CN101949142A - 一种离岸高桩码头长分段结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离岸高桩码头长分段结构，桩顶采用铰接形式，使温差变形产生的桩弯矩减小、适应外海深水风浪恶劣条件下施工的桩顶连接要求；距温差变形平衡线25m以外的叉桩或斜桩均采用小横向夹角布置，使温差变形产生的桩轴力减小；距温差变形平衡线25m以内的叉桩或斜桩可沿纵向布置，以提高码头抵抗纵向水平力的能力；分段两边缘第一跨排架间距适当减小，以降低纵、横梁及桩的设计内力；在伸缩缝处采用多小段间隙不超过20mm的轨道连接结构，能满足轨道机械平稳过渡伸缩缝工作的要求。本发明成功解决了码头长分段技术问题，分段长度一般大于120m，可减小的排架承担的水平力，降低工程造价，有利于采用大管桩(含PHC桩)代替钢管桩。

Description

一种离岸高桩码头长分段结构

技术领域

本发明涉及港口工程领域，具体涉及高桩码头结构。

背景技术

目前高桩码头分段长度一般对整体装配式取60～70m，对整体现浇式取35m左右，这种传统的分段方法是对码头结构适应能力的简化处理，在上述分段长度内可不考虑温差变形及混凝土收缩变形对结构的影响，其不足之处在于：①没有考虑结构对温差及收缩变形的适应性，分析认为：桩的泥上高度、桩身柔性及塑性、桩基布置等对结构纵向变形的适应性影响很大，可使分段长度相差数倍，应是划分码头分段长度的主要考虑因素。②没有充分利用码头分段长度的潜力，造成码头分段排架数量少、排架水平力分配系数大，使水平荷载产生的桩基内力大。③有些码头泊位如充分利用分段长度潜力时也许不用分段，但采用简化的分段长度控制值时却必须分段，增加了伸缩缝以及装卸工艺跨越伸缩缝的处理。④有些特殊装卸工艺要求尽量避免跨越伸缩缝时无法采用长分段结构避免。

对离岸深水高桩码头，桩的自由长度较大，结构能适应纵向变形的条件较好，增加分段长度可以减小各排架所承受的水平力，有利于采用大管桩(含PHC桩)代替钢管桩。

目前高桩码头桩顶一般采用刚接形式，虽然桩顶刚接能提高排架的水平抗力，但是所提高的比例值随着桩的泥上高度增加、斜桩斜度及斜桩所占的比例增加而减小。对于有叉桩的离岸深水码头，采用桩顶刚接所提高的水平抗力相对不大，而刚接桩顶要伸入桩帽或横梁的高度较大，造成施工困难、成本提高，这也部分抵消了利用桩顶刚接而提高水平抗力的优势。若采用桩顶铰接，则桩基在温差及混凝土收缩等变形下产生的弯矩小，可增加分段长度，使排架所分担的水平力减小。经分析认为：对离岸深水高桩码头，采用桩顶铰接增加分段长度所减小的排架分担水平力、一般大于采用桩顶刚接而提高的排架水平抗力，对提高整体码头的水平抗力及刚度是有利的。另外铰接桩更能适应风浪恶劣条件下的桩顶连接要求，更适合用于外海深水码头情况，采用铰接桩时桩顶伸入横梁高度仅需5cm，使横梁底筋能直接从桩顶通过，下横梁或桩帽的高度也会降低，方便施工。

传统的高桩码头各排架叉桩一般都沿横向布置以抵抗横向水平力。这种布置方式存在以下不足之处：①位于分段中间的排架由于承受水平力相对较小，叉桩一般有承载力富余、不能充分发挥作用；②若分段中不布置纵向叉桩，则分段的纵向水平抗力较弱，实践中通常需在分段两边(常在第二榀排架位置处)布置少量纵向斜桩以抵抗纵向水平力。经分析认为，长分段结构不宜采用传统的桩基布置方式，可考虑以下因素调整桩基布置：①在长分段两端附近桩顶由于温差产生的纵向变位大、会对纵向叉桩或斜桩产生较大的温差桩轴力，因此在分段两端附近不应布置纵向叉桩或斜桩；②考虑到位于分段中间的横向叉桩承受的水平力相对较小，可将中间约40～50m范围的横向叉桩改为纵向布置以提高码头的纵向水平抗力，此时分段中间排架所承受的水平力可两边排架传递，由于长分段码头两边排架数量众多，中间叉桩的横改纵布置对码头整体抵抗横向水平力影响不大，因此从技术经济比较是合理的。

高桩码头长分段结构在混凝土年气象温差变形、收缩变形和预应力徐变的作用下，会产生较大的纵向变位、产生较大的结构内力；同时伸缩缝的伸缩量较大(一般5～20cm)。针对以上特点，采用长分段码头需解决以下几个问题：

1在混凝土年气象温差变形、收缩变形和预应力徐变的作用下码头结构的纵向内力计算。

2长分段码头的桩基布置。

3长分段码头横向水平力在各排架中的分配。

4长分段码头的设计简化计算方法。

5长分段码头设计与施工的要点。

6轨道机械及其它流动机械平稳过渡伸缩缝工作。

本发明解决了以上关键问题，使长分段码头可以得到应用。

发明内容

一种离岸高桩码头长分段结构，分段长度一般不小于120m；桩基的桩顶采用铰接形式；长分段中位于温差变形平衡线(指码头平台对纵向温差变形不产生位移的纵向线)25m以外的叉桩或斜桩均采用小横向夹角布置；位于温差变形平衡线25m以内的叉桩或斜桩沿纵向布置；分段两边缘第一跨排架间距小于内跨排架间距；在码头伸缩缝处采用多小段间隙不超过20mm的轨道连接结构。

所述的长分段结构，其分段长度可远大于常规高桩码头的分段长度，一般不小于120m，工程条件好时可达200m以上。分段长度根据具体码头工程的桩径、泥上长度、地基条件、桩顶连接、桩身强度和刚度、桩基整体布置、纵梁安装后混凝土的收缩、施工安装情况、年气象温差，纵向荷载、平台和排架水平刚度等情况确定。

所述的桩顶铰接形式，其特征是：桩顶伸入横梁或桩帽5～10cm；当横梁钢筋与桩顶接触面较大时，钢筋宜垫高1～2cm，以增加钢筋的握裹力及防腐保护层；对非完全铰接桩顶弯矩大于桩身抗弯的基桩，采取下列措施(见图2a、图2b)处理：①桩顶混凝土接触面面积按局部受压计算确定，接触面外铺设低强度的防腐材料垫片。②连接钢筋笼直径小于接触面直径，布置在接触面范围内；③钢筋笼内可设置连接插筋以满足抗拉要求并增加接触面的局部抗压富裕强度；④连接钢筋的主筋及插筋宜采用直径不小于28mm的2级钢或3级钢，以增加接触面钢筋的允许缝隙量，配筋量由计算确定，应满足桩顶的抗拉要求、并且所配钢筋可能产生的最大弯矩宜小于桩身的允许抗弯值；⑤当仍不满足钢筋在接触面的缝隙量要求时，连接钢筋的主筋与插筋可在接触面附近涂抹柔性防腐材料，以增加等效自由长度、进一步增加接触面钢筋的允许缝隙量。钢筋在接触面处所需的缝隙量由计算确定。

