港口工程学(共34页).doc

《港口工程学(共34页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《港口工程学(共34页).doc（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上 港口工程学精品课程教案 课程代码： 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： 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。 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）。 适用条件 能打板

2、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

3、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 、按板桩材料分类 1、木板桩码头 强

4、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。 、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。 单锚板桩 适用于墙高在610m以下的中小型码头。 双锚或多锚 适用于墙高大于10m的码头，

5、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载。 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。、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

6、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。 、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

7、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 、钢筋砼板桩 1、 型式及尺寸 矩形、T形、组合形和圆形 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2050cm，宽度由打桩设备的龙口宽度决定，一般为5080cm。 T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

8、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11.5m，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1.21.6m。 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。 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50300cm的预应力管柱桩，厚度为1050cm，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） 组合型 实际上是主桩板桩

9、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 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3050cm范围内，两侧各缩进24cm，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。 T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

10、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34层钢筋网； 箍筋：桩顶（尖）1m范围内要加密，10cm，。 、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。 U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。 Z形：抗弯能力好，受弯时，连接

11、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。 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 改进钢材的化学成分，采用防腐蚀的钢种； 物理保护，涂防锈油漆； 化学保护，阴极保护，效果较好，但费用较高； 增加板桩的厚度； 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

12、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） 、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1.03.5m。 厚度：由强度计算确定，15cm，常采用2040cm 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 土质 锚

13、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） 构造 采用预制安装的锚碇板（墙），下面常用1520cm厚的碎石铺垫。现浇锚碇墙，下面应浇注1015cm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。 、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23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

14、地宽敞，且地下水位较高或利用原土层时； 、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3:14:1；桩顶净距3040cm；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。 、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0.51.0m，且不得

15、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4080mm；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 失事原因： 设计拉力实际拉力 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。 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。 具体措施

16、： 夯实拉杆下的填土，或在拉杆下设置支撑，以减小沉陷，支撑形式有支撑桩、设砼垫块或垫墩、铺碎石或灰土垫层。 拉杆两端设置连接铰，以消除其附加应力。 在拉杆上做各U形防护罩，使拉杆上面的土重及地面荷载不直接作用载拉杆上，而通过防护罩传到拉杆两侧的地基上。 防锈处理，涂两层防锈漆，并用沥青麻袋包裹两层。 回填料严禁带有腐蚀性。 四、 导梁、帽梁及胸墙 1、施工方法：导梁可预制，也可现浇，帽梁一般现浇。 2、当码头水位差不大，拉杆距码头面距离较小时，一般将导梁和帽梁合二为一成胸墙，胸墙型式有矩形、梯形、L形及工字形。 3、系船块体一般与胸墙整体现浇，也可单独设置。 4、导梁、帽梁、胸墙沿码头长度方向

17、应设置变形缝，间距1530m，并设置在结构型式和水深变化处，地基土质差别较大处及新旧结构的衔接处，缝宽23cm。 5、在钢板桩码头中，导梁一般由两根槽钢组成，并为防止船舶撞击和减小锈蚀，而放在板桩墙的里侧。 五、 排水设施 为了减小和消除作用在板桩墙上的剩余水压力，板桩墙应在设计低水位以下设置排水孔，孔径58cm，孔距35m，孔后设置抛石棱体，以防止填土流失。 3-3、板桩墙的计算 板桩墙有无锚、有锚两种，有锚又有单锚、双锚和多锚，这里只介绍单锚板桩墙的计算 一、作用及作用效应组合 、板桩码头上的作用 永久作用：土体产生的主动土压力，剩余水压力 可变作用：地面可变荷载产生的土压力、船舶荷载、施

18、工荷载、波浪力。 偶然作用：地震荷载 1、土压力 由板桩墙工作原理可知，土压力是板桩墙的主要作用力。由于板桩墙厚度，属于柔性墙，因此在侧向荷载作用下，其轴线将发生挠曲变形，而板桩墙的变形又将反过来影响土压力的分布和大小。这与前面重力式码头土压力计算有很大的不同。计算也很复杂。但是不论土压力如何分布，其总值与按库仑公式计算的结果基本相同。鉴于此，规范规定土压力水平强度标准值，可按教材P57公式（3-3-1，3-3-2，3-3-4）计算。其推导也是基本与库仑公式相同的滑裂楔体平衡理论。这给工程设计带来了很多方便。在公式中考虑了c、指标，既克服了库仑公式不适用于粘性土的缺点，又克服了郎金公式不能考虑

