重庆高校港口水工建筑物之重力式码头讲义

重力式码头的结构型式及其特点重力式码头的构造重力式码头的一般计算方块码头沉箱码头护壁码头大直径圆筒码头第三章重力式码头Ⅰ、重力式码头的结构型式及其特点工作原理优点缺点适用条件一、重力式码头的一般特点二、重力式码头的主要组成部分及其作用１、胸墙和墙身：是重力式码头的主体结构，挡土、承受并传递外力、构成整体、便于安装码头设备。２、基础：⑴扩散、减小地基应力，降低码头沉降；⑵有利于保护地基不受冲刷；⑶便于整平地基，安装墙身。３、墙后回填：（主要指抛石棱体，倒滤层）减小土压力，减小水土流失。４、码头设施：供船舶系靠，装卸作业。三、重力式码头的结构型式重力式码头的结构型式主要取决于墙身结构１、按墙身结构型式分：方块码头，沉箱码头，护壁码头，大直径圆筒码头，格形钢板桩码头，干地 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 的现浇砼和浆砌石码头等。２、按施工方法分类：干地现浇或砌筑的结构水下安装预制结构在码头 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中，首先要根据当地的自然条件，施工条件，建筑物的使用要求等，拟定各种构造措施（基本轮廓尺度），既进行构造设计，然后再进行强度和稳定性验算。一、基础(一)基础的形式⑴扩散、减小地基应力，降低码头沉降；⑵有利于保护地基不受冲刷；⑶便于整平地基，安装墙身。Ⅱ、重力式码头的构造㈡、基础的形式１、岩基：⑴、现浇砼和浆砌石结构可不作基础整平，可把岩基面凿成阶梯形断面最低一层台阶宽度≮1m，1:10倒坡。⑵、对预制结构（易倾斜），须用二片石和碎石整平，厚度≮0.3m２、非岩基：水下安装预制结构，须作抛石基床；干地现浇砼和浆砌石结构：⑴、地基承载力不足时，要设置基础，如块石基础，钢筋砼基础或桩基等；⑵、如地基承载力足够，可不作基础，但应满足构造要求。构造要求：①、在墙下铺10~20cm厚的贫质砼垫层，以保证墙身施工质量。②、垫层的埋置深度≮0.5m，考虑挖泥超深。③、若码头前有冲刷，则基础埋深>冲刷深度，或采用护底措施。３、软土地区：地基处理，加载预压加固淤泥质软基，深层水泥搅拌(CDM)加固软基(插图)。详见《地基处理手册》㈢、抛石基床１、基床形式⑴、暗基床：用于原地面水深小于码头设计水深。⑵、明基床：用于原地面水深大于码头设计水深，且地基条件较好。⑶、混合基床：用于原地面水深大于码头设计水深，但地基条件较差(如有2~3m淤泥层)，挖除后抛石或换砂，成混合基床。２、基床厚度：主要由地基承载能力确定，基床底应力应小于地基允许承载能力。⑴　地基较好：基床顶应力<地基承载能力时，d≮50cm，主要起整平地面和防止地基土被冲刷的作用。⑵　地基较差：基床顶应力>地基承载能力时，d≮100cm，具体取值，应根据稳定计算确定。３、基槽的宽度和坡度⑴、顺岸式结构⑵、突堤式结构基槽的边坡坡度，根据土质由经验确定，但应满足稳定性要求。４、基床肩宽（明基床）对于夯实基床，≮2m；对于不夯实基床，≮1m。5、基床夯实基床夯实的方法一般有预压法、重锤夯实法和爆炸夯实法。重锤夯实的作用①破坏块石棱角，使块石互相挤紧；②使与地基接触的一层块石嵌入地基土内。当地基为松散砂基或采用换砂处理时，对于夯实的抛石基床底层应设置约0.3m厚的二片石垫层，以防止基床块石大夯震动时陷入砂层内。6、抛石的重量和质量⑴、重量：块石的重量既要满足在波浪和水流作用下的稳定性，又要考虑便于开采，运输。一般采用10~100kg的混合料。⑵、质量：要求块石块石不被夯碎，遇水不软化、不破碎，未风化。对于打夯的基床：≮50MPa（水中饱和状态下的抗压强度）；对于不打夯的基床：≮30MPa。