所述的距温差变形平衡线25m以外(如图1的B区)的叉桩或斜桩采用小横向夹角布置(如图1桩3)，夹角宜根据桩基布置及打桩偏差情况通过计算后确定(一般为12～18°)。打桩偏差应考虑：桩顶水平面偏位、方位角偏差、仰俯角偏差、左右摆动角偏差等，在确保不会发生碰桩的前提下，尽量减小叉桩(或斜桩)与横梁轴线的夹角。对温差变形产生较大桩轴力的基桩，采取以下措施进一步减小叉桩的横向夹角：①将可能碰桩的相邻直桩(如图1桩4)改为斜度约20∶1的反向纵向斜桩；②斜桩桩顶与可能碰桩的相邻直桩桩顶采用偏离排架轴线约10cm左右错开布置(如图1中3桩顶偏右10cm，4桩顶偏左10cm)。

所述的距温差变形平衡线25m以内(如图1的A区)的叉桩或斜桩沿纵向布置(如图1中的桩2)，必要时还可将一部分承载力有富余的直桩也布置成纵向斜桩。布置纵向叉桩或斜桩的最小桩数及倾斜度由码头分段所承受的纵向水平力及抗震要求确定。

所述的分段两边缘第一跨排架间距(图1间距d)小于内跨间距(图1间距c)，以减小纵梁、横梁及桩的设计控制内力，第一跨排架的间距由计算确定。

进一步地，所述的轨道连接结构(见图3～13)包括跨越伸缩缝的主轨道(11)，附轨道(16)，连接片(12)，底板(13)、立板(14)、压板(15)、顶板(18)。在主轨道(11)以及附轨道(16)的两端肋板上各有一圆孔(1113)。连接片(12)两端各有一长形孔(123)。主轨道与附轨道以及附轨道之间通过连接片相互连接。所述的连接采用螺栓穿过圆孔(1113)及长形孔(123)，螺栓与连接片长形孔(123)连接后有纵向间隙，所述纵向间隙用于控制轨道间的最大缝隙量。所述主轨道以及附轨道的轨道顶面(111)两端部设置有主斜角(1111)；所述主斜角(1111)的锐角端设有倒角(1112)，可使轨道机械平稳地渡过轨道缝隙。所述主轨道底面(112)下可焊接钢板(17)，以增强主轨道的抗弯能力。附轨道的数量根据伸缩缝的最大伸缩量确定。

所述的主轨道(11)两端以及附轨道(16)均搁置于底板(13)上，底板(13)上设有两个立板(14)，立板的内侧设有压板(15)，主轨道以及附轨道被限制在所述的底板(13)、立板(14)及压板(15)所围成的区域内滑行。在所述立板(14)上设有防止压板(15)跳出并形成码头面的顶板(18)。所述底板(13)、立板(14)、顶板(18)间通过焊接连接，所述压板(15)通过螺栓与立板(14)连接。

所述的底板(13)设有可在预埋螺栓(132)处调整底板位置的半开孔(131)。所述的预埋螺栓(132)在铺设轨道前预埋于现浇混凝土中。

根据上述技术方案得到的本发明——离岸高桩码头长分段结构，其分段长度一般大于120m，工程条件好时可达200m以上，具有以下优点：

①桩顶采用铰接形式可使温差变形产生的桩弯矩减小，比刚接形式更能适应风浪恶劣条件下的桩顶连接要求，可用于外海高桩码头；

②采用铰接形式桩顶只需伸入横梁或桩帽5～10cm，可使横梁底部钢筋直接从桩顶通过，下横梁或桩帽的高度也会降低，方便施工；

③距温差变形平衡线25m以外的叉桩或斜桩均采用小横向夹角布置，使温差变形产生的桩轴力减小；

④距温差变形平衡线25m以内的叉桩或斜桩可沿纵向布置，以提高码头抵抗纵向水平力的能力，对整体结构的横向水平抗力影响不大；

⑤长分段码头可减小的排架承担的水平力，即使桩顶采用铰接，其因增加分段长度所减小的排架水平力一般大于利用刚接桩所提高的排架水平抗力，可提高整体结构的水平抗力和刚度；

⑥长分段码头排架承受的水平力小，有利于采用大管桩(含PHC桩)代替钢管桩；

⑦分段两边缘第一跨排架间距适当减小，可降低纵、横梁及桩的设计内力。由于长分段内跨排架数量众多，减小边缘第一跨排架间距所增加的施工难度与减小众多构件设计内力所降低的成本相比是经济合理的；

⑧在伸缩缝处轨道采用多小段伸缩间隙不超过20mm的轨道连接结构，轨道机械能平稳地过渡伸缩缝工作，轨道完全不传递纵向力。

本发明成功解决了码头长分段的技术问题，适用于地质纵向较均匀、采用摩擦桩的深水离岸高桩码头。

附图说明

图1为本发明所涉及的长分段码头桩基结构布置示意图；

图2a为本发明所涉及的铰接桩俯视图；

图2b为本发明所涉及的铰接桩主视图；

图3为本发明所涉及的长分段码头温度缝轨道安装示意图；

图4为本发明所涉及的长分段码头轨道平面连接缝的俯视图；

图5为本发明所涉及的长分段码头轨道平面连接缝的主视图；

图6为本发明所涉及的长分段码头主轨道的俯视图；

图7为本发明所涉及的长分段码头主轨道的左视图；

图8为本发明所涉及的长分段码头主轨道的主视图；

图9为本发明所涉及的长分段码头连接片的示意图；

图10为本发明所涉及的长分段码头附轨道的左视图；

图11为本发明所涉及的长分段码头附轨道的主视图；

图12为本发明所涉及的长分段码头压板的示意图；

图13为本发明所涉及的长分段码头底板、立板的示意图；

图14为本发明所涉及的伸缩缝结构安装平面图；

图15为本发明所涉及的伸缩缝结构立面装配示意图；

图16为本发明所涉及的伸缩缝结构上钢板的示意图；

图17为计算示例常规高桩码头排架桩基布置示意图；

图18为计算示例采用长分段码头排架桩基布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，针对高桩码头长分段结构特点进一步阐述本发明。

一、在混凝土年气象温差变形、收缩变形和预应力徐变作用下码头结构的纵向内力计算。

二、长分段码头的桩基布置。

三、长分段码头横向水平力在各排架中的分配。

四、长分段码头的设计简化计算方法。

五、长分段码头设计与施工的要点。

六、轨道机械及其它流动机械平稳过渡伸缩缝工作。

以下围绕上述问题阐述：

一、温差变形产生内力的计算模式

桩基水平刚度相对于码头平台平面变形刚度是很弱的，上部结构的温差变形可近似认为不受约束。上部结构的温差伸缩变形将带动桩顶产生水平变位，而桩顶的水平变位将产生结构内力。温差伸缩变形产生的内力可按以下步骤计算：1、确定平台温差伸缩产生的桩顶水平位移；2、采用m法计算桩顶在该位移状态下基桩的内力；3、采用近似方法确定桩帽及纵梁的内力。

