第三章 板桩码头

第三章 板桩码头 特点及组成 结构型式 一般构造 基本计算

板桩码头 由沉入地基的板桩墙和锚碇系统共同作用来维持结构的稳定性。

板桩码头的组成 板桩墙 锚碇结构 拉杆 导梁 帽梁 导滤层 码头设备

板桩码头的施工顺序 预制和施工板桩 预制锚碇结构 制作和安装导梁 加工和安装拉杆 现场浇筑帽梁 墙后回填 墙前港池挖泥

板桩码头的特点 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。 缺点：耐久性不如重力式，钢板桩易锈蚀（在施工水位以上需采用钢 筋混凝土胸墙结构以防锈蚀）；施工过程中一般不能承受较大的波浪 作用，不适于在无掩护的海港中应用；需要打桩或其他沉桩设备。 适用条件：所有板桩可沉入的地基。过去多用于中小码头，也可用于 船闸闸墙、船坞、坞墙、护岸和围堰等。

板桩墙 由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。板桩 码头的最基本的组成部 分。

锚碇结构 承受拉杆拉力

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。

导梁 连接板桩和拉杆的构件，拉杆穿过板桩固定在导梁上，使每根板桩均受到拉杆作用。

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。

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。

倒滤层 排水滤土

码头设备 便于船舶系靠 和装卸作业。

板桩码头的结构型式 按板桩材料分 按锚碇系统分 按板桩墙结构分 按施工方法分

按板桩材料分类 木板桩码头：强度低，耐久性差，木材用量大，现在很少使用。 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。 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。

按锚碇系统分 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。 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 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。应用较少。

斜拉板桩——多用于中小型码头。 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。

按板桩墙结构分类 普通板桩墙 长短板桩结合 主桩、板桩结合 主桩挡板（套板）结合

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。

长短板桩结合 保证稳定降低造价。适用于土质条件较差，在较深处才有硬土层的情况

主桩、板桩结合 将长桩的断面加大，成为主桩；短桩的断面减小，成为辅桩。

主桩挡板（套板）结合 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，主桩受力很大，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。

按施工方法分 预制沉入板桩 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， 板桩前后用低标号的水泥土 浆填满。

板桩码头的构造 板桩 锚碇结构 拉杆 导梁、帽梁及胸墙 排水设施

板桩 钢筋砼板桩 钢板桩 地下连续墙

钢筋砼板桩 尽量采用预应力混凝土或高强混凝土。 桩顶：配置三层钢筋网 桩头、桩尖：箍筋加密，间距10cm；或采用钢靴。 断面型式： ①矩形 ②T 形 ③圆形

矩形 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。 尺寸 宽度 厚 度 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。 尺寸 厚度应根据强度和抗裂要求由计算确定，一般外200～500mm，宽度由打桩设备的龙口宽度决定，一般为500～600mm。

矩形 凹凸榫 底端斜角 顶端缩进

T 形 组成 由翼板和肋组成，翼板起挡土作用，肋起桩的作用。 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。　

T 形 板桩数量少，施工速度快，抗弯能力强； 企口导向能力差，接缝不严，须防漏； 翼板只起挡土作用，其底部只须低于设计 泥面以下1m，且不小于冲刷深度。　

圆形 现场浇注排桩：同地下墙 预制管柱桩：直径为50～300cm的预应力管柱桩，节长 在10m内，在现场用法兰盘连接成需要的长度。

钢板桩 ———适用于较大的深水码头。 断面形式： U形 Z形 平板形 H形 圆管形 组合形

U 形

Z 形

平板形

H 形

圆管形

组合形

钢板桩 连接方式：

钢板桩 ——易锈蚀， 防锈措施： 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； 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。

地下连续墙 现浇：矩形、T形、钻孔桩排等 厚度600~1300mm 接缝：接头管式 预制：矩形 厚度400~800mm，排桩桩径≮550mm 接缝：榫接、平接

锚碇结构 锚碇板（墙） 锚碇桩（板桩） 锚碇叉桩（斜拉桩）

锚碇板（墙）适用于码头后方场地宽敞，拉杆力不大时 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。 施工过程： 开挖基坑和基槽 垫层基础 回填夯实 土质要求：北方-灰土夯实，南方-块石回填 垫层要求： 预制-15～20cm厚碎石铺垫；现浇-10～15cm的贫质砼垫层

