CN103255742B - 框架壁桩式码头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种框架壁桩式码头，包括码头面层、桩基、裙板和回填土，其特征是：所述桩基采用壁桩框架结构，所述壁桩框架结构包括方形框架和壁桩，所述方形框架前后两侧壁沿其纵向设有若干壁桩孔，所述壁桩孔中贯穿若干根预制的壁桩，所述方形框架垂直侧壁的左右壁也设有壁桩孔，壁桩孔中贯穿有支撑桩，所述方形框架置于壁桩上部，所述方形框架下方迎水侧的壁桩外侧或内侧设有阻挡泥砂的裙板。有益效果：采用框架壁桩式码头具有传统板桩式和高桩式码头地基适应性强、构件预制度高、施工简便的优点，同时克服了板桩式和高桩式耐久性差、承载能力低的缺点。

Description

框架壁桩式码头

技术领域

本发明属于水工建筑物，尤其涉及一种框架壁桩式码头。

背景技术

水工建筑物的主要特点是受自然条件制约多，工作条件复杂，施工难度大，因此其结构形式的选择在满足工程使用要求的同时，还必须考虑对工程场地环境的适用性，施工的便捷性和经济性。传统结构形式的水工建筑物有着结构可靠性好、施工技术成熟的优点，但其在实际使用中有着诸多的限制因素。

目前，以码头结构为例，其传统结构形式主要分为三种：板桩式、重力式和高桩式。

板桩式码头依靠板桩入土部分的侧向土抗力和安放在码头上部的锚碇结构维持其整体的稳定性。该结构形式具有结构简单、施工简便、挖填方少、造价较低、对复杂地基适应性强等优点，在港口和水利工程中有着广泛的应用。但由于板桩码头存在着结构整体性和耐久性较差，承受荷载较小的缺点，所以通常只用于中小型码头。

重力式码头依靠结构本身以及其上面填料的重量维持其在各种工况下的抗滑和抗倾覆稳定性。该结构形式具有耐久性好、技术成熟、能承受较大的船舶荷载及码头地面荷载的优点。该结构形式的缺点是砂石材料用量大，结构自重大，对地基条件要求高。

高桩式码头通过桩台将作用在码头上的荷载和外力分配给基桩传至地基中。这种结构有着自重轻、预制程度高、对环境影响小的优点，但耐久性较差，对荷载的适应能力弱于重力式和板桩式。高桩码头在我国沿海地基较软的港口中有着广泛的应用。高桩式码头面层和桩基均露出水面，受风浪影响大，耐久度较差，仅靠桩基承载，承载能力很弱。

申请号：200820074231.7公开了一种分离卸荷式板桩岸壁结构,该结构包括有前墙、锚碇墙、锚碇拉杆,在所述前墙的后方设置卸荷承台,在卸荷承台的下方连接有起支撑作用的桩,所述前墙、卸荷承台和锚碇墙之间由锚碇拉杆连接起来或前墙与卸荷承台之间及卸荷承台与锚碇墙之间由锚碇拉杆连接起来。该发明的效果是该板桩结构能有效地减小作用于码头的前墙的土压力。但该发明的竖向承载能力仍然较低，无法承受较大的码头堆货荷载。

申请号：201020680301.0公开了一种带有抗滑板的码头结构，由墙身块体、胸墙、抗滑板、基床、地基、填料组成,墙身块体可以采用沉箱,也可以采用扶壁或者实心方块。抗滑板设置在墙身块体的下面,与墙身块体通过钢筋连接形成整体。抗滑板可以采用浇筑钢筋混凝土结构,埋设在基床内或者埋设在基床和地基内。抗滑板也可以采用预制钢筋混凝土结构,埋设在基床内或者埋设在基床和地基内。该发明在码头墙身下设置抗滑板,能够发挥抗滑板的抗滑作用,提高码头的抗滑稳定性,减小码头的位移,提高码头的使用效果。但该发明对地基承载能力要求高，不适用于淤泥质软土地基的地区。

