板桩码头施工

板桩码头施工

板桩码头的结构型式及其特点 板桩码头的构造 板桩墙计算 锚碇结构计算 第四章 板桩码头 Ⅰ 、板桩码头的结构型式及其特点 1 ．工作原理： 由沉入地的基板桩墙和锚碇系统共同作用来维持其稳定性。 2. 优点 结构简单，材料用量少，施工方便，速度快，可先打板桩后开挖港池，大量减少土方开挖主要构件可预制。 一、板桩码头的结构特点 3. 缺点 耐久性不如重力式，施工中不能承受较大 的波浪力。 适用条件 能沉入板桩的地区。过去多用于中小码头。 二、板桩码头的主要组成部分及其作用 1 ． 板桩墙 是板桩码头的最基本的组成部 分，是下部打入或沉入地基中的板 桩所构成的连续墙，其作用是挡土 并形成码头直立岸壁。 2 ．拉杆 当码头较高时，墙后土压力较 大，为了减小板桩的跨中弯矩（以 减小板桩的厚度）和入土深度以及 板桩墙顶端向水域方向的位移，应 在适当位置设置拉杆，以传递水平 荷载给锚碇结构。 3 、 锚碇结构 承受拉杆拉力。 4 、 导梁 连接板桩荷拉杆的构件，拉杆 穿过板桩固定在导梁上，使每根板 桩均受到拉杆作用。 5 、 帽梁 帽梁作用相当于前面的胸墙， 一般是现浇的。当水位差不大时， 可将帽梁和导梁合二为一，成为胸 墙。 6 、 码头设备 便于船舶系靠和装卸作业。 三、板桩码头的施工顺序 先打板桩后开挖港池： 以减少挖填方量； 先开挖港池后打板桩： 只有在泥面较高，施工水深不够以 及土壤较松软时，才先开挖，后打板桩。 四、 板桩码头的结构型式 １、按板桩材料分 ⑴木板桩码头 ：强度低，耐久性差，木材用量大，现在很 少使用。 ⑵钢筋砼板桩码头 ：耐久性好，用钢量少，造价低，但强 度有限，一般用于中小型码头。 ⑶钢板桩码头 ：强度高，重量轻，止水性好，施工方便， 但易腐蚀，耐久性较差，适用于建造水深较大的海港码头，特 别多用于要求不透水的船坞坞墙、施工围堰和防渗围幕等工程 中。 ２、按锚碇系统分 ⑴ 无锚板桩 结构简单，只有板桩墙和帽梁两部分。板桩呈悬臂工 作状态，承载能力小，墙顶变形大，在码头中一般不用。 ⑵有锚板桩 当墙高较大时，为了减小板桩的断面尺寸和桩顶位移， 而设置拉杆和斜拉桩锚碇。 ①单锚板桩 ②双锚板桩 ③多锚板桩 ④斜拉板桩 单锚板桩： 适用于墙高在 6 ～ 10m 以下的中小型码头。 双锚或多锚： 适用于墙高大于 10m 的码头，但应用较少。 原因：下拉杆高程较低，施工困难（一般要求水上穿拉杆）； 上下拉杆的位移很难协调，常会使某一拉杆严重超载。 斜拉桩： 不设水平拉杆，而增设斜拉桩来锚碇，使锚 碇结构至板桩墙的距离大大缩短，减少了墙后开挖，特别 适用于墙后不能开挖或开挖不经济的情况。但是斜拉桩承 受水平力的能力有限，因此多用于中小型码头。 3 、 按板桩墙结构分类 ⑴ 普通板桩墙 由断面和长度均相同的板桩组成，其优点是板桩类型单 一，施工方便。 ⑵ 长短板桩结合 在普通板桩墙中，每隔一定距离，打入一根长板桩， 这样既保证了稳定，又降低了造价。适用 于土质条件较 差，在较深处 才有硬土层的 情况。 ⑶ 主桩、板桩结合 将长桩的断面加大，成为主桩，以充分发挥长桩的作用，而 将短桩的断面减小，成为辅桩，从而构成主桩板桩结合。 适用同上。 ⑷ 主桩挡板（套板）结合 与 3 不同的是，它是在主桩后面放置挡板或在主桩之间 插放套板来挡土。墙后土压力直接作用在挡板（套板）上， 最后全部传给主桩，主桩受力很打，因此适用于水深不大的 情况，且要求先开挖港池，以便挡板（套板）的安放。 4 、 按施工方法分 ⑴ 预制沉入板桩 ⑵地下墙 ①水下砼连续墙 ： 用钻机在地下开沟槽， 用水下浇注砼方法形成连 续墙； ②预制板桩成槽沉放 ： 将预制的钢筋砼板桩放在 沟槽内，板桩前后用低标 号的水泥土浆填满。 一、板桩：板桩码头的主体 ㈠、钢筋砼板桩 1 、型式、特点及尺寸 ⑴型式 ①矩形 ② T 形 ③组合形 ④圆形 Ⅱ 、板桩码头的构造 ⑵ 尺寸 ①矩形 A 、特点 形状简单，制作方便，沉桩容易，接缝容易处理。