19、的缺点。 根据理论分析和模型试验及实测资料来看，板桩墙上的土压力分布图形大致成曲线形。这是由于板桩墙在侧向力作用下发生弯曲变形，且沿墙高各点的水平位移不同。因此，并不都达到产生极限主动土压力和被动土压力所需的位移值，这样土压力沿墙高就不会象刚性墙那样呈直线分布。 主动土压力 特点 呈R形分布 呈现R形分布的原因 是因为板桩上部有拉杆拉住，下端嵌固于地基中，上下两端位移较小，跨中位移较大，墙后土体在板桩变形过程中呈现拱现象，使跨中一部分土压力通过滑动土条间的摩擦力传向上、下两端。 影响板桩墙墙后主动土压力呈R形分布的因素 板桩墙的刚度：刚度越小，R形越显著； 锚碇点位移：越小，R形越显著； 施工

20、顺序：先打板桩，后开挖比反之更显著。 计算方法（土压力经验系数修正法） 主动土压力计算仍按教材给定公式按线性分布计算，但以此土压力及其它荷载算出的跨中Mmax和RA，应分别乘以修正系数，以考虑板桩墙弯曲变形的影响。 计算中，可取=(1/31/2)。 被动土压力 特点 墙前被动土压力比理论计算值大1倍左右，而墙后（下端）被动土压力比计算值小。 墙前大的原因 板桩向前变形，压挤墙前土体，使土的密实度增大，抗剪强度提高。 板桩在水底处发生向下转动变形，使墙前土体受到向下的挤压。 入土段上部墙体对土体产生向下的摩擦力，使土体的稳定性增大。 墙后小的原因 （因此规范规定要乘以一个折减系数） 板桩底部被地

21、基嵌固，使板桩下端变形较小，达不到极限被动土压力所需的位移值； 板桩底端发生向上转动变形，给墙后土体一个向上的“掘出力”； 板桩下端与土体产生向上的摩擦力，使土体的稳定性减小。 计算方法 同前，但计算墙前被动土压力时，=(2/33/4)，当20，则取20。计算墙后被动土压力时，=-2/3，当-20时，则取-20。 2、剩余水压力 剩余水压力取决于水位涨落情况，板桩墙排水好坏，回填土及地基土的透水性等。一般应根据地下水位调查和观测来确定。无条件时可根据经验确定。P58 海港钢筋砼板桩码头，当板桩墙设有排水孔，墙后回填粗于细砂颗粒的材料可不考虑。 对海港钢板桩码头，地下墙式板桩码头及墙后回填细砂的

22、钢筋砼板桩码头，=1/31/2平均潮差。 对河港则根据地下水位按实际情况取定。 3、其它荷载 船舶荷载：只考虑系缆力，不考虑撞击力和挤靠力，但要加以区分： 系船块体单独锚碇，板桩不考虑系缆力； 系船块体和胸墙或帽梁一起现浇，且不单独锚碇，板桩应考虑系缆力。 码头地面荷载：以土压力的形式作用于板桩墙上。 波浪力：只计波吸力，且不能与船舶荷载同时出现。 地震荷载：地震地区 计算板桩墙时，还须考虑港池挖泥时可能出现的超深（0.5m）和冲刷水深。 、作用效应组合（P58） 设计板桩码头时，必须考虑持久状况、短暂状况和偶然状况，并按不同的极限状态和效应组合进行计算。 1、按承载能力极限状况设计的项目有：

23、 板桩墙“踢脚”稳定性； 锚碇结构的稳定性； 板桩码头的整体稳定性； 桩的承载力； 构件强度等 2、按正常使用极限状态设计 钢筋砼构件的裂缝宽度和抗裂验算。 板桩码头按承载能力极限状态设计时，所取水位和作用效应组合应按规范的规定选用持久组合、短暂组合和偶然组合，一个组合应考虑多种水位情况。如： 持久状况持久组合：应按设计高水位、设计低水位、极端低水位； 短暂状况短暂组合：应按设计高、低水位或施工水位分别计算； 偶然状况偶然组合：应按设计高、低水位分别计算，参见抗震规范 设计时可针对某一计算内容，选取某一最不利水位进行计算（应作正确判断） 如：板桩墙的强度及稳定性和拉杆力一般由设计低水位控制。