1、温差伸缩产生的桩顶水平位移

离岸高桩码头一般采用整体装配形式，产生纵向变形的因素有混凝土年气象温差变形、预制纵梁和预制面板安装后的剩余收缩变形、现浇面板收缩力产生的变形、以及预应力构件的徐变等。

根据混凝土梁板的厚度及热导系数情况，混凝土截面的平均计算温度可取月平均温度。全国各地冬夏的月平均温度不同，北方温差大、南方温差相对小些，计算混凝土变形的年气象温差可取年最低月份与最高月份的月平均温差，南北各地有些差异，可根据查询当地气象资料或按有关规范确定。

预制纵梁和预制面板安装后混凝土剩余收缩变形的影响因素很多，涉及到水泥品种、砂石料、水灰比、添加剂、养护条件、养护天数、预置期及预置期的温度等，理论计算与实测值的离散性也较大。根据路桥工程的设计经验，混凝土收缩应变可近似按下式计算：γ＝20×10^-5×β，预置2个月后安装取β＝0.45，预置5个月后安装取β＝0.3。码头设计可参照路桥工程经验，考虑按预置2个月后安装，取收缩应变γ＝20×10^-5×0.45＝9×10^-5，由于混凝土温度线涨系数为10^-5/℃，因此收缩应变等效于降温9℃。

混凝土现浇面板收缩时会受到预制梁板的约束，由于混凝土抗压强度远比受拉强度高，因此当现浇面板收缩受到预制梁板的抵抗时会产生许多微细裂缝，使收缩力大量消散。设计暂可偏安全地按考虑全部现浇面板的收缩力计算，如按现浇板厚度为板厚的2/3计，则预制和现浇混凝土叠合板的综合收缩应变等效于降温20*2/3+9/3＝16.3℃。

预应力徐变的应变公式可近似采用：γ＝2×(σ_p/E_c)×β，式中σ_p是混凝土平均预应力，E_c是混凝土弹性模量，β意义同上，可取0.35。对长分段码头而言，只有预应力对码头整个横截面产生的平均徐变，才会对码头的纵向伸缩产生影响，而纵梁的预应力相对于码头整个横截面的平均应力很小，故可不考虑预应力产生的徐变影响。

综合以上的分析：预制构件安装后混凝土的剩余收缩变形及预应力徐变变形等可按等效降温16.3℃考虑，目前因港口工程的设计经验与实测数据不足，宜适当考虑变异偏差影响，可偏安全地取等效降温范围下限为10℃、上限为20℃，按不利情况计算。

以下将混凝土收缩等效降温与年气象温差的组合值，在计算中统一称为温差。

温差产生各桩顶水平位移的主要影响因素有：①桩顶与温差变形平衡线(指码头平台纵向温差变形无位移的线，当纵向对称时为分段中心线)的距离Y(m)；②年最低～最高月平均气象温度t₁～t₂℃；③混凝土综合收缩的等效降温范围t_c1～t_c2℃；④纵梁安装施工时的月平均气象温度t_g℃。

根据物理学温差变形公式，桩顶产生的温差最大位移ξ(m)为：

ξ＝μ×Δt×Y    (1)

式中：μ——混凝土线涨系数，取10^-5/℃；

Δt——计算温差(℃)，取Δt＝max{t₂-t_g-t_c1，t_g-t₁+t_c2}，其中左项大时以是膨胀控制，右项大时以是收缩控制；

Y——桩顶与温差变形平衡线的纵向距离(m)。

由上式可知：最边缘排架的桩顶位移最大，当平衡点为分段中点时，桩顶位移不会超过分段伸缩量的1/2；设计可按纵梁安装期间温度处于最不利情况考虑，如年月平均气象温差取30℃，考虑混凝土收缩变形后，则计算膨胀温差为Δt＝30-10＝20℃、收缩温差为Δt＝30+20＝50℃。

当纵梁安装时期的月平均气象温度处于(t₁+t₂-t_c1-t_c2)/2时，产生的桩顶位移最小，纵梁安装宜尽量选择在年平均气象温度偏低5～10℃时施工。

如某排架桩顶距温差变形平衡线100m，收缩温差取Δt＝50℃，则桩顶位移为：

ξ＝10^-5×50×100＝0.050m＝50mm。

严格地说，桩顶位移还与夹桩时的纵向夹桩联系梁的温度有关，由于夹桩联系梁截面小，常用钢材，短时的截面平均温度变幅大，因此考虑夹桩时的联系梁温度影响是比较复杂的。但可以采用施工技术措施消除夹桩时联系梁温差变形的不利影响。采用的施工措施如下：①当夹桩时如果气象温度很高，则宜采用泼水等方法降低纵向联系梁的温度后再夹桩；②如果纵梁安装期间的温度低于夹桩时的温度，则在长分段码头安装纵梁前，可每隔30～40米将纵向夹桩联系梁松弛以释放夹桩产生的温差应力。

2、按m法确定桩顶位移产生的内力

由于采用嵌固点法计算位移产生的误差较大，因此计算桩顶位移产生的内力时宜采用m法。通过分析可知：计算桩顶位移产生的内力时，桩的自由长度越小、地基的m值系数越大，则产生的内力就越大。设计时应注意这一特点，纵向温差内力计算时不宜象计算荷载内力那样取偏低的泥面高程、偏低的m值。

以下先分析直桩计算，然后以直桩成果为基础，进一步分析斜桩计算。

(1)直桩计算

假定泥上高度为h，桩身抗弯刚度为EI，桩相对刚度系数为T，则可推导得到以下公式。

①当桩顶铰接时，桩顶水平刚度为：

$U=\frac{\mathrm{EI}}{2.441T^3+3.342T^{2}h+h^3/3+1.751h^{2}T}---\left(2\right)$

②当桩顶刚接时，桩顶水平刚度为：

$U=\frac{\mathrm{EI}}{{2.441T}^3+{1.621T}^2(2h-w)+h^3/3-{\mathrm{wh}}^2/2+1.751\mathrm{Th}(h-w)}---\left(3\right)$

其中： $w=\frac{1.621T^2+1.751\mathrm{Th}+h^2/2}{g+1.751T}---\left(4\right)$

设桩顶水平位移为ξ，则桩顶剪力Q_t＝U×ξ；桩顶弯矩：对铰接M_t＝0，对刚接M_t＝Q_t×w；桩泥面剪力Q_s＝Q_t，泥面弯矩M_s＝Q_t×h-M_t；

泥下最大弯矩所处的相对深度λ＝z/T可近似按下式计算：

λ≈(2.88×T×Q_s+0.165×M_s)/(2.18×T×Q_s+M_s)        (5)

泥下(最大)弯矩可近似按下式计算：

M_λ≈(-0.039+1.23λ-0.46λ²)×T×Q_s+(1+0.07λ-0.21λ²)×M_s    (6)

