1、港口工程I -港口水工建筑物 陳 達 2012.04港口海岸與近海工程學院港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院2前情提要重力式碼頭的構造胸墻墻后回填基礎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、夯實塊石質量要求、預留沉降量、倒坡變形縫設置卸荷板碼頭端部處理倒濾層回填土頂寬預留沉降量港口工程3重力式碼頭的計算設計狀態重力式碼頭的設計狀況持久狀況短暫狀況偶然狀況正常條件下，結構使用過程中的狀況。在結構使用期按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計。結構施工和安裝等持續時間較短的狀況。施工期或使用期可能臨時承受某種特殊荷載時按承載能力極限狀態設計，必要時也需按

2、正常使用極限狀態設計。 結構承受設防地震等持續時間很短的狀況。在使用期遭受偶然荷載時僅按承載能力極限狀態設計。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程4重力式碼頭的計算設計狀態序號計算和驗算內容采用的極限狀態采用的效應組合1對墻底面和墻身各水平縫及齒縫計算面前趾的抗傾穩定性承載能力極限狀態持久組合2沿墻底面、墻身各水平縫和基床底面的抗滑穩定性承載能力極限狀態持久組合3基床和地基承載力承載能力極限狀態持久組合4整體穩定性承載能力極限狀態持久組合5墻底面合力作用點位置承載能力極限狀態持久組合6構件(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持久組合7碼頭施工期穩定性和構件承載力

3、驗算承載能力極限狀態短暫效應組合8構件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心塊體和大圓筒)裂縫寬度驗算正常使用極限狀態長期效應(準永久)組合9地基沉降驗算正常使用極限狀態長期效應(準永久)組合河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程5重力式碼頭的計算碼頭上的作用根據時間的變異劃分偶然作用在設計基準期內，不一定出現，但一旦出現其量值很大且持續時間很短可變作用在設計基準期內，其量值隨時間變化與平均值相比不可忽略永久作用在設計基準期內，其量值隨時間的變化與平均值相比可忽略不計 結構自重力固定設備自重力墻后填料土壓力剩余水壓力堆貨荷載流動起重運輸機械荷載船舶荷載、水流波浪力可變作用引起的土壓力地震荷載等河海大學

4、港口海岸與近海工程學院港口工程6重力式碼頭的計算碼頭上的作用建筑物自重包括構件本身的重力及其上的填料重力，按體積乘重度計算。重度的標準值宜通過試驗確定，無實測資料時， 按規范取值。材料重度：水上采用天然容重，水下采用浮容重。 無粘性填料重度：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：應考慮飽和區 。對于河港，飽和區范圍應根據當地地下水位變化情況、填料性質，根據經驗或經勘探確定 。對于海港，根據潮位確定：設計高水位設計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 港口海岸與近海工程學院港口工程7重力式碼頭的計算碼頭上的作用剩余水壓力確定原則：根據碼頭排

5、水的好壞和后方填料的透水性來確定。 定義：墻后地下水位高于墻前計算低水位時產生的水壓力差值，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1/51/3的平均潮差可不考慮剩余水壓力河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程8重力式碼頭的計算碼頭上的作用土壓力計算理論庫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；假定土是均質和無粘性。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。計算較復雜，工程中用的較少。（1）朗肯和庫侖土理

6、論都是由墻后填土處于極限平衡狀態的條件得到的。但朗肯理論求的是墻背各點土壓力強度分布，而庫侖理論求得的是墻背上的總土壓力。 （2）朗肯理論在其推導過程中忽視了墻背與填土之間的摩擦力，計算的主動土壓力誤差偏大，被動土壓力誤差偏小；而庫侖理論考慮了這一點，其主動土壓力接近于實際值，但被動土壓力因為假定滑動面是平面誤差較大，因此，一般不用庫侖理論計算被動土壓力。（3）朗肯理論適用于填土表面水平的無粘性土或粘性土，而庫侖理論適用于填土表面為水平或傾斜的無粘性土。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程9重力式碼頭的計算碼頭上的作用墻后主動土壓力無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

7、平分力標準值（kN）第2破裂角（o）墻背與鉛垂線的夾角（o），仰斜為正，俯斜為負地面上的均布荷載標準值，地面傾斜時為單位斜面積上的重力（kPa）分別為第i層和第n層填料重度標準值（kN/m3）分別為第i層和第n層填料厚度標準值（m）地面荷載系數第n層填料的主動土壓力系數第n層填料與墻背的摩擦角河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程10重力式碼頭的計算碼頭上的作用墻后主動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；當有經驗時，也可采用等代內摩擦角，按無粘性填料考慮。當地面水平，在鉛直墻背或計算垂面上可按下式計算：土壓力強度（kPa）主動土壓力系數土的粘聚力標準值（kPa）河