24、二、单锚板桩墙的计算 、单锚板桩墙的工作状态 在水平力作用下，由于单锚墙上端受到拉杆的约束，不能自由转动，从而在上端形成一个铰接的支撑点，而板桩墙的下端由于其入土深度的不同而产生不同的工作状态。 1、第一种工作状态 板桩的入土深度最小，在水平力作用下，板桩绕上端支撑点转动，板桩中只有一个方向的弯矩，且数值最大，板桩入土段发生较大位移，所需板桩长度最短，但断面最大，按底端自由计算。这种情况即为自由支撑法，算得的入土深度往往需要加长，实际也就接近第三种情况。（本法为日本及一些西方国家所采用） 2、第二种工作状态 入土深度和受力情况介于第1、3之间。 3、第三种工作状态 入土深度较深，入土部分出现与

25、跨中相反方向的弯矩，板桩墙弹性嵌固于地基中。这种状态，所需板桩断面最小，入土部分位移小，稳定性好，为我国所采用（弹性线法） 4、第四种工作状态 类似第3种状态，但入土深度更大，固端弯矩大于跨中弯矩，数值并不比第3种状态小，稳定性有富裕，无必要。 、计算内容 板桩墙的入土深度，板桩墙弯矩，拉杆拉力。 、计算方法 弹性线法：单锚； 竖向弹性地基梁法：多锚。采用底端弹性嵌固的工作状态。 自由支撑法：单锚。下列情况也可采用： 板桩墙地基中达不到弹性嵌固工作状态；板桩墙采用钢板桩时，其材料强度有较多富裕；板桩墙的刚度较大；地基土质较好。 、单锚板桩墙的计算 1、自由支撑法 基本思想：板桩墙下端自由支撑在

26、其前面的地基土体上，这部分土体处于极限状态，完全出现极限被动土压力。 计算图式：静定梁，未知数两个，入土深度tmin和Ra； 平衡条件：H=0，M=0。 2、罗迈尔法（弹性线法一种） 基本思想：假定板桩墙入土段弹性嵌固于地基中；入土段前面的土抗力按古典土压力理论（教材公式）计算，底端后面的土抗力用集中力Ep代替。 工作状态：由于板桩墙入土段在地基中弹性嵌固，入土段产生负弯矩M2，有利于减小跨中正弯矩M1，且|M2max|略小于|M1max|，一般|M1max|=1.11.15|M2max|；土压力零点与弯矩零点约相吻合；变形协调条件：板桩底，MB=0，B=0，B=0，锚固点A=0。 计算图式和

27、计算方法 计算图式：一次超静定结构，三个未知数，t0，Ra，Ep； 计算方法：图解试算法 求解时，先假定入土深度，除了需利用平衡条件H=0，M=0外，还需利用变形协调条件，用试作板桩墙变形曲线的方法求解，故称为弹性线法。由于作弹性曲线较麻烦，为了简化计算，工程上往往采用|M1max|=1.11.15|M2max|条件取代变形条件，具体可按如下步骤计算。 计算步骤 a、 假定t0； b、用古典理论计算主、被动土压力； c、 用图解法（作力矢图和索多边形的方法），以|M1max|=1.11.15|M2max|为控制条件，若不满足该条件，则须重新假定t0； d、计算结果应考虑土压力重分布的影响（R形

28、） 对跨中弯矩须折减： 对拉杆力须增大： e、 入土深度确定： 注：e为t0处墙后被动土压力强度ep-t0处墙前主动土压力强度ea。 f、 按“踢脚”稳定性验算入土深度，若不满足应取满足“踢脚”稳定的入土深度，P65公式。 注意：对刚度较大的板桩墙（如现浇地下连续墙），本方法计算结果往往偏于危险，故不宜采用（P61中），另外，本方法较适合施工单位在缺乏资料的情况下使用。 3、竖向弹性地基梁法（m法） 基本思想：是对板桩墙的稳定性（确定入土深度）及内力（弯矩及拉杆力）分别进行计算（在地基中弹性嵌固） 桩码头的稳定性破坏状态 板桩墙的入土深度是根据板桩墙的稳定性来求得的，板桩墙的稳定性破坏主要有三