7、基床顶面的预留沉降量⑴、夯实基床：只考虑地基沉降的预留量（参见《土力学》教材）。⑵、不夯实基床：除考虑地基沉降外，还应考虑基床本身的压缩沉降量:△=αkσd预留倒坡0%~1.5%，以防止外倾。对于岩基，带卸荷板的衡重式码头，可不留倒坡。二、墙身和胸墙的构造针对设置前趾且高出基床面的码头，为了防止船底碰撞码头前趾，应保证前趾与船舶舭龙骨之间的最小净距不应小于0.3m。㈠、码头临水面轮廓要求㈡　变形缝的设置码头结构中一般将沉降缝和伸缩缝合二为一，成为变形缝，即一缝两用。１、位置：⑴新、旧结构衔接处；⑵水深或结构型式变化处；⑶地基土质变化较大处；⑷基床厚度变化处；⑸沉箱接缝处等。２、缝宽：2~5mm，垂直通缝。３、间距：在考虑上述因素外，一般10~30m不等。㈢、胸墙构造１　胸墙的型式⑴、现浇砼胸墙：结构牢固，整体性好，是采用最多的一种型式。⑵、浆砌石胸墙：可节约模板，就地取材，但断面不宜过小，并要注意砌筑质量，保证有良好的整体性。⑶、预制砼块体胸墙：预制块体之间应采取良好的整体联系措施。２、顶宽：一般≮0.8m，对于停靠小型内河船舶的码头≮0.5m。３、底宽：按抗滑、抗倾稳定性计算确定。４、底高程：原则上应尽量放低，以增加胸墙的整体性和足够的刚度，但对现浇或现砌的胸墙，底高程不得低于施工水位。施工水位：为了现浇若干节点（胸墙，桩帽等），低于该节点底面的水位在水位过程线上出现的时间为h，施工队伍根据机具及组织能力，在该时段内能保证完成该节点的现浇施工任务，则该水位即为施工水位。５、胸墙顶的预留沉降量（不包括现浇胸墙前的沉降量）按砌筑胸墙后的沉降，即后期沉降预留。㈣、码头端部的处理顺岸式码头端部一般采用两种处理方式：１、在端部设置翼墙：端部可用来停靠小船，节省岸线长度。适用于码头不再接长的情况。在使用过程中，易造成不均匀沉降，使结构出现裂缝。当翼墙长度超过10m，应设置变形缝。２、在端部做顺岸式斜坡台阶适用于码头有扩建，接长要求的情况，不会发生较大的不均匀沉降，但要求码头端部有富裕地形。㈤、增强结构耐久性的措施：适当提高材料的强度标号；适当增大构件厚度和钢筋的砼保护层厚度；采用耐侵蚀性强，抗磨性高和抗冻性能好的新材料；采用花岗石或预制钢筋砼板镶面。三、墙后回填㈠、墙后回填的形式１、抛石棱体加倒滤层：减少土压力，防止水土流失。减压后墙身端面减小，节省砼用量，经济效果显著，故在实心方块码头中多采用。２、直接回填细粒土，只在墙身构件间的拼装缝处设倒滤设施，防止土料流失。多用于沉箱、护壁、空心块体码头。㈡、抛石棱体构造１、断面形式⑴、三角形：以防止回填土流失为主，减压效果较差，抛填料量最少。⑵、梯形、锯齿形：以减压为主，兼防止回填土流失。锯齿形与梯形相比在减压效果相同的情况下，节约抛石量，但施工工序多，影响工期，质量不易保证。因此，对锯齿形一般不多于二级最多可采用三级。２、构造棱体顶面应高出预置安装的墙身比不小于0.3米㈢、倒滤层构造１、位置：抛石棱体顶面，坡面，胸墙变形缝及卸荷板顶面及侧面接缝处。２、形式⑴、碎石倒滤层：①可分层；②不分层：采用级配较好的天然石料（或粒径5~8mm的碎石）一次合成，厚度≮60cm。⑵、土工织物倒滤层：直接设置在墙身接缝处的土工织物宜双层布置，抛石棱体后可单层布置。土工织物的技术要求参见现行行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 《水运 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 土工织物应用技术规程》。㈣、回填土　就地取材，取土方便，运距近，易密实，有一定承载力，产生土压力小。Ⅲ、重力式码头的一般计算一.重力式码头的设计状态重力式码头的设计应考虑三种设计状况。