计算示例：假设PHC直桩混凝土标号为C80，桩径1.2m，壁厚0.145m，泥上高度为h＝10m，地基m＝10000kN/m⁴，极限承载力Qud＝15000kN，桩顶的轴向反力系数按

确定。(桩身A＝0.481m³，I＝0.0713m⁴，E取39000000kPa，相对刚度T＝2.587m。)，当桩顶水平位移为ξ＝10mm时，内力计算结果如下：

桩顶铰接时，由(2)式得U＝2657kN/m，桩顶剪力Q_t＝2642*0.01＝26.4kN、桩顶弯矩M_t＝0；泥面剪力Q_s＝26.4kN、泥面弯矩M_s＝26.4*10＝264kN.m；按(5)、(6)式得泥下弯矩M_λ＝292kN.m。

桩顶刚接时，由(3)、(4)式得w＝7.305m，U＝10295kN/m，桩顶剪力Q_t＝10295*0.01＝102.9kN、桩顶弯矩M_t＝7.305*102.9＝752kN.m；泥面剪力：Q_s＝102.9kN、泥面弯矩M_s＝277kN.m；按(5)、(6)式得泥下弯矩M_λ＝434kN.m。

(2)斜桩计算

假定斜桩纵立面投影夹角为α(纵立面投影夹角指基桩在纵立面上的投影与竖直线的夹角)。若桩顶产生纵向水平位移为ξ₀，则桩顶相对纵立面投影轴线的侧向、轴向位移分别为ξ＝ξ₀×cos(α)、η＝ξ₀×sis(α)。

假定桩的泥上高度为h，桩顶的轴向刚度系数为K，当产生纵向水平位移为ξ₀时，桩的轴力可按近似下式计算：

N＝K×η＝K×ξ₀×sis(α)    (7)

由于桩顶相对纵立面投影轴线的侧向位移ξ已确定，因此可按近似前面的公式(2)～(6)式计算桩的侧向刚度U及桩身的弯矩。

计算示例：假设PHC叉桩纵立面投影夹角为α＝atan(1/4)＝14.04°，桩顶的轴向反力系数近似取

其它条件同上，内力计算如下：

相对侧向位移ξ＝10×cos(14.04°)＝9.70mm，相对轴向位移η＝10×sis(14.04°)＝2.43mm；

桩轴力N＝956000×0.00243＝2323kN。

当桩顶铰接时，由(2)式得U＝2657kM/m，由此得桩顶剪力Q_t＝2642×0.097＝25.6kN，桩顶桩顶M_t＝0；泥面剪力Q_s＝25.6kN、泥面弯矩M_s＝25.6kN.m；由(5)、(6)式得泥下弯矩M_λ＝283kN.m。

当桩顶刚接时，由(3)、(4)式得w＝7.305m，U＝10295kM/m，由此得桩顶侧向力Q_t＝10295*.0097＝99.9kN，桩顶M_t＝7.305×99.9＝730kN.m；泥面剪力Q_s＝99.9kN、泥面弯矩M_s＝269kN.m；由(5)、(6)式得泥下弯矩M_λ＝421kN.m。

通过以上计算示例可知，桩顶水平变位对直桩与叉桩产生的弯矩相差不大，但叉桩会产生轴力。

3、桩帽与纵梁的内力

当码头分段长度较大时，桩帽、纵梁等构件还要考虑温差变形产生的内力。计算桩帽与纵梁的温差内力时，可近似将桩顶内力作为外荷载，由于纵梁在桩顶两边增加的弯矩理论上等于桩顶内力对纵梁轴线产生的弯矩M_Z，一般M_Z相对于纵梁荷载弯矩不大，因此可对中间支座两边纵梁弯矩近似取M_Z/2，对边缘支座内侧纵梁弯矩取M_Z。

二、桩基布置的技术方案

1、各种不同条件下桩的内力分析比较

先比较不同桩顶连接情况、不同泥上高度、不同斜度、不同桩径条件下，桩顶发生10mm水平位移时产生的桩内力。

以PHC桩为例，设混凝土标号C80，E取39000000kPa，地基m取10000kN/m⁴，当直径为1m时，取壁厚0.130m，极限承载力12500kN，(桩身A＝0.355m³，I＝0.0356m⁴，相对刚度T＝2.335m)。当直径为1.2m时，取壁厚0.145m，极限承载力12500*1.2＝15000kN，(桩身A＝0.481m³，I＝0.0713m⁴，相对刚度T＝2.587m)，桩顶的轴向反力系数按确定。各种不同情况计算的结果见表1。

表1桩顶水平位移为10mm时各种不同情况的基桩内力计算结果比较

从上表可以得到以下规律，当桩顶产生相同的水平位移时：

(1)桩的弯矩随泥上高度的减小而迅速增大；

(2)采用铰接时产生的泥下最大弯矩小；采用刚接时桩顶弯矩最大、可比泥下弯矩大一倍以上，刚接桩的泥下弯矩一般比铰接桩大30％～60％；

(3)桩的倾斜度对弯矩和剪力影响不大，但对轴力影响较大，轴力近似与纵立面投影夹角成正比；

(4)桩径越大产生弯矩越大，经分析可知由弯矩产生的桩身最大应变近似与桩径成正比。

(5)刚接桩依靠桩顶弯矩所提高的水平抗力随着桩泥上高度增大、桩径减小、斜度增大而减小。如表中泥上高度6m，桩径1.2m，斜度6∶1的桩，单桩桩顶刚接可增加水平抗力约(245.4-65.2)/(1964/6)＝0.551＝55.1％；而泥上高度10m，桩径1.0m，斜度4∶1的桩，单桩桩顶刚接可增加水平抗力约(51.8-13.2)/(1783/4)＝0.087＝8.7％。

(6)排架桩基桩泥上高度越大、桩径越小、斜度越大、斜桩越多，则采用刚接桩提高排架水平抗力系数越小。如排架桩数7根，泥上高度10m，桩径1m，有一对4∶1的叉桩，刚接桩提高水平抗力系数约(56.9*5+51.8*2+1783/4*2)/(14.5*5+13.2*2+1783/4*2)＝1.29。

2、长分段码头桩基布置的技术方案

根据离岸高桩码头长分段结构的受力特点，桩基布置宜采用下列技术：

(1)桩与上部结构的连接一般宜采用铰接方式。理由如下：①离岸码头桩基自由长度一般较大，各排架采用桩顶刚接所分担的水平力相对较小，可利用铰接桩产生温差弯矩小的特点增加分段长度，以减小排架水平力的分配系数，从而增加码头抵抗船舶撞击力和系缆力的能力，也有利于采用混凝土管桩代替钢管桩；②长分段码头温差产生的桩顶位移较大，采用刚接桩时桩顶会产生较大弯矩容易使桩身开裂损坏；③当现浇条件较好时，宜优先考虑无桩帽形式，采用桩帽会降低桩的泥上高度，对结构适应温差变形不利；④铰接桩只需伸入横梁(或桩帽)5～10cm，可使横梁底筋直接从桩顶通过，方便施工，可降低下横梁(或桩帽)高度，节省混凝土用量；⑤在风浪较大施工条件恶劣的情况下，采用铰接桩比刚接桩容易满足设计要求。