8、海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程11重力式碼頭的計算碼頭上的作用碼頭前被動土壓力（地面水平）無粘性填料墻前床面上均布荷載標準值（kPa）被動土壓力系數粘性土被動土壓力強度（kPa）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程12重力式碼頭的計算碼頭上的作用墻后有拋石棱體當破裂面通過兩種填料時，出坡點P以上和以下分別按兩種填料的指標計算土壓力。出坡點填料拋石 分別為兩種填料破裂角（o）有卸荷板M點以上的土壓力不計卸荷板底面以上重力的影響；N點以下的土壓力按無卸荷板的情況計算，M、N之間按直線過渡。滑動面 填料內摩擦角標準值（o） 主動土壓力破裂角（o）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程1

9、3重力式碼頭的計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度，按沿墻高以45o角向下擴散的原則確定。當擴散線遇到豎縫就截止，然后從縫底端向下繼續擴散。對于分段長度內為一個整體結構的碼頭（如沉箱碼頭、現澆混凝土和漿砌石碼頭等），驗算沿墻底的穩定性時，系纜力的分布長度等于一個分段的長度。方塊碼頭扶壁碼頭河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程14重力式碼頭的計算碼頭上的作用地面使用荷載設計重力式碼頭，地面使用荷載一般只考慮堆貨荷載、門機荷載和鐵路荷載。對于重件碼頭，當地面設置重型固定起重機和大型平板車運行時，還應考慮這些設備產生的集中荷載和局部均布荷載。門機和

10、鐵路荷載以輪壓力形式作用在軌道上，然后通過軌枕或基礎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：沿鋼軌長度方向將輪壓力化為線荷載，再將這些荷載通過軌枕、道渣等沿碼頭橫向傳布，達到一定深度后成均布荷載，并移至地面。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程15重力式碼頭的計算碼頭上的作用堆貨荷載用于驗算基底面后踵應力垂直力最大+水平力最大用于驗算建筑物的滑動和傾覆穩定性用于驗算基床和地基承載力及計算建筑物的沉降和驗算整體滑動穩定性。垂直力最小+水平力最大垂直力最大+水平力最小河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程16重力式碼頭的一般計算抗滑穩定性驗算（以岸壁式碼頭為例）驗算內

11、容包括沿墻底面、墻身各水平縫和基床底面的抗滑穩定性。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產生的土壓力為主導可變作用組合二：不考慮波浪力作用，沿胸墻底面的抗滑穩定性，系纜力為主導可變作用組合三：考慮波浪力作用，波浪力為主導可變作用組合四：考慮波浪力作用，堆載土壓力為主導可變作用此為一種水位情況，若將水位作為一個組合條件，則可得十幾種組合情況。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程17重力式碼頭的一般計算抗滑穩定性驗算（以岸壁式碼頭為例）計算時候按平面問題取單寬計算。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產生的土壓力為主導可變作用：作用在計算面以上的結構自重力標準值（kN）計算面以上永久作用總主動土壓

12、力的水平和垂直分力標準值（kN）計算面以上可變作用總主動土壓力的水平和垂直分力標準值（kN）計算面以上的剩余水壓力標準值（kN）系纜力水平分力標準值（kN）自重力的分項系數，取1.0結構重要性系數，一般港工結構取1.0土壓力、剩余水壓力、系纜力的分項系數作用效應組合系數，持久組合取0.7，短暫組合取1.0結構系數，無波浪作用取1.0， 有波浪作用取1.1沿計算面的摩擦系數設計值河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程18重力式碼頭的一般計算抗傾穩定性驗算（以岸壁式碼頭為例）對墻底面和墻身各水平縫及齒縫計算面前趾的抗傾穩定性。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產生的土壓力為主導可變作用組合二：不

13、考慮波浪力作用，對胸墻底面前趾的抗傾穩定性，系纜力產生的傾覆力矩為主導可變作用組合三：考慮波浪力作用，波浪力為主導可變作用組合四：考慮波浪力作用，堆載土壓力為主導可變作用此為一種水位情況，若將水位作為一個組合條件，則可得十幾種組合情況。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程19重力式碼頭的一般計算抗傾穩定性驗算（以岸壁式碼頭為例）計算時候按平面問題取單寬計算。組合一：不考慮波浪力作用，可變作用產生的土壓力為主導可變作用：結構自重力標準值對計算面前趾的穩定力矩（kN.m）永久作用總土壓力的水平和垂直分力標準值對計算面前趾的傾覆力矩和穩定力矩（ kN.m ）剩余水壓力標準值對計算面前趾的傾覆力矩