１、持久状况：在结构使用期按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。２、短暂状况：施工期或使用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，必要时也需按正常使用极限状态设计。３、偶然状况：在使用期遭受偶然荷载时仅按承载能力极限状态设计。二、重力式码头上的作用重力式码头上的作用按时间变异可分为以下三类：永久作用：自重（建筑物，固定机械设备），填土产生的土压力。可变作用：地面使用荷载产生的土压力，船舶荷载，施工荷载，冰荷载，波浪力等。偶然作用：地震作用。１、建筑物的自重：G=γV　（γ的选取）材料重度：水上采用天然容重，水下采用浮容重。填料重度：无粘性土，以墙后地下水位为界，地下水位以上采用天然容重，以下采用浮容重。粘性土：根据当地经验选用，（应考虑饱和区）２、剩余水压力概念：墙后地下水位高于墙前计算低水位时产生的水压力差值，一般按静水压力考虑。剩余水压力应根据码头排水的好坏和后方填料的透水性来确定。⑴、墙后为抛石棱体或粗于中砂的填料，可不考虑剩余水压力。⑵、墙后为中砂或细于中砂的填料（包括粘性土）时：①、潮汐港：剩余水头取1/5~1/3的平均潮差；②、河港：取决于排水措施和墙前、后地下水位情况。⑴、门机和火车①、门机和火车分开考虑门机：a沿码头长度方向将轮压力转化成线荷载，Pm=∑Pi/(2l1+2l0)b将线荷载Pm分布到门机轨道基础宽度上，并以局部均布荷载形式作用在码头面上。火车：a查表的火车荷载的等代线荷载Pt。　　　b将Pt分布到轨枕长度上，以局部均布荷载形式作用在码头面上。３、地面使用荷载a、计算Pm，Pt。b、将Pm，Pt通过轨枕、道渣等沿码头横向传布，达到一定深度成均布荷载，并移至地面上。q=(Pm`+Pt`+Pt``+Pm``)/B，B=B0+b1+b0``式中：B0－门机轨距，10.5m；b1－门机轨枕宽度1.25m；b2－火车轨枕宽度2.5m；b0``－两线火车轨道净距2m。②、门机和火车一起考虑⑵、地面使用荷载的布置地面使用荷载为可变荷载时，应根据不同的计算项目，按最不利情况进行布置，以堆货为例。①、垂直力最大，水平力最大用于验算基床、地基承载力及建筑物的沉降和整体滑动稳定性。②、垂直力最小，水平力最大用于计算抗倾、抗滑稳定性。③、垂直力最大，水平力最小：用于验算基底后踵的应力。４、船舶荷载⑴、计算稳定时，不考虑撞击力、挤靠力。⑵、系缆力：Ny－对码头影响不大，不考虑。Nz－数值较小，计算墙身稳定性时不考虑，而在计算系船块体和胸墙稳定性时应考虑。Nz－按各分层沿码头长度方向的分布长度考虑。①、对于阶梯形方块码头：沿墙以45°向下扩散，遇竖缝中止，然后再从缝底端向下继续扩散。②、对于护壁码头：沿墙以45°向下扩散，遇竖缝中止。③、对于现浇砼和浆砌石码头、沉箱码头，在验算沿墙底稳定是，以分段长度作为船舶荷载的分布长度。因为此类码头在分段长度内为一整体。５　波浪力⑴、波高<1m时：不考虑波浪力。⑵、波高≥1m时：即使要考虑，也只考虑墙前为波谷情况，即波吸力，墙后按静水位考虑。６、地震荷载见《抗震 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 》。７、土压力：（略）三、重力式码头的一般计算㈠、码头稳定性验算（以岸壁式码头为例）１、验算内容包括沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性组合一：不考虑波浪力作用，由可变作用产生的土压力为主导可变作用时，抗滑稳定性应满足下式：组合二：不考虑波浪力作用，沿胸墙底面的抗滑稳定性，系缆力为主导可变作用组合四：考虑波浪力作用，堆载土压力为主导可变作用时：此为一种水位情况，若将水位作为一个组合条件，则可得十几中组合情况。