 由上部结构的受力与强度要求确定，且应考 虑群桩效应，间距宜采用36米，部分基桩 可布置于格体外侧。 3.桩尖标高 由承载力确定，基桩桩尖与格体板桩桩尖宜有一定高差（为什么？）。 五、其它构件 1.导梁：沿钢板桩格壁连续布满的圈梁，增加整体稳定性。,第二节 构造设计,2.剪力构件 可采用钢板、钢筋混凝土、钢筋网、土工布等结构，以增强格体抗剪强 度。 3.轨道基础 前方轨道基础与胸墙合并，当后方轨道荷载较大时在轨道基础下设持力 基桩，前后轨道基础间设置联系构件（拉杆）。,第三节 荷载与破坏形式,一、荷载的类型与组合 1.荷载的类型 自重、码头面活荷载、船舶荷载、土压

6、力、水压力、地震力、冰荷载、施工荷 载等。 2.荷载组合 格形钢板桩码头的荷载组合原则与常规重力式码头一致，详见规范。 二、几种特殊荷载的计算 1.土压力 近似计算：将格形钢板桩曲面假想成直平面，计算土压力，此时需将土与墙面 的摩擦角增大：由/3/2放大至/22/3。（原因） 2.波浪压力,第三节 荷载与破坏形式,由于格体壁面不平，目前波浪力计算理论还不成熟，通常由模型试验确定。 3.剩余水压力 格形钢板桩码头剩余水压力的选用原则： 1)对于以潮汐为水位差的海港码头和河口 感潮段码头,格墙不设排水设施,格体两 侧的剩余水头取2/31倍平均潮差,设排水 设施,取01/3倍平均潮差,填料渗水性能好

7、 ,排水效果好的取小值. 2)对于无潮汐水域的码头,按渗流计算确定. 3)格内的水头可近似取用格体两侧水头的 平均值。 三、格形钢板桩码头的破坏模式,第四节 设计计算,一、格体抗剪切变形计算 1.计算简化 1）格体平面形状的简化 2）计算底面的简化 2.计算模式及公式 1）北岛昭一法 极限剪切破坏面 公式(见参考文献2),第四节 设计计算,2)柯敏斯法 极限剪切破坏面 公式(见参考文献2) 3)舒纳伯利法 极限剪切破坏面 公式(见参考文献2),第四节 设计计算,4)太沙基法 极限剪切破坏面 公式(见参考文献2) 5)热莫奇金法 极限剪切破坏面同太沙基法 公式(见参考文献2) 6)潘诺叶法 极限

8、剪切破坏面同太沙基法 公式(见参考文献2),第四节 设计计算,3.计算方法的选用 1)北岛昭一法在日本应用较广,是一种较完善的计算方法,在具备以下特性的工程 设计中,可优先采用: 基础为砂性土或抗剪性能良好的残积土; 格内填料为砂性土,且无残留的粘性土或其它软弱土层; 格体的高宽比较小; 后排板桩入土深度较小. 2)柯敏斯法在欧美一些国家应用较多,适用范围与北岛法相似,在下述特定的情况 下,可采用该法进行设计复核: 基础为硬粘土或岩石; 格内残存有粘性土或其它软弱土层.,第四节 设计计算,3)太沙基法,热莫奇金法,潘诺叶法均以格体中垂面作为假定极限剪切破坏面,其 中太沙基法主要用于美国,热莫奇

9、金法用于前苏联,潘诺叶法无应用先例.在以下 特殊情况下,可选用这类方法进行补充验算: 填料分层较多; 基础为岩石,卵砾石等高承载力土层; 水平荷载合力作用位置较高. 4)舒纳伯利法尚无应用先例,在以下特殊情况下,可选用该法进行补充验算: 格体宽高比较大; 板桩入土较深; 格体顶部有较强的圈梁或刚度较大的联系构件.,第四节 设计计算,二、钢板桩入土深度计算 1.前排板桩 1)桩上荷载(P=P1+P2) 两部分:格内填料土压力的垂直分力(负摩 擦力)P1和上部结构直接传递的压力P2. 桩力的计算应视上部结构的支承 方式分别对待,见右图. 计算P1时,墙后按库仑主动土压力 计算,外摩擦角取/2/3.

10、计算P2 时,若上部为框架结构,应根据结构 计算确定;若为重力式结构,按偏心受压模式计算.,第四节 设计计算,2)承载力 组成部分:海底面以下土体对板桩的侧摩擦阻力(R1+R2)和桩端阻力R3. 2)入土深度(K=R/P) 安全系数K的取值:设计情况取2.02.5;校核情况取1.82.0. 2.后排板桩 1)桩上荷载(P=P1+P2+P3) 组成部分:格内填料土压力的竖向分 力P1,格后填料土压力分力P2,上部 结构直接传递的力P3. P1的大小及方向应根据格内填料的 受力情况分析确定.,第四节 设计计算,P2按库仑主动土压力计算,外摩擦角取/2/3. P3的计算方法同前板桩. 2)承载力 组