(2)位于温差变形平衡线(纵向对称时为分段中心线)25m以外的桩基，不应布置纵向叉桩(或斜桩)，横向叉桩的横向夹角也应尽量小些。理由是离开中心线25m以外靠近分段两端附近的温差桩顶位移较大，温差产生的桩轴力与桩的纵立面投影夹角成正比，减小斜桩的横向夹角可减小温差产生的桩轴力。

(3)位于温差变形平衡线25m、且不大于分段长度的1/6范围以内的桩基，叉桩(或斜桩)可布置成纵向斜桩，必要时还可将一部分承载力有富余的直桩布置成纵向斜桩，以增强码头的纵向水平抗力。理由是：①靠近温差变形平衡线附近的桩顶温差变形小，布置成纵向斜桩不会产生较大的温差变形内力，过去的经验已证明是可靠的；②从结构受力分析上看，中间排架所分担的横向水平力分配系数比较小，横向叉桩的水平抗力没有充分发挥，将叉桩改成纵向布置以抵抗纵向水平力和地震力是合理的；③长分段码头由于两端抵抗水平力的横向叉桩较多，因此当这些中间排架叉桩改为纵向布置后，中间排架所承受的横向水平力可转由两边排架承担，对中间排架的抵抗横向水平抗力影响不大。

(4)边缘第一跨排架的间距宜适当减小。对于等跨度码头，纵梁内力一般在边缘第一跨最大，横梁及桩内力一般是第一、二榀排架最大，如果按等跨度设计，会导致中间大量排架的纵、横梁及桩力不能充分发挥作用。设计适当减小边缘第一跨排架的间距，尽量使纵、横梁及桩的最大内力发生于内跨，这样可降低构件设计的控制内力。由于长分段码头中间排架数量众多，因此减小边缘排架间距所增加的施工难度与整个工程所减少的投资相比，是经济合算的。

(5)不宜选用过大的桩径。因为由桩身弯矩产生的应变大致与桩径成正比，桩径过大则容易开裂或发生边缘屈服失效破坏。对稳定所需的最小桩径，已做过专题研究，可参见三航院“高桩码头桩基稳定研究报告”。桩径的选择应考虑包括桩距、横向夹角等在内的因素综合确定。

根据以上分析，长分段码头桩基详细要求如下：

铰接桩顶埋入横梁内的高度宜取5～10cm，使横梁钢筋能从桩顶通过；当横梁钢筋与桩顶接触面较大时，钢筋宜垫高1～2cm，以增加钢筋的握裹力及防腐保护层。铰接桩顶的连接抗弯强度实际上是一种安全预留，当偶然发生超大水平力或地震时，桩顶的连接抗弯强度同样会发挥作用，要求桩顶连接处尽量具有一定的抗弯能力，但不宜超过桩身的抗弯强度。考虑到实际桩顶并非理想铰接，桩身的泥下最大弯矩设计值宜乘系数1.1～1.3，桩顶弯矩可视桩顶铰接连接情况按桩顶刚接计算的弯矩乘系数0.3～0.7。

当分段边缘区域桩基的桩顶弯矩有可能大于桩身抗弯值时，为减小桩顶弯矩可采取下列措施(见图2a、图2b)：①桩顶混凝土接触面面积(31)按局部受压计算确定，接触面外铺设低强度的防腐材料垫片(32)，垫片强度应能抵抗浇注混凝土产生的压力。初步方案可采用沥青添加强度增强剂作为垫片材料，先将沥青融化，然后制成厚约5～10mm左右的环型板，厚度宜通过计算后确定，当桩径大、码头分段长时取大值，环型板的外环直径应略大于桩径，内环直径等于接触面直径。垫片材料也可采用橡胶板、石棉板、聚乙烯板等。使用时先将垫片粘贴于桩顶上，要求外环完全覆盖住桩周，然后浇注下横梁(或桩帽)混凝土。②连接钢筋笼(33)直径要求小于接触面直径，布置在接触面区域(31)内；③钢筋笼内可设置连接插筋(35)以满足桩抗拉要求并增加接触面的局部抗压富裕强度；④连接钢筋的主筋(34)及插筋(35)宜采用大直径(宜不小于28mm)的2级钢或3级钢，当下横梁高度不满足钢筋的锚固要求时，由于连接主筋及插筋的分布直径小，因此可考虑将钢筋伸入上横梁锚固。钢筋直径越大、锚入混凝土内的等效自由长度也越大，有利于增加接触面处钢筋的允许缝隙量及延伸率。配筋量由计算确定，应满足桩顶的抗拉要求、并且所配钢筋可能产生的最大弯矩宜小于桩身的允许抗弯值；⑤当仍不满足钢筋在接触面的缝隙量要求时，连接钢筋的主筋与插筋可在接触面以下附近涂抹防腐材料(36)，以进一步增加接触面处钢筋在弹性范围允许的缝隙量。钢筋在接触面处所需的缝隙量由计算确定。在接触面处钢筋表面需涂防腐材料的范围等宜根据所需的弹性缝隙量以及上下连接混凝土的高度情况由计算确定。

桩基布置示意图见图1。图中结构纵向对称，温差变形平衡线为轴线，中心段A区是距轴线不大于25m且不超过分段长度1/6的中间区域；外边段B区是距轴线25m以外的区域。

外边段B区域的叉桩(或斜桩)均采用小横向夹角布置(如图1桩3)。横向夹角宜根据桩基布置及打桩偏差情况通过计算后确定(一般为12～18°)。打桩偏差应考虑：桩顶水平面偏位、方位角偏差、仰俯角偏差、左右摆动角偏差等，在确保不会发生碰桩的前提下，应尽量减小横向夹角。当温差变形产生的桩轴力成为制约因素时，可采取以下措施进一步减小叉桩的横向夹角：①将可能碰桩的相邻直桩(如图1桩4)改为斜度约20∶1的反向纵向斜桩；②斜桩桩顶与可能碰桩的相邻直桩桩顶采用偏离排架轴线约10cm左右错开布置(如图1中桩3的桩顶偏右10cm，桩4的桩顶偏左10cm)。打桩施工应采取保证措施，要特别注意控制斜桩的方位角、左右摆动角的偏差，以及相邻直桩的偏差，确保打桩不发生碰桩并使误差控制在允许范围内。

在中心段A区域的叉桩(或斜桩)可沿纵向布置(如图1中的斜桩2)。纵向斜桩的最少布置桩数及斜度可根据分段结构所承受的水平力及抗震要求由计算确定。

分段边缘第一跨排架间距d小于内部排架间距c，边缘第一跨排架的间距由计算确定。

三长分段码头的设计要点

1关于长分段码头的内力计算

长分段码头结构的内力计算可分为施工期和使用期两阶段。施工期的计算与常规高桩码头一样；使用期计算可分为：(1)纵向连续梁计算、(2)纵向水平力作用下的整体计算、(3)各排架水平力分配系数确定、(4)横向排架计算、(5)纵向温差内力计算。以下分别介绍以上各计算要点：

