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1、第二章 重力式码头,Shanghai Maritime University 上海海事大学,第一节 重力式码头的结构型式及其特点（1学时） 第二节 重力式码头的构造（1学时） 第三节 重力式码头的计算（2学时） 第四节 方块码头（1学时） 第五节 沉箱码头（1学时）,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： 地基要有较高的初始承载力，而且需要大量的砂石料，适合于砂石料较充裕的地方。,第一节 重力式码头的结构型式及其特点,重力式码头的结构型式主要取决于墙身结构。,一
2、、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 六、干地施工的现浇混凝土和浆砌石码头,按墙身结构的不同，重力式码头分为：,水下安装的预制结构,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，结构整体性能差。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，薄壁钢筋混凝土材料，内填块石、砂或土。,大直径圆筒码头断面,五、格形钢板桩结构 结构特点：是由直腹式钢板桩组成的格形结构，通过合适的格仓填料建成自身稳定的重力式墙身。
3、 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,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、其它结构型式,施工工序,预制墙身构件 开挖基床 抛填块石基床 基床夯实和整平 安装墙身预制件 浇注胸墙 抛填墙后块石棱体、铺设倒滤层 墙后回填 安装码头设备及铺设路面,第二节 重力式码头的构造,重力式码头设计与施工规范JTJ290-98,港口工程混凝土结构设计规范JTJ267-98,重力式码头构造,一 、基础 二 、墙
4、身与胸墙 三、墙后回填,一、基础 1 基础的作用： 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 保护地基免受波浪和水流淘刷 整平基面便于墙身的砌筑和安装,2 基础的处理方式： 根据地基情况、施工条件和结构形式加以确定。 岩石地基一般不需做基础 非岩石地基 干地施工的现浇混凝土和浆砌石码头： 设置100-200 mm厚的素混凝土垫层天然地基承载力足够； 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： 抛石基床（最常用） 软土地基：堆载预压、深层水泥搅拌法（CDM）,3 抛石基床,暗基床：适用于原地形水深小于结构设计水深。,明基床：适用于原
5、地形水深大于结构设计水深,原泥面,内肩,外肩,原泥面,内肩,外肩,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,结构设计： 选择基床型式 确定基床厚度和肩宽 确定基槽底宽和边坡坡度 规定块石重量和质量要求 确定基床顶面的预留坡度和预留沉降量,基床厚度确定：地基承载力要求 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,d,R,max,max,应力扩散线,基床肩宽 肩部是指突出墙身外的一部分。 作用： 维持码头稳定； 防止冲刷。 规定： 夯实的
6、基床不小于2m； 不夯实的基床不小于1m；,基槽的底宽及放坡坡度 基槽底宽： 根据基床应力扩散的范围来定； 不小于建筑物的底宽加两倍基床厚度。 基槽坡度： 根据土质由经验确定； 码头建筑物距岸较近，涉及岸坡稳定时，坡度应根据岸坡稳定计算来确定。,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。,d,B,1.5d,0.5d,抛石基床,应力扩散线,受土压力作用的码头,d,1.0d,1.0d,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
7、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。 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； 10100kg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面沉降量及倒坡 预留沉降量： 夯后的基床地基沉降；
8、不打夯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：01.5%。,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： 构成船舶系靠所需要的直立墙面 阻挡墙后回填料坍塌 承受码头上的荷载，传至下部基础和地基 胸墙：使墙身连成整体，并用于固定码头设备,2 构造设计： 码头临水面的轮廓 变形缝设置：沉降缝伸缩缝缝宽、间距等 墙身构造要求：根据不同类型重力式码头决定 胸墙结构形式、构造要求 卸荷板结构
9、形式、构造要求 码头端部的处理形式 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20-50 mm，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10-30 m间距设置一个； 在下列位置应设变形缝： 新旧建筑物衔接处 码头水深或结构形式改变处 地基土质差别较大处 基床厚度突变处 沉箱接缝处,凹凸形变形缝,4 胸墙构造 型式： 现浇混凝土胸墙：结构牢固、整体性好，应用最广。 浆砌石胸墙：石料充足，节约模板。 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： 胸墙高
10、度越高越好 现浇胸墙底部不应低于施工水位 胸墙顶宽由构造决定，一般不小于0.8m 胸墙底宽由抗滑、抗倾稳定性决定 胸墙顶面高程应预留沉降量按工后沉降量预留 P28,5 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1.53.0m，厚0.81.2m 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,7 结构耐久性混凝土保护层厚度,三、墙后回填
11、,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,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。,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： 碎石倒滤层 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
12、节 重力式码头的计算,重力式码头设计与施工规范 JTJ290-98,港口工程地基规范JTJ250-98,一、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
13、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； 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； 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1/51/3 平均潮差,河口港：由墙前、墙后具体水位情况确定,3. 土压力主要计算荷载,1）码头墙后的主动土压力 （
14、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：,第n层填料可变作用土压力合力的 水平分力标准值：,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： 库伦图解法 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=3035 地下水位以下：d=2530 ,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,永久作用：,可变作用：,朗肯主动土压力系数：,3. 土压力主要计算荷载,2）码头墙前的主动土压力 地面水平情况：朗肯被动土压
15、力公式,3. 土压力主要计算荷载,2）码头墙前的主动土压力 地面水平情况：朗肯被动土压力公式,3. 土压力主要计算荷载,2）码头墙前的主动土压力 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：,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,计算公式： K Fx Fy N = + n sincos coscos 式中： N系缆力标准值 Fx ， Fy风和水流对船舶的作用所产 生的横向、纵向分力总和 （KN） K系船柱受力不均匀系数 n计算船舶同时受力的
16、系船柱数目，表1-4-1 系船缆的倾角,系缆力沿各个方向的分力 Nx = N sincos Ny = N coscos Nz = N sin,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：3040kPa,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、重力式码头的一般计算,（一）码头的稳定性验算 抗滑稳定性验算 抗倾稳定性验算 （二）承载力验算 （三）整体滑动稳定性及地基沉降计算,重力式码头 码头的抗倾稳定性不够引起岸壁向港池方向整体转动。,（一）码头的稳定性验算,1. 抗滑稳定性验算,2. 抗倾稳定性验算,（二）承载力验算,1. 基床承载力验算,2. 地基承载力验算,按港口工程地基规范JTJ250-98的相关规定验算。,maxR,（三）整体滑动稳定性及地基沉降计算,1. 整体滑动稳定性验算 圆弧滑动面 浅层有软弱滑动面，还应验算沿软弱面的滑动可能性。 整体稳定性破坏的特征： 码头结构顶面及其后面一定范围的地面突然下沉，并且下沉量超过计算地基沉降量； 在码头结构后面一定距离的地面出现裂缝和断裂； 码头建筑物后倾，底部明显
