港口水工建筑物

港口水工建筑物陳達(dá)河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院HOHAIUNIVERSITYCollegeofHabor,CostalandOffshoreEngineering港口水工建筑物河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院2前情提要重力式碼頭的構(gòu)造胸墻墻后回填基礎(chǔ)墻身型式回填方式基床形式、厚度臨水面輪廓高度拋填棱體基槽底寬、邊坡坡度、肩寬、夯實(shí)塊石質(zhì)量要求、預(yù)留沉降量、倒坡變形縫設(shè)置卸荷板碼頭端部處理倒濾層回填土頂寬預(yù)留沉降量3重力式碼頭的計(jì)算設(shè)計(jì)狀態(tài)重力式碼頭的設(shè)計(jì)狀況持久狀況短暫狀況偶然狀況正常條件下，結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的狀況。在結(jié)構(gòu)使用期按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)施工和安裝等持續(xù)時(shí)間較短的狀況。施工期或使用期可能臨時(shí)承受某種特殊荷載時(shí)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，必要時(shí)也需按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)承受設(shè)防地震等持續(xù)時(shí)間很短的狀況。在使用期遭受偶然荷載時(shí)僅按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物4重力式碼頭的計(jì)算序號(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(zhǎng)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(zhǎng)期效應(yīng)(準(zhǔn)永久)組合河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院設(shè)計(jì)狀態(tài)港口水工建筑物5重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用根據(jù)時(shí)間的變異劃分偶然作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短可變作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其量值隨時(shí)間變化與平均值相比不可忽略永久作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其量值隨時(shí)間的變化與平均值相比可忽略不計(jì)結(jié)構(gòu)自重力固定設(shè)備自重力墻后填料土壓力剩余水壓力堆貨荷載流動(dòng)起重運(yùn)輸機(jī)械荷載船舶荷載、水流波浪力可變作用引起的土壓力地震荷載等河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物6重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用建筑物自重包括構(gòu)件本身的重力及其上的填料重力，按體積乘重度計(jì)算。重度的標(biāo)準(zhǔn)值宜通過(guò)試驗(yàn)確定，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，按規(guī)范取值。材料重度：水上采用天然容重，水下采用浮容重。無(wú)粘性填料重度：以墻后地下水位為界，地下水位以上采用天然容重，以下采用浮容重。粘性填料重度：應(yīng)考慮飽和區(qū)。對(duì)于河港，飽和區(qū)范圍應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兓闆r、填料性質(zhì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)勘探確定。對(duì)于海港，根據(jù)潮位確定：設(shè)計(jì)高水位設(shè)計(jì)低水位墻后地下水位浮重度飽和重度濕重度剩余水頭河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物7重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用剩余水壓力確定原則：根據(jù)碼頭排水的好壞和后方填料的透水性來(lái)確定。

定義：墻后地下水位高于墻前計(jì)算低水位時(shí)產(chǎn)生的水壓力差值，一般按靜水壓力考慮。剩余水壓力的確定墻后為中砂或細(xì)于中砂的填料（包括粘性土）