14、（kN.m）結構系數，無波浪時取1.25系纜力標準值對計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準值對計算面前趾的傾覆力矩和穩定力矩（ kN.m ）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程20重力式碼頭的一般計算承載力驗算基床承載力結構重要性系數，一般取1.0基床頂面最大應力分項系數，可取1.0基床承載力設計值，一般取600kPa，不得大于800kPa基床頂面最大應力標準值（kPa）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程21重力式碼頭的一般計算承載力驗算基床頂面應力按剛性墻計算，基床頂面應力呈直線分布，按偏心受壓公式計算，對矩形墻底：基床頂面的最大和最小應力標準值（k

15、Pa）墻底寬度（m）作用在基床頂面的豎向合力標準值（kN/m）墻底面合力標準值作用點的偏心距（m）合力作用點與墻前趾的距離（m）豎向合力標準值和傾覆力標準值對墻底面前趾的穩定力矩和傾覆力矩（kN.m）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程22重力式碼頭的一般計算承載力驗算基床底面應力基床頂面應力通過基床向下擴散，擴散寬度為B1+2d1，呈直線分布。基床底面的最大和最小應力標準值（kPa）塊石的水下重度標準值（kN/m3）拋石基床厚度（m）墻底面的實際受壓寬度（m）拋石基床底面合力作用點的偏心距（m）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程23重力式碼頭的一般計算整體滑動穩定性驗算整體穩定破壞

16、的特征碼頭結構頂面及其后一定范圍的地面突然下沉，且下沉量超過計算地基沉降量。在碼頭后方一定距離的地面出現裂縫和斷裂，且這個地點比墻后主動破裂面的出坡點要遠。碼頭結構后傾，底部突出碼頭線很多，但前沿線基本無多大變化或稍后移。碼頭前面水底泥面有明顯的隆起。計算方法圓弧滑動法抗力分項系數作用于危險滑弧面上的滑動力矩設計值和抗滑力矩的標準值（kN.m）當地基淺層有軟弱夾層和傾斜巖石情況，宜采用非圓弧滑動面計算。河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程24重力式碼頭的一般計算地基沉降計算地基沉降計算均勻沉降不均勻沉降建筑物橫斷面方向沿碼頭長度方向不會引起建筑物破壞，但沉降量過大會影響使用，同時帶來較大的

17、不均勻沉降。引起碼頭傾斜用在基床頂面預留倒坡的方法解決破壞性較大，如胸墻斷裂，墻身發生橫向裂縫用設置變形縫的方法解決河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程25重力式碼頭的一般計算河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程26方塊碼頭的計算卸荷板計算卸荷板的后傾穩定性卸荷板的承載力和裂縫寬度A點左側的卸荷板以上的結構自重產生的穩定力矩（kN.m）A點右側的卸荷板以上的結構自重和其上的均載自重力產生的傾覆力矩（kN.m）結構系數按懸臂板驗算承載力和裂縫寬度。注意計算時應將支撐點后移2030cm，至河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程27方塊碼頭的計算無底板空心塊體碼頭抗傾穩定性對無底空心方塊碼

18、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塊體壁傳到基床上（同儲倉壓力）。因此，在計算抗傾穩定性時，應將前者扣除，即將填料起抗傾作用的豎向力標準值按下式扣除：腔內填料自重力標準值（kN）腔內起抗傾作用的填料重力標準值（kN）直接作用在基床上的填料接觸應力標準值（kPa）填料與基床直接接觸面積（m2）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程28沉箱碼頭的計算浮游穩定性驗算定傾半徑(m) 定傾高度(m) 沉箱重心到浮心的距離（m）中心浮心河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程29沉箱碼頭的計算干舷高度計算沉箱的高度(m) 沉箱的干舷高度(m) 沉箱的吃水（m）沉箱在水面處的寬度（m）波高（m）沉箱的傾角，溜放時采用滑道末端的坡腳；浮運時采用68度沉箱的干舷富余高度（m）河海大學 港口海岸與近海工程學院港口工程30沉箱碼頭的計算沉箱外壁的計算