格形鋼板樁碼頭課件

格形鋼板樁碼頭概述構(gòu)造設(shè)計(jì)荷載與破壞形式設(shè)計(jì)計(jì)算施工工藝格形鋼板樁碼頭概述1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閉的格形，內(nèi)部填充砂石料構(gòu)成。自重及荷載通過鋼板樁、填料及持力基樁傳入下層基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)依靠格體及填料性能抵抗自身變形，維持構(gòu)造形狀，依靠自重及格前土壓力避免傾覆、滑移，保持整體穩(wěn)定。第一節(jié)概述一、格形鋼板樁碼頭的概念2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.上部結(jié)構(gòu)(胸墻、管溝等)7.置換基礎(chǔ)8.其它(減壓棱體、倒濾層、后方填土等)第一節(jié)概述二、格形鋼板樁碼頭的構(gòu)造組成3第一節(jié)概述三、格形鋼板樁碼頭的結(jié)構(gòu)特性1.對荷載的適應(yīng)性結(jié)構(gòu)對垂直荷載的承受能力強(qiáng)、對水平荷載的承受能力差。2.對地基的適應(yīng)性硬層層面淺時，宜采用重力式結(jié)構(gòu)；硬層層面深時，宜采用樁基結(jié)構(gòu)。當(dāng)介于兩者之間或地基土質(zhì)變化較大時，采用格形鋼板樁結(jié)構(gòu)。3.結(jié)構(gòu)特性屬于延性結(jié)構(gòu)，碼頭由變形作為設(shè)計(jì)控制條件。4.材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(jī)械性能要求較高，板樁材料需進(jìn)口。5.施工特性第一節(jié)概述三、格形鋼板樁碼頭的結(jié)構(gòu)特性4第一節(jié)概述四、格形鋼板樁碼頭的建設(shè)技術(shù)概況1.概況格形鋼板樁碼頭結(jié)構(gòu)簡單，但設(shè)計(jì)技術(shù)比較復(fù)雜，目前格形碼頭的設(shè)計(jì)理論還不成熟，研究及應(yīng)用比較好的國家有日本、德國、法國及美國等，國內(nèi)研究起步較晚，基本上是套用國外的設(shè)計(jì)資料，深圳鹽田深水碼頭采用了這種結(jié)構(gòu)。2.設(shè)計(jì)流程構(gòu)造布置、抗剪切變形計(jì)算、板樁入土深度計(jì)算、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算、地基承載力計(jì)算、地基變形計(jì)算、整體穩(wěn)定性計(jì)算、格體鋼板樁布置、格體脹裂穩(wěn)定性計(jì)算、附屬設(shè)施計(jì)算。3.施工工藝流程預(yù)制件制作、拼裝平臺建造及導(dǎo)向圍囹架和吊具制作、基礎(chǔ)處理、鋼板樁格體拼裝吊運(yùn)安放、鋼板樁沉樁、格內(nèi)清淤回填及振實(shí)、后方回填、持力基樁沉樁、附屬設(shè)施施工、上部結(jié)構(gòu)施工。第一節(jié)概述四、格形鋼板樁碼頭的建設(shè)技術(shù)概況5第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)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。主要影響因素：鎖口、沉樁阻力、強(qiáng)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)在滿足主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的條件下盡可能提高。格體頂高程：盡量放底，但第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)一、鋼板樁格體6第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)當(dāng)碼頭胸墻或樁端導(dǎo)梁需現(xiàn)澆時，應(yīng)考慮施工水位。4.格體排水理論在鋼板樁壁上設(shè)置排水孔。排水孔的位置、數(shù)量、孔徑視水位差及填料的滲透性確定。一般排水孔宜布設(shè)在低水位以下，孔徑4~6厘米，豎向孔距1~2米，橫向孔距2~4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、價格便宜為宜；基礎(chǔ)填料：宜采用中砂，厚度2~5米。第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)當(dāng)碼頭胸墻或樁端導(dǎo)梁需現(xiàn)澆時，應(yīng)考慮施工水位7第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)三、上部結(jié)構(gòu)格形碼頭的上部結(jié)構(gòu)與常規(guī)重力式碼頭的上部結(jié)構(gòu)相同。1.上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的銜接方式2.結(jié)構(gòu)構(gòu)造1)平面布置直線型:上部結(jié)構(gòu)外沿線齊平，包絡(luò)了格體的外沿線。曲線型:上部結(jié)構(gòu)順應(yīng)格體外壁的走勢,采用折線或弧線形。2)結(jié)構(gòu)型式優(yōu)先采用疊合式結(jié)構(gòu),其次采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu).第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)三、上部結(jié)構(gòu)8第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)四、持力基樁1.基樁結(jié)構(gòu)采用抗彎剪能力好的樁，如預(yù)應(yīng)力混凝土樁。2.樁位布置由上部結(jié)構(gòu)的受力與強(qiáng)度要求確定，且應(yīng)考慮群樁效應(yīng)，間距宜采用3~6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：沿鋼板樁格壁連續(xù)布滿的圈梁，增加整體穩(wěn)定性。第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)四、持力基樁9第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)2.剪力構(gòu)件可采用鋼板、鋼筋混凝土、鋼筋網(wǎng)、土工布等結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)格體抗剪強(qiáng)度。3.軌道基礎(chǔ)前方軌道基礎(chǔ)與胸墻合并，當(dāng)后方軌道荷載較大時在軌道基礎(chǔ)下設(shè)持力基樁，前后軌道基礎(chǔ)間設(shè)置聯(lián)系構(gòu)件（拉桿）。第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)2.剪力構(gòu)件10第三節(jié)荷載與破壞形式一、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則與常規(guī)重力式碼頭一致，詳見《規(guī)范》。