格形鋼板樁碼頭ppt課件

1、格形鋼板樁碼頭l概述l構(gòu)造設(shè)計l荷載與破壞方式l設(shè)計計算l施工工藝第一節(jié) 概述一、格形鋼板樁碼頭的概念 由平板形鋼板樁打成封鎖的格形，內(nèi)部填充砂石料構(gòu)成。自重及荷載經(jīng)過鋼板樁、填料及持力基樁傳入下層根底，構(gòu)造依托格體及填料性能抵抗本身變形，維持構(gòu)造外形，依托自重及格前土壓力防止傾覆、滑移，堅持整體穩(wěn)定。第一節(jié) 概述二、格形鋼板樁碼頭的構(gòu)造組成1.鋼板樁格體2.格內(nèi)填料3.導(dǎo)梁4.剪力構(gòu)件5.持力樁基6.上部構(gòu)造(胸墻、管溝等)7.置換根底8.其它(減壓棱體、倒濾層、后方填土等)第一節(jié) 概述三、格形鋼板樁碼頭的構(gòu)造特性1.對荷載的順應(yīng)性構(gòu)造對垂直荷載的接受才干強、對程度荷載的接受才干差。2.對地

2、基的順應(yīng)性硬層層面淺時，宜采用重力式構(gòu)造；硬層層面深時，宜采用樁基構(gòu)造。當(dāng)介于兩者之間或地基土量變化較大時，采用格形鋼板樁構(gòu)造。3.構(gòu)造特性屬于延性構(gòu)造，碼頭由變形作為設(shè)計控制條件。4.資料受力特性鋼板樁以橫向受力為主、格內(nèi)填料以受壓為主。鋼板樁及鎖口拉應(yīng)力較大，對樁的機械性能要求較高，板樁資料需進口。5.施工特性第一節(jié) 概述四、格形鋼板樁碼頭的建立技術(shù)概略1.概略格形鋼板樁碼頭構(gòu)造簡單，但設(shè)計技術(shù)比較復(fù)雜，目前格形碼頭的設(shè)計實際還不成熟，研討及運用比較好的國家有日本、德國、法國及美國等，國內(nèi)研討起步較晚，根本上是套用國外的設(shè)計資料，深圳鹽田深水碼頭采用了這種構(gòu)造。2.設(shè)計流程構(gòu)造布置、抗剪切

3、變形計算、板樁入土深度計算、構(gòu)造穩(wěn)定計算、地基承載力計算、地基變形計算、整體穩(wěn)定性計算、格體鋼板樁布置、格體脹裂穩(wěn)定性計算、附屬設(shè)備計算。3.施工工藝流程預(yù)制件制造、拼裝平臺建造及導(dǎo)向圍囹架和吊具制造、根底處置、鋼板樁格體拼裝吊運安放、鋼板樁沉樁、格內(nèi)清淤回填及振實、后方回填、持力基樁沉樁、附屬設(shè)備施工、上部構(gòu)造施工。第二節(jié) 構(gòu)造設(shè)計一、鋼板樁格體1.鋼板樁型式板型鋼板樁、曲腹鋼板樁、寬度、厚度。主要影響要素：鎖口、沉樁阻力、強度及腐蝕等。2.格形型式3.格體高度格體底高程：海側(cè)區(qū)應(yīng)根據(jù)板樁承載力確定，陸側(cè)區(qū)應(yīng)在滿足主體構(gòu)造穩(wěn)定性的條件下盡能夠提高。格體頂高程：盡量放底，但第二節(jié) 構(gòu)造設(shè)計當(dāng)碼

4、頭胸墻或樁端導(dǎo)梁需現(xiàn)澆時，應(yīng)思索施工水位。4.格體排水實際在鋼板樁壁上設(shè)置排水孔。排水孔的位置、數(shù)量、孔徑視水位差及填料的浸透性確定。普通排水孔宜布設(shè)在低水位以下，孔徑46厘米，豎向孔距12米，橫向孔距24米。應(yīng)設(shè)導(dǎo)濾層。5.鋼板樁防腐二、散體填料格內(nèi)填料：宜采用中砂、中粗砂、小于50公斤的塊石；格后填料：以內(nèi)摩擦角大、價錢廉價為宜；根底填料：宜采用中砂，厚度25米。第二節(jié) 構(gòu)造設(shè)計三、上部構(gòu)造格形碼頭的上部構(gòu)造與常規(guī)重力式碼頭的上部構(gòu)造一樣。1.上部構(gòu)造與下部構(gòu)造的銜接方式2.構(gòu)造構(gòu)造1)平面布置直線型:上部構(gòu)造外沿線齊平，包絡(luò)了格體的外沿線。曲線型:上部構(gòu)造順應(yīng)格體外壁的走勢,采用折線或弧