组合三：考虑波浪力作用，波浪力为主导可变作用时：注意：计算暗基床底面的抗滑稳定性时，应考虑基床垂直面上的被动土压力Ep，且G中应包括E’EDB的重量。但：①Ep－取计算被动土压力的30%，当暗基床较薄或土质较软时可以不考虑。②f－砂性土时，取f=tgφ；粘性土时，取等代内摩擦角φ’f=tgφ’=tg(φ+c/σ)组合一：不考虑波浪力作用，由可变作用产生的土压力为主导可变作用时，抗倾稳定性应满足下式：组合二：不考虑波浪力作用，对胸墙底面前趾的抗倾稳定性，系缆力产生的倾覆力矩为主导可变作用时：２、对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算前趾的抗倾稳定性。组合三：考虑波浪力作用，波浪作用为主导可变作用时：组合四：考虑波浪力作用，堆载土压力为主导可变作用时：１、基床承载力验算⑴、基底应力计算按刚性墙计算，基底应力呈直线分布，按偏心受压公式计算，对矩形墙底：式中：Vk－作用在基床底面的竖向合力标准值(KN/m)；e－合力偏心距；ξ－合力作用点至前趾的距离，ξ=(MR-M0)/Vk。㈡、承载力验算注意：①由公式可知：当ξB/3，eB/6，B1=3ξ两种情况的基床底面最大，最小应力标准值和合力作用点偏心距可按下式计算：σmax’=B1σmax/(B1+2d)+rdσmin’=B1σmin/(B1+2d)+rde’=(B1+2d1)/6+(σmax’σmin’)/(σmax’+σmin’)地基承载力能否满足要求，按《港口工程地基规范》验算。㈢、地基沉降计算地基沉降包括：均匀沉降：不会引起建筑物的破坏，但过大回影响建筑物的正常使用。不均匀沉降：沿码头横断面方向，如何解决？沿码头长度方向，破坏性较大，如何解决？码头长度方向上的沉降量应分段计算，具体见《土力学》，《港口工程地基规范》等。规范规定：方块、护壁码头，沉降量应<15~20cm；沉箱码头<20~25cm。㈣、整体稳定性验算⑴、码头结构顶面及其后一定范围的地面突然下沉，且下沉量超过计算地基沉降量。⑵、在码头后方一定距离的地面出现裂缝和断裂，且这个地点比墙后主动破裂面的出坡点要远。⑶、码头结构后倾，底部突出码头线很多，但前沿线基本无多大变化或稍后移。⑷、码头前面水底泥面有明显的隆起。１、重力式码头整体稳定破坏的特征2、计算方法①、圆弧滑动法：式中：Msd，Mrk分别为作用于危险滑弧面上的滑动力矩设计值和抗滑力矩的标准值，具体见《港口工程地基规范》，rd为抗力分项系数②、当地基浅层有软弱夹层和倾斜岩石情况，宜采用非圆弧滑动面计算。见《地基规范》附录GⅣ、方块码头一、结构型式㈠、按断面形式分1、阶梯形：断面和底宽较大，材料用量较多，横断面方向整体性差，且地基应力不均匀。2、衡重式：土压力减小，重心靠后，基底应力分布均匀，横断面方向整体性好，但结构重心靠上，抗震性能差，且衡重式断面在施工重存在后倾稳定问题。3、卸荷板式㈠、按块体型式分1、实心方块：制作方便，耐久性好，施工维修简便，但砼或石料用量大，若起重设备能力足够，地基承载力好，材料供应充足，宜选用这种型式。2、空心方块：有底空心：外形尺寸大，抗倾能力大（填料全部参加抗倾），基底应力较小，但易断裂。无底空心：抗倾能力小，基底的局部应力集中，仅用于小码头。3、异型方块：结构轻型，材料较省，土压力较小（空腔内不完全填满石料），造价低，但施工中稳定性差，基底局部应力集中，一般用于小码头。二、构造㈠、块体形状：实心块体：直角六面体；空心块体：工字，双工字，多工字，日字，口字，T形，双T形等。㈡、块体的尺寸：原则上越大越好，但应考虑预制和起重设备的能力以及码头的分段长度。