申请号：201120044507.9公开了一种全直桩码头结构由桩基、上部结构、连接结构、岸坡结构和地基组成。码头结构设置连接结构将桩基和上部结构连接形成整体,连接结构由基础梁、立柱、撑杆组成,连接结构的基础梁设置在使用期水位线以下。连接结构的基础梁、立柱、撑杆,可以采用混凝土结构,也可以采用钢结构。基础梁可以采用梁结构,也可以采用承台结构。码头结构在无水的条件下进行施工,施工完成后放水形成码头和港池。该发明减小桩基的自由长度,提高码头结构的水平抗力和刚度。但该发明仍存在着传统高桩式码头的耐久性差、承载能力低的缺点。

目前码头水工建筑物逐渐向大型化、深水化发展，场地条件越发复杂，施工难度加大，传统结构形式已不能满足工程要求。因此能适应更复杂条件的新型水工建筑物结构的开发研究就变得十分迫切。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种框架壁桩式码头，结合板桩式码头与重力式码头的优点，具有地基适应性强，尤其适合我国沿海淤泥质地基海岸；可承受较大的船舶荷载及地面荷载、耐久性高、砂石材料用量少等优点。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种框架壁桩式码头，包括码头面层、桩基、裙板和回填土，其特征是：所述桩基采用壁桩框架结构，所述壁桩框架结构包括方形框架和壁桩，所述方形框架前后两侧壁沿其纵向设有若干壁桩孔，所述壁桩孔中贯穿若干根预制的壁桩，所述方形框架垂直侧壁的左右壁也设有壁桩孔，壁桩孔中贯穿有支撑桩，所述方形框架置于壁桩上部，所述方形框架下方迎水侧的壁桩外侧或内侧设有阻挡泥砂的裙板，所述方形框架内部置有回填土，所述方形框架上表面铺设码头面层。

所述方形框架采用预制混凝土框架或金属框架。

所述壁桩顶部现浇混凝土胸墙及帽梁，使壁桩与方形框架构成整体水工建筑物结构。

所述壁桩采用混凝土桩、预应力混凝土桩或钢管桩，其截面形状为圆形、方形或椭圆形。

所述方形框架包括导梁、连系梁及立柱，所述导梁和连系梁构成方框，上下方框通过立柱构成整体预制混凝土框架，所述导梁上沿其纵向设有若干壁桩孔，所述立柱上设有方台，方台上设有贯穿支撑桩的壁桩孔。

所述连系梁采用普通钢筋，或预应力筋，所述连系梁起到拉结前后排壁桩的作用。

所述方形框架长度和宽度范围为5m-40m。

所述混凝土胸墙上表面预制有系船柱和护轮坎。

所述混凝土胸墙侧壁设有护舷。

所述裙板采用预制混凝土板或膜袋混凝土。

有益效果：框架壁桩式码头具有传统板桩式和高桩式码头地基适应性强、构件预制度高、施工简便的优点，同时克服了板桩式和高桩式耐久性差、承载能力低的缺点。框架壁桩式码头设计地面均布荷载可达100kPa以上，远远大于板桩式(10kPa)和高桩式码头(30～50kPa)。与重力式码头相比较，壁桩式码头具有砂石用量少、地基适应性强的优点，可用于软质地基海岸及缺少砂石料地区的码头建设，尤其适合我国沿海淤泥质地基海岸，如天津、上海地区。壁桩结构码头修改局部构造后，可用于围埝、护岸工程。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是壁桩的结构示意图；

图3是图2中方形框架的结构示意图；

图4是本发明用于围埝或护岸工程的结构示意图；

图5是结构内力计算示意图；

图6是ABAQUS整体变形图；

图7是ABAQUS整体稳定性验算图。

图中：1、预制混凝土框架，2、壁桩，3、帽梁，4、胸墙，5、壁桩孔，6、导梁，7、连系梁，8、立柱，9、码头面层，10、系船柱，11、护轮坎，12、护舷，13，裙板14、回填土，15、支撑桩。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