但 抗弯能力差，费材料。 B 、尺寸 其厚度应根据强度和抗裂要求由计算确定，一般外 20 ～ 50cm ，宽度由打桩设备的龙口宽度决定，一般为 50 ～ 80cm 。 　 ② T 形 Ａ、组成 由翼板和肋组成，翼板起挡土作用，肋起桩的作用。 Ｂ、特点 板桩数量少，施工速度快，抗弯能力强；但 T 形板桩导向能力差，易偏位， 通常采用水冲沉桩或振动沉桩设备，企口不严，须设置防漏措施。 由于翼板只起挡土作用，其底部只须低于设计水底以下 1 ～ 1.5m ， 且不小于冲刷深度。 　　 Ｃ、尺寸 　　 宽度： 取决于施工设备的能力，如吊重、龙口宽度等，一般 1.2 ～ 1.6m ； 　　 厚度 ：取决于强度和抗裂验算； 　　 桩长： 取决于“踢脚”稳定性和岸壁整体滑动稳定性。 ③ 圆形 工程中一般采用的型式有两种，现场浇注排桩和预制管柱 桩，前者同地下墙预制管柱桩：直径为 50 ～ 300cm 的预应力管 柱桩，厚度为 10 ～ 50cm ，节长在 10m 内，在现场用法兰盘连 接成需要的长度。 　　特点 ： 　　省材料，抗弯能力强，可适应多种地质条件下施工，可打 桩，可射水沉桩或振动沉桩，但需专门的预制场和专门的预制 设备（离心机）。 　　 ④组合型 　　 实际上是主桩板桩结合，适用于地质条件较差处，但构 件类型多，施工麻烦，主桩受力较大，板桩受力小，受力不 均匀。 2 、板桩的立面和接缝 　　 ①矩形 　　特点：一侧阴榫拉通，另一侧从桩顶到设计水底以下 1m 以 上做成阴榫（不得低于设计冲刷水位）， 1m 以下做成阳榫；设 计水底以上断面形成空腔，内填细石砼；顶面 30 ～ 50cm 范围内， 两侧各缩进 2 ～ 4cm ，以便桩设替打；底部一侧做成斜面，使得 后一板桩打入时，紧贴前一板桩，接缝严密。 　　 ② T 形板桩 　　导向能力差，企口常不密实，要处理。 企口处：设置倒滤层；在翼板两侧设置锁口， 并焊接，既可导向，又可有效防止漏土。 3 、板桩的配筋 　 钢筋砼板桩：普通钢筋砼板桩≮ 25# ，预应力钢筋砼板 桩≮ 35# ，设计中应尽可能采用预应力，以增加抗裂性和耐 久性。 受力筋：数量由计算确定，直径≮ 12mm ，一般采用通 长双面对称配筋； 桩顶：为防止桩头被打碎，至少配置 3 ～ 4 层钢筋网； 箍筋：桩顶（尖） 1m 范围内要加密， @10cm ，中间可采 用 @25 ～ 30cm 。 ㈡ 、 钢板桩 1 、 钢板桩的断面形式 常用断面形式有 U 形、 Z 形、圆管形、 H 形和组合形钢板桩， 桩的截面模量较大，多适用于较大的深水码头。 ⑴ U 形 U 形钢板桩相互倒置形成“折瓦”形断面的连续墙，其中和轴位于“折瓦”形断面的中间，即锁口位置。由材料力学可知，受弯矩作用时，中和轴处的剪应力最大，如锁口咬合不牢，受力后易错位，断面系数降低，设计时，通常要根据实际情况，对其断面系数进行折减。 ⑵Z 形 抗弯能力好，受弯时，连接锁口处，剪应力为零，由于 单根 Z 形钢板桩断面不对称，施工时易扭转，故施工时一般 采用将两根板桩焊在一起施打。 ⑶ 平板形 抗弯能力差，但“锁骨”形锁口，横向受拉能力强，适 用于格型结构中。 钢板桩的锁口是否要做倒滤设施？ 2 、 钢板桩的锈蚀合防护 ① 改进钢材的化学成分，采用防腐蚀的钢种； ②物理保护，涂防锈油漆； ③化学保护，阴极保护，效果较好，但费用较高； ④增加板桩的厚度； ⑤尽量降低帽梁或胸墙的底标高，以减少锈蚀面积。 钢管桩牺牲阳极阴极保护 二、 锚碇结构 锚碇板（墙） 锚碇桩（板桩） 锚碇叉桩（斜拉桩） ㈠ 、锚碇板（墙） 1 、 受力原理 依靠其前面回填料的土抗力来承受拉杆拉力，承载能力较小， 水平位移较大。 2 、 型式 ⑴锚碇板： 平板、 T 型、双向梯形 ⑵锚碇墙： 现浇钢筋砼连续墙，预制钢筋砼板，现场安装。 