港口水工建筑物
港口水工建筑物
第一章1.何为实体式，何为透空式？为什么说实体式比透空式适应超载和工艺变化的能力强？重力式码头，板桩码头和具有前板桩的高桩码头，码头前沿有连续的挡土结构，称为实体式码头。
一般的高桩码头和墩式码头的下部不连续，为透空式码头。
实体式码头大多依靠结构本身及填料的重力来保持结构自身的滑移稳定和倾覆稳定，能够承受较大的船舶和冰凌的撞击力，耐久性好，对不均匀沉降适应性好，主要计算荷载是水平荷载，而透空式码头耐久性差，所以相比透空式码头，更适应超载和工艺变化。
2.作用按时间变异分哪几种？如何选取作用的代表值？按时间的变异分类：作用的代表值分为标准值、频遇值、准永久值三种。
永久作用：在设计基准期内，其量值随时间的变化与平均值相比可忽略不计的，其作用代表取值仅有标准值可变作用：在设计基准期内，其量值随时间变化与平均值相比不可忽略的作用，其作用代表取值有标准值、频遇值和准永久值偶然作用：在设计基准期内，不一定出现，但一旦出现其量值很大而且持续时间很短的作用，其作用代表取值一般根据观测和试验资料或工程经验综合分析确定。
3、何为安全系数设计方法？何为可靠度设计方法？为什么说可靠度设计方法比安全系数设计方法优越？安全系数设计方法：传统的设计原则是总抗力不小于总荷载效应，其可靠性用单一的安全系数K表示，即：可靠度设计方法：采用概率可靠度的方法，把安全系数K改为对应基本变量的分项系数的方法进行设计。
优点，定量的考虑了抗力和荷载作用的随机性，不同的荷载效应采用不同的系数，可靠度的指标更好的反映了工程安全度的实质。
4试述三种设计状况，两种极限状态与作用组合之间的关系？（要给出必要的公式）两种极限状态：承载能力极限状态、正常使用极限状态三种设计状况：持久状况、短暂状况、偶然状况A、在正常条件下，结构使用过程中的状况为持久状况，按承载能力极限状态的持久组合B、结构施工和安装等持续时间较短的状况为短暂状况，对此状态宜对承载能力极限状态的短暂组合进行设计C、在结构承受设防地震等持续时间很短的状况为偶然状态，应按承载能力极限状态的偶然组合进行设计5.如何确定码头的前沿地带，前方堆场和后方堆场，对于集装箱码头如何选择这三个区域的荷载值？前沿地带：码头前沿线向后一定距离的场地，其宽度根据装卸工艺确定。
港口水工建筑物--绪论
本章重点:本课程的教学内容和学习方法
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港口水工建筑物
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一、港口水工建筑物的特点
港口水工建筑物包括港口和船厂中的建筑物。 主要有码头，防波堤、护岸、船台滑道和船坞 等。这些建筑物在结构和计算方面有许多共同 之处，只是由于它们的功能和所建地点的自然 条件不同，因而在作用荷载和构造要求方面有 些差异。本课程重点介绍码头，防波堤。
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港口水工建筑物
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（一）港口水工建筑物设计工作 主要包括以下内容：
1、设计所依据的资料的收集、整理、分 析和取值―――设计前期工作
原始资料包括：自然条件、使用条件、 施工条件。
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港口水工建筑物
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自然条件 包括：地形、水位、波浪、风况、冰况、水 质、地基及土质和地震等，要求取值合理与工程实际 接近。
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港口水工建筑物
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主要特点是:(与民用建筑比较)
1、作用荷载复杂（包括各种自然力，使用荷 载和施工荷载）
荷载强度大且具有较多动态性质，吊机荷载的作用，波浪撞击 建筑物表面其时，荷载强度达到1000kN／m2，波浪、冰、船舶 推力产生较大水平荷载，作用于建筑物上部，引起建筑物位移。 系缆船舶的碰撞和冲击，深水码头为降低船舶系缆力采用昂贵 的防冲设备。
侵蚀性介质的作用，使建筑物的耐久性降低；
水下结构的恢复和修理是一项最难以完成和费用昂贵的工 作。
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港口水工建筑物
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2、施工条件差和投资大。
水下施工难度较大。施工设备、施工技术要求高。