二、幾種特殊荷載的計(jì)算1.土壓力近似計(jì)算：將格形鋼板樁曲面假想成直平面，計(jì)算土壓力，此時需將土與墻面的摩擦角增大：由φ/3~φ/2放大至φ/2~2φ/3。（原因）2.波浪壓力第三節(jié)荷載與破壞形式一、荷載的類型與組合11第三節(jié)荷載與破壞形式由于格體壁面不平，目前波浪力計(jì)算理論還不成熟，通常由模型試驗(yàn)確定。3.剩余水壓力格形鋼板樁碼頭剩余水壓力的選用原則：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)施,格體兩側(cè)的剩余水頭取2/3~1倍平均潮差,設(shè)排水設(shè)施,取0~1/3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(jì)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模式第三節(jié)荷載與破壞形式由于格體壁面不平，目前波浪力計(jì)算理論還12第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算一、格體抗剪切變形計(jì)算1.計(jì)算簡化1）格體平面形狀的簡化2）計(jì)算底面的簡化2.計(jì)算模式及公式1）北島昭一法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［2］)第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算一、格體抗剪切變形計(jì)算13第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)柯敏斯法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［2］)3)舒納伯利法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［2］)第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)柯敏斯法14第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算4)太沙基法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［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(xiàn)［2］)6)潘諾葉法極限剪切破壞面同太沙基法公式(見參考文獻(xiàn)［2］)第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算4)太沙基法15第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.計(jì)算方法的選用1)北島昭一法在日本應(yīng)用較廣,是一種較完善的計(jì)算方法,在具備以下特性的工程設(shè)計(jì)中,可優(yōu)先采用:①基礎(chǔ)為砂性土或抗剪性能良好的殘積土;②格內(nèi)填料為砂性土,且無殘留的粘性土或其它軟弱土層;③格體的高寬比較小;④后排板樁入土深度較小.2)柯敏斯法在歐美一些國家應(yīng)用較多,適用范圍與北島法相似,在下述特定的情況下,可采用該法進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核:①基礎(chǔ)為硬粘土或巖石;②格內(nèi)殘存有粘性土或其它軟弱土層.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.計(jì)算方法的選用16第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)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),潘諾葉法無應(yīng)用先例.在以下特殊情況下,可選用這類方法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算:①填料分層較多;②基礎(chǔ)為巖石,卵礫石等高承載力土層;③水平荷載合力作用位置較高.4)舒納伯利法尚無應(yīng)用先例,在以下特殊情況下,可選用該法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算:①格體寬高比較大;②板樁入土較深;③格體頂部有較強(qiáng)的圈梁或剛度較大的聯(lián)系構(gòu)件.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)太沙基法,熱莫奇金法,潘諾葉法均以格體中17第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算二、鋼板樁入土深度計(jì)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(fù)摩擦力)P1和上部結(jié)構(gòu)直接傳遞的壓力P2.樁力的計(jì)算應(yīng)視上部結(jié)構(gòu)的支承方式分別對待,見右圖.計(jì)算P1時,墻后按庫侖主動土壓力計(jì)算,外摩擦角取φ/2~φ/3.計(jì)算P2時,若上部為框架結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定;若為重力式結(jié)構(gòu),按偏心受壓模式計(jì)算.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算二、鋼板樁入土深度計(jì)算18第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)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)安全系數(shù)K的取值:設(shè)計(jì)情況取2.0~2.5;校核情況取1.8~2.0.2.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,上部結(jié)構(gòu)直接傳遞的力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(jì)計(jì)算2)承載力19第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算P2按庫侖主動土壓力計(jì)算,外摩擦角取φ/2~φ/3.P3的計(jì)算方法同前板樁.2)承載力組成部分:R1,R2,R3.計(jì)算圖式:計(jì)算公式:3)入土深度(K=R/P)安全系數(shù)K的取值:設(shè)計(jì)情況K≥2.0;校核情況取K≥1.7.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1~2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,但不宜超過前排.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算P2按庫侖主動土壓力計(jì)算,外摩擦角取φ/2~20第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)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.