3 、 尺寸 ⑴高度： 由稳定计算确定，一般不宜小于埋置深度的 1/3 ，长 采用 1.0 ～ 3.5m ； ⑵厚度： 由强度计算确定，≮ 15cm ，常采用 20~40cm ； ⑶预留拉杆孔位置： 作用在锚碇板（墙）上的土压力合力作用 点重合。 4 、 回填及构造 　　 ⑴土质 锚碇板（墙）施工不需打桩设备，但必须开挖基坑和基 槽，增加了开挖工程量并破坏了土的原状结构，为了充分利 用墙前土抗力，墙后一般须换填力学性质好的填料（如北方 的灰土夯实，南方的块石回填） ⑵构造 采用预制安装的锚碇板（墙），下面常用 15 ～ 20cm 厚的 碎石铺垫。现浇锚碇墙，下面应浇注 10 ～ 15cm 的贫质砼垫层。 5 、 适用条件 码头后方场地宽敞，拉杆力不大时。 ㈡ 、 锚碇桩（板桩） 1 、 受力原理 靠桩打入土中嵌固工作，其深度由“踢脚”稳定来确 定，此结构属于无锚桩，承载能力较小，水平位移较大； 2 、 组成 一般 2 ～ 3 根组成一组（用导梁连接），也可单独锚 碇； 3 、 材料 可采用钢筋砼或钢桩或钢板桩； 4 、 适用条件 码头后方场地宽敞，且地下水位较高或利用原土层时； ㈢ 、 锚碇叉桩和斜拉桩 1 、 受力原理 靠桩的轴向拉压和拉拔承载力来工作，其稳定性由桩的承载 能力确定。 2 、 构造 斜度≤ 3:1 ，宜采用 3:1 ～ 4:1 ；桩顶净距 30 ～ 40cm ；现浇桩帽， 将拉杆与桩连成整体。 3 、 斜拉桩 无拉杆，以斜桩取代，桩顶应尽量靠近板桩，以减少桩顶弯 矩，从而简化成铰进行计算。 4 、 适用 码头后方场地狭窄，拉杆力较大时。 ㈣、其它形式 拖板式、尼龙带式、锚杆式，加筋土结构及混合式。 三、拉杆 1 、 位置 从减小板桩墙的跨中弯矩来看，拉杆宜放在标高较低处，但为 了保证水上穿拉杆和导梁胸墙的施工条件，一般在平均水位以下， 设计低水位以上 0.5 ～ 1.0m ，且不得低于导梁或胸墙的施工水位。 2 、 尺度与材料 ⑴直径： 由强度计算确定，一般 40~80mm ； ⑵间距： 对钢筋砼板桩墙，取板桩宽度的整数倍，对单设导梁的 U 形和 Z 形钢板桩，应取板桩宽度的偶数倍； ⑶长度： 取决于板桩墙与锚碇结构的最佳距离，由计算确定，当 拉杆较长（ >10m ），中间应用紧张器加以拉紧； ⑷材料： 采用焊接质量有保证，延伸率不小于 18% 的高强钢材。 3 、 拉杆失事及防治措施 ⑴ 失事原因 ①设计拉力 > 实际拉力 ②拉杆下填沉陷，拉杆在其上土重及地面荷载作用下发 生弯曲，产生附加应力而断裂。 ③锈蚀使拉杆断面减小。 因此，设计时，应考虑各种影响因素，正确计算拉杆拉 力，并采取措施，减小或消除各种附加应力，并防止拉杆锈 蚀。 ⑵ 防治措施 ① 夯实拉杆下的填土，或在拉杆下设置支撑，以减小 沉陷，支撑形式有支撑桩、设砼垫块或垫墩、铺碎石或灰 土垫层。 ②在拉杆两端设置连接铰，以消除其附加应力。 ③在拉杆上做各 U 形防护罩，使拉杆上面的土重及地 面荷载不直接作用载拉杆上，而通过防护罩传到拉杆两侧 的地基上。 ④防锈处理，涂两层防锈漆，并用沥青麻袋包裹两层。 ⑤回填料严禁带有腐蚀性。 四、 导梁、帽梁及胸墙 1 、 施工方法 导梁可预制，也可现浇，帽梁一般现浇。 2 、 胸墙型式 有矩形、梯形、 L 形及工字形。当码头水位差不大，拉杆距 码头面距离较小时，一般将导梁和帽梁合二为一成胸墙。 3 、 系船块体设置 一般与胸墙整体 现浇，也可单独设置。 4 、 变形缝 导梁、帽梁、胸墙沿码头长度方向应 设置变形缝，间距 15~30m ，并设置在结构 型式和水深变化处，地基土质差别较大处 及新旧结构的衔接处，缝宽 2 ～ 3cm 。 5 、 钢板桩码头导梁设置 　　在钢板桩码头中，导梁一般由两根槽 钢组成，并为防止船舶撞击和减小锈蚀， 而放在板桩墙的里侧。 五、 排水设施 为了减小和消除作用在 板桩墙上的剩余水压力，板 桩墙应在设计低水位以下设 置排水孔，孔径 5 ～ 8cm ，孔 距 3 ～ 5m ，孔后设置抛石棱 体，以防止填土流失。 