5、線形。2)構(gòu)外型式優(yōu)先采用疊合式構(gòu)造,其次采用現(xiàn)澆混凝土構(gòu)造.第二節(jié) 構(gòu)造設(shè)計四、持力基樁1.基樁構(gòu)造采用抗彎剪才干好的樁，如預(yù)應(yīng)力混凝土樁。2.樁位布置由上部構(gòu)造的受力與強度要求確定，且應(yīng)考慮群樁效應(yīng)，間距宜采用36米，部分基樁可布置于格體外側(cè)。3.樁尖標(biāo)高由承載力確定，基樁樁尖與格體板樁樁尖宜有一定高差為什么？。五、其它構(gòu)件1.導(dǎo)梁：沿鋼板樁格壁延續(xù)布滿的圈梁，添加整體穩(wěn)定性。第二節(jié) 構(gòu)造設(shè)計2.剪力構(gòu)件可采用鋼板、鋼筋混凝土、鋼筋網(wǎng)、土工布等構(gòu)造，以加強格體抗剪強度。3.軌道根底前方軌道根底與胸墻合并，當(dāng)后方軌道荷載較大時在軌道根底下設(shè)持力基樁，前后軌道根底間設(shè)置聯(lián)絡(luò)構(gòu)件拉桿。第三節(jié) 荷

6、載與破壞方式一、荷載的類型與組合1.荷載的類型自重、碼頭面活荷載、船舶荷載、土壓力、水壓力、地震力、冰荷載、施工荷載等。2.荷載組合格形鋼板樁碼頭的荷載組合原那么與常規(guī)重力式碼頭一致，詳見。二、幾種特殊荷載的計算1.土壓力近似計算：將格形鋼板樁曲面假想成直平面，計算土壓力，此時需將土與墻面的摩擦角增大：由/3/2放大至/22/3。緣由2.波浪壓力第三節(jié) 荷載與破壞方式由于格體壁面不平，目前波浪力計算實際還不成熟，通常由模型實驗確定。3.剩余水壓力格形鋼板樁碼頭剩余水壓力的選用原那么：1)對于以潮汐為水位差的海港碼頭和河口感潮段碼頭,格墻不設(shè)排水設(shè)備,格體兩側(cè)的剩余水頭取2/31倍平均潮差,設(shè)排

7、水設(shè)備,取01/3倍平均潮差,填料滲水性能好,排水效果好的取小值.2)對于無潮汐水域的碼頭,按滲流計算確定.3)格內(nèi)的水頭可近似取用格體兩側(cè)水頭的平均值。三、格形鋼板樁碼頭的破壞方式第四節(jié) 設(shè)計計算一、格體抗剪切變形計算1.計算簡化1格體平面外形的簡化2計算底面的簡化2.計算方式及公式1北島昭一法極限剪切破壞面公式(見參考文獻2)第四節(jié) 設(shè)計計算2)柯敏斯法極限剪切破壞面公式(見參考文獻2)3)舒納伯利法極限剪切破壞面公式(見參考文獻2)第四節(jié) 設(shè)計計算4)太沙基法極限剪切破壞面公式(見參考文獻2)5)熱莫奇金法極限剪切破壞面同太沙基法公式(見參考文獻2)6)潘諾葉法極限剪切破壞面同太沙基法公

8、式(見參考文獻2)第四節(jié) 設(shè)計計算3.計算方法的選用1)北島昭一法在日本運用較廣,是一種較完善的計算方法,在具備以下特性的工程設(shè)計中,可優(yōu)先采用:根底為砂性土或抗剪性能良好的殘積土;格內(nèi)填料為砂性土,且無殘留的粘性土或其它脆弱土層;格體的高寬比較小;后排板樁入土深度較小.2)柯敏斯法在歐美一些國家運用較多,適用范圍與北島法類似,在下述特定的情況下,可采用該法進展設(shè)計復(fù)核:根底為硬粘土或巖石;格內(nèi)殘存有粘性土或其它脆弱土層.第四節(jié) 設(shè)計計算3)太沙基法,熱莫奇金法,潘諾葉法均以格體中垂面作為假定極限剪切破壞面,其中太沙基法主要用于美國,熱莫奇金法用于前蘇聯(lián),潘諾葉法無運用先例.在以下特殊情況下,

