第二章 重力式碼頭

§2-1重力式碼頭的結(jié)構(gòu)型式與特點(diǎn)一、工作原理及適用條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靠結(jié)構(gòu)本身及其上填料重量抵抗建筑物的滑動(dòng)和傾覆，要求地其具有一定強(qiáng)度，故適用于較好的地基。優(yōu)點(diǎn)：（1）耐久性好，抗凍、抗水性能好；（2）對(duì)地面超載和裝卸工藝變化適應(yīng)性強(qiáng)；（3）施工簡單，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)成熟；（4）用鋼材少，造價(jià)較低。缺點(diǎn)：（1）波浪反射嚴(yán)重，泊穩(wěn)條件差；（2）地基要求一定承載力，需較多的砂石料。第二章重力式碼頭二、主要組成部分1、墻身（下部結(jié)構(gòu)）和胸墻（上部結(jié)構(gòu)）構(gòu)成直立墻面擋住墻后回填料承受外力，傳給基礎(chǔ)及地基連成整體2、基礎(chǔ)將力擴(kuò)散到較大范圍的地基，減小地基應(yīng)力和沉降保護(hù)地基，整平地基3、墻后回填料形成碼頭地面，減小墻后土壓力4、碼頭設(shè)備三、結(jié)構(gòu)型式按墻身結(jié)構(gòu)分類方塊碼頭沉箱碼頭扶壁碼頭大圓筒碼頭和格型鋼板樁碼頭按墻身的施工方法分類干地現(xiàn)場澆注（或砌筑）水下安裝的預(yù)制結(jié)構(gòu)（一）方塊碼頭1、按斷面形式分類（1）階梯式斷面斷面底寬大；方塊數(shù)量多，整體性差；基底應(yīng)力不均勻。（2）衡重式

底層方塊削角、倒梯形、彎月形（3）卸荷板式墻背土壓力減小；基底應(yīng)力較均勻；斷面底寬小。2、按方塊形式和材料分類（1）實(shí)心方塊：砼、塊石砼、漿砌石方塊（2）空心方塊空心塊體形式有底板時(shí)，塊重相同情況下，空心方塊外形尺寸比實(shí)心方塊大，抗傾力矩大；無底板時(shí)，由于填料只部分參加抗傾，抗傾能力小。（3）異形塊體（拉維爾式）由“T”字和“I”字形等塊體組成；腹板間形成的空腔內(nèi)不填滿塊石方塊碼頭優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：耐久性好，基本不需要鋼材，施工簡單，不需復(fù)雜的施工設(shè)備；缺點(diǎn)：水下工作量大，結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能差，需要石料量大。

一般適用于地基較好，當(dāng)?shù)赜写罅渴希鄙黉摬暮捅鶝r嚴(yán)重的情況。（二）沉箱碼頭1、矩形沉箱制作簡單，浮游穩(wěn)定性好，施工經(jīng)驗(yàn)成熟對(duì)稱式非對(duì)稱式側(cè)壁后壁前壁前趾后趾橫隔墻縱隔墻沉箱的組成南沙港集裝箱碼頭沉箱結(jié)構(gòu)開孔矩形沉箱秦皇島港煤碼頭2、園形（外海引橋墩一般采用）環(huán)形箱壁對(duì)水流的阻力小，受力情況好，配筋量小，可不設(shè)內(nèi)隔墻，但模板較復(fù)雜。沉箱碼頭優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：施工速度快，水下工作量少，結(jié)構(gòu)整體性好；缺點(diǎn)：耐久性不如塊體碼頭，需鋼材多，需專門的施工設(shè)備和合適的施工條件。（三）扶壁碼頭由立板、底板和肋板互相整體連接而成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。立板：擋土并構(gòu)成碼頭直立墻壁趾板：增加抗傾穩(wěn)定性，使基底反力分布均勻內(nèi)底板：所受外力傳至基床尾板：減小基床寬度，基底反力均勻肋板：將立板和底板連成整體并支撐立板和底板，扶壁頂端宜嵌入胸墻10cm；扶壁碼頭結(jié)構(gòu)圖扶壁碼頭優(yōu)、缺點(diǎn)：介于塊體結(jié)構(gòu)和沉箱結(jié)構(gòu)兩者之間，主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性差。（四）大直徑圓筒碼頭結(jié)構(gòu)簡單，平面尺寸大；壁薄，一般不作底板和內(nèi)隔墻，可不做拋石基床；砼與鋼材用量少（與圓筒直徑無關(guān)），造價(jià)低，施工速度快。座床式（放在拋石基床上）：當(dāng)?shù)鼗虏簧钐幱休^硬土層而直接放置圓筒其承載力又不足時(shí)采用。沉入式：當(dāng)?shù)鼗砻嬉韵掠休^厚的軟土層，可以將圓筒穿過軟土層插入到下臥持力層。（五）格形鋼板樁碼頭用打入地基中的平板型（直腹式）鋼板樁組成大直徑的圓圈，相鄰圓圈之間兩圓弧連接，此圓弧也由打入地基中的平板型鋼板樁組成。圓圈和圓弧內(nèi)用砂、土或石料填充。圓格形扁格形廣州港新沙圓格形鋼板樁碼頭鹽田港3.5和5萬噸級(jí)碼頭剖面圖該種碼頭型式的主要特點(diǎn)：（1）格體及內(nèi)部填料作為一非剛性結(jié)構(gòu)，格底應(yīng)力具有良好的重分布特性，地基應(yīng)力均勻、連續(xù)，對(duì)地基要求不高。（2）格體采用預(yù)拼裝整體吊運(yùn)工藝，施工機(jī)械工程度高，格體拼裝對(duì)預(yù)拼場地的要求不高，不需占用已有岸線。（3）安全度大，抗過載能力強(qiáng)，延性好。（六）干地施工碼頭