Ⅲ 、板桩墙的计算 一、作用及作用效应组合 ㈠、板桩码头上的作用 　　 ⑴永久作用：土体产生的主动土压力，剩余水压力； ⑵可变作用：地面可变荷载产生的土压力、船舶荷载、施工 荷载、波浪力； ⑶偶然作用：地震荷载。 1 、 土压力 板桩墙在外力作用下，墙体将发生弯曲变形；因此，沿墙高各点的水平位移不同。板桩墙上各点的土压力不仅与该点以上的土重、地面可变作用以及 土的物理力学性质 有关， 而且与该点墙体的 水平位移密切相关， 所以，要准确确定 板桩墙的土压力很 难。 ⑴ 主动土压力 ①特点：呈 R 形分布 呈现 R 形分布的 原因 ：关键是 沿墙高位移不同 。因为板桩上部 有拉杆拉住，下端嵌固于地基中，上下两端位移较小，跨中位移较 大，墙后土体在板桩变形过程中呈现 拱 现象，使跨中一部分土压力 通过滑动土条间的摩擦力传向上、下两端。从而是墙后主动土压力 产生上下大，中间小的 R 形状。 影响板桩墙墙各点位移不同而造成墙后后主动土压力呈 R 形分 布的主要因素有： 板桩墙的刚度 ：刚度越小， R 形越显著； 锚碇点位移： 越小， R 形越显著； 施工顺序： 先打板桩，后开挖比反之更显著。 　 ②计算方法 （土压力经验系数修正法） 主动土压力仍按采用刚性墙确定的土压力理论进行计算，即：仍按线性分布计算，但考虑到板桩墙体变形对土压力的影响，将以此土压力及其它荷载计算得到的板桩墙的跨中 Mmax 和 R A ，应分别乘以合适的经 验修正系数。 计算中，可取 δ=(1/3 ～ 1/2)φ 。 当地面为水平，墙背为垂直面时，由土体本身产生的主动土压水平强 度标准值和由码头地面均布荷载产生的主动土压力水平强度标准值可按下式 计算： ⑵ 被动土压力 板桩墙下端扎入地基中，当墙体受侧向力作用后，墙前入土段将 产生被动土压力。当入土深度不大时，入土段墙体只出现向前的移， 墙前被动土压力与刚性墙的相似。在板桩墙入土深度较大时，板桩嵌 固于地基中，其下端还产生向后翘；因此。入土段的上部墙产生墙前 被动土压力，其下部产生墙后的被动土压力。 ①特点： 墙前被动土压力比理论计算值大 1 倍左右，而墙后（下端）被动土压力比计算值小一半左右。 ②墙前被动土压力增大的原因 A 、板桩在水底处发生向下转动变形，使墙前土体受到向下的挤压 摩擦力。 B 、板桩向前变形，压挤墙前土体，使土的密实度增大，抗剪强度提高。 C 、入土段上部墙体对土体产生向下的摩擦力，使土体的稳定性增大。 ③ 墙后被动土压力减小的原因 A 、板桩底部被地基嵌固，使板桩下端变形较小，达不到极限被动土压力所需的位移值； B 、板桩底端发生向上转动变形，给墙后土体一个向上的“掘出力”； C 、板桩下端与土体产生向上的摩擦力，使土体的稳定性减小。 ④计算方法 同前，但计算墙前被动土压力时， δ=(2/3~3/4)φ ，当 δ>20° ，则 取 20° 。计算墙后被动土压力时， δ=-2/3φ ，当 δ<-20° 时，则取 -20° 。 当计算水底面为水平、墙面 为垂面时，由土体本身产生 的主动土压力水平强度标准 值： ２、剩余水压力 剩余水 压力取决于水位涨落情况、板桩墙排水好坏、回填土 及地基土的透水性等。 ⑴海港钢筋砼板桩码头，当板桩墙设有排水孔，墙后回填粗 于细砂颗粒的材料可不考虑。 ⑵对海港钢板桩码头，地下墙式板桩码头及墙后回填细砂的 钢筋砼板桩码头，△ =1/3 ～ 1/2 平均潮差。 对河港则根据地下水位按实际情况取定。 备注： 计算土压力时，土和填料的重度按以下规定采用： ⑴粘性土： 剩余水位以下取浮重度；剩余水位与设计高水位之间取饱和重度，设计高水位以上取天然重度； ⑵无粘性土： 剩余水位以下取浮重度；剩余水位以上取天然重度； ３、其它荷载 ⑴ 船舶荷载： 只考虑系缆力，不考虑撞击力和挤靠力，但要 加以区分： ①系船块体单独锚碇，板桩不考虑系缆力； ②系船块体和胸墙或帽梁一起现浇，且不单独锚碇，板桩应 考虑系缆力。 　　⑵码头地面荷载： 以土压力的形式作用于板桩墙上。 　　 ⑶波浪力： 只计波吸力，且不能与船舶荷载同时出现。 　　 ⑷地震荷载： 地震地区 4 、挖泥时超深的考虑　 　 超深的结果：是板桩墙的入土深度减小和墙体的计算跨度增大， 从而降低了板桩墙的稳定性，增大墙体的跨中弯矩和拉杆拉力。 计算板桩墙时，还须考虑港池挖泥时可能出现的超深（ 0.5m ） 和冲刷水深。 ㈡ 、作用效应组合 设计板桩码头时，必须考虑持久状况、短暂状况和偶然状况， 并按不同的极限状态和效应组合进行计算。 1 、按承载能力极限状况设计的项目 ①板桩墙“踢脚”稳定性； ②锚碇结构的稳定性； ③板桩码头的整体稳定性； ④桩的承载力； ⑤构件强度等 板桩码头按承载能力极限状态设计时，所取水位和作用效应组 合应按 《 规范 》 的规定选用持久组合、短暂组合和偶然组合，一个 组合应考虑多种水位情况。如： 持久状况持久组合： 应按设计高水位、设计低水位、极端低水 位； 短暂状况短暂组合： 应按设计高、低水位或施工水位分别计算； 偶然状况偶然组合： 应按设计高、低水位分别计算，参见 《 抗震 规范 》 ； 设计时可针对某一计算内容，选取某一最不利水位进行计算（应 作正确判断），如：板桩墙的强度及稳定性和拉杆力一般由设计低水 位控制。 2 、 按正常使用极限状态设计 钢筋砼构件的裂缝宽度和抗裂验算。 二、无锚板桩墙的计算 在 P 作用下 , 作用在无锚板桩墙各点的实际土压力为两侧之差 ( 被动土压力与主动土压力之差 ), 即 : 为便于计算 , 德国逻美尔建议作下列简化 : 首先 , 近似地用直线 AB′ DC 代替曲线图形 ABDC ；然后作水平线 mm′ 和 nn′ ，分别使 ΔB′mo1 替 代 ΔMo1D ；以 Δn′o2C 替代 ΔDNo2 ；接着在板桩墙两侧各加一个面积 相等的梯形 MmnN 和 Mm′n′N （如上图 b ）；最后的土压力图形变成上图 c 的形状。右侧土压力的图形为 MFCm′ ，其高度为 b ，由于 b 一般不大， 可近似取 b/2 处为此梯形面积的中心，以集中力 代替 MFCm′ 面积的 土压力。这样就将板桩墙的受力情况简化为一个简支梁的计算图式。 已知 P ，根据力的平衡条件，即可用数解法（均质地基）或图解法（适 用于分层的非均质地基土）求得未知数 T 0 和 。 求得 T 0 和 后，可按材料力学的方法计算墙体个断面的弯矩和剪力。板桩墙的设计入土深度 t min （ m ）可按下式确定： 三、单锚板桩墙的计算 ㈠ 、单锚板桩墙的工作状态 1 、第一种情况 板桩的入土深度最小，在水平力作用 下，板桩绕上端支撑点转动，板桩中只有 一个方向的弯矩，且数值最大，板桩入土 段发生较大位移，所需板桩长度最短，但 断面最大，按底端自由计算。这种情况即 为自由支撑法，算得的入土深度往往需要 加长，实际也就接近第三种情况。（本法 为日本及一些西方国家所采用） 2 、第二种情况 入土深度和受力情况介于第 1 、 3 之间 , 入土段比第 1 种稍深 , 受力后，底端只有转角，没有位移。也属于自由支承状态。 3 、第三种情况 入土深度较深，入土部分出现与跨中相反方向的弯矩，板桩墙弹性嵌固于地基中。这种状态，所需板桩断面最小，入土部分位移小，稳定性好，为我国所采用（弹性线法）。 4 、第四种情况 类似第 3 种状态，但入土深度更大，固端弯矩大于跨中弯矩，数值并不比第 3 种状态小， 稳定性有富裕， 但对减少墙体 跨中弯矩非常 有限，一般无 必要。 ㈡ 、计算内容及计算工作状态 1 、板桩墙计算内容 板桩墙的入土深度，板桩墙弯矩，拉杆拉力。 2 、计算工作状态 一般采用板桩墙底端为 弹性嵌固的工作状态 ，即第三种。当有下列 几种情况时，也可采用自由支承状态，或介于两者之间的工作状态，即： ⑴板桩墙底端在地基中达不到弹性嵌固的工作状态； ⑵板桩千采用钢板桩时，其材料强度有较多富裕； ⑶板桩墙的刚度很大； ⑷地基土质比较好。 ㈢、计算方法 　　⑴弹性线法 ：仅适用于单锚板桩墙的弹性嵌固工作状态；但对于刚度 较大的板桩墙（如现浇地下墙），不宜采用弹性线法。 　 ⑵自由支撑法 ：仅适用于单锚板桩墙的自由工作状态； ⑶竖向弹性地基梁法： 可适用于单锚和多锚板桩墙的任何工作状态。 ㈣ 、单锚板桩墙的计算 ⑴ 基本思想 　　板桩墙下端自由支撑在其前面的地基土体上，这部分土体处 于 极限状态，完全出现极限被动土压力。 ⑵计算图式 静定梁，两个未知数， 入土深度 t min 和 R a ； ⑶平衡条件 　　∑ H=0 　　∑ M=0 1 、自由支撑法 2 、罗迈尔法（弹性线法一种） ⑴ 基本思想 假定板桩墙入土段弹性嵌固于地基中；入土段前面的土抗 力按古典土压力理论（教材公式）计算，底端后面的土抗力用 集中力 E p ’ 代替。 ⑵工作状态 由于板桩墙入土段在地基中弹性嵌固，入土段产生负弯矩 M 2 ，有利于减小跨中正弯矩 M 1 ，且 |M 2max | 略小于 |M 1max | ，一般 |M 1max |=1.1~1.15|M 2max | ；土压力零点与弯矩零点约相吻合； 变形协调条件：板桩底， M B =0 ， δ B =0 ， φ B =0 ，锚固点 δ A =0 。 ⑶ 计算图式和计算方法 ①计算图式： 一次超静定结构，三个未知数， t 0 ， R a ， E p ′ ； ②计算方法： 图解试算法； ③计算条件： 求解时，先假定入土深度，除了需利用 平衡条件 H=0 ，∑ M=0 外，还需利用 变形协调条件 ，用试作板桩墙变形曲线 的方法求解，故称为弹性线法。计算时，要不断改变入土深度， 反复试算，直到满足变形条件为为止。其变形条件是板桩墙底端的 角变位和线变位为零，即入土段底端 的弹性变形曲线与铅垂线相切；同时， 锚碇点的位移也等于零。由于作弹性 曲线较麻烦，为了简化计算，采用： | M 1max |=1.1 ～ 1.15|M 2max | 条件取代变形条件。 具体可按计算 ` 步骤如下： A 、 假定 t 0 ； B 、 用古典理论计算主、被动土压力； C 、 用图解法（作力矢图和索多边形的方法），以 |M 1max |=1.1 ～ 1.15|M 2max | 为控制条件，若不满足该条件，则须重新假定 t 0 ； D 、 计算结果应考虑土压力重分布的影响（ R 形）对跨中弯矩须 折 减：对拉杆力须增大： E 、 入土深度确定： 备注： e′ 为 t 0 处墙后被动土压力强度 e p ′-t 0 处墙前主动土压力强度 e a ′ 。 F 、 按“踢脚”稳定性验算入土深度，若不满足应取满足“踢 脚”稳定的入土深度， P61 公式。 备注： 对刚度较大的板桩墙（如现浇地下连续墙），本方法计算结果往 往偏于危险，故不宜采用（ P61 中），另外，本方法较适合施工单位 在缺乏资料的情况下使用。 弹性线法的单锚板桩墙算例 3 、 竖向弹性地基梁法（ m 法） 　 ⑴板桩码头的稳定性破坏状态 ①锚碇失稳： 由于拉杆断裂或锚碇结构系统破坏而造 成； ②板桩墙失稳： 由于入土深度不够，而使板桩墙绕拉 杆锚碇点发生转动而破坏，即“踢脚”稳定破坏； ③整体稳定性破坏： 由于板桩墙入土深度不够或拉杆 长度不够，而使板桩墙和后方土体一起产生稳定性破坏。 显然，用 1 、 3 来确定板桩墙得入土深度，理由不合理也不 充分。 ⑵ 板桩墙的入土深度 《 规范 》 规定，板桩墙得入土深度应满足“踢脚”稳定得要求，即： 式中： γ 0 为结构重要性系数； γ d 为结构系数； M R 为墙前被动土压力标准值对拉杆锚碇点得稳定力矩； ⑶ 板桩墙的内力计算（ m 法） ① 基本假定 A 、假定土为弹性介质，地基系数随深度成正比， C=mZ ； B 、不考虑桩土之间的粘聚力、摩擦力； C 、桩按实际刚度、并作为一个弹性构件考虑； 土体的应力、应变要符合文克尔假定，即地基表面任一 点的压力强度于该点的沉陷成正比， σ=k 0 y=Cy 。 ②符号规定 水平位移 x 以向右为正；转角 φ 以反时针为正； 弯矩以左侧纤维受拉为正；剪力以绕它端顺时针为正 ③ 地基梁的挠曲方程及弯矩、剪力和荷载的微分关系 地基梁的挠曲微分方程： ① ② ③ ④ 将①整理： 令 （桩土变形系数） 得： 利用边界条件确定系数： 当 z=0 时， 先求 利用边界条件可求得： ，要得到边界 条件，须先判断支撑情况，根据规范规定： A 、对于支撑在非岩石类土或直接放在基岩上的桩（不 嵌岩，墙后地面无填土） 非岩石地基： ，为弹性桩（若≤ 2.5 ，则 假设基础的刚度为无限大，按刚性基础计算） 支撑在岩基上： ，为柱承桩。 当 求得： 当 求得： B 、当地面以上有填土，且有均布荷载时 ⑷ 板桩墙内力及拉杆拉力计算 作用：主动土压力，剩余水压力，拉 杆拉力 R k ，地面以下得超载。 计算时，将板桩墙从计算水底处切开。 计算水底以上段为底端固定得悬臂梁（单 宽），其上作用有：墙后土压力，剩余水压 力，各支承点得反力 R1 、 …Rk ，以及桩顶端 力矩 M 1 。 计算水底以下段为竖向弹性地基梁（单 宽），其上作用有：超载土压力、剩余水压 力（总强度为）和端部得水平力 Q 及力矩 M 。 根据悬臂梁得计算可得 式中： Q 0 ， M 0 分别为作用载上段墙上得水平力合力 和它们对切开处的力矩； hi 为支承点到切开处的距离。 ① 建立各支点 i 的变形协调方程式 a 、在 i 点处由于 X0 ， φ0 产生的水平位移和 1 点的转角 b 、由于各支点反力 Rk 和 M1 在 i 点上产生的水平位移和 1 点 的转角 : c 、土压力和剩余水压力在 i 点产生的水平位移和 1 点转角 d 、给定锚碇点的水平位移和 1 点转角 建立各支承点 i 的变形方程 : ② 计算设计弯矩和拉杆拉力 入土段： 自由段： 设计弯矩： 设计拉力： 注意：当考虑拉杆锚碇点位移时，计算弯矩不折减。 ③m 法优点 a 、入土深度的确定， m 法比弹性线法好，特别时在土质较 差时， m 法更接近，建议在软土地基上的板桩工程不能用弹 性线法确定入土深度。 b 、反映了刚度的影响（ EI ）； c 、可考虑锚碇点的位移，符合实际情况； d 、 m 法计算结果与原型试验值较吻合； e 、 m 法适用性强。 ⑸ 板桩墙的强度计算 ① 对钢筋砼板桩和预应力钢筋砼板桩，应根据强度进行配筋，并 进行裂缝宽度或抗裂验算。 ②对于钢板桩，其单宽强度应满足下式： 式中： N—— 作用标准值产生的每米轴向力（ KN ）； M n —— 作用标准值产生的每米板桩墙最大弯矩（ KN·m ） A—— 钢板桩截面积（ m 2 /m ） f t —— 钢材的强度设计值（ N/mm 2 ） γ GQ —— 综合分项系数， 1.35 。 W z —— 钢板桩的弹性抵抗矩（ m 3 /m ） Ⅳ 、锚碇结构的计算 一、锚碇板（墙）的稳定计算 锚碇板的主要作用：拉杆拉力 R A ，板后主动土压力 E ax ，板前 被动土压力 E px 。 规范规定，锚碇板（墙）在这些荷载作用下，其稳定性应满 足： 式中： γ 0 —— 结构重要性系数； γ d —— 结构系数； E ax ， E qx —— 墙后土体和地面可变作用产生的主动土压力水平 分力标准值； R Ax —— 拉杆拉力水平分力标准值； E px —— 被动土压力水平分力标准值。 备注： 1 、主动土压力 E qx ， E ax ： ①荷载布置从板（墙）后开始，使 Eqx 最大； ②计算 E ax ， E qx 时，取 δ=0 。 2 、拉杆拉力 R A ：计算中不考虑拉杆与填土的摩擦力。 3 、被动土压力 E px 锚碇板（墙）前被动土压力可按下式计算 4 、 kb 可根据规范 P20 公式 3.4.3-1 ， 3.4.3-2 计算； 5 、对锚碇板（墙）的稳定性，需验算设计高、低水位两种情况。 二、锚碇板（墙）到板桩距离的确定 最佳距离： 注意： 1 、 H 0 （板桩墙后主动破裂棱体得高度）的确定 ①采用弹性线法时，取最大负弯矩点到码头地面的 距离； ②、采用 m 法时，取地基梁第一变形零点到地面的距 离； 采用自由支承法时，取最小入土深度 t min 处到地面的 距离。 