(1)纵向连续梁计算是将荷载转化为作用于纵梁上的垂直力及纵立面弯矩后，按照规范采用弹性(或刚性)支承连续梁法计算。

(2)将荷载按纵向转化为作用于纵梁上垂直力及弯矩后，还剩下作用在纵梁轴线上的纵向水平力，该纵向水平力作用下的整体计算可采用以下的简化方法：假定纵梁为刚性梁、桩顶只沿纵向作水平移动，这样就可将所有基桩的桩顶合成为一个水平刚度，该桩顶纵向合成水平总刚度J可按下式近似计算：

J＝∑[k_isin²(α)+U_icos³(α_i)]                   (8)

式中：k_i——是第i根桩桩顶的轴向反力系数；

α_i——是第i根桩的纵立面投影夹角；

U_i——是第i根桩顶的侧向刚度，根据桩顶铰接或刚接分别按(2)或(3)式计算。

设码头纵向水平合力为H，则码头产生的纵向水平位移ξ计算式为：

ξ＝H/J    (9)

得到码头纵向水平位移ξ后，各桩的内力就可按公式(2)～(7)计算了。

纵向水平力应考虑船舶跨平台系缆时的系缆力纵向分力、船舶靠岸撞击力纵向分力、门机刹车力、其它纵向荷载以及可能的组合。

(3)关于各排架水平力的分配系数，经研究可采用以下方法确定：

①长分段码头宜计算段长水平相对柔度无量纲参数kL⁴/(EIa)，以判断横向分力在各排架的分配是否适用刚性梁法。式中k为排架水平刚度(kN/m)、L为分段两边缘排架的距离(m)、E为计算模量(kN/m²)，I为上部结构的水平惯性矩(m⁴)、a为排架间距(m)。

②当kL⁴/(EIa)＜25时可采用刚性梁法；当kL⁴/(EIa)在25～50范围时，若采用刚性梁法，则第一排架分配系数宜增加5％～10％，第二排架分配系数宜增加5％；当kL⁴/(EIa)＞50时宜采用弹性梁法，弹性梁法可利用高桩码头纵梁(轨道梁)内力计算软件处理。

③当kL⁴/(EIa)＞150时，对增加分段长度减小排架承受船舶撞击力或系缆力效果不大。从减小排架承受水平力的角度上考虑，设计分段长度不宜超过该值。

④上部结构的水平惯性矩宜考虑磨耗层、面板及纵梁组成的板梁结构，可近似简化为宽度B等于平台宽、厚度t按等效体积确定的矩形，水平惯性矩按I＝1/12*t*B³确定。

⑤排架的水平刚度宜由在横梁轴线处施加单位水平力所产生排架位移的倒数确定。

(4)横向排架计算的要点是：①在一个码头分段内，由于中间段排架和两边段排架的叉桩布置方向不同(中间段排架的叉桩是沿纵向布置的)，要分别按不同的计算图式计算。②中间段横向排架计算时还应考虑斜桩在纵向水平力作用下产生的竖向反力参与荷载组合，并注意校核所有桩竖向反力的合力及合力矩应基本为零。

(5)温差内力可按(2)～(7)式计算，当桩基纵向布置不对称时，温差变形的平衡点位置y₀可按下式确定：

$y_0=\frac{\mathrm{\Σ}{y}_i[k_i{\sin }^2\left(\mathrm{\α}\right)+U_i{\cos }^3\left({\mathrm{\α}}_i\right)]}{\mathrm{\Σ}[k_i{\sin }^2\left(\mathrm{\α}\right)+U_i{\cos }^3\left({\mathrm{\α}}_i\right)]}---\left(10\right)$

式中：y_i是第i根桩的纵向坐标，其余符号同上。

2温差变形产生桩轴力的考虑

温差变形产生的轴力在桩身计算中宜全部考虑，但对地基承载力的影响则应根据具体情况考虑以下几个因素：

①试验提供的桩轴向反力系数是在试验期间短期内多次循环稳定后的反力系数，而温差变形是一年中缓慢施加的变形，由于土的变形刚度与加载速度密切相关，实际缓慢加载的温差变形刚度要远小于试验加载的刚度，因此按试验提供的轴向反力系数要比实际大许多，对摩擦桩一般可打折0.3～0.5。

②温差变形对土的作用不象荷载那样始终保持恒定作用。对温差变形产生的土摩擦力而言，当桩在同方向荷载作用下产生的位移等于温差变形位移后，温差产生的土摩擦力就消失了，此后桩的极限摩阻力与无温差变形的极限摩阻力基本一样。由于温差产生的轴向变形很小，对于以摩擦为主的桩型，这种温差变形对承载力的影响可以不计；但为安全起见，对非地震情况宜进行温差拉力的抗拔验算。对于嵌岩桩、锚杆桩等变形敏感的桩型，则宜考虑温差压力的影响。

③对叉桩来说，温差变形是使一根桩轴力增大、而另一根桩则轴力减少，叉桩结点的竖向合力大致抵消，基本上对码头上部结构的竖向变形影响不大(高桩码头纵向是比较柔性的结构)，可以不考虑温差对码头上部结构竖向变形和竖向承载力的整体破坏问题。

④计算温差是取纵梁安装期间温度最不利情况，可在施工方面采取措施，使安全度留有富余。

⑤对以摩擦为主的桩型，控制温差轴力的约束条件主要是地基变形问题。但目前港工还没有这方面的经验。考虑到规范要求桩基实际承受的荷载作用标准值不超过地基承载力的1/2，剩余1/2是作为承载力的安全预留。建议限制计算温差的轴压力(比实际值大)不超过地基承载力的1/2，在此范围内可不考虑温差产生的桩压力对桩承载力的影响(类似填土沉降基本稳定后打桩可不考虑桩的负摩擦力一样)；考虑到高桩码头纵立面的竖向柔性较好，结构可以适应一定的竖向变形，在此范围内可不考虑温差产生的上部结构竖向变形问题。

⑥码头分段温差变形控制长度一般由桩受弯或受拉内力确定。

3结构设计要点

(1)温差变形产生的内力港工规范没有规定其分项系数，考虑到温差变形缓慢，土有蠕变影响，温差实际产生内力不会超过计算内力(尤其是软土)，可暂定其分项系数为1.0，按恒载(准永久荷载)考虑。

纵梁及桩帽设计应考虑纵向水平力整体计算的桩顶内力以及温差变形计算的桩顶内力的影响。

(2)宜校核桩顶转角的相对转动量，保证钢筋在接触面处的弹性允许缝隙量所允许的桩顶转动量大于实际可能产生的转动量。验算桩顶的转动量时，可考虑施加钢筋在弹性容许缝隙值情况下所产生的桩顶反弯矩。