预制构件、打桩、最大限度采用巨型块体的装配式结 构。
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港口水工建筑物(全)
第一章码头结构型式和荷载1、码头由哪些部分组成？各部分主要作用是什么？码头由主体结构和码头设备两部分组成。
主体结构包括上部结构、下部结构和基础。
上部结构作用：a.直接承受船舶荷载和地面使用荷载，并将这些荷载传给地基；b.作为设置防冲设施、系船设施、工艺设施和安全设施的基础；c.将下部结构的构件连成整体。
下部结构作用：a.支承上部结构，形成直立岸壁；b.将作用在上部结构和本身上的荷载传给地基。
基础作用：承接码头上部、下部结构荷载；扩散应力；防止冲刷。
码头设备作用：用于船舶系靠和装卸作业。
2、码头按结构型式分类有那些型式、优缺点，按断面型式分、最佳适用条件？按结构型式分：重力式码头、板桩码头、高桩码头、混合式码头重力式码头的工作原理：依靠结构本身和其上部结构的重量维持自身的稳定性。
重力式码头的优点是：耐久性好，能抵抗大船、漂浮物的撞击，对超载、工艺变化适应能力最强。
缺点是：自重大，波浪反射严重，泊稳条件差，地基应力大，一般须作抛石基床。
适用条件：地质条件较好的地基板桩码头工作原理：依靠板桩入土部分的侧向土抗力和安设在板桩上部的锚碇结构来维持稳定。
板桩码头的优点：耐久性好（相对），结构简单，材料用量少，便于预制，施工方便，可以先打桩，后挖墙前港池，能大量减少土方量。
缺点是：耐久性差，波浪反射严重，泊稳条件差，对钢板桩需采取防锈措施，增加费用，对开挖超深反应敏感（应预留0.5m）。
适用条件：能打板桩的地基，万吨级以下的泊位，适用于有掩护的海港。
高桩码头工作原理：通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基。
高桩码头的优点：波浪反射小，泊稳条件好；砂、石用量少；对挖泥超深适应能力强。
缺点是：耐久性差，码头构件易损坏，损坏后修理比较麻烦；对地面超载、工艺变化的适应能力差；水平承载能力低，须设叉桩（大直径管柱例外）。
码头按断面型式分：直立式：水位变化不大的港口；斜坡式：试用于水位变化较大的情况；半直立式：高水位时间较长而低水位时间较短；半斜坡式：枯水位时间较长而高水位时间较短。
港口水工建筑物知识要点
码头：是停靠船舶、装卸货物和上下旅客或进行其它专业性作业的水工建筑物。
广义的码头是由码头建筑物、装卸设备、库场和集疏运设施组成。
码头按断面形式：直立式、斜坡式、半直立式、半斜坡式和多级式。
直立式码头适用于水位变化不大的海岸港和河口港。
斜坡式码头适用于水位变化大的上中游河港或水库港。
半直立式码头用于高水位时间长、低水位时间短的水库港。
半斜坡式码头用于枯水期长、洪水期短的山区河流。
多级式码头用于水位差大、洪水期不长的上游河港。
码头由主体结构和码头设备两部分组成。
主体结构包括上部结构、下部结构和基础。
上部结构的作用：1将下部结构的构件连成整体2直接承受船舶荷载和地面使用荷载，并将这些荷载传给下部结构3作为设置防冲设施、系船设施、工艺设施和安全设施的基础。
下部结构和基础的作用：1支承上部结构，形成直立岸壁2将作用在上部结构和本身上的荷载传给地基。
码头设备用于船舶系靠和装卸作业。
作用：施加在结构上的集中力和分布力以及引起结构外加变形和约束变形的原因，总称为结构上的作用。
分为直接作用和间接作用。
港口工程钢筋混凝土结构的设计基准期为50年。
承载能力极限状态和正常使用极限状态作用的代表值分为标准值、频遇值和准永久值。
标准值是作用的主代表值，是作用在结构构件使用期间的正常情况下可能出现的最大值。
频遇值是代表作用在结构上时而出现的较大值。
准永久值是代表作用在结构上经常出现的量值，它在设计基准期内具有较长的总持续期。
永久作用的代表值仅有标准值。
可变作用的代表值三者都有。
偶然作用的代表值分析决定。
当两个可变作用完全相关时，其非主导可变作用应按主导可变作用考虑。
确定堆货荷载考虑的主要因素：1装卸工艺确定的堆存情况2货种及包装方式3货物的批量与堆存期4码头结构型式码头三个地带：码头前沿地带、前方堆场和后方堆场门座起重机荷载：Mh-n-p（Mh门机荷载，n每支腿下的轮数p最大轮压力）轮胎式和汽车式起重机在一般起重量时，冲击系数1.10~1.30，最大起重量时不考虑冲击力中—活载图式系缆力：凡通过系船缆而作用在码头系船柱（或系船环）上的力。
港口工程之港口水工建筑物
港口工程 XX XX 25
码头图片
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港口分类
特别重要港口 对促进国际贸易有重要作用的港口。
按
等
重要港口 对国家有重要作用的港口。
级
划
分
地方港口 上述两种以外的港口。
港口工程