9、可選用這類方法進展補充驗算:填料分層較多;根底為巖石,卵礫石等高承載力土層;程度荷載合力作用位置較高.4)舒納伯利法尚無運用先例,在以下特殊情況下,可選用該法進展補充驗算:格體寬高比較大;板樁入土較深;格體頂部有較強的圈梁或剛度較大的聯(lián)絡(luò)構(gòu)件.第四節(jié) 設(shè)計計算二、鋼板樁入土深度計算1.前排板樁1)樁上荷載(P=P1+P2)兩部分:格內(nèi)填料土壓力的垂直分力(負摩擦力)P1和上部構(gòu)造直接傳送的壓力P2.樁力的計算應(yīng)視上部構(gòu)造的支承方式分別對待,見右圖.計算P1時,墻后按庫侖自動土壓力計算,外摩擦角取/2/3.計算P2時,假設(shè)上部為框架構(gòu)造,應(yīng)根據(jù)構(gòu)造計算確定;假設(shè)為重力式構(gòu)造,按偏心受壓方式計算.

10、第四節(jié) 設(shè)計計算qAtgQtgQRRRR22113212)承載力組成部分:海底面以下土體對板樁的側(cè)摩擦阻力(R1+R2)和樁端阻力R3.2)入土深度(K=R/P)平安系數(shù)K的取值:設(shè)計情況取2.02.5;校核情況取1.82.0.2.后排板樁1)樁上荷載(P=P1+P2+P3)組成部分:格內(nèi)填料土壓力的豎向分力P1,格后填料土壓力分力P2,上部構(gòu)造直接傳送的力P3.P1的大小及方向應(yīng)根據(jù)格內(nèi)填料的 受力情況分析確定.第四節(jié) 設(shè)計計算P2按庫侖自動土壓力計算,外摩擦角取/2/3.P3的計算方法同前板樁.2)承載力組成部分:R1,R2,R3.計算圖式:計算公式:3)入土深度(K=R/P)平安系數(shù)K的

11、取值:設(shè)計情況K2.0;校核情況取K1.7.在碼頭工程中,當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)良好時,后排樁入土深度通常取12米,在地基土質(zhì)較差的情況下,后排樁入土深度可適當(dāng)加大,但不宜超越前排.qAtgQtgQRRRR2211321第四節(jié) 設(shè)計計算3.側(cè)壁板樁格形鋼板樁碼頭的前后排鋼板樁入土深度不同,側(cè)壁鋼板樁的入土深度可按階梯狀過渡.為防止過大的應(yīng)力集中,每階入土深度不宜大于3米,每一階梯段一樣入土深度的鋼板樁數(shù)最好取約10根左右.三、格形鋼板樁碼頭滑移穩(wěn)定性計算格形鋼板樁碼頭的抗滑穩(wěn)定性分析方法與重力式碼頭類似,但因其構(gòu)造的特殊性,有關(guān)荷載,拉力,計算方式等與常規(guī)重力式碼頭又有較大區(qū)別,主要表達在:1.計算面驗算

12、三個滑動面：滑動面、滑動面、滑動面。第四節(jié) 設(shè)計計算cBNtgQ2.滑動力格后土壓力、格后剩余水壓力、格前波浪力、船舶作用力、地震力、構(gòu)造自重、活荷載等沿滑動方向的分力。3.抗滑力1)格前土壓力計算范圍由前排樁樁尖到海底面.土壓力按被動土壓力計算,取用計算值的30%50%.當(dāng)折減后的土壓力值小于靜止土壓力時,取靜止土壓力計算.2)滑動面的抗剪力3)抗滑穩(wěn)定性計算公式與重力式碼頭一樣,當(dāng)穩(wěn)定性不滿足時,增大格體尺寸或入土深度處理.第四節(jié) 設(shè)計計算四、格體抗傾覆穩(wěn)定性計算計算方法不成熟(緣由:格體與填料之間的作用機理不明確,格內(nèi)填料參與抗傾的有效程度).目前,工程設(shè)計中采用的大多是半閱歷性設(shè)計方法