详见附图1，本发明提供一种框架壁桩式码头，一种框架壁桩式码头，包括码头面层9、裙板13和回填土14，码头桩基采用壁桩框架结构，壁桩框架结构包括方形框架1和壁桩2，方形框架前后两侧壁沿其纵向设有若干壁桩孔5，壁桩孔中贯穿若干根预制的壁桩，方形框架垂直侧壁的左右壁上也设有壁桩孔，壁桩孔中贯穿有支撑桩15，壁桩采用混凝土桩、预应力混凝土桩或钢管桩，其截面形状为圆形、方形或椭圆形或其它异形截面。方形框架置于壁桩上部，方形框架下方迎水侧的壁桩外侧或内侧设有阻挡泥砂的裙板13，裙板采用预制混凝土板或膜袋混凝土。裙板可采用预制或现浇方式施工，也起到防止回填土流失的作用。方形框架内部置有回填土14，回填土为砂土、片石或块石等。壁桩框架结构上部施作码头面层及其他码头附属构件。方形框架采用预制混凝土框架或金属框架(本实施例采用预制混凝土框架)。预制混凝土框架与若干壁桩构成了码头桩基，作为水工建筑物结构的基础，其截面尺寸及桩长根据工程方案设计计算所需承载力确定。壁桩顶部现浇混凝土胸墙4及帽梁3，使壁桩与预制混凝土框架构成整体结构。壁桩由多根预制桩联结组成，在地基土层承载力较低时壁桩基础可提供较大的承载力，满足工程的承载力要求。预制桩采用锤击、振动沉桩或静力压桩等方式施工。码头下部地基土采取常规措施进行加固，提高承载能力。措施包括施打塑料排水板、换填砂土或打砂桩等方法。混凝土胸墙上表面预制有系船柱10和护轮坎11。混凝土胸墙侧壁设有护舷12。

混凝土框架中部可根据计算需要设置支撑桩的是数量，以提高结构受力性能。

混凝土框架具有透水性，可减少施工期间波浪荷载的作用。

壁桩孔在壁桩施工时，起到对壁桩施打进行限位、导向的作用。

本发明的优选方案是，预制混凝土框架由导梁6、连系梁7及立柱8，由导梁和预应力连系梁构成方框，上下方框再通过立柱构成整体预制混凝土框架，所述壁桩孔预制在导梁上。连系梁7的数量是2-4根，与导梁构成“口”字或“日”字形或“目”字形方框。连系梁起到拉结前后排壁桩的作用。立柱上设有方台，方台上设有贯穿支撑桩的壁桩孔。连系梁采用普通钢筋，或预应力筋，所述连系梁起到拉结前后排壁桩的作用。方形框架长度和宽度范围为5m-40m，高度根据原泥面、设计水位及工程需要确定。

作为本发明结构的主要组成部分的混凝土框架具有多重作用，一是与壁桩联结，使整个框架壁桩式码头形成一个整体；二是框架内回填土或砂石料后，整体结构自重大、刚度大，可承受较大的水平及竖向荷载，增加结构的稳定性；三是框架上设有预留桩孔，对壁桩的施打进行限位，提高了壁桩的施工精度。

详见图4，本发明的码头去除码头面层及其他码头附属结构后，可用于围埝、护岸工程。

实施例

如图1所示，框架壁桩式码头的顶面标高5m，原泥面标高-1.5m，开挖泥面高程-4.5m，设计高水位4.3m，设计低水位0.5m。壁桩采用PHC管桩，桩径600mm，壁厚130mm，桩长23m。预制混凝土框架长15m，宽12.2m，高4m。该码头设计地面荷载为100kPa/m²。