29、种： 锚碇失稳：由于拉杆断裂或锚碇结构系统破坏而造成； 板桩墙失稳：由于入土深度不够，而使板桩墙绕拉杆锚碇点发生转动而破坏，即“踢脚”稳定破坏； 整体稳定性破坏：由于板桩墙入土深度不够或拉杆长度不够，而使板桩墙和后方土体一起产生稳定性破坏。 显然，用1、3来确定板桩墙得入土深度，理由不合理也不充分。 板桩墙的入土深度 规范规定，板桩墙得入土深度应满足“踢脚”稳定得要求，即 式中： 为结构重要性系数， 为结构系数 为墙前被动土压力标准值对拉杆锚碇点得稳定力矩； 板桩墙的内力计算（m法） 基本假定： a、 假定土为弹性介质，地基系数随深度成正比，C=mZ； b、不考虑桩土之间的粘聚力、摩擦力； c

30、、 桩按实际刚度、并作为一个弹性构件考虑； d、土体的应力、应变要符合文克尔假定，即地基表面任一点的压力强度于该点的沉陷成正比，=k0y=Cy。 符号规定 水平位移x以向右为正； 转角以反时针为正； 弯矩以左侧纤维受拉为正； 剪力以绕它端顺时针为正。 地基梁的挠曲方程及弯矩、剪力和荷载的微分关系 地基梁的挠曲微分方程： 式中：b1为梁板的计算宽度；zx为地基应力，按m法，zx=cxz=mzxz，xz为z深度处的水平变位。 则： 将整理： ，令 （桩土变形系数） 得： （四阶齐次变系数微分方程） 可采用幂级数求解： 利用边界条件确定系数： 当z=0时， 先求 利用边界条件可求得： ，要得到边界条

31、件，须先判断支撑情况，根据规范规定（参考公路桥涵设计规范附录6）： a、对于支撑在非岩石类土或直接放在基岩上的桩（不嵌岩，墙后地面无填土）： 非岩石地基： ，为弹性桩（若2.5，则假设基础的刚度为无限大，按刚性基础计算） 支撑在岩基上： ，为柱承桩。 当 ，将代入、式可得： 求得： 。 当 ，将代入、式可得： 求得： 。 将求得的 代入式得： ，代入、式得： 上式即为m法计算竖向弹性地基梁得基本公式。 b、当地面以上有填土，且有均布荷载时（超载情况） 应将上述基本公式添加一项，即 板桩墙内力及拉杆拉力计算 作用：主动土压力，剩余水压力，拉杆拉力Rk，地面以下得超载 。 计算时，将板桩墙从计算水

32、底处切开。 计算水底以上段为底端固定得悬臂梁（单宽），其上作用有：墙后土压力，剩余水压力，各支承点得反力R1、Rk，以及桩顶端力矩M1。 计算水底以下段为竖向弹性地基梁（单宽），其上作用有：超载土压力、剩余水压力（总强度为 ）和端部得水平力Q及力矩M。 根据悬臂梁得计算可得： ，式中共有n+1个未知数（R1、Rn，M1） 式中：Q0，M0分别为作用载上段墙上得水平力合力和它们对切开处的力矩；hi为支承点到切开处的距离。 1）、建立各支点I的变形协调方程式（力法方程式） a、在i点处由于 产生的水平位移和1点的转角。 ，根据前面推导，它们为Rk，M1的函数。 b、由于各支点反力Rk和M1在i点上