1、实心方块：①、尺寸：长边/高度≯3，短边/高度≮1，（且短边≮0.8m）②、错缝间距：横断面上错缝间距≮1/2块体高度（或≮0.8m），纵向错缝间距≮1/3块体高度（或≮0.5m）①、尺寸：长度/高度=式中：C为块体顺码头方向外壁厚度的总和，C=C1+C2，K为系数，可取0.9，B为块体外形宽度。②、厚度：砼立壁≮40cm，钢筋砼立壁≮20cm，钢筋砼底板≮25cm（有底情况）2、空心方块（多层时，宜采用通缝砌筑）3、卸荷板卸荷板一般采用钢筋砼结构，其型式有悬臂式、锚固式和简支式。悬臂式最为常用，其悬臂长度和厚度应通过后倾稳定性和强度计算确定，一般悬臂长1.5～3.0m，厚度0.8～1.2m。为防止后倾，悬臂不能太长，应满足控制条件：悬臂长/墙身顶宽≤0.5。悬臂长度/厚度＜1.5，一般可采用素砼，此时厚度1～1.2m；悬臂长度/厚度≥1.5，应采用钢筋砼，此时厚度0.8～1.0m。三、断面设计1、尽量减小土压力：俯斜墙背，卸荷板，设置抛石棱体。2、尽量使断面重心后移，以增大稳定，减小地基应力，宜采用衡重式断面，衡重式码头在施工过程重，若墙后未及时回填，存在向后倾覆的危险，为了保证墙在施工重的稳定性荷控制基底应力分布，应对墙身合力到后趾的距离作限制：对非岩基：a≮B/3，对应顶宽/底宽≤1.6对岩基：a≮B/4，对应顶宽/底宽≤1.9。3、在施工许可的情况下，尽量增大块体尺寸，以减少层数和数量；4、卸荷板的位置应适当低一些，一般卸荷板顶面以放在现浇胸墙的施工水位为宜。四、计算㈠、卸荷板的后倾稳定性荷承载力（强度）计算1、后倾稳定性计算以A点为支承点，按下式验算：式中：M0为A点右侧的卸荷板以上的结构自重荷其上的均载自重力产生的倾覆力矩；MG为A点左侧的卸荷板以上的结构自重产生的稳定力矩。2、承载力验算卸荷板的悬臂必须有足够的承载能力和抗裂能力，按悬臂板验算承载力和裂缝宽度。注意计算时应将支撑点后移20～30cm，至A’（考虑预制荷安装误差及下面块体棱角的塑性变形荷损坏）。(二)、无底空心方块码头沿墙底的抗倾（抗滑）稳定性验算1、抗倾：对无底空心方块码头，由于空心块体的填料与块体壁之间的摩擦力存在，填料有一部分重量直接作用到基床上，而另一部分则是通过块体壁传到基床上（同储仓压力）。因此，在计算抗倾稳定性时，应将前者扣除，即将填料起抗倾作用的竖向力标准值按下式扣除：GR=W0-ARσZ，然后换算成单宽值。式中：GR为腔内起抗倾作用的填料重力标准值；W0为腔内填料自重力标准值；σZ为直接作用在基床上的填料接触应力标准值，按储仓压力计算；AR为填料与基床直接接触面积。2、抗滑稳定性仍按一般公式计算，但f应取综合摩擦系数，可取0.65。Ⅴ、沉箱码头优点：整体性好，抗震能力强，施工速度快，水下工作量少，造价低；缺点：钢材用量大，耐久性不如方块结构，且需专门的预制下水设备；适用：当地有沉箱预制场或工程量较大，工期短的大型码头。一、型式㈠、矩形沉箱制作简单，浮游稳定性好，施工经验丰富，多用于岸壁式码头。1、对称式：最常用；2、非对称式：节省钢筋砼，但制作麻烦，浮游稳定性差。3、透空式：对无掩护的港口，消能效果较好。㈡、圆形沉箱多用于墩式码头1、受力条件好，浮游时产生径向水压力，壁内产生压应力，使用时产生径向侧压力，壁内产生拉应力。2、按构造配筋，用钢量少（填料侧压力按储仓压力计算，数值不大，往往不起控制作用）3、腔体内不设隔板，砼用量减少，重量减小，且空间大，施工方便。4、环形箱壁对水流的阻力小。二、构造㈠、外形尺寸1、长度或直径：应根据施工设备能力，施工要求的最小尺寸及码头变形缝间距确定。我国船厂生产的一般在10×12～12×14m，约600～800t，国内最大大2000t，世界上最大沉箱为我国为马尔太设计并利用马尔太船坞生产的沉箱，l×b×h=26×26×21.5m，约6400t。