為避免過大的應(yīng)力集中,每階入土深度不宜大于3米,每一階梯段相同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(jì)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(jì)算模式等與常規(guī)重力式碼頭又有較大區(qū)別,主要體現(xiàn)在:1.計(jì)算面驗(yàn)算三個滑動面：滑動面Ⅰ、滑動面Ⅱ、滑動面Ⅲ。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.側(cè)壁板樁21第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.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、結(jié)構(gòu)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(jì)算范圍由前排樁樁尖到海底面.土壓力按被動土壓力計(jì)算,取用計(jì)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(jì)算.2)滑動面的抗剪力3)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算公式與重力式碼頭相同,當(dāng)穩(wěn)定性不滿足時,增大格體尺寸或入土深度解決.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.滑動力22第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算四、格體抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算計(jì)算方法不成熟(原因:格體與填料之間的作用機(jī)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(jì)中采用的大多是半經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方法.1.重力法該法為目前日本規(guī)范中推薦的方法,計(jì)算中直接套用重力式結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算模式.該法的計(jì)算原則如下:1)轉(zhuǎn)動基點(diǎn)選用前排樁樁尖;2)傾覆力矩計(jì)算同重力式碼頭;3)抗傾覆力矩計(jì)算原則同重力式碼頭,填料自重力矩不加折減,計(jì)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(jì)算中扣除.4)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算同重力式碼頭,抗傾安全系數(shù)為1.1~1.2.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算四、格體抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算23第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.分離法該法為美國早期采用.計(jì)算模式:對結(jié)構(gòu)的鋼板樁格體和內(nèi)部填料兩部分分別進(jìn)行驗(yàn)算.1)填料部分基本假定：格內(nèi)填料的底應(yīng)力不出現(xiàn)負(fù)值，格體底面處的壓應(yīng)力是線性分布，可按偏心受壓模式求解：令，可得：M、N、P為結(jié)構(gòu)上荷載合力在O點(diǎn)的三個分量。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.分離法24第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)格體部分基本假定:當(dāng)格體結(jié)構(gòu)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)揮并參與抗傾,格體后壁所受的填料摩擦力假定為,則格體自身抗傾安全系數(shù)為MR為對前趾的抗傾覆力矩;MO為傾覆力矩;δ為格內(nèi)填料外摩擦角,取2φ/3.K0為安全系數(shù),取1.1~1.2.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)格體部分25第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.漢森法(轉(zhuǎn)動極值法)基本假定:假定格形鋼板樁結(jié)構(gòu)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(diǎn)轉(zhuǎn)動,該點(diǎn)稱為極點(diǎn),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(diǎn)坐標(biāo)格體與極點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系如下:第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.漢森法(轉(zhuǎn)動極值法)26第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)抗傾覆穩(wěn)定性力矩的計(jì)算點(diǎn)為極值點(diǎn),計(jì)算底面為滑動面,安全系數(shù)K0≥1.25~1.5.4)粘性土地基的情況對于粘性土,滑動面無法求得理論解,只能近似計(jì)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(jì)算.σ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.空心方塊法無底結(jié)構(gòu)抗傾覆計(jì)算中,主要的問題是格內(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(jì)算的復(fù)雜化,對于這一問題主要有兩種考慮方法：1)扣除體積法第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)抗傾覆穩(wěn)定性27第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算該法在抗傾覆力矩的計(jì)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(jì)算,計(jì)算公式如下,H為格體高度,φ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、沉井等無底空腔結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算中,為世界各國普遍采用.該法認(rèn)為填料在傾覆極限模式下的基底壓力將直接傳入地基,而不參與結(jié)構(gòu)的抗傾,故在抗傾力矩的計(jì)算中應(yīng)扣除這部分力矩.采用該模式計(jì)算的核心問題是填料側(cè)壓力系數(shù)K與外摩擦角的取值.