2 、 对于多层土情况，可将取加权平均值。 3 、 对由于某种原因（如施工场地紧缺，墙后有不能拆除的 建筑）不能满足上式时，在计算锚碇板（墙）稳定性时，应 从 E px 中扣除△ E px 。 式中： t d —— 交点 d 到地面的距离； l a —— 拉杆间距； k p —— 被动土压力系数。 4 、 最断距离 : 即： 锚碇板（墙）前面的土体的被动破裂面不能穿过板桩墙。 三、锚碇板（墙）的水平位移 式中： R a —— 每米宽板桩墙的拉杆拉力标准值（ KN/m ）； h a —— 锚碇板（墙）的高度（ m ）； b k —— 锚碇板（墙）的计算宽度（ m ）； k H —— 锚碇板（墙）的水平拉力系数（ KN/m 3 ），板 （墙）前采用块石填料时， k H =3700KN/m 3 。 四、锚碇板（墙）的内力计算 1 、 现浇连续钢筋砼锚碇墙 ①水平方向为刚性支承连续梁，其拉杆拉力标准值产 生的水平向最大弯矩： 式中： R a —— 每米宽板桩墙的拉杆拉力标准值（ KN/m ）。 ②竖向为悬臂梁，土抗力沿墙高为均匀分布，即 R a /h a 。 拉杆拉力标准值产生的竖向单宽最大弯矩为： 2 、 设有连续导梁的分块预制的锚碇墙（预制安装） 导梁的最大弯矩和预制板的竖向单宽最大弯矩按上 式计算。 3 、 双向悬臂的锚碇板 由拉杆拉力标准值产生的水平向和竖向最大弯矩分 别为： b 为锚碇板宽度。 五、 锚碇桩（板桩） 1 、其长度和内力可按受集中水平力 R AX （对于锚碇板桩 为 R a ）作用的无锚板桩墙的计算方法计算。 2 、锚碇桩（板桩）到板桩墙的最小距离应满足式 （ 3-3-10 ）的要求，式中 th 为锚碇桩（板桩）变形第一 零点到码头地面的距离。 3 、拉杆处的水平位移，可按竖向弹性地基梁法计算， 但≯ 50mm 。 六、 锚碇叉桩 1 、 计算时，考虑两端为 铰接，不考虑周围土体对 桩的作用： 式中： W—— 作用在叉桩桩 帽上的垂直力标准值 2 、 锚碇叉桩锚碇点的水平位移计算（见规范） 3 、 叉桩设置原则 ①叉桩必须位于板桩墙墙后土体主动破裂面以外； ②压桩桩尖距板桩墙的距离不得小于 1.0 米。 七、拉杆 1 、拉杆拉力的标准值： 2 、拉杆断面设计： 式中： γ RA —— 拉杆力分项系数， 1.35 。 f t —— 钢材的强度设计值（ N/mm 2 ） 八、 帽梁、导梁及胸墙结构的计算 1 、 帽梁 主要作用：各板桩不均匀沉降产生的变形应力和船舶荷 载，设计时： ①当系船块体单独锚碇，帽梁不受系缆力影响时，一般 只需按构造要求进行配筋； ②当系船块体与帽梁整体现浇，且不单独锚碇，帽梁受 系缆力的影响时，需按强度配筋，并验算裂缝宽度。 计算图式：按文克尔假定的弹性地基梁进行计算。即将 帽梁视为弹性地基上的梁，弹性地基为板桩墙拉杆以上的悬 臂段。根据地基系数的概念（一个单位面积移动一个单位位 移所需的力）， k 可按悬臂梁计算而得： 2 、 导梁 近似按刚性支承连续梁计算，荷载 q=Ra 导梁和导梁悬臂段产生的最大弯矩为： 钢筋砼导梁应按强度配筋，并验算裂缝宽度，钢导梁 的强度应满足： 3 、 胸墙设计 竖向按悬臂梁计算，取拉杆处为固端。 ①系缆力作用时； ②撞击力作用时 水平方向：按刚性支承连续梁计算 ①对工字型断面，取下翼板为导梁； ②对 L 型断面，取平台板为导梁； 对矩形或梯形截面，取拉杆附近的 0.5~0.7 米高度部分为导梁。 九、整体稳定性验算 1 、板桩码头整体稳定性验算可采用圆弧滑动法； 2 、计算只考虑滑动面通过板桩桩尖的情况，如桩尖以上 或以下附近有软土层时，尚应验算滑动面通过软土层的情 况。 3 、当圆弧从桩尖以上通过时，计算时不计截桩力，当滑 动面从锚碇结构前通过时，计算时不计拉杆力对稳定性的 影响。