一、地质资料

地质参数选取《天津港东疆港区北大围埝导堤工程地质勘察》ZK2钻孔：

表1-1土体物理力学指标

二、桩与框架结构内力计算

根据BZ入土深度计算，并结合土层地质承载条件，按前后桩的底高程均取-20m进行设计。

2.1  BZ结构内力计算

前桩计算：(100kpa的均布力，15kN的系缆力，桩前土开挖至-4.5m，桩后土高+5.0m)

后桩计算：(100kpa的均布力，位移变形协调计算后，算得连系梁拉杆力为102kN/m、511kN/m，桩前、桩后土高+5.0m)

2.2  ABAQUS结构内力计算

整体变形图：(最大0.379m)

2.3结构力学求解器结构内力计算

以下结构模型轴线宽度13m，前、后桩底高程均为-20.0m。根据规范5.3.5条，前桩自-4.5m处、后桩自2.5m处加弹簧，土弹簧的水平抗力系数由m法计算而得。前桩按板桩规范施加主动土压力，后桩无土压力作用。

2.4结构内力计算结果比较

(1)内力计算结果比较

表2-1  ABAQUS模型计算结果

表2-2结构力学求解器模型计算结果

表2-3  BZ模型计算结果

	前桩	后桩	上连系梁	下连系梁
					弯矩最大值(kN*m)	363	383	——	——
拉杆力最大值(kN/m)	——	——	102	511
					剪力最大值(kN)	337	313

(经过位移变形协调计算、最大值削峰处理后)

(2)计算结果分析：

采用BZ的计算值作为内力标准值。因为上下连系梁的弯矩值和剪力值过大，在上下连系梁之间添加两个支柱，并采用结构力学求解器重新计算

选用直径600mm，壁厚130mm的PHC管桩。

直径600mm，壁厚130mm的PHC管桩桩身受弯承载力设计值最大为482kN*m。

直径600mm，壁厚130mm的PHC管桩桩身受剪承载力设计值最大为429kN。

三、整体稳定性验算

(1)BZ整体稳定性验算

将结构当作入土深度为-20m的整体重力式结构进行计算。安全系数为1.7503。

(2)ABAQUS整体稳定性验算

使用ABAQUS强度折减法，进行整体稳定性验算：

安全系数1.106。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种框架壁桩式码头，包括码头面层、桩基、裙板和回填土，其特征是：所述桩基采用壁桩框架结构，所述壁桩框架结构包括方形框架和壁桩，所述方形框架前后两侧壁沿其纵向设有若干壁桩孔，所述壁桩孔中贯穿若干根预制的壁桩，所述方形框架垂直侧壁的左右壁也设有壁桩孔，壁桩孔中贯穿有支撑桩，所述方形框架置于壁桩上部，所述方形框架下方迎水侧的壁桩外侧或内侧设有阻挡泥砂的裙板，所述方形框架内部置有回填土，所述方形框架上表面铺设码头面层；所述方形框架包括导梁、连系梁及立柱，所述导梁和连系梁构成方框，上下方框通过立柱构成整体预制混凝土框架，所述导梁上沿其纵向设有若干壁桩孔，所述立柱上设有方台，方台上设有贯穿支撑桩的壁桩孔。

2.根据权利要求1所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述方形框架采用预制混凝土框架或金属框架。

3.根据权利要求1或2所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述壁桩顶部现浇混凝土胸墙及帽梁，使壁桩与方形框架构成整体水工建筑物结构。

4.根据权利要求3所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述壁桩采用混凝土桩、预应力混凝土桩或钢管桩，其截面形状为圆形、方形或椭圆形。

5.根据权利要求4所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述连系梁采用普通钢筋，或预应力筋，所述连系梁起到拉结前后排壁桩的作用。

6.根据权利要求1所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述方形框架长度和宽度范围为5m-40m。

7.根据权利要求3所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述混凝土胸墙上表面预制有系船柱和护轮坎。

8.根据权利要求7所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述混凝土胸墙侧壁设有护舷。

9.根据权利要求1所述的框架壁桩式码头，其特征是：所述裙板采用预制混凝土板或膜袋混凝土。