倉內(nèi)填料的第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算該法在抗傾覆力矩的計(jì)算中扣除部分體積填料的重28第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算外摩擦角主要取決于填料與倉壁的自身性質(zhì);填料側(cè)壓力系數(shù)取決于格內(nèi)填料的工作狀態(tài)(前壁格內(nèi)填料處于主動狀態(tài),后壁格內(nèi)填料處于被動狀態(tài),側(cè)壁格內(nèi)填料處于靜止?fàn)顟B(tài)).對于格形鋼板樁這種柔性較大結(jié)構(gòu)的倉壓力,目前國內(nèi)研究較少,尚未提出一個較為完善的計(jì)算方法.3)力矩計(jì)算及安全系數(shù)采用空心方塊法計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定性時,各種力矩的計(jì)算先按重力式計(jì)算,然后扣除相應(yīng)的抗傾覆力矩.穩(wěn)定性安全系數(shù)取1.4~1.6.5.計(jì)算方法的選用1)重力法未考慮填料的漏出問題,計(jì)算結(jié)果偏于危險.2)分離法未考慮格內(nèi)填料對前后壁的壓力差,計(jì)算結(jié)果相當(dāng)保守.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算外摩擦角主要取決于填料與倉壁的自身性質(zhì);填料29第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)漢森法計(jì)算結(jié)果同時控制了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)穩(wěn)定,計(jì)算比較合理,但計(jì)算中有關(guān)滑動面的假定,格內(nèi)填料漏出,計(jì)算極點(diǎn)的選取等問題有待于進(jìn)一步探討.4)采用空心方塊法扣除底部應(yīng)力法計(jì)算時,所得結(jié)構(gòu)比較合理,與漢森法比較偏于保守.五、整體穩(wěn)定性計(jì)算鋼板樁格體、碼頭后方回填料連同地基一起發(fā)生滑動的整體穩(wěn)定性，基本上可按常規(guī)的重力式碼頭進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時注意以下幾個問題：1.在整體穩(wěn)定性計(jì)算中可不考慮通過格體的滑動面；2.當(dāng)持力基樁入土深度位于假定滑動面以下不足3~5倍樁徑或混凝土樁的抗剪強(qiáng)度較小時，不宜考慮其抗滑作用，但應(yīng)扣除基樁傳入滑動面以下的豎向荷載；3.要考慮剩余水頭的影響。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)漢森法計(jì)算結(jié)果同時控制了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)穩(wěn)定,30第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算六、地基穩(wěn)定性計(jì)算1.地基應(yīng)力計(jì)算1）地基應(yīng)力的分布假定在計(jì)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(shí)際情況偏差較大。這樣假設(shè)的原因：計(jì)算難度大；表面壓力分布假設(shè)的偏差對地基穩(wěn)定計(jì)算的影響不很大、可分開考慮持力基樁的影響、因板樁底部塑性變形及摩擦力導(dǎo)致板樁與填料的壓強(qiáng)趨于均化。2）持力基樁的考慮當(dāng)持力樁為摩擦樁且入土深度不大時，可不考慮持力基樁的影響，否則，在地基應(yīng)力計(jì)算中，可適當(dāng)扣除基樁下傳的荷載。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算六、地基穩(wěn)定性計(jì)算31第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3）地基計(jì)算頂面選取目前工程中，常取格體較淺處板樁樁尖水平面做為計(jì)算頂面。4）地基應(yīng)力計(jì)算按常規(guī)重力式碼頭的方法計(jì)算地基應(yīng)力。2.地基承載力計(jì)算1）當(dāng)格內(nèi)無殘存軟弱土層、且地基土質(zhì)單一，按規(guī)范所列方法計(jì)算。2）當(dāng)格內(nèi)殘存軟弱土層，或地基由多層土組成，地基承載力按整體穩(wěn)定性模式計(jì)算，采用滑弧法。此外，計(jì)算中可不考慮通過板樁的滑動面，如右圖。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3）地基計(jì)算頂面選取32第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算七、地基變形計(jì)算設(shè)計(jì)中，除非地基為巖石、密實(shí)砂性土及充分固結(jié)的粘性土，均應(yīng)進(jìn)行地基變形計(jì)算，計(jì)算方法參照重力式碼頭規(guī)范進(jìn)行。八、格體脹裂穩(wěn)定性計(jì)算1.計(jì)算模式垂直方向：假定格體在梁高度處的板樁拉力是與該高程處的水平脹裂荷載強(qiáng)度成正比，按平面問題求解。水平方向：格體前側(cè)的鋼板樁拉力最大，可超過中部的50%，精確計(jì)算比較困難，目前工程中，只是粗略地劃分前后兩個區(qū)計(jì)算。外荷載水平分布：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(jì)計(jì)算七、地基變形計(jì)算33第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.板樁拉力計(jì)算NA為前側(cè)板樁拉力值，NB為后側(cè)板樁拉力值。1）準(zhǔn)圓格形第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.板樁拉力計(jì)算34第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)扁格形第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)扁格形35第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3）四分格形第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3）四分格形36第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算4）圓格形第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算4）圓格形37第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.脹裂穩(wěn)定性計(jì)算鋼板樁及鎖口的抗拉安全系數(shù)如下：式中：K為格體脹裂穩(wěn)定性安全系數(shù)，取1.5~1.65；Q為鋼板樁樁身及鎖口的抗拉強(qiáng)度；T為板樁環(huán)向拉力，取使用期和施工期前后板樁的較大軸向拉力。