(3)当中间段排架纵向斜桩采用无桩帽沿横梁布置形式时，应考虑斜桩由纵向水平力产生的下列作用：①横梁的水平方向受力可分为：下横梁水平抗弯连续梁、下横梁支座悬臂于纵梁、上横梁作为三边约束的板等三个方面。由于下横梁水平刚度大、所承担的荷载一般大于上横梁作为板受力所承担的荷载，因此可偏安全地取下横梁分担荷载系数为1.0，上横梁分担荷载系数为0.5。下横梁水平抗弯连续梁计算可将纵横梁交叉点视为弹性铰支座计算配筋；下横梁支座悬臂于纵梁可在纵梁附近配置竖向钢筋满足支座反力的悬臂抗弯要求；上横梁作为板受力其最大弯矩位于上下横梁连接处，可在桩每侧6倍的上横梁宽度内，布置竖向钢筋以抵抗上横梁作为板所承担的弯矩。上横梁水平方向的抗弯配筋不必增强(因有下横梁承担水平力)。下横梁水平抗剪箍筋、上下横梁连接箍筋、下横梁两侧的水平抗弯钢筋以及纵梁处的悬臂抗弯钢筋均宜通过计算确定。初步分析表明：横梁抵抗纵向斜桩所增加的钢筋用量不多，可在正常配筋范围内满足要求。②横梁的竖向受力，应考虑斜桩在水平力作用下产生的竖向反力，并参与排架计算的荷载组合。

(4)应验算纵向地震水平力作用。长分段码头虽然采用铰接桩对抗震有些不利，但中段可布置较多的纵向叉桩有利抗震。长分段码头的纵向抗震设计验算需要考虑以下两点：①实际铰接桩只是桩顶伸入横梁的长度不足，并非完全铰接，设计虽然按铰接计算，但在地震条件下，桩顶联系钢筋仍会发挥作用，设计要保证联系钢筋有一定的抗弯强度作为抵抗地震的安全富余，并在桩顶连接处应有一定的塑性构造要求；②抗震验算时摩擦桩的抗拔(或抗压)承载力不必考虑温差引起的桩轴力，因为温差引起的桩轴力不是始终作用的恒力，对桩极限承载力基本无影响。

五轨道连接新形式

由于长分段码头伸缩量较大，如果在伸缩缝处轨道断开，则轨道的最大缝隙不会小于温度缝的伸缩量，由于长分段码头的伸缩量较大，伸缩缝的缝隙一般为5～10cm，不能满足轨道允许缝隙为2cm的要求，因此轨道采用断开形式不能适用于长分段码头。如果轨道采用纵向通长焊接，因轨道日夜温差与码头结构的混凝土截面平均温差相差较大，轨道产生的相对伸缩量也较大，在长分段码头的伸缩缝处轨道因两端受力不平衡容易产生纵向移位，容易使轨道一端抵达阻挡结构而产生较大反力；轨道在纵向相对位移过程中，因为轨道摩擦力、门机静止自重等产生的摩擦力等对码头伸缩缝也会产生不明确的纵向力。本文提出的轨道连接新形式能克服以上缺陷。

本发明涉及的温度缝轨道安装示意图参见图3，轨道工作原理示意图见图4，轨道连接示意图见图5。轨道连接结构包括跨越伸缩缝的主轨道(11)，附轨道(16)，连接片(12)，底板(13)、立板(14)、压板(15)、顶板(18)。主轨道与附轨道以及附轨道之间通过连接片连接；底板、立板、顶板采用焊接；压板通过螺栓固定于立板上。轨道可沿着底板、立板、压板所限制的区域内纵向滑动。轨道连接处的间隙范围由连接片上的长形孔(123)控制(最大缝隙量可控制为20mm)。底板与预埋螺栓(132)的位置调整通过底板宽大的半开孔(131)实现。

主轨道与附轨道均为“工”字型结构参见图6～图11，主轨道(11)跨越伸缩缝(19)，长度宜取60～80cm，具有一定的长度有利于适应两平台发生少量错位。加焊钢板两端外留有原轨道一定长度，用于搁置在底板(13)上伸缩。附轨道长度约20cm。在主轨道与附轨道的两端肋板上各有一圆孔(1113)。连接片(12)两端各有一长形孔(123)参见图9。主轨道与附轨道以及附轨道之间通过连接片相互串联连接。所述的连接采用螺栓穿过圆孔(1113)及长形孔(123)，螺栓与连接片长形孔(123)连接后有纵向间隙，所述纵向间隙用于控制轨道间的伸缩缝隙量。所述主轨道与附轨道的轨道顶面(111)两端部设置有与纵向轴线约成30°主斜角(1111)(为简明起见附轨道未图出端部斜角)；所述主斜角(1111)的锐角端设有倒角(1112)，倒角与纵向轴线约成5°、切削深度约4～5mm。这样轨道机械能平稳连续地渡过轨道缝隙而不会碰到锐角端，锐角尖端即使发生压屈对使用也无影响。所述主轨道底面(112)下可焊接钢板(17)，以增强主轨道的抗弯能力。附轨道的数量根据伸缩缝的最大伸缩量确定。主轨道可在轨道底面(112)下加焊钢板(17)见图7～8，以增强轨道的抗弯能力，主轨道每端用于搁置在底板的长度可取“总伸缩量/2+允许误差+最小搁置长度+斜顶面产生的底板缩量”。通孔123净高、通孔1113及连接螺栓直径宜取20mm左右，螺帽安装好后可用电焊固定，以防松动脱落。

参见图3、图12、图13，底板(13)上设有两个立板(14)，立板的内侧设有压板(15)，立板和压板上设有圆孔(19)和(20)，立板和压板通过螺栓穿过圆孔(19)和(20)固定，使主轨道与附轨道被限制在底板、立板及压板所围成的区域内滑行，轨道与限制区域的间隙控制在1～2mm之间。在所述立板(14)上焊接顶板(18)，以防止压板(15)跳出并形成码头面。

所述的底板(13)设有半开孔(131)。可在预埋螺栓(132)上调整底板位置，所述的预埋螺栓(132)在铺设轨道前预埋于现浇混凝土中。

现场安装时，伸缩缝两侧的底板间距应根据最大缝隙量及安装时的温度由计算确定。使用后应进行观测，发现问题应及时进行拆装调整。

该连接结构加工容易、安装和维护方便、能满足长分段码头的伸缩缝要求，轮子跨越缝隙时在横断面上是无缝连续过渡，门机工作平稳，能适应两段平台在使用过程中发生少量空间错位。伸缩缝轨道完全不传递纵向力。

五温度伸缩缝形式

长分段码头伸缩缝的伸缩量较大(一般5～20cm)，传统的码头伸缩缝形式已不能适应车流平稳行驶的要求，桥梁已有许多伸缩缝形式(如齿形伸缩缝等)，可移植采用。但桥梁的伸缩缝形式比较复杂，本文提供一种简单伸缩缝形式，可供车流量不大、车速较低的码头选用。

所述伸缩缝形式平面俯视图见图14，立面图见图15：

跨越伸缩缝(300)的上钢板(201)的一端搁在下钢板(202)上滑动，上钢板(201)的另一端有圆孔(203)，圆孔定位于预买埋螺栓(206)上。下钢板粘贴于混凝土表面。上钢板长度可取最大伸缩量加40cm左右，厚度可按计算确定，但不宜小于20mm。上钢板的圆孔直径不宜小于25mm，上部螺帽位置的直径应大于螺帽直径，见图16的上钢板放大孔(203)，使安装的螺帽低于上钢板表面。