適用于內(nèi)河港口，常用素砼或漿砌石結(jié)構(gòu)，斷面形式與方塊式重力碼頭相似。

優(yōu)、缺點(diǎn)：就地取材，不需鋼材，不需大型和復(fù)雜的施工設(shè)備，施工簡單，整體性好，造價(jià)低。梯形斷面衡重式斷面§2-2重力式碼頭的構(gòu)造或斷面設(shè)計(jì)一、基礎(chǔ)1、分類對(duì)于巖石地基：直接做在巖面上（現(xiàn)場灌注）整平：≮0.3m（預(yù)制安裝）巖石順岸向傾斜時(shí)采用階梯形斷面對(duì)于非巖石地基：現(xiàn)場灌筑：采用100-200mm原貧砼墊層（地基承載力足夠）采用塊石基床、鉿板、基樁（地基承載力不足）

預(yù)制安裝：采用拋石基床2、拋石基床設(shè)計(jì)著重介紹型式、厚度、底寬拋石基床型式原地面水深小于碼頭設(shè)計(jì)水深時(shí)采用。原地面水深大于碼頭設(shè)計(jì)水深時(shí)采用原地面水深大于碼頭設(shè)計(jì)水深，但地基表層為軟土，需挖除。拋石基床厚度基床起擴(kuò)散應(yīng)力的作用時(shí)，厚度由計(jì)算確定，滿足地基允許承載力，且≮1m?；岔斆鎽?yīng)力不大于地基容許承載，基床只起整平，防止地基土被淘刷的作用，厚度不小于0.5m。基床底寬決定于對(duì)地基應(yīng)力擴(kuò)散范圍的要求基床底寬≮建筑物底寬+兩倍基床厚度B+2d拋石基床底寬二、墻身和胸墻1、變形縫設(shè)置

地基不均勻沉降和溫度變化→沉降縫和溫度縫→一般合二為一（一縫兩用）→變形縫，縫寬20mm-50mm，間距10m-30m

一般在下列位置應(yīng)設(shè)置變形縫：新舊建筑物銜接處碼頭水深或結(jié)構(gòu)形式改變處地基土質(zhì)差別較大處基床厚度突變處沉箱接縫處2、胸墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式現(xiàn)場澆注砼胸墻采用最多漿砌石預(yù)制砼塊體高程和尺寸胸墻底部高程不得低于施工水位胸墻底寬按計(jì)算確定，頂寬一般≮0.8m胸墻頂面高程宜預(yù)留沉降量懸臂式簡支式錨固式3、卸荷板4、墻身（1）方塊的型式及尺寸要求；（2）沉箱箱壁、底板和隔墻的布置及尺寸；（3）扶壁立板、肋板、底板尺寸及其整體連接情況；（4）圓筒筒壁和防漏土的構(gòu)造措施；（5）格形墻體和上部結(jié)構(gòu)的布置和尺寸。三、墻后回填