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.脹裂穩(wěn)定性計(jì)算38第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝一、格形鋼板樁的施工特點(diǎn)1.水上作業(yè)量偏多；2.格內(nèi)填料前，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，需設(shè)置臨時性助穩(wěn)措施；3.需要大量優(yōu)質(zhì)的填料；4.需要制作大型的鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)向圍囹架，以輔助格體的拼裝、吊運(yùn)及沉放；5.需大型起重船及沉樁設(shè)備。二、鋼板樁格體施工1.鋼板樁驗(yàn)收、堆存2.鋼板樁吊運(yùn)、沉樁基礎(chǔ)處理、架立導(dǎo)向圍囹、板樁吊立、板樁沉入。板樁沉入方法：板樁吊立，格體拼裝閉合后，即可施打，其方法有如下三種：第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝一、格形鋼板樁的施工特點(diǎn)39第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝方法一盡可能把輕型的打樁架安裝在導(dǎo)向圍囹架上，把樁架布置得使樁錘能夠達(dá)到導(dǎo)向圍囹外緣，以格室的中心為軸回轉(zhuǎn)打樁。第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝方法一40第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝方法二在前一個格形結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充施工結(jié)束后，在其填料上設(shè)置長吊桿的打樁機(jī)械，用它來進(jìn)行本格形結(jié)構(gòu)鋼板樁的打入作業(yè)。第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝方法二41第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝方法三利用打樁船進(jìn)行打樁作業(yè)。打樁時，每打完一周后，應(yīng)沿相反方向打下一周。每一周打入0.1~2.0米。第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝方法三42第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝3.預(yù)裝配化格形鋼板樁結(jié)構(gòu)施工方法1）修建施工基地、上下部導(dǎo)向圍囹架。2）鋼板樁吊立、拼插第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝3.預(yù)裝配化格形鋼板樁結(jié)構(gòu)施43第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝3）格體吊出、搬運(yùn)及安放第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝3）格體吊出、搬運(yùn)及安放44第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝4）鋼板樁打入5）圍囹復(fù)位4.格體填充1）清淤2）填充3）振實(shí)、整平5.上部結(jié)構(gòu)及持力基樁施工第五節(jié)格形鋼板樁碼頭的施工工藝4）鋼板樁打入45格形鋼板樁碼頭概述構(gòu)造設(shè)計(jì)荷載與破壞形式設(shè)計(jì)計(jì)算施工工藝格形鋼板樁碼頭概述46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閉的格形，內(nèi)部填充砂石料構(gòu)成。自重及荷載通過鋼板樁、填料及持力基樁傳入下層基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)依靠格體及填料性能抵抗自身變形，維持構(gòu)造形狀，依靠自重及格前土壓力避免傾覆、滑移，保持整體穩(wěn)定。第一節(jié)概述一、格形鋼板樁碼頭的概念47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.上部結(jié)構(gòu)(胸墻、管溝等)7.置換基礎(chǔ)8.其它(減壓棱體、倒濾層、后方填土等)第一節(jié)概述二、格形鋼板樁碼頭的構(gòu)造組成48第一節(jié)概述三、格形鋼板樁碼頭的結(jié)構(gòu)特性1.對荷載的適應(yīng)性結(jié)構(gòu)對垂直荷載的承受能力強(qiáng)、對水平荷載的承受能力差。2.對地基的適應(yīng)性硬層層面淺時，宜采用重力式結(jié)構(gòu)；硬層層面深時，宜采用樁基結(jié)構(gòu)。當(dāng)介于兩者之間或地基土質(zhì)變化較大時，采用格形鋼板樁結(jié)構(gòu)。3.結(jié)構(gòu)特性屬于延性結(jié)構(gòu)，碼頭由變形作為設(shè)計(jì)控制條件。4.材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(jī)械性能要求較高，板樁材料需進(jìn)口。5.施工特性第一節(jié)概述三、格形鋼板樁碼頭的結(jié)構(gòu)特性49第一節(jié)概述四、格形鋼板樁碼頭的建設(shè)技術(shù)概況1.概況格形鋼板樁碼頭結(jié)構(gòu)簡單，但設(shè)計(jì)技術(shù)比較復(fù)雜，目前格形碼頭的設(shè)計(jì)理論還不成熟，研究及應(yīng)用比較好的國家有日本、德國、法國及美國等，國內(nèi)研究起步較晚，基本上是套用國外的設(shè)計(jì)資料，深圳鹽田深水碼頭采用了這種結(jié)構(gòu)。2.設(shè)計(jì)流程構(gòu)造布置、抗剪切變形計(jì)算、板樁入土深度計(jì)算、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算、地基承載力計(jì)算、地基變形計(jì)算、整體穩(wěn)定性計(jì)算、格體鋼板樁布置、格體脹裂穩(wěn)定性計(jì)算、附屬設(shè)施計(jì)算。3.施工工藝流程預(yù)制件制作、拼裝平臺建造及導(dǎo)向圍囹架和吊具制作、基礎(chǔ)處理、鋼板樁格體拼裝吊運(yùn)安放、鋼板樁沉樁、格內(nèi)清淤回填及振實(shí)、后方回填、持力基樁沉樁、附屬設(shè)施施工、上部結(jié)構(gòu)施工。第一節(jié)概述四、格形鋼板樁碼頭的建設(shè)技術(shù)概況50第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)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。主要影響因素：鎖口、沉樁阻力、強(qiáng)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)在滿足主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的條件下盡可能提高。