2、宽度：沉箱的底宽应根据建筑物的稳定性和地基承载力确定，同时也要满足浮运吃水，干舷高度和浮游稳定性的要求，若不满足，应尽量从施工上采取措施，如用起重船或浮筒吊护，不得已才考虑增大宽度。3、高度：顶部高程宜适当放低，但不得低于现浇胸墙的施工水位，构造上沉箱要伸入胸墙30～50cm，以保证整体。㈡、壁厚、底厚沉箱的外壁和底板的厚度应由计算确定，但壁厚≮25cm，一般取30～35cm，底板厚度≮壁厚，一般取35～40cm。㈢、纵、横隔墙作用：增大沉箱刚度，减小立板、底板的计算跨度，从而减小内力。隔墙间距：3～5m，隔墙顶应比外壁低10～20cm，便于封舱板或搭设工作平台，隔墙上可以挖孔，以减小材料用量。㈣、填料应根据当地的材料，选用量大，便宜，易密实和易填充的填料，如：砂、块石、卵石、开山土等。㈤、接缝构造1、平接：当墙后设置抛石棱体或全部采用块石回填时。2、空腔对接：当墙后不设抛石棱体而全部采用砂或开山土回填时，腔内设置倒滤层，平均缝宽5cm。注意：沉箱接缝的底面防漏。㈥、其它1、每隔一箱格在前后壁设置一个灌水孔，不设灌水孔的箱格，应在隔墙上设置通水孔。2、为了便于沉箱沉放时的定位，应在箱顶的四个角上埋置拉环。三、沉箱的计算沉箱的计算包括沉箱的吃水、干舷高度，浮游稳定性，构件的承载力和裂缝宽度。㈠、外壁的计算1、作用：沉箱外壁计算时应考虑下列作用，其分项系数见表2-3-7①、吊运下水时可能承受的外力②、沉箱用绞车控制在滑道上下水或坞内漂浮时的水压力，只考虑静水压力。③、密封舱顶的矩形沉箱在滑道上自由溜放时承受的水压力，假定水面于箱顶齐平，静水压力+动水压力，PD=0.84V2.④、沉箱浮运时的水压力和波压力波高<1.0m，只考虑静水压力；波高>1.0m，静水压力+波压力（沉箱前无条件产生立波，计算时可按立波波压力公式计算，但取浮运时行进波波高的一半计算)⑤、沉箱沉放时的水压力沉箱在基床上的沉放，一半采用向箱内灌水并利用潮位降落的方法，在沉箱与基床顶面相接触的瞬间，箱壁所受到的水压力最大。⑥、对箱格有抽水要求时的水压力。⑦、使用期的箱内填料侧压力，波浪力和冰荷载。2、箱壁计算图式①、底板以上1.5l区段，按三边固定一边简支板计算。②、1.5l以上区段，多于两跨，按两端固定的连续板；等于或少于两跨，按框架或两端固定的单跨板计算㈡、底板计算1、作用：（分项系数见表2-3-7）①、基床反力，底板自重力，箱格内填料垂直压力②、浮托力（对无掩护的海港应考虑波浪的浮托力）2、计算图式底板按四边固定板计算，外趾按悬臂板计算。㈢、隔墙计算隔墙与外壁的连接按轴心受拉构件计算，一般不进行强度计算，按构造配筋。注意施工时，相邻箱格应同步回填，△<1m。㈣、沉箱的浮游稳定性验算1、物体浮游稳定原理几个概念：重心：重力作用线通过的中心，C。浮心：浮力作用线通过的中心，随物体水下部分形状而变化，W。定倾中心：浮心运行轨迹的中心，M。定倾半径：定倾中心道浮心W的距离，ρ。定倾高度：定倾中心M到重心C的距离，ma：重心到浮心的距离。三个状态：m=ρ-a>0，重心在定倾中心下方，重力产生稳定力矩，稳定平衡。m=ρ-a=0，重心与定倾中心重合，随遇平衡（临界状态）。m=ρ-a<0，重心在定倾中心上方，重力产生倾覆力矩，不稳定。2、定倾高度m规范规定：①、近程浮运，m≥0.2m。②、远程浮运，当以块石和砂等固定物压载时，m≥0.4m；以液体压载时，m≥0.5m。3、定倾半径ρ（矩形对称）式中：I为沉箱在水面处的断面对纵轴的惯性矩，V为沉箱排水量，V1为悬臂部分排水量。不带趾：V=B0TL；带趾：V=B0TL+2V1。注意：①当用液体压舱时，应对上式作修改（扣除自由液面的影响）②当以砂或块石压舱时，不必扣除。