墻后為拋石棱體或粗于中砂的填料河港：取決于排水措施和墻前、墻后地下水位情況潮汐港：剩余水頭取1/5～1/3的平均潮差可不考慮剩余水壓力河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物8重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用土壓力計(jì)算理論庫(kù)侖理論朗肯理論索科洛夫斯基考慮墻背傾斜、地面傾斜和土與墻背摩擦力；假定土是均質(zhì)和無(wú)粘性。考慮土的粘性、地面均布荷載、土體水平分層；假定墻背垂直、地面水平和墻背光滑。計(jì)算較復(fù)雜，工程中用的較少。（1）朗肯和庫(kù)侖土理論都是由墻后填土處于極限平衡狀態(tài)的條件得到的。但朗肯理論求的是墻背各點(diǎn)土壓力強(qiáng)度分布，而庫(kù)侖理論求得的是墻背上的總土壓力。（2）朗肯理論在其推導(dǎo)過(guò)程中忽視了墻背與填土之間的摩擦力，計(jì)算的主動(dòng)土壓力誤差偏大，被動(dòng)土壓力誤差偏?。欢鴰?kù)侖理論考慮了這一點(diǎn)，其主動(dòng)土壓力接近于實(shí)際值，但被動(dòng)土壓力因?yàn)榧俣ɑ瑒?dòng)面是平面誤差較大，因此，一般不用庫(kù)侖理論計(jì)算被動(dòng)土壓力。（3）朗肯理論適用于填土表面水平的無(wú)粘性土或粘性土，而庫(kù)侖理論適用于填土表面為水平或傾斜的無(wú)粘性土。河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物9重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用墻后主動(dòng)土壓力無(wú)粘性填料的墻背永久作用可變作用—第n層填料的土壓力合力的水平分力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—第2破裂角（o）—墻背與鉛垂線的夾角（o），仰斜為正，俯斜為負(fù)—地面上的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，地面傾斜時(shí)為單位斜面積上的重力（kPa）—分別為第i層和第n層填料重度標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m3）—分別為第i層和第n層填料厚度標(biāo)準(zhǔn)值（m）—地面荷載系數(shù)—第n層填料的主動(dòng)土壓力系數(shù)—第n層填料與墻背的摩擦角河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物10重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用墻后主動(dòng)土壓力粘性土的墻背永久作用可變作用粘性土的土壓力可按圖解法確定；當(dāng)有經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也可采用等代內(nèi)摩擦角，按無(wú)粘性填料考慮。當(dāng)?shù)孛嫠剑阢U直墻背或計(jì)算垂面上可按下式計(jì)算：—土壓力強(qiáng)度（kPa）—主動(dòng)土壓力系數(shù)—土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物11重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用碼頭前被動(dòng)土壓力（地面水平）無(wú)粘性填料—墻前床面上均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）—被動(dòng)土壓力系數(shù)粘性土—被動(dòng)土壓力強(qiáng)度（kPa）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物12重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用墻后有拋石棱體當(dāng)破裂面通過(guò)兩種填料時(shí)，出坡點(diǎn)P以上和以下分別按兩種填料的指標(biāo)計(jì)算土壓力。出坡點(diǎn)填料拋石—

分別為兩種填料破裂角（o）有卸荷板M點(diǎn)以上的土壓力不計(jì)卸荷板底面以上重力的影響；N點(diǎn)以下的土壓力按無(wú)卸荷板的情況計(jì)算，M、N之間按直線過(guò)渡?；瑒?dòng)面—