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港口工程
港口水工建筑物的特点
作用荷载复杂 包括各种自然荷载、使用荷载和施工荷载。
特 施工条件差 点 建设周期长
投资大
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目录
绪论 码头概论 重力式码头 板桩码头
高桩码头
港口工程 XX XX 2
参考书目录
教材
港口水工建筑物 （韩理安主编）
港口工程
推荐参考书
1.港工建筑物（邱驹主编） 2.港口水工建筑物（陈万佳主编） 3.港口工程结构设计算例（一航院主编） 4.港口工程砼结构设计手册（中交水规院） 5.码头新型结构型式（三航院）
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码头的分类
混合式码头
港口工程 XX XX 24
码头的组成
上部结构
①将下部结构的构件连成整体； ②直接承受荷载，并传给下部结构； ③作为设置各种设施的基础。
下部结构 基础
①支承上部 结构，形成 直立岸壁； ②将作用在 上部结构和 本身上的荷 载传给地基。
港口水工建筑物--1
港口水工建筑物–11. 简介港口水工建筑物是指为了满足港口航道、坞池等水域工程需要，在水中或靠近水中建造的各种人工建筑物。
港口水工建筑物包括码头、堤防、水闸、波浪消能装置等多个分类。
2. 码头码头是港口水工建筑物中最常见的一种，也是港口货物装卸、乘客进出港的集散中心。
码头的主要功能包括： - 货物装卸：提供用于货物装卸的设备和设施，如卸货机、装卸桥等； - 船舶泊位：提供供船舶靠泊的空间和设备； - 仓储设施：提供存放货物的仓库和堆场； - 乘客服务：提供进出港的乘客候车厅、登船口等设施。
码头的类型多种多样，根据用途和结构特点可以分为常规码头、集装箱码头、旅客码头等。
3. 堤防堤防是为了保护港口内的航道、码头等设施不受海浪、潮汐等自然力的破坏而建造的水工建筑物。
堤防的主要功能包括： - 防波作用：起到挡浪的作用，保护港口内的设施和船舶不受海浪冲击； - 防潮作用：防止潮汐对港口内部造成的影响； - 定界作用：界定港口范围，保持港口内的水域清淤。
堤防根据结构形式的不同可以分为挡浪堤、引波堤、防波堤等。
4. 水闸水闸是为了控制水体流动，保持航道航行深度而建造的水工建筑物。
水闸的主要功能包括： - 航道调节：通过调节水流进出量，调整航道水深和航行条件； - 洪涝调节：在水流量大的时候，通过调整水闸的开启度，减少洪涝灾害； - 水资源调节：通过调节水流进出量，控制水库的水位。
水闸按照结构特点可以分为闸门式水闸、反射式水闸、升降式水闸等。
5. 波浪消能装置波浪消能装置是为了减弱或消除波浪对港口设施的冲刷破坏作用而设置的水工建筑物。
波浪消能装置的主要功能包括： - 折射波浪：通过改变波浪传播方向，减少波浪对设施的冲击力； - 能量消散：通过动力作用、摩擦作用等方式，将波浪能量消耗掉； - 波浪阵减弱：采取多种抵抗波浪的结构形式，使波高和波浪流速减小。
常用的波浪消能装置有挡波墙、重力式消浪块、沉箱式消浪块等。
港口水工建筑物
1.码头分类：按平面布置分类：顺岸式突堤式墩式按断面形式分类：直立式斜坡式半直立式半斜坡式多级式按结构形式分类：重力式码头板桩码头高桩码头混合式码头2.作用的分类：时间的变异：永久作用可变作用偶然作用空间位置的变化：固定作用自由作用结构的反应：静态作用动态作用3.船舶荷载：船舶的系缆力船舶挤靠力船舶撞击力5．方块码头的断面形式：1阶梯型断面和底宽较大，方块数量，种类和层数较多，横断面方向的整体性差，基底应力不均匀。
2 恒重式 3 卸荷板式由于卸荷板的遮掩作用，减小了作用在墙背后的土压力，基底应力比较均匀，断面和底宽大大减少，使结构工程量节省，也是横断面处有可能每层只采用一块方块，结构的整体稳定性也较好。
6.抛石基床是重力式码头广泛应用的一种基础形式，抛石基床设计包括：选择基床形式；确定基床厚度和肩宽；确定基槽的底宽和边坡坡度；规定块石的重量和质量要求；确定基床顶面的预留坡度和预留沉降量等7．岸壁式码头的墙后回填方式：1.紧靠墙背用颗粒较粗和内摩擦角较大的材料做抛石棱体，以减少墙后土压力，并在棱体顶面和坡面设置倒滤层。
另一种情况是墙后直接回填细粒土，只在墙身构件间的拼缝处设置倒滤层，防防止土料流失。
8.重力式码头的变形缝必须延长度方向设置沉降缝和伸缩缝，一般是一缝俩用，统称变形缝。
缝宽20-50mm，做成上下通缝，急胸墙与墙身的变形缝在一个垂面上。
现场浇注混凝土与浆砌石部位的变形缝用弹性材料填充.变形缝间距根据气温情况，结构形式，地基条件和基床厚度确定，一般10-30m。
设在以下位置1.新旧建筑物衔接处2.码头水深或结构形式改变处3.地基土质差别较大处4.基床厚度突变出5.沉箱或方块接缝处9.重力式码头地面堆货荷载的布置形式及相应的验算项目码头地面使用荷载为活荷载，应根据不同的计算项目，按最不利情况进行布置。