4、重心C到浮心W的距离a的计算①、求yc，按重力矩yc=浮体各部分重量对某一点的矩/浮体的总重量=（r钢筋砼∑Viyi+r0V水y水）/G②、求yw，按体积矩yw=[(V-v)T/2+vyi]/V，式中：V为水下总体积，v为前后趾体积则a=yc-yw㈤、沉箱吃水和干舷高度的验算1、干舷高度验算为了保证沉箱在溜放、漂浮、拖运时水不没顶，沉箱应有足够的干舷高度2、沉箱吃水为了保证沉箱能顺利下水，浮起，浮运，沉箱的吃水必须满足一定的条件，如：①、当沉箱采用台车溜放时，T必须小于小车顶以上的水深，H≥T+h1+h2。②、当沉箱采用滑道下水时，T必须小于轨道顶以上的水深。③、浮运时，T必须小于航道水深。④、沉放时，T必须小于基床顶面水深。⑤、在船坞内制造时，T必须小于船坞水深。注意：当沉箱吃水和干舷高度不满足要求时，可以不采用（或不全用）压舱方法保证沉箱的浮游稳定，而采用其它施工措施如起重船或浮筒吊护的方法，保证沉箱的浮游稳定。Ⅵ、护壁码头优点：结构简单，施工速度快，节省材料，造价低；缺点：整体性差，耐久性差；适用：有起重运输设备，有预制能力的情况或有干地施工条件。一、组成及型式1、组成：立板：挡土并构成码头直立岸壁；底板：将上部荷载传给基床；肋板：将立板和底板连成整体，并支撑立板和底板。2、型式①空腹式或折线式可节省砼和钢筋，单配筋复杂，施工麻烦，工程意义不大。②翘尾式护壁翘尾的作用：减小基床宽度，即减少岸坡的挖、填方量和基床的抛石量；使合力作用点控制在三分点内，即ξ>B/3，基底应力趋于均匀。③无底护壁二、构造㈠、外形尺寸1、高度：由码头水深和胸墙的底标高确定，且不低于胸墙的施工水位，护壁顶端宜嵌入胸墙10cm。2、宽度：由结构稳定性和地基承载能力确定但构造上应满足：前趾长≯1m；翘尾长≯底宽/4；翘尾角度≯φ。3、长度：预制安装时，取决于起重能力，但≮H/3；干地现浇时，取变形缝间距。4、外形轮廓的要求㈡、各构件的尺寸应由计算确定，初步尺寸可按图拟定。㈢、肋板的间距肋板的材料用量在整个护壁结构中占很大比重，肋板间距与肋板数量有关，须经技术、经济比较加以确定，一般：对现浇多肋护壁：1/2～1/3墙高或2～3.5m。对预制护壁：预制件长<4m，用单肋护壁；预制件长≥4m，用双肋或多肋护壁。具体确定：肋板间距应根据立板和底板的支座弯矩和跨中弯矩大致相等的原则确定。㈣、护壁接缝构造1、缝宽：护壁间垂直缝设计宽度采用4‰护壁高度，但≮4cm。2、倒滤构造（当墙后无抛石棱体时）①、立板的悬臂不长：在肋板外侧设置隔砂板；②、立板的悬臂较长：在立板后设置隔砂板；③、为了防止倒滤井中填料下沉后在胸墙下出现空隙而造成漏砂，应在胸墙底部的后面设置倒滤棱体㈤、吊孔，排水孔三、护壁码头的计算计算内容，除重力式码头一般计算以外：立板、肋板和底板的正截面受弯承载力和裂缝宽度；肋板的斜截面承载力；肋板与立板和肋板与底板的连接处正截面受拉承载力强度吊孔处的承载力。㈠、立板计算1、作用：土压力，地面使用荷载，剩余水压力，波吸力。2、假定：①、立板不承受胸墙传来的外力，此外力全部由肋板承受；②、不考虑胸墙底宽对土压力的遮掩作用；③、除多肋护壁外，不考虑底板对立板的嵌固作用；④、一般取设计低水位时，水平力最大的组合。3、计算图式①、单肋：按单宽悬臂板计算；②、双肋：按两端悬臂的简支板计算；多肋：同沉箱的外壁计算㈡、底板计算1、作用：基床反力，底板自重，底板上填料垂直压力荷地面使用荷载。基床反力的大小和分布与计算水位，地面使用荷载，船舶荷载等有关，计算情况比较复杂，实际计算一般取设计低水位，按规范进行组合：①、无尾护壁：取最大水平力与最大垂直力或最大水平力与最小垂直力两种组合；②、有尾护壁：取最大水平力与最小垂直力或最小水平力与最大垂直力两种组合。2、计算图式内底板与尾板的计算图式同立板（单、双、多），趾板按悬臂板计算。