填料內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（o）—

主動(dòng)土壓力破裂角（o）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物13重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用系纜力沿碼頭方向分布（垂直碼頭線的分力）系纜力沿碼頭線方向的分布長(zhǎng)度，按沿墻高以45o角向下擴(kuò)散的原則確定。當(dāng)擴(kuò)散線遇到豎縫就截止，然后從縫底端向下繼續(xù)擴(kuò)散。對(duì)于分段長(zhǎng)度內(nèi)為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的碼頭（如沉箱碼頭、現(xiàn)澆混凝土和漿砌石碼頭等），驗(yàn)算沿墻底的穩(wěn)定性時(shí)，系纜力的分布長(zhǎng)度等于一個(gè)分段的長(zhǎng)度。方塊碼頭扶壁碼頭河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物14重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用地面使用荷載設(shè)計(jì)重力式碼頭，地面使用荷載一般只考慮堆貨荷載、門機(jī)荷載和鐵路荷載。對(duì)于重件碼頭，當(dāng)?shù)孛嬖O(shè)置重型固定起重機(jī)和大型平板車運(yùn)行時(shí)，還應(yīng)考慮這些設(shè)備產(chǎn)生的集中荷載和局部均布荷載。門機(jī)和鐵路荷載以輪壓力形式作用在軌道上，然后通過(guò)軌枕或基礎(chǔ)梁沿碼頭的縱橫方向向下傳播。工程中常采用等代均布荷載的方式處理：沿鋼軌長(zhǎng)度方向?qū)⑤唹毫癁榫€荷載，再將這些荷載通過(guò)軌枕、道渣等沿碼頭橫向傳布，達(dá)到一定深度后成均布荷載，并移至地面。河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物15重力式碼頭的計(jì)算—碼頭上的作用堆貨荷載用于驗(yàn)算基底面后踵應(yīng)力垂直力最大+水平力最大用于驗(yàn)算建筑物的滑動(dòng)和傾覆穩(wěn)定性用于驗(yàn)算基床和地基承載力及計(jì)算建筑物的沉降和驗(yàn)算整體滑動(dòng)穩(wěn)定性。垂直力最小+水平力最大垂直力最大+水平力最小河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物16重力式碼頭的一般計(jì)算抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（以岸壁式碼頭為例）驗(yàn)算內(nèi)容包括沿墻底面、墻身各水平縫和基床底面的抗滑穩(wěn)定性。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產(chǎn)生的土壓力為主導(dǎo)可變作用組合二：不考慮波浪力作用，沿胸墻底面的抗滑穩(wěn)定性，系纜力為主導(dǎo)可變作用組合三：考慮波浪力作用，波浪力為主導(dǎo)可變作用組合四：考慮波浪力作用，堆載土壓力為主導(dǎo)可變作用此為一種水位情況，若將水位作為一個(gè)組合條件，則可得十幾種組合情況。河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物17重力式碼頭的一般計(jì)算抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（以岸壁式碼頭為例）計(jì)算時(shí)候按平面問(wèn)題取單寬計(jì)算。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產(chǎn)生的土壓力為主導(dǎo)可變作用：—作用在計(jì)算面以上的結(jié)構(gòu)自重力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—計(jì)算面以上永久作用總主動(dòng)土壓力的水平和垂直分力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—計(jì)算面以上可變作用總主動(dòng)土壓力的水平和垂直分力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—計(jì)算面以上的剩余水壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—系纜力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—自重力的分項(xiàng)系數(shù)，取1.0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，一般港工結(jié)構(gòu)取1.0—土壓力、剩余水壓力、系纜力的分項(xiàng)系數(shù)—作用效應(yīng)組合系數(shù)，持久組合取0.7，短暫組合取1.0—結(jié)構(gòu)系數(shù)，無(wú)波浪作用取1.0，有波浪作用取1.1—沿計(jì)算面的摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物18重力式碼頭的一般計(jì)算抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算（以岸壁式碼頭為例）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。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產(chǎn)生的土壓力為主導(dǎo)可變作用組合二：不考慮波浪力作用，對(duì)胸墻底面前趾的抗傾穩(wěn)定性，系纜力產(chǎn)生的傾覆力矩為主導(dǎo)可變作用組合三：考慮波浪力作用，波浪力為主導(dǎo)可變作用組合四：考慮波浪力作用，堆載土壓力為主導(dǎo)可變作用此為一種水位情況，若將水位作為一個(gè)組合條件，則可得十幾種組合情況。河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物19重力式碼頭的一般計(jì)算抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算（以岸壁式碼頭為例）計(jì)算時(shí)候按平面問(wèn)題取單寬計(jì)算。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產(chǎn)生的土壓力為主導(dǎo)可變作用：—結(jié)構(gòu)自重力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)計(jì)算面前趾的穩(wěn)定力矩（kN.m）—永久作用總土壓力的水平和垂直分力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)計(jì)算面前趾的傾覆力矩和穩(wěn)定力矩（kN.m

）—剩余水壓力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)計(jì)算面前趾的傾覆力矩（kN.m）—結(jié)構(gòu)系數(shù)，無(wú)波浪時(shí)取1.25—系纜力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)計(jì)算面前趾的傾覆力矩（kN.m)—可變作用總土壓力的水平和垂直分力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)計(jì)算面前趾的傾覆力矩和穩(wěn)定力矩（kN.m