下钢板(202)应略为倾斜安装(见图15)，其两端高差可取上钢板(201)厚度的2倍左右。上钢板搁在下钢板的滑动端宜削成约6～8°左右的小斜角(204)，使流动机械通过伸缩缝时跳动较小。

安装要求在伸缩量约为一半时上钢板处于水平状态，应通过施工期间温度计算确定安装上下钢板及预埋螺栓的安装位置。

本伸缩缝不会受到码头碎撒物堵塞，工作可靠，维护方便，拆卸容易。码头伸缩缝在连接轨道(400)旁有一段构造空隙，可采用这种形式加长钢板覆盖，当轨道需要调整时，可打开该覆盖钢板进行轨道维护。

六、算例

某高桩梁板式码头，码头面高程8.3m，宽度28m，排架榀数7，排架间距9m。横向排架上布置6根纵梁(含边梁、轨道梁)，四个结点桩帽，8根桩。桩基为1200B1型PHC大管桩，摩擦桩。排架桩基示意图如图17：

计算荷载情况如下：

均布荷载：20kN/m²，分布从4.5～23.5m；

卸船机轨道梁是②、⑤号纵梁，海侧轮数12+12，陆侧轮数8+8，轮子分布总长52.78m，工作时设计荷载如下(kN)：

1)海侧受压时：海侧340×12+445×12陆侧202×8+207×8，水平力，海侧34×12+44.5×12陆侧20.2×8+20.7×8；

2)陆侧受压时：海侧329×12+333×12陆侧339×8+245×8，水平力，海侧32.9×12+33.3×12陆侧33.9×8+24.5×8；

水平力近似按7榀排架分布边缘3跨计算，对应分配系数0.464、0.375、0.250，设H为卸船机水平力，边排架所承担的水平力按：H/52.78×9×3×(0.464+0.375+0.25)＝0.57×H计算。

船舶荷载：系缆力1500kN、分配系数0.464、挤靠力363kN、靠船撞击力考虑3排架1178×3kN；边排架分配1178×(0.464+0.375+0.250)＝1178×1.089＝1283kN。

波浪力每排架918kN。

计算桩的内力(kN、m)如表3：

表3各桩内力(每排架8根)

现改为采用长分段码头铰接桩形式计算，先将桩帽体积等效换算成下横梁尺寸，对铰接桩下横梁宽度可按两边各超桩径0.25倍确定、即1.5×1.2＝1.8m，换算高度2.7m，取下横梁高度1m即可。

在不改变上部结构、桩结点位置及排架间距的条件下，长分段码头桩基作初步优化调整后，改为桩数取6根，两边排架桩基布置如图18所示：(中间7排叉桩沿纵向布置)

由于长分段码头各排架承担的水平力小很多，计算桩内力(kN、m)如表4：

表4各桩内力(各排架6根)

计算结果表明：采用长分段码头后，桩内力减小，桩基数量可从每排架8根减为每排架6根，且是采用铰接、无桩帽形式，节省桩帽混凝土，显示了长分段码头的优势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明可以有各种变化和改进。

Claims (8)

1.一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述长分段结构的分段长度不小于120m；所述长分段结构中桩基的桩顶采用铰接形式；所述长分段结构中位于距温差变形平衡线25m以外的叉桩或斜桩均采用小横向夹角布置，位于距温差变形平衡线25m以内的叉桩或斜桩沿纵向布置；所述长分段结构中位于分段两边缘的第一跨排架间距小于内跨排架间距；所述码头伸缩缝处的轨道衔接采用多小段间隙不超过20mm的轨道连接结构。

2.根据权利要求1所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述长分段结构的分段长度一般不小于120m，工程条件好时可达200m以上，远大于目前常规高桩码头的分段长度。

3.根据权利要求1所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述桩基的桩顶采用铰接形式，对非完全铰接桩顶弯矩大于桩身抗弯的基桩，采取下列措施处理：①桩顶混凝土接触面面积按局部受压计算确定，接触面外铺设低强度的防腐材料垫片。②连接钢筋笼直径小于接触面直径，布置在接触面范围内；③钢筋笼内可设置连接插筋以增加桩的抗拉及接触面局部抗压的富裕强度；④连接钢筋的主筋及插筋采用直径不小于28mm的2级钢或3级钢；⑤当仍不满足钢筋在接触面的缝隙量要求时，连接钢筋的主筋与插筋可在接触面附近涂抹柔性防腐材料，以进一步增加接触面钢筋的允许缝隙量。

4.根据权利要求1所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述位于距温差变形平衡线25m以外的叉桩或斜桩布置采用的小横向夹角的角度根据桩基布置及打桩偏差情况通过计算确定，一般在12～18°范围内；与所述叉桩或斜桩可能碰桩的相邻直桩改为斜度约20∶1的反向纵向斜桩，并且所述叉桩或斜桩桩顶与可能碰桩的相邻直桩桩顶采用偏离排架轴线约10cm左右错开布置，以进一步减小所述叉桩或斜桩的横向夹角。

5.根据权利要求1所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述位于距温差变形平衡线25m以内的叉桩或斜桩沿纵向布置，根据码头分段所承受的纵向水平力及抗震要求确定沿纵向布置的叉桩或斜桩的最小桩数及倾斜度。

6.根据权利要求1所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述轨道连接结构包括跨越伸缩缝(19)的主轨道(11)，附轨道(16)，连接片(12)，底板(13)、立板(14)、压板(15)、顶板(18)，所述主轨道及附轨道的两端肋板上各有一圆孔(1113)，所述连接片两端各有一长形孔(123)，所述主轨道与附轨道以及附轨道之间采用螺栓穿过圆孔(1113)及长形孔(123)串联连接，螺栓与连接片长形孔(123)有纵向间隙，用于控制轨道间的最大缝隙量，所述主轨道以及附轨道的轨道顶面(111)两端部设置有主斜角(1111)，主斜角的锐角端设有倒角(1112)，使轨道机械能平稳地渡过轨道缝隙，所述主轨道底面(112)下可焊接钢板(17)，以增强主轨道的抗弯能力，所述附轨道的数量根据伸缩缝的最大伸缩量确定。

7.根据权利要求6所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述主轨道(11)的两端以及附轨道(16)搁置于底板(13)上；底板(13)上焊接两个立板(14)，立板的内侧设有压板(15)，压板通过螺栓与立板连接，主轨道及附轨道被限制在底板(13)、立板(14)及压板(15)所围成的区域内纵向滑行；在所述立板(14)上焊接顶板(18)用于防止压板(15)跳出并形成码头面。

8.根据权利要求6或7所述的一种离岸高桩码头长分段结构，其特征在于，所述的底板(13)安装于预埋螺栓(132)上，底板设有可调整底板位置的半开孔(131)，所述预埋螺栓在铺设轨道前预埋于现浇混凝土中。

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