格體頂高程：盡量放底，但第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)一、鋼板樁格體51第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)當(dāng)碼頭胸墻或樁端導(dǎo)梁需現(xiàn)澆時，應(yīng)考慮施工水位。4.格體排水理論在鋼板樁壁上設(shè)置排水孔。排水孔的位置、數(shù)量、孔徑視水位差及填料的滲透性確定。一般排水孔宜布設(shè)在低水位以下，孔徑4~6厘米，豎向孔距1~2米，橫向孔距2~4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、價格便宜為宜；基礎(chǔ)填料：宜采用中砂，厚度2~5米。第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)當(dāng)碼頭胸墻或樁端導(dǎo)梁需現(xiàn)澆時，應(yīng)考慮施工水位52第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)三、上部結(jié)構(gòu)格形碼頭的上部結(jié)構(gòu)與常規(guī)重力式碼頭的上部結(jié)構(gòu)相同。1.上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的銜接方式2.結(jié)構(gòu)構(gòu)造1)平面布置直線型:上部結(jié)構(gòu)外沿線齊平，包絡(luò)了格體的外沿線。曲線型:上部結(jié)構(gòu)順應(yīng)格體外壁的走勢,采用折線或弧線形。2)結(jié)構(gòu)型式優(yōu)先采用疊合式結(jié)構(gòu),其次采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu).第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)三、上部結(jié)構(gòu)53第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)四、持力基樁1.基樁結(jié)構(gòu)采用抗彎剪能力好的樁，如預(yù)應(yīng)力混凝土樁。2.樁位布置由上部結(jié)構(gòu)的受力與強(qiáng)度要求確定，且應(yīng)考慮群樁效應(yīng)，間距宜采用3~6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：沿鋼板樁格壁連續(xù)布滿的圈梁，增加整體穩(wěn)定性。第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)四、持力基樁54第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)2.剪力構(gòu)件可采用鋼板、鋼筋混凝土、鋼筋網(wǎng)、土工布等結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)格體抗剪強(qiáng)度。3.軌道基礎(chǔ)前方軌道基礎(chǔ)與胸墻合并，當(dāng)后方軌道荷載較大時在軌道基礎(chǔ)下設(shè)持力基樁，前后軌道基礎(chǔ)間設(shè)置聯(lián)系構(gòu)件（拉桿）。第二節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)2.剪力構(gòu)件55第三節(jié)荷載與破壞形式一、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則與常規(guī)重力式碼頭一致，詳見《規(guī)范》。二、幾種特殊荷載的計(jì)算1.土壓力近似計(jì)算：將格形鋼板樁曲面假想成直平面，計(jì)算土壓力，此時需將土與墻面的摩擦角增大：由φ/3~φ/2放大至φ/2~2φ/3。（原因）2.波浪壓力第三節(jié)荷載與破壞形式一、荷載的類型與組合56第三節(jié)荷載與破壞形式由于格體壁面不平，目前波浪力計(jì)算理論還不成熟，通常由模型試驗(yàn)確定。3.剩余水壓力格形鋼板樁碼頭剩余水壓力的選用原則：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)施,格體兩側(cè)的剩余水頭取2/3~1倍平均潮差,設(shè)排水設(shè)施,取0~1/3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(jì)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模式第三節(jié)荷載與破壞形式由于格體壁面不平，目前波浪力計(jì)算理論還57第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算一、格體抗剪切變形計(jì)算1.計(jì)算簡化1）格體平面形狀的簡化2）計(jì)算底面的簡化2.計(jì)算模式及公式1）北島昭一法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［2］)第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算一、格體抗剪切變形計(jì)算58第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)柯敏斯法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［2］)3)舒納伯利法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［2］)第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)柯敏斯法59第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算4)太沙基法極限剪切破壞面公式(見參考文獻(xiàn)［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(xiàn)［2］)6)潘諾葉法極限剪切破壞面同太沙基法公式(見參考文獻(xiàn)［2］)第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算4)太沙基法60第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.計(jì)算方法的選用1)北島昭一法在日本應(yīng)用較廣,是一種較完善的計(jì)算方法,在具備以下特性的工程設(shè)計(jì)中,可優(yōu)先采用:①基礎(chǔ)為砂性土或抗剪性能良好的殘積土;②格內(nèi)填料為砂性土,且無殘留的粘性土或其它軟弱土層;③格體的高寬比較小;④后排板樁入土深度較小.2)柯敏斯法在歐美一些國家應(yīng)用較多,適用范圍與北島法相似,在下述特定的情況下,可采用該法進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核:①基礎(chǔ)為硬粘土或巖石;②格內(nèi)殘存有粘性土或其它軟弱土層.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.