1、拋填棱體作用：（1）減小主動(dòng)土壓力；（2）與倒濾層一起可防細(xì)粒土流失。材料：量大、價(jià)廉、堅(jiān)固、質(zhì)輕，內(nèi)摩擦角大的當(dāng)?shù)夭牧?、倒濾層作用：防止回填土流失分類：碎石倒濾層、土工織物倒濾層三角形：主要為防止回填土流失設(shè)置，拋填材料最少梯形：以減壓為目的鋸齒形：以減壓為目的，用料少，施工程序多（不宜多于兩級(jí)）拋填棱體斷面形式三角形鋸齒形梯形扶壁碼頭中設(shè)置的倒濾井沉箱碼頭中可設(shè)置倒濾空腔§2-3重力式碼頭的一般計(jì)算1、三種設(shè)計(jì)狀況及兩種極限狀態(tài)的關(guān)系持久狀況：（使用期）按承載能力和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；短暫狀況：（施工期）按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，必要時(shí)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；偶然狀況：（遭受地震作用）僅按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。計(jì)算內(nèi)容

序號(hào)計(jì)算和驗(yàn)算內(nèi)容采用的極限狀態(tài)采用的效應(yīng)組合1對(duì)墻底面和墻身各水平縫及齒縫計(jì)算面前趾的抗傾穩(wěn)定性承載能力極限狀態(tài)持久組合2沿墻底面、墻身各水平縫和基床底面的抗滑穩(wěn)定性承載能力極限狀態(tài)持久組合3基床和地基承載力承載能力極限狀態(tài)持久組合4整體穩(wěn)定性承載能力極限狀態(tài)持久組合5墻底面合力作用點(diǎn)位置承載能力極限狀態(tài)持久組合6構(gòu)件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心塊體和大圓筒)的承載力承載能力極限狀態(tài)持久組合7碼頭施工期穩(wěn)定性和構(gòu)件承載力驗(yàn)算承載能力極限狀態(tài)短暫效應(yīng)組合8構(gòu)件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心塊體和大圓筒)裂縫寬度驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)(準(zhǔn)永久)組合9地基沉降驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)(準(zhǔn)永久)組合二、重力式碼頭上的作用1、建筑物自重力（1）容重宜通過試驗(yàn)確定，無實(shí)測資料時(shí)，按規(guī)范取值。（2）對(duì)于無粘性材料（砂、石），剩余水位以上采用天然高度，剩余水位以下采用浮重度。（3）對(duì)于粘性土還應(yīng)考慮飽和區(qū)，飽和區(qū)的土采用飽和重度，飽和區(qū)以上和以下部分分別采用天然重度和浮重度。2、剩余水壓力

墻前計(jì)算低水位與墻后地下水位的水位差稱剩余水頭，由此產(chǎn)生剩余水壓力：墻后回填拋石棱體或粗于中砂的預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)可不考慮剩余水壓力不滿足上述條件，潮汐港口剩余水頭為1/5～1/3平均潮差3、土壓力古典土壓力理論庫侖理論朗肯理論具體公式參考《土力學(xué)》特殊情況采用圖解法出坡點(diǎn)M以上和以下分別按兩種填料的指標(biāo)計(jì)算土壓力，P點(diǎn)的位置由滑動(dòng)面與鉛垂面的夾角近似確定，即：

墻后有拋石棱體的土壓力計(jì)算出坡點(diǎn)M卸荷板下土壓力圖4、系纜力（船舶荷載）一般只考慮系纜力(抗傾抗滑穩(wěn)定計(jì)算）分布寬度：以45度角向下擴(kuò)散原則確定5、地面使用荷載門機(jī)和鐵路荷載實(shí)際工程中常采用等代均布荷載（30～40kN/m2）的方式處理?；钶d最不利布置（堆載）①垂直力和水平力都最大，驗(yàn)算基床和地基的承載力及計(jì)算建筑物的沉降和驗(yàn)算整體滑動(dòng)穩(wěn)定性（圖a）；②水平力最大,垂直力最小，驗(yàn)算建筑物的滑動(dòng)和傾覆穩(wěn)定性（圖b）；③垂直力最大,水平力最小，驗(yàn)算基底面后踵的應(yīng)力（圖c）。三、重力式碼頭的一般計(jì)算（一）碼頭穩(wěn)定性驗(yàn)算

1、抗滑穩(wěn)定性（沿墻底面、墻身各水平縫和基床底面的抗滑穩(wěn)定）

不考慮波浪作用，且由可變作用產(chǎn)生的土壓力為主導(dǎo)可變作用：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式涵蓋的原則，寫出符合本工程實(shí)際的驗(yàn)算表達(dá)式。2、碼頭抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算（對(duì)墻底面、墻身各水平縫及齒縫計(jì)算面前趾）不考慮波浪作用，且由可變作用產(chǎn)生的土壓力為主導(dǎo)可變作用：其他情況下的驗(yàn)算表達(dá)式類似抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。(二)承載力驗(yàn)算1．基床承載力驗(yàn)算