33、产生的水平位移和1点的转角（见结构力学中静定结构位移计算） ，按悬臂梁计算位移（为Rk，M1的函数） ，1点转角，按悬臂梁计算（为Rk，M1的函数） 事实上集中力作用下悬臂梁的位移计算很简单， c、土压力和剩余水压力在i点产生的水平位移和1点转角 ，按悬臂梁计算位移 ，按悬臂梁计算1点转角。 a、 给定锚碇点的水平位移和1点转角 ，锚碇点水平位移给定值， ，顶点1转角位移给定值。 d、建立各支承点i的变形方程 i点位移： ，（n个方程） 1点转角： ， （1个方程） 2）、计算设计弯矩和拉杆拉力 入土段： （最大负弯矩） 自由段： （最大正弯矩） 计算结果考虑土压力R形分布的影响： 设计弯矩：

34、 ； 设计拉力： 注意：当考虑拉杆锚碇点位移时，计算弯矩不折减。 m法优点 入土深度的确定，m法比弹性线法好，特别时在土质较差时，m法更接近，建议在软土地基上的板桩工程不能用弹性线法确定入土深度。 反映了刚度的影响（EI）； 可考虑锚碇点的位移，符合实际情况； m法计算结果与原型试验值较吻合； m法适用性强。 板桩墙的强度计算 板桩墙除了应满足构造要求外，还要根据前面确定的板桩墙最大弯矩，来选择板桩的断面，并进行强度计算。 对钢筋砼板桩和预应力钢筋砼板桩，应根据强度进行配筋，并进行裂缝宽度或抗裂验算。 对于钢板桩，其单宽强度应满足下式： 式中：N作用标准值产生的每米轴向力（KN）； Mn作用标

35、准值产生的每米板桩墙最大弯矩（KNm） A钢板桩截面积（m2/m） ft钢材的强度设计值（N/mm2） GQ综合分项系数，1.35。 Wz钢板桩的弹性抵抗矩（m3/m） 3-4、锚碇结构的计算 一、锚碇板（墙）的稳定计算 锚碇板的主要作用：拉杆拉力RA，板后主动土压力Eax，板前被动土压力Epx。 规范规定，锚碇板（墙）在这些荷载作用下，其稳定性应满足： 式中：0结构重要性系数； d结构系数； Eax，Eqx墙后土体和地面可变作用产生的主动土压力水平分力标准值； RAx拉杆拉力水平分力标准值； Epx被动土压力水平分力标准值。 注意： 1、主动土压力Eqx，Eax： 荷载布置从板（墙）后开始，

36、使Eqx最大； 计算Eax，Eqx时，取=0。 2、拉杆拉力RA：计算中不考虑拉杆与填土的摩擦力（偏于保守）。 3、被动土压力Epx 锚碇板（墙）前被动土压力可按下式计算 式中：Epx锚碇板（墙）前被动土压力标准值（KN）； 回填料或土的重度（KN/m3）； th锚碇板（墙）底端的埋深（m）； kp被动土压力系数； bk锚碇板（墙）的计算宽度（m），对连续的锚碇墙，bk等于拉杆间距；对锚碇板，bk=kbb，（b为锚碇板的宽度，kb为考虑锚碇板位移带动两侧土体使被动土压力增大的系数。 考虑板（墙）顶上土体不全部参加工作的系数，可根据底端埋深与板（墙）高度之比th/ha，按表3.4.2采用； 填料

37、或土与板（墙）面之间的摩擦角，取=/3，且不大于7。 4、kb可根据规范P20公式3.4.3-1，3.4.3-2计算； 5、对锚碇板（墙）的稳定性，需验算设计高、低水位两种情况。 二、锚碇板（墙）到板桩距离的确定 为了充分发挥锚碇板（墙）前面的被动土压力的作用，要求板桩墙后面土体的主动破裂面荷锚碇板（墙）前面土体的被动破裂面交于地面（或以上），由此可得，两者得最佳距离： 注意： 1、H0（板桩墙后主动破裂棱体得高度）得确定 采用弹性线法时，取最大负弯矩点到码头地面的距离； 采用m法时，取地基梁第一变形零点到地面的距离； 采用自由支承法时，取最小入土深度tmin处到地面的距离。 2、对于多层土情