計(jì)算方法的選用61第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)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),潘諾葉法無應(yīng)用先例.在以下特殊情況下,可選用這類方法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算:①填料分層較多;②基礎(chǔ)為巖石,卵礫石等高承載力土層;③水平荷載合力作用位置較高.4)舒納伯利法尚無應(yīng)用先例,在以下特殊情況下,可選用該法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算:①格體寬高比較大;②板樁入土較深;③格體頂部有較強(qiáng)的圈梁或剛度較大的聯(lián)系構(gòu)件.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)太沙基法,熱莫奇金法,潘諾葉法均以格體中62第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算二、鋼板樁入土深度計(jì)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(fù)摩擦力)P1和上部結(jié)構(gòu)直接傳遞的壓力P2.樁力的計(jì)算應(yīng)視上部結(jié)構(gòu)的支承方式分別對待,見右圖.計(jì)算P1時,墻后按庫侖主動土壓力計(jì)算,外摩擦角取φ/2~φ/3.計(jì)算P2時,若上部為框架結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定;若為重力式結(jié)構(gòu),按偏心受壓模式計(jì)算.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算二、鋼板樁入土深度計(jì)算63第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)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)安全系數(shù)K的取值:設(shè)計(jì)情況取2.0~2.5;校核情況取1.8~2.0.2.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,上部結(jié)構(gòu)直接傳遞的力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(jì)計(jì)算2)承載力64第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算P2按庫侖主動土壓力計(jì)算,外摩擦角取φ/2~φ/3.P3的計(jì)算方法同前板樁.2)承載力組成部分:R1,R2,R3.計(jì)算圖式:計(jì)算公式:3)入土深度(K=R/P)安全系數(shù)K的取值:設(shè)計(jì)情況K≥2.0;校核情況取K≥1.7.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1~2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,但不宜超過前排.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算P2按庫侖主動土壓力計(jì)算,外摩擦角取φ/2~65第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)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.為避免過大的應(yīng)力集中,每階入土深度不宜大于3米,每一階梯段相同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(jì)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(jì)算模式等與常規(guī)重力式碼頭又有較大區(qū)別,主要體現(xiàn)在:1.計(jì)算面驗(yàn)算三個滑動面：滑動面Ⅰ、滑動面Ⅱ、滑動面Ⅲ。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.側(cè)壁板樁66第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.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、結(jié)構(gòu)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(jì)算范圍由前排樁樁尖到海底面.土壓力按被動土壓力計(jì)算,取用計(jì)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(jì)算.2)滑動面的抗剪力3)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算公式與重力式碼頭相同,當(dāng)穩(wěn)定性不滿足時,增大格體尺寸或入土深度解決.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.滑動力67第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算四、格體抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算計(jì)算方法不成熟(原因:格體與填料之間的作用機(jī)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(jì)中采用的大多是半經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方法.1.重力法該法為目前日本規(guī)范中推薦的方法,計(jì)算中直接套用重力式結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算模式.該法的計(jì)算原則如下:1)轉(zhuǎn)動基點(diǎn)選用前排樁樁尖;2)傾覆力矩計(jì)算同重力式碼頭;3)抗傾覆力矩計(jì)算原則同重力式碼頭,填料自重力矩不加折減,計(jì)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(jì)算中扣除.4)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算同重力式碼頭,抗傾安全系數(shù)為1.1~1.2.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算四、格體抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算68第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.分離法該法為美國早期采用.計(jì)算模式:對結(jié)構(gòu)的鋼板樁格體和內(nèi)部填料兩部分分別進(jìn)行驗(yàn)算.1)填料部分基本假定：格內(nèi)填料的底應(yīng)力不出現(xiàn)負(fù)值，格體底面處的壓應(yīng)力是線性分布，可按偏心受壓模式求解：令，可得：M、N、P為結(jié)構(gòu)上荷載合力在O點(diǎn)的三個分量。