當(dāng)時(shí)，2、地基承載力驗(yàn)算

（三）整體滑動(dòng)穩(wěn)定性及地基沉降計(jì)算詳見《港口工程地基規(guī)范》及《土力學(xué)》采用圓弧滑動(dòng)法(瑞典條分法、畢肖普法等)等地基沉降可采用分層總合法碼頭整體滑動(dòng)破壞示意圖§2-4方塊、沉箱碼頭計(jì)算一、方塊碼頭的計(jì)算1、卸荷板強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算（懸臂式）（1）傾倒穩(wěn)定性繞A點(diǎn)向后傾（2）強(qiáng)度、裂縫寬度按懸臂板計(jì)算以A’為固定點(diǎn)2、無底板空心方塊水平滑動(dòng)和傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算填料有一部分直接作用到基床上，而另一部分則通過塊體壁傳到基床上，腔內(nèi)填料起抗傾作用的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算：抗滑穩(wěn)定性仍可采用一般計(jì)算的公式，但此時(shí)墻底與基床之間的摩擦力計(jì)算采用綜合摩擦系數(shù)，其值可取0.65。二、沉箱碼頭的計(jì)算1．沉箱吃水和干舷高度的驗(yàn)算為了保證沉箱在溜放或漂浮、拖運(yùn)時(shí)水不沒頂，沉箱應(yīng)有足夠的干舷高度2、沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算沉箱靠自身浮游穩(wěn)定時(shí)，必須計(jì)算其以定傾高度表示的浮游穩(wěn)定性。定傾高度應(yīng)按下式計(jì)算：近程浮運(yùn)遠(yuǎn)程浮運(yùn)以塊石和砂等固定物壓載以液體壓載mmm3．沉箱外壁的計(jì)算1）計(jì)算荷載（1）沉箱吊運(yùn)下水時(shí)可能承受的外力。（2）沉箱溜放、漂浮、浮運(yùn)和沉放時(shí)的水壓力和波壓力。（3）對(duì)箱格有抽水要求時(shí)的水壓力。（4）使用時(shí)期的箱內(nèi)填料側(cè)壓力、波浪力和冰荷載。2）箱壁計(jì)算圖式底板以上1.5L：三邊固定、一邊簡支的單孔板1.5L以上區(qū)段多于兩跨：兩端固定連續(xù)板等或少于兩跨:框架或兩端固定單跨板4．底板的計(jì)算1）計(jì)算荷載基床反力、底板自重力、箱格內(nèi)填料垂直壓力；浮托力。2）底板計(jì)算圖式按四邊固定單孔板計(jì)算，懸壁部分按懸壁板計(jì)算。

一、設(shè)計(jì)條件某工程為一座萬噸級(jí)的碼頭。碼頭面頂高程為5.50m，碼頭前沿水深為-9.00m。(一)設(shè)計(jì)船型設(shè)計(jì)船型的船舶資料：長*寬*滿載吃水=178*28*8.2m(二)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。(三)自然條件1.設(shè)計(jì)水位設(shè)計(jì)高水位：4.03m設(shè)計(jì)低水位：0.26m極端高水位：5.13m極端低水位：—1.34m施工水位：2.0m實(shí)例計(jì)算2.波浪要素50年一遇，H1％波高值為：設(shè)計(jì)高水位：H1％=1.665m，T=6.3s設(shè)計(jì)低水位：H1％=1.365m，T=6.3s極端高水位：H1％=1.715m，T=6.3s名稱分布標(biāo)高(m)重度標(biāo)準(zhǔn)值(kN／m3)固快Φ(O)c(kPa)淤泥質(zhì)粘土原泥面—2．6～—4．818.0144中粗砂-4.8~-9.018.0330粘土-9.0~-14.618.92645粉質(zhì)粘土1-14.6~-18.219.031636粉質(zhì)粘土2-18.2以下18.82138表1地質(zhì)指標(biāo)3．地質(zhì)資料土層分布及其物理力學(xué)指標(biāo)見表1和表2。

表2e-p曲線P(kpa)0.050100200400600

e粘土0.8240.8190.8100.8010.7900.778粉質(zhì)粘土10.7450.7390.7280.7200.7120.700粉質(zhì)粘土20.8740.8630.850.8420.8320.824.地震基本烈度為6度（四）碼頭面荷載堆荷荷載：當(dāng)用于構(gòu)件計(jì)