13、.1.重力法該法為目前日本規(guī)范中引薦的方法,計算中直接套用重力式構(gòu)造的抗傾覆穩(wěn)定計算方式.該法的計算原那么如下:1)轉(zhuǎn)動基點選用前排樁樁尖;2)傾覆力矩計算同重力式碼頭;3)抗傾覆力矩計算原那么同重力式碼頭,填料自重力矩不加折減,計算底面選用后排板樁樁尖平面,此外對持力基樁下傳的部分荷載,應(yīng)在計算中扣除.4)抗傾覆穩(wěn)定性計算同重力式碼頭,抗傾平安系數(shù)為1.11.2.第四節(jié) 設(shè)計計算2.分別法該法為美國早期采用.計算方式:對構(gòu)造的鋼板樁格體和內(nèi)部填料兩部分分別進展驗算. 1)填料部分根本假定：格內(nèi)填料的底應(yīng)力不出現(xiàn)負值，格體底面處的壓應(yīng)力是線性分布，可按偏心受壓方式求解：令， 可得： M、N、P

14、為構(gòu)造上荷載合力在O點的三個分量。2164BMBNBNBM26220,021NMBM3223第四節(jié) 設(shè)計計算2)格體部分根本假定:當(dāng)格體構(gòu)造在外力作用下,出現(xiàn)傾覆趨勢時,格內(nèi)填料將有在踵部傾出的趨勢,其自重?zé)o法直接參與抗傾,但此時格內(nèi)填料對鋼板樁格壁的摩阻力得以發(fā)揚并參與抗傾,格體后壁所受的填料摩擦力假定為 ,那么格體本身抗傾平安系數(shù)為MR為對前趾的抗傾覆力矩;MO為傾覆力矩;為格內(nèi)填料外摩擦角,取2/3.K0為平安系數(shù),取1.11.2.PtgORMPBtgMK0第四節(jié) 設(shè)計計算3.漢森法(轉(zhuǎn)動極值法)根本假定:假定格形鋼板樁構(gòu)造發(fā)生傾覆變形時,整個格體類似于一個剛體繞地基中某點轉(zhuǎn)動,該點稱為

15、極點,同時在格體前后排板樁樁尖出現(xiàn)一個滑動面.1)滑動面(砂性土)滑動面的極坐標(biāo)方程:2)極點坐標(biāo)格體與極點坐標(biāo)的關(guān)系如下:tan0eRR tan011212220221arctanarctanQppppppppeRRyaxbyxQRyaxbRyx第四節(jié) 設(shè)計計算3)抗傾覆穩(wěn)定性力矩的計算點為極值點,計算底面為滑動面,平安系數(shù)K01.251.5.4)粘性土地基的情況對于粘性土,滑動面無法求得實際解,只能近似計算.假定滑動面所處區(qū)域的填料內(nèi)正壓力均勻,并令 ,以求解等效的內(nèi)摩擦角,而后按砂性土情況計算.可近似地用滑動面在前后板樁樁尖中間區(qū)段的平均豎向應(yīng)力.4.空心方塊法無底構(gòu)造抗傾覆計算中,主要

16、的問題是格內(nèi)填料部分重力直接傳入地基而不參與抗傾,從而導(dǎo)致抗傾覆力矩計算的復(fù)雜化,對于這一問題主要有兩種思索方法：1)扣除體積法/tantanC第四節(jié) 設(shè)計計算該法在抗傾覆力矩的計算中扣除部分體積填料的重力矩.扣除的體積按換算格形的換算寬度B和換算縱隔間距計算,計算公式如下,H為格體高度,為格內(nèi)填料的內(nèi)摩擦角.2)扣除底壓力法扣除底壓力法,在空心方塊、沉井等無底空腔構(gòu)造的抗傾覆穩(wěn)定計算中,為世界各國普遍采用.該法以為填料在傾覆極限方式下的基底壓力將直接傳入地基,而不參與構(gòu)造的抗傾,故在抗傾力矩的計算中應(yīng)扣除這部分力矩.采用該方式計算的中心問題是填料側(cè)壓力系數(shù)K與外摩擦角的取值.倉內(nèi)填料的LBB