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2.分離法69第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)格體部分基本假定:當(dāng)格體結(jié)構(gòu)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)揮并參與抗傾,格體后壁所受的填料摩擦力假定為,則格體自身抗傾安全系數(shù)為MR為對前趾的抗傾覆力矩;MO為傾覆力矩;δ為格內(nèi)填料外摩擦角,取2φ/3.K0為安全系數(shù),取1.1~1.2.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算2)格體部分70第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.漢森法(轉(zhuǎn)動極值法)基本假定:假定格形鋼板樁結(jié)構(gòu)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(diǎn)轉(zhuǎn)動,該點(diǎn)稱為極點(diǎn),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(diǎn)坐標(biāo)格體與極點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系如下:第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3.漢森法(轉(zhuǎn)動極值法)71第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)抗傾覆穩(wěn)定性力矩的計(jì)算點(diǎn)為極值點(diǎn),計(jì)算底面為滑動面,安全系數(shù)K0≥1.25~1.5.4)粘性土地基的情況對于粘性土,滑動面無法求得理論解,只能近似計(jì)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(jì)算.σ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.空心方塊法無底結(jié)構(gòu)抗傾覆計(jì)算中,主要的問題是格內(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(jì)算的復(fù)雜化,對于這一問題主要有兩種考慮方法：1)扣除體積法第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)抗傾覆穩(wěn)定性72第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算該法在抗傾覆力矩的計(jì)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(jì)算,計(jì)算公式如下,H為格體高度,φ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、沉井等無底空腔結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算中,為世界各國普遍采用.該法認(rèn)為填料在傾覆極限模式下的基底壓力將直接傳入地基,而不參與結(jié)構(gòu)的抗傾,故在抗傾力矩的計(jì)算中應(yīng)扣除這部分力矩.采用該模式計(jì)算的核心問題是填料側(cè)壓力系數(shù)K與外摩擦角的取值.倉內(nèi)填料的第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算該法在抗傾覆力矩的計(jì)算中扣除部分體積填料的重73第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算外摩擦角主要取決于填料與倉壁的自身性質(zhì);填料側(cè)壓力系數(shù)取決于格內(nèi)填料的工作狀態(tài)(前壁格內(nèi)填料處于主動狀態(tài),后壁格內(nèi)填料處于被動狀態(tài),側(cè)壁格內(nèi)填料處于靜止?fàn)顟B(tài)).對于格形鋼板樁這種柔性較大結(jié)構(gòu)的倉壓力,目前國內(nèi)研究較少,尚未提出一個較為完善的計(jì)算方法.3)力矩計(jì)算及安全系數(shù)采用空心方塊法計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定性時,各種力矩的計(jì)算先按重力式計(jì)算,然后扣除相應(yīng)的抗傾覆力矩.穩(wěn)定性安全系數(shù)取1.4~1.6.5.計(jì)算方法的選用1)重力法未考慮填料的漏出問題,計(jì)算結(jié)果偏于危險.2)分離法未考慮格內(nèi)填料對前后壁的壓力差,計(jì)算結(jié)果相當(dāng)保守.第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算外摩擦角主要取決于填料與倉壁的自身性質(zhì);填料74第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)漢森法計(jì)算結(jié)果同時控制了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)穩(wěn)定,計(jì)算比較合理,但計(jì)算中有關(guān)滑動面的假定,格內(nèi)填料漏出,計(jì)算極點(diǎn)的選取等問題有待于進(jìn)一步探討.4)采用空心方塊法扣除底部應(yīng)力法計(jì)算時,所得結(jié)構(gòu)比較合理,與漢森法比較偏于保守.五、整體穩(wěn)定性計(jì)算鋼板樁格體、碼頭后方回填料連同地基一起發(fā)生滑動的整體穩(wěn)定性，基本上可按常規(guī)的重力式碼頭進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時注意以下幾個問題：1.在整體穩(wěn)定性計(jì)算中可不考慮通過格體的滑動面；2.當(dāng)持力基樁入土深度位于假定滑動面以下不足3~5倍樁徑或混凝土樁的抗剪強(qiáng)度較小時，不宜考慮其抗滑作用，但應(yīng)扣除基樁傳入滑動面以下的豎向荷載；3.要考慮剩余水頭的影響。第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算3)漢森法計(jì)算結(jié)果同時控制了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)穩(wěn)定,75第四節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算六、地基穩(wěn)定性計(jì)算1.地基應(yīng)力計(jì)算1）地基應(yīng)力的分布假定在計(jì)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(shí)際情況偏差較大。這樣假設(shè)的原因：計(jì)算難度大；表面壓力分布假設(shè)的偏差對地基穩(wěn)定計(jì)算的影響不很大、可分開考慮持力基樁的影響、因板樁底部塑性變形及摩擦力導(dǎo)致板樁與填料的壓強(qiáng)趨于均化。2）持力基樁的考慮當(dāng)持力樁為摩擦樁且入土深度不大時，可不考慮持力基樁