11、成部分:R1,R2,R3. 计算图式: 计算公式: 3)入土深度(K=R/P) 安全系数K的取值:设计情况K2.0;校核情况取K1.7. 在码头工程中,当地基土质良好时,后排桩入土深度通常取12米,在地基土质较差 的情况下,后排桩入土深度可适当加大,但不宜超过前排.,第四节 设计计算,3.侧壁板桩 格形钢板桩码头的前后排钢板桩入土深 度不同,侧壁钢板桩的入土深度可按阶梯 状过渡.为避免过大的应力集中,每阶入土 深度不宜大于3米,每一阶梯段相同入土深 度的钢板桩数最好取约10根左右. 三、格形钢板桩码头滑移稳定性计算 格形钢板桩码头的抗滑稳定性分析方法与重力式码头类似,但因其构造的特殊性, 有关

12、荷载,拉力,计算模式等与常规重力式码头又有较大区别,主要体现在: 1.计算面 验算三个滑动面：滑动面、滑动面、滑动面。,第四节 设计计算,2.滑动力 格后土压力、格后剩余水压力、格前 波浪力、船舶作用力、地震力、结构 自重、活荷载等沿滑动方向的分力。 3.抗滑力 1)格前土压力 计算范围由前排桩桩尖到海底面.土压力按被动土压力计算,取用计算值的 30%50%.当折减后的土压力值小于静止土压力时,取静止土压力计算. 2)滑动面的抗剪力 3)抗滑稳定性 计算公式与重力式码头相同,当稳定性不满足时,增大格体尺寸或入土深度解决.,第四节 设计计算,四、格体抗倾覆稳定性计算 计算方法不成熟(原因:格体与

13、填料之间的作用机理不明确,格内填料参与抗倾的有 效程度).目前,工程设计中采用的大多是半经验性设计方法. 1.重力法 该法为目前日本规范中推荐的方法,计算中直接套用重力式结构的抗倾覆稳定计算 模式.该法的计算原则如下: 1)转动基点选用前排桩桩尖; 2)倾覆力矩计算同重力式码头; 3)抗倾覆力矩计算原则同重力式码头,填料自重力矩不加折减,计算底面选用后排 板桩桩尖平面,此外对持力基桩下传的部分荷载,应在计算中扣除. 4)抗倾覆稳定性计算同重力式码头,抗倾安全系数为1.11.2.,第四节 设计计算,2.分离法 该法为美国早期采用.计算模式:对结构的钢板桩格体和内部填料两部分分别进行 验算. 1)

14、填料部分 基本假定：格内填料的底应力不出现负值， 格体底面处的压应力是线性分布，可按偏 心受压模式求解： 令， 可得： M、N、P为结构上荷载合力在O点的三个分量。,第四节 设计计算,2)格体部分 基本假定:当格体结构在外力作用下,出现倾覆趋势时,格内填料将有在踵部倾出 的趋势,其自重无法直接参与抗倾,但此时 格内填料对钢板桩格壁的摩阻力得以发挥 并参与抗倾,格体后壁所受的填料摩擦力假 定为 ,则格体自身抗倾安全系数为 MR为对前趾的抗倾覆力矩;MO为倾覆力矩;为格内填料外摩擦角,取2/3.K0为 安全系数,取1.11.2.,第四节 设计计算,3.汉森法(转动极值法) 基本假定:假定格形钢板桩

15、结构发生倾覆变形时,整个格体类似于一个刚体绕地基 中某点转动,该点称为极点,同时在格 体前后排板桩桩尖出现一个滑动面. 1)滑动面(砂性土) 滑动面的极坐标方程: 2)极点坐标 格体与极点坐 标的关系如下:,第四节 设计计算,3)抗倾覆稳定性 力矩的计算点为极值点,计算底面为滑动面,安全系数K01.251.5. 4)粘性土地基的情况 对于粘性土,滑动面无法求得理论解,只能近似计算.假定滑动面所处区域的填料 内正压力均匀,并令 ,以求解等效的内摩擦角,而后按砂性 土情况计算.可近似地用滑动面在前后板桩桩尖中间区段的平均竖向应力. 4.空心方块法 无底结构抗倾覆计算中,主要的问题是格内填 料部分重

16、力直接传入地基而不参与抗倾,从而 导致抗倾覆力矩计算的复杂化,对于这一问题 主要有两种考虑方法： 1)扣除体积法,第四节 设计计算,该法在抗倾覆力矩的计算中扣除部分体积填料的重力矩.扣除的体积按换算格形 的换算宽度B和换算纵隔间距计算,计算公式如下,H为格体高度,为格内填料的 内摩擦角. 2)扣除底压力法 扣除底压力法,在空心方块、沉井等无底空腔结构的抗倾覆稳定计算中,为世界各 国普遍采用.该法认为填料在倾覆极限模式下的基底压力将直接传入地基,而不 参与结构的抗倾,故在抗倾力矩的计算中应扣除这部分力矩. 采用该模式计算的核心问题是填料侧压力系数K与外摩擦角的取值.仓内填料的,第四节 设计计算,外摩擦角主要取决于填料与仓壁的自身性质;填料侧压力系数取决于格内填料的 工作状态(前壁格内填料处于主动状态,后壁格内填料处于被动状态,侧壁格内填 料处于静止状态). 对于格形钢板桩这种柔性较大结构的仓压力,目前国内研究较少,尚未提出一个