锚碇板（墙） 型式: 锚碇板：平板、T型、双向梯形 锚碇墙：现浇钢筋砼连续墙，预制钢筋砼板，现场安装。 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； 厚度：由强度计算确定，不小于15cm，常采用20~40cm； 预留拉杆孔位置：与作用在锚碇板（墙）上的土压力合力作用点重合。

锚碇桩（板桩） 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。 组成：一般2～3根组成一组（用导梁连接），也可单独锚碇。 材料：可采用钢筋砼或钢桩或钢板桩； 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。

锚碇叉桩和斜拉桩 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。 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。 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。 适用：码头后方场地狭窄，拉杆力较大时。

拉杆 位置：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。 直径：由强度计算确定，一般40~80mm； 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，取板桩宽度的偶数倍； 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； 材料：采用焊接质量有保证，延伸率不小于18%的高强钢材。

拉杆失事 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。

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。

导梁、帽梁及胸墙 施工方法： 导梁可预制，也可现浇，帽梁一般现浇，系船块体一 般与胸墙整体现浇，也可单独设置。 胸墙型式： 矩形 梯形 L形 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。

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。

导梁 　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。

排水设施 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。 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。

板桩码头的基本计算 荷载作用 设计状况 计算内容

荷载作用 永久作用：土体产生的主动土压力，剩余水压力 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 偶然作用：地震荷载

设计状况 持久状况：正常条件下，结构使用过程中的状况。 按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。 短暂状况：结构施工和安装等持续时间较短的状况。 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。 偶然状况：结构承受设防地震等持续时间很短的状况。 在遭受偶然荷载时仅按承载能力极限状态设计。

持久状况——永久作用+主导可变作用+非主导可变作用 极限状态-设计状况-作用组合 ㊣ ㊣ 持久状况——永久作用+主导可变作用+非主导可变作用 承载能力 极限状态 ㊣ ㊣ 短暂状况——永久作用+可变作用 偶然状况——地震组合 强度、稳定性 ㊣ 短期效应组合——永久作用+可变作用 变形、裂缝 ㊣ 持久状况 长期效应组合——永久作用+可变作用 正常使用 极限状态 短暂状况 —— 永久作用+可变作用 ㊣ ㊣

计算内容 按承载能力极限状况设计： 板桩墙“踢脚”稳定性 锚碇结构稳定性 板桩码头整体稳定性 构件强度 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

土压力 板桩墙在外力作用下，墙体将发生弯曲变形作用在板桩墙上的土压力分布也随墙体的变形而变化，所以，要准确确定板桩墙的土压力很难。 ——土压力经验系数修正法

单锚板桩墙 工作状态 受力特点 计算内容 计算方法

单锚板桩墙的四种工作状态 板桩入土不深 绕板桩上端支承点转动 ——按底端自由计算 板桩入土加深 墙前被动力加大 弯矩逐渐减小

单锚板桩墙的四种工作状态 板桩入土继续加深 板桩弹性嵌固于地基 ——按底端嵌固计算 板桩入土继续加深 固端弯矩大于跨中弯矩 ——稳定性有富余

单锚板桩墙的受力特点 （一） 以顶端位移为主的情况，板桩墙的主动土压力呈线性分布 （二） 以弯曲变形为主，墙后主动土压力呈“R”形分布

单锚板桩墙的计算内容 板桩墙的入土深度 板桩墙弯矩 拉杆拉力

单锚板桩墙的计算方法 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。 自由支撑法：仅适用于单锚板桩墙的自由工作状态； 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。

“踢脚”稳定性 “踢脚”稳定破坏即：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； MR为墙前被动土压力标准值对拉杆锚碇点得稳定力矩

锚碇结构的稳定计算 主要作用：拉杆拉力，板后主动土压力，板前被动土压力。

锚碇结构的稳定计算 按规范规定，锚碇板（墙）在这些荷载作用下，其稳定性应满 足： 式中：γ0——结构重要性系数；γd——结构系数； Eax，Eqx——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； RAx——拉杆拉力水平分力标准值； Epx——被动土压力水平分力标准值。

整体稳定性验算 ——采用圆弧滑动法； 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。 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。

帽梁、导梁及胸墙结构的计算 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 ①当系船块体单独锚碇，帽梁不受系缆力影响时，一般 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 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。

帽梁、导梁及胸墙结构的计算 导 梁 近似按刚性支承连续梁计算； 钢筋砼导梁应按强度配筋，并验算裂缝宽度。

帽梁、导梁及胸墙结构的计算 胸 墙 竖直方向：按悬臂梁计算，取拉杆处为固端。 水平方向：按刚性支承连续梁计算