㈢、肋板计算1、作用：立板计算所考虑的作用+胸墙传来的外力，如系缆力和力矩，胸墙上的土压力和力矩。计算一般取设计低水位和相应的水平力最大的组合。2、计算图式立板与肋板共同构成一个固定在底板上的T形断面的悬臂梁，因此，肋板按固定在底板上的变截面的T形梁计算，翼缘宽度按规范确定。㈣、立板与肋板、肋板与底板的连接强度计算近似按中心受拉计算㈤、吊孔设计吊孔按预制件重力加底板与预制场地的粘结力或吊装时的冲击力计算，两者取大值计算配筋。Ⅶ、大直径圆筒码头特点1、钢材、砼用量少，每沿米材料用量与圆筒直径无关，只与码头高度荷圆筒壁厚有关。2、对地基条件的适应能力比其它重力式码头强3、构造简单，较受业主欢迎4、圆筒内填料可就地取材。适用条件：地质条件较好的深水码头，如广西防城港D=16m，或地基表面有不厚但又不薄的软土层的情况。圆筒的制造方法：1、整体预制；2、将圆筒沿高度分成几段预制，在现场安装；3、将圆筒在平面上分成若干片，然后在陆上或现场进行拼装；4、现场整体浇注，有干地施工条件，同沉井一般，边浇边沉。圆筒的直径应根据码头稳定性及使用要求确定，一般为5～14m，具体由计算确定。一、型式㈠、按基础形式分㈡、按圆筒的平面形状分：圆形、多边形、椭圆形；㈢、按施工方法分㈣、按圆筒排数分：单排式，多用；双排式或多排式二、构造㈠、外形尺寸：1、圆筒的高度：由码头的水深和埋入地基的深度确定。埋入地基的深度由建筑物的稳定性和地基持力层深度决定，一般埋深2.0～5.0m。2、圆筒的直径：由码头稳定性及使用要求确定，一般为5～14m。3、圆筒壁厚：由强度计算确定，一般为25～30cm，D>14m时，壁厚应适当加厚。4、其它①、应根据码头稳定和减小基床应力的需要设内趾和外趾（内趾采用圆环形，外趾采用折线形），长度0.5～1.0m，且两者不宜相差过大。②、圆筒直接承受船舶荷载或圆筒顶设置轨道梁支撑柱时，应将圆筒上部的壁适当加厚，形成加强圈梁。㈡、接缝构造1、墙后用块石回填：采用预制的砼（钢筋砼）梯形条堵缝，或打钢管桩；2、墙后回填细颗粒填料时：采用水下浇注砼堵缝或采用空腔对接，并在腔内浇注砼；3、筒里回填细颗粒土，且圆筒放在抛石基床上应在圆筒底设置倒滤层，若圆筒采用分段拼装时，应在拼装缝处设置弹性垫或倒滤棱体；4、圆筒中心线到胸墙垫板之间的空挡应用防漏板覆盖30～60cm厚。三、大直径圆筒码头的计算除一般重力式码头计算以外，尚应计算圆筒结构的内力和预制胸墙垫板的内力。1、对一般计算应注意以下几点：①、圆筒后面主动土压力，近似按墙背为平面计算，δ=φ/3；②、抗滑计算，取综合摩擦系数，f=0.65，（同无底空心方块）③、抗倾计算，（同无底空心方块）基底应力按除应验算大面积应力外，还应验算前趾的局部应力，在大面积应力验算时，可取墙底计算宽度等于0.8DR，DR为圆筒底部的外轮廓宽度。2、圆筒结构计算取1m高的圆环进行计算①、作用施工期：圆筒内填料已填满，后方尚未回填，只考虑储仓压力；使用期：储仓压力，主动土压力，剩余水压力，波吸力，船舶撞击力。②、计算方法在均布荷载作用下，可按简化方法计算集中力作用下，可按半圆形无铰拱计算（见结构力学）有限元计算方法③、胸墙垫板的内力计算按两端悬臂的简支板计算，悬臂计算长度可取板宽1/2处的实际悬臂长度。Ⅷ、格形钢板桩码头格形钢板桩码头是一种较新型的码头结构形式，对地基条件适应能力强，施工速度快，占用场地小，施工期具有较大的抗风浪能力等。组成：上部结构（即胸墙）、格形墙体和墙后回填组成。格形墙体由直腹式钢板桩形成的主格仓、副格仓以及格仓内的填料组成。格仓形式：圆格形、平格形、四分格形、偏圆格形关于格形钢板桩的构造及设计计算参考：《格形钢板桩码头设计与施工规程》、《码头新型结构形式》、《格形钢板桩结构设计施工手册》等。