17、BLLBLLBVtan3121tan312122第四節(jié) 設(shè)計計算外摩擦角主要取決于填料與倉壁的本身性質(zhì);填料側(cè)壓力系數(shù)取決于格內(nèi)填料的任務(wù)形狀(前壁格內(nèi)填料處于自動形狀,后壁格內(nèi)填料處于被動形狀,側(cè)壁格內(nèi)填料處于靜止形狀).對于格形鋼板樁這種柔性較大構(gòu)造的倉壓力,目前國內(nèi)研討較少,尚未提出一個較為完善的計算方法.3)力矩計算及平安系數(shù)采用空心方塊法計算抗傾覆穩(wěn)定性時,各種力矩的計算先按重力式計算,然后扣除相應(yīng)的抗傾覆力矩.穩(wěn)定性平安系數(shù)取1.41.6.5.計算方法的選用1)重力法未思索填料的漏出問題,計算結(jié)果偏于危險.2)分別法未思索格內(nèi)填料對前后壁的壓力差,計算結(jié)果相當(dāng)保守.第四節(jié) 設(shè)計計算

18、3)漢森法計算結(jié)果同時控制了構(gòu)造的各項穩(wěn)定,計算比較合理,但計算中有關(guān)滑動面的假定,格內(nèi)填料漏出,計算極點的選取等問題有待于進一步討論.4)采用空心方塊法扣除底部應(yīng)力法計算時,所得構(gòu)造比較合理,與漢森法比較偏于保守.五、整體穩(wěn)定性計算鋼板樁格體、碼頭后方回填料連同地基一同發(fā)生滑動的整體穩(wěn)定性，根本上可按常規(guī)的重力式碼頭進展計算。計算時留意以下幾個問題：1.在整體穩(wěn)定性計算中可不思索經(jīng)過格體的滑動面；2.當(dāng)持力基樁入土深度位于假定滑動面以下缺乏35倍樁徑或混凝土樁的抗剪強度較小時，不宜思索其抗滑作用，但應(yīng)扣除基樁傳入滑動面以下的豎向荷載；3.要思索剩余水頭的影響。第四節(jié) 設(shè)計計算六、地基穩(wěn)定性計

19、算1.地基應(yīng)力計算1地基應(yīng)力的分布假定在計算格形鋼板樁碼頭地基應(yīng)力時，目前均假設(shè)其為直線分布。這種假設(shè)與實際情況偏向較大。這樣假設(shè)的緣由：計算難度大；外表壓力分布假設(shè)的偏向?qū)Φ鼗€(wěn)定計算的影響不很大、可分開思索持力基樁的影響、因板樁底部塑性變形及摩擦力導(dǎo)致板樁與填料的壓強趨于均化。2持力基樁的思索當(dāng)持力樁為摩擦樁且入土深度不大時，可不思索持力基樁的影響，否那么，在地基應(yīng)力計算中，可適當(dāng)扣除基樁下傳的荷載。第四節(jié) 設(shè)計計算3地基計算頂面選取目前工程中，常取格體較淺處板樁樁尖程度面做為計算頂面。4地基應(yīng)力計算按常規(guī)重力式碼頭的方法計算地基應(yīng)力。2.地基承載力計算1當(dāng)格內(nèi)無殘存脆弱土層、且地基土質(zhì)單

20、一，按規(guī)范所列方法計算。2當(dāng)格內(nèi)殘存脆弱土層，或地基由多層土組成，地基承載力按整體穩(wěn)定性方式計算，采用滑弧法。此外，計算中可不思索經(jīng)過板樁的滑動面，如右圖。第四節(jié) 設(shè)計計算七、地基變形計算設(shè)計中，除非地基為巖石、密實砂性土及充分固結(jié)的粘性土，均應(yīng)進展地基變形計算，計算方法參照重力式碼頭規(guī)范進展。八、格體脹裂穩(wěn)定性計算1.計算方式垂直方向：假定格體在梁高度處的板樁拉力是與該高程處的程度脹裂荷載強度成正比，按平面問題求解。程度方向：格體前側(cè)的鋼板樁拉力最大，可超越中部的50%，準確計算比較困難，目前工程中，只是粗略地劃分前后兩個區(qū)計算。外荷載程度分布：將格內(nèi)填料土壓力、剩余水壓力、墻前波吸力、墻后填料土壓力簡化為均布的法向荷載。第四節(jié) 設(shè)計計算2.板樁拉力計算NA為前側(cè)板樁拉力值，NB為后側(cè)板樁拉力值。1準圓格形qLNqRNBA2第四節(jié) 設(shè)計計算qLNqLqRNBA,max2)扁格形第四節(jié) 設(shè)計計算3四分格形6254321,max,maxNNNNNNNNNBAqrNqxNqRN321221265142/22/22/2yRqRxLNqxLNfqxLN1712456sincoscossinyRyyrRxR第四節(jié) 設(shè)計計算2/sin2/,m