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板桩码头

2020-04-09 21:00

以板桩为主体,构成连续墙,并由帽梁(或胸墙)、导梁和锚碇结构等组成的直立式码头。板桩码头是依靠板桩入土部分的被动土压力和安设在其上部的锚碇结构(对有锚板桩而言)的支承作用来维持其稳定的。板桩码头结构简单,用料省,施工快,没有重力式码头那样大量的挖填方量,且有截阻渗流和抗流冰的作用;缺点是耐久性差。

图1 板桩码头及驳岸示意图

(a)无锚板桩驳岸;(b)单锚板桩码头;(c)双锚板桩码头;(d)斜拉桩板桩驳岸

板桩结构的型式

按材料分,有木板桩、钢筋混凝土板桩(包括预应力钢筋混凝土板桩)和钢板桩等;按锚锭结构分(图1),有无锚板桩、单锚板桩、双锚板桩和斜拉桩板桩。无锚板桩和斜拉板桩一般多用于岸壁高度较小的驳岸(小型岸壁式码头和护岸工程)。用于大中型码头时,由于板桩的自由长度加大,因而需用单锚或双锚板桩,但双锚板桩由于施工麻烦,使用中的实际受力又很难保证两个锚杆像计算模式那样共同工作,如一个锚杆松劲,就会促使另一个锚杆因超载而破坏。双锚板桩一般常用钢板桩。所以码头工程中最常用的是单锚板桩。锚碇结构的型式(图2),有锚碇板、叉桩锚碇、锚碇板桩等,在码头中一般采用锚碇板较多。

板桩墙的土压力

板桩码头的工作状态一般属于柔性挡土墙,它与重力式挡土墙或重力式码头的变形条件不同。由于有锚板桩墙在不同高度上的变形条件各不相同,从而使墙后的土体处于不同的应力状态,并不像刚性挡土墙(重力式挡土墙或重力式码头)那样,在墙后整个高度上的侧压力都可以按主动土压力进行计算。只有无锚板桩墙和锚着点有足够位移的有锚刚性板桩墙(如岸壁式管柱码头),才可按刚性挡土墙那样用朗肯土压力理论或库伦土压力理论计算板桩墙后的主动土压力。当板桩锚着点位移不足而跨中变形较大时,土压力将重分布,近似呈R形,它已为大量的模型和现场原型试验所证实。

板桩墙的设计原则

(1)作用于板桩墙的外力。除作用于墙前和墙后的被动土压力和主动土压力外,尚有作用于墙后的剩余水压力。当外力确定后,单锚板桩的计算方法,可按工程上常用的弹性线法、等值梁法、竖向弹性地基梁法或有限单元法计算板桩墙的入土深度、最大弯矩和锚杆拉力。

图2 锚碇结构示意图

(a)锚碇板;(b)叉桩锚碇;(c)锚碇板桩

(2)锚杆装设的位置。对板桩、锚杆及锚碇的设计优化至关重要,板桩弯矩和入土深度随锚杆装设位置的降低而减小,而锚杆拉力则随锚杆装设位置的降低而加大。设计时应综合考虑工程造价和施工安装条件,通过方案比较进行选择。

(3)板桩墙的入土深度。决定于板桩入土端的工作状态。入土浅时,底端为自由支承,墙前土体处于极限平衡状态,被动土压力能充分发挥,这时的有锚板桩墙相当于双悬臂的简支梁;入土深时,板桩下端变形很小,被动土压力得不到充分发挥,板桩墙的入土端处于弹塑性状态而嵌固于土中,它相当于上端简支、下端嵌固的超静定梁。这种情况的板桩弯矩较前者小,板桩断面经济。入土深度富裕,码头的稳定比较安全可靠,常为工程界所采用。

(4)板桩墙的断面。当板桩刚度较大,锚着点的位移大于板桩跨中的弯曲变形,且墙后回填土的内摩擦角较小时,土压力可按朗肯或库仑土压力公式计算,按实际算得的弯矩设计板桩断面;当板桩刚度较小,板桩跨中的弯曲变形大于锚着点的位移,且墙后回填内摩擦角较大的砂石填料时,可按土压力重分布的R形分布考虑,或将按朗肯或库仑土压力公式算得的板桩最大弯矩乘以0.7~0.8的折减系数,来设计板桩断面。

(5)锚杆的断面。考虑到各锚拉杆实际受力的不均匀性,将锚杆的设计拉力乘以1.2的增大系数,来设计锚杆断面。

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