）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物20重力式碼頭的一般計(jì)算承載力驗(yàn)算基床承載力—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，一般取1.0—基床頂面最大應(yīng)力分項(xiàng)系數(shù)，可取1.0—基床承載力設(shè)計(jì)值，一般取600kPa，不得大于800kPa—基床頂面最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物21重力式碼頭的一般計(jì)算承載力驗(yàn)算基床頂面應(yīng)力按剛性墻計(jì)算，基床頂面應(yīng)力呈直線分布，按偏心受壓公式計(jì)算，對(duì)矩形墻底：—基床頂面的最大和最小應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）—墻底寬度（m）—作用在基床頂面的豎向合力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）—墻底面合力標(biāo)準(zhǔn)值作用點(diǎn)的偏心距（m）—合力作用點(diǎn)與墻前趾的距離（m）—豎向合力標(biāo)準(zhǔn)值和傾覆力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)墻底面前趾的穩(wěn)定力矩和傾覆力矩（kN.m）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物22重力式碼頭的一般計(jì)算承載力驗(yàn)算基床底面應(yīng)力基床頂面應(yīng)力通過(guò)基床向下擴(kuò)散，擴(kuò)散寬度為B1+2d1，呈直線分布?！驳酌娴淖畲蠛妥钚?yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）—塊石的水下重度標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m3）—拋石基床厚度（m）—墻底面的實(shí)際受壓寬度（m）—拋石基床底面合力作用點(diǎn)的偏心距（m）河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物23重力式碼頭的一般計(jì)算整體滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算整體穩(wěn)定破壞的特征碼頭結(jié)構(gòu)頂面及其后一定范圍的地面突然下沉，且下沉量超過(guò)計(jì)算地基沉降量。在碼頭后方一定距離的地面出現(xiàn)裂縫和斷裂，且這個(gè)地點(diǎn)比墻后主動(dòng)破裂面的出坡點(diǎn)要遠(yuǎn)。碼頭結(jié)構(gòu)后傾，底部突出碼頭線很多，但前沿線基本無(wú)多大變化或稍后移。碼頭前面水底泥面有明顯的隆起。計(jì)算方法—圓弧滑動(dòng)法—抗力分項(xiàng)系數(shù)—作用于危險(xiǎn)滑弧面上的滑動(dòng)力矩設(shè)計(jì)值和抗滑力矩的標(biāo)準(zhǔn)值（kN.m）當(dāng)?shù)鼗鶞\層有軟弱夾層和傾斜巖石情況，宜采用非圓弧滑動(dòng)面計(jì)算。河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物24重力式碼頭的一般計(jì)算地基沉降計(jì)算地基沉降計(jì)算均勻沉降不均勻沉降建筑物橫斷面方向沿碼頭長(zhǎng)度方向不會(huì)引起建筑物破壞，但沉降量過(guò)大會(huì)影響使用，同時(shí)帶來(lái)較大的不均勻沉降。引起碼頭傾斜用在基床頂面預(yù)留倒坡的方法解決破壞性較大，如胸墻斷裂，墻身發(fā)生橫向裂縫用設(shè)置變形縫的方法解決河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物25重力式碼頭的一般計(jì)算河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物26方塊碼頭的計(jì)算卸荷板計(jì)算卸荷板的后傾穩(wěn)定性卸荷板的承載力和裂縫寬度—A點(diǎn)左側(cè)的卸荷板以上的結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩（kN.m）—A點(diǎn)右側(cè)的卸荷板以上的結(jié)構(gòu)自重和其上的均載自重力產(chǎn)生的傾覆力矩（kN.m）—結(jié)構(gòu)系數(shù)按懸臂板驗(yàn)算承載力和裂縫寬度。注意計(jì)算時(shí)應(yīng)將支撐點(diǎn)后移20～30cm，至河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院港口水工建筑物27方塊碼頭的計(jì)算無(wú)底板空心塊體碼頭抗傾穩(wěn)定性對(duì)無(wú)底空心方塊碼頭，由于空心塊體的填料與塊體壁之間的摩擦力存在，填料有一部分重量直接作用到基床上，而另一部分則是通過(guò)塊體壁傳到基床上（同儲(chǔ)倉(cāng)壓力）。因此，在計(jì)算抗傾穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)將前者扣除，即將填料起抗傾作用的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值按下式扣除：—腔內(nèi)填料自重力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—腔內(nèi)起抗傾作用的填料重力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）—直接