38、况，可将 取加权平均值。 3、对由于某种原因（如施工场地紧缺，墙后有不能拆除的建筑）不能满足上式时，在计算锚碇板（墙）稳定性时，应从Epx中扣除Epx。 式中：td交点d到地面的距离； la拉杆间距； kp被动土压力系数。 4、 ，即锚碇板（墙）前面的土体的被动破裂面不能穿过板桩墙。 三、锚碇板（墙）的水平位移 式中：Ra每米宽板桩墙的拉杆拉力标准值（KN/m）； ha锚碇板（墙）的高度（m）； bk锚碇板（墙）的计算宽度（m）； kH锚碇板（墙）的水平拉力系数（KN/m3），板（墙）前采用块石填料时，kH=3700KN/m3。 四、锚碇板（墙）的内力计算 1、现浇连续钢筋砼锚碇墙 水平方向为

39、刚性支承连续梁，其拉杆拉力标准值产生的水平向最大弯矩： 式中：Ra每米宽板桩墙的拉杆拉力标准值（KN/m）。 向为悬臂梁，土抗力沿墙高为均匀分布，即Ra/ha。 拉杆拉力标准值产生的竖向单宽最大弯矩为： 2、设有连续导梁的分块预制的锚碇墙（预制安装） 导梁的最大弯矩和预制板的竖向单宽最大弯矩按上式计算。 3、双向悬臂的锚碇板 由拉杆拉力标准值产生的水平向和竖向最大弯矩分别为： b为锚碇板宽度。 五、锚碇桩（板桩） 1、其长度和内力可按受集中水平力RAX（对于锚碇板桩为Ra）作用的无锚板桩墙的计算方法计算。 2、锚碇桩（板桩）到板桩墙的最小距离应满足式（3-3-10）的要求，式中th为锚碇桩（板

40、桩）变形第一零点到码头地面的距离。 3、拉杆处的水平位移，可按竖向弹性地基梁法计算，但50mm。 六、锚碇叉桩 1、计算时，考虑两端为铰接，不考虑周围土体对桩的作用 式中：W作用在叉桩桩帽上的垂直力标准值（包括桩帽自重、填土重、地面荷载） 2、锚碇叉桩锚碇点的水平位移计算（见规范） 3、叉桩设置原则 叉桩必须位于板桩墙墙后土体主动破裂面以外； 压桩桩尖距板桩墙的距离不得小于1.0米。 七、拉杆P64 1、拉杆拉力的标准值 2、拉杆断面设计 式中：RA拉杆力分项系数，1.35。 ft钢材的强度设计值（N/mm2） 八、帽梁、导梁及胸墙结构的计算 1、帽梁 主要作用：各板桩不均匀沉降产生的变形应力

41、和船舶荷载（P65），设计时， 系船块体单独锚碇，帽梁不受系缆力影响时，一般只需按构造要求进行配筋； 当系船块体与帽梁整体现浇，且不单独锚碇，帽梁受系缆力的影响时，需按强度配筋，并验算裂缝宽度。 计算图式：按文克尔假定的弹性地基梁进行计算。即将帽梁视为弹性地基上的梁，弹性地基为板桩墙拉杆以上的悬臂段。根据地基系数的概念（一个单位面积移动一个单位位移所需的力），k可按悬臂梁计算而得： 式中：l板桩墙拉杆以上得悬臂长度（m）； b板桩墙得计算宽度，取1.0m； h帽梁得高度（m）。 2、导梁（砼现浇连续钢筋砼锚碇墙水平方向的计算） 近似按刚性支承连续梁计算，荷载q=Ra 导梁和导梁悬臂段产生的最大

42、弯矩为： 钢筋砼导梁应按强度配筋，并验算裂缝宽度，钢导梁的强度应满足： 3、胸墙设计 竖向按悬臂梁计算，取拉杆处为固端。 系缆力作用时 撞击力作用时 水平方向：按刚性支承连续梁计算 对工字型断面，取下翼板为导梁； 对L型断面，取平台板为导梁； 对矩形或梯形截面，取拉杆附近的0.50.7米高度部分为导梁。 九、整体稳定性验算 1、板桩码头整体稳定性验算可采用圆弧滑动法； 2、计算只考虑滑动面通过板桩桩尖的情况，如桩尖以上或以下附近有软土层时，尚应验算滑动面通过软土层的情况。 3、当圆弧从桩尖以上通过时，计算时不计截桩力，当滑动面从锚碇结构前通过时，计算时不计拉杆力对稳定性的影响。 专心-专注-专业