堆货荷载一般有以下3种布置形式：1作用在码头上的垂直力和水平力（以土压力为主）都最大，用于验算基床和地基的承载力及计算建筑物的沉降和验算整体滑动稳定性；2作用在码头上的水平力最大垂直力最小，用于验算建筑物的滑动和倾覆稳定性，3作用在码头上的垂直力最大水平力最小，用于验算基底面后踵的应力。
常见港口水工建筑物及其施工方法
常见的港口水工建筑物
• 湿法施工代表工程——大连香炉礁新建造船坞工程
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常见的港口水工建筑物
• 干法施工代表工程——中远船坞工程
泵房
堵口围堰
坞门槛
坞底板
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二、主要施工工艺介绍
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（一）沉箱重力式码头施工工艺 （二）高桩码头施工工艺 （三）防波堤、护岸施工工艺 （四）干船坞施工工艺 （五）软土地基处理方法
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（一）、沉箱重力式码头施工工 艺
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沉箱重力式码头施工工艺
• 重力式码头典型断面结构（顺岸式）
胸墙
护轮坎、系船柱、钢轨
面层
护舷 沉箱
箱内 填石
回填开山石
轨道梁 回填
原泥面
基床
沉箱重力式码头施工工艺
• 重力式码头典型断面结构（墩式）
护舷
沉箱
箱内 填石
上部块体及面层 封仓混凝土
基床
沉箱重力式码头施工工艺
沉箱重力式码头施工工艺
基 础 施 工
基床抛石
基槽形成后要进行基床抛石，抛石 一般采用水上进行，采用方
驳+反铲、开体驳等形式，抛石要控制石料的质量、抛石船的定 位、抛石量等。抛石分为粗抛、细抛，顶层以下0.5～0.8m范围 内进行细抛，顶面可预留有一定的沉降量和坡度。
沉箱重力式码头施工工艺
基 础 施 工
常见港口水工建筑物及其施工方法
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一、港口水工建筑物介绍
二、主要施工工艺介绍 三、结语
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一、常见的港口水工建筑物介绍
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常见的港口水工建筑物
按使用功能分类： 码头类 防波堤及护岸类 修造船建筑物类
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常见的港口水工建筑物
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陈达
河海大学 港 口 海 岸 与 近 海 工 程 学 院
HOHAI UNIVERSITY
College of Habor, Costal and Offshore Engineering
港口水工建筑物
前情提要
基床形式、 厚度 临水面轮廓 型式
基槽底宽、边坡坡度、肩宽、夯实 块石质量要求、预留沉降量、倒坡
采用的极限状态
承载能力极限状态 承载能力极ห้องสมุดไป่ตู้状态 承载能力极限状态 承载能力极限状态 承载能力极限状态 承载能力极限状态 承载能力极限状态 正常使用极限状态 正常使用极限状态
采用的效应组合
持久组合 持久组合 持久组合 持久组合 持久组合 持久组合 短暂效应组合 长期效应 (准永久)组合 长期效应 (准永久)组合
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港口水工建筑物
重力式码头的计算—码头上的作用
墙后主动土压力
无粘性填料的墙背 15o 永久作用 EHn
n1 0.5 2 i hi n hn hn K an cos(a n ) i 1
可变作用 EqHn qKq Kan hn cos(a n )
设计状态
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
计算和验算内容
对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性 沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性 基床和地基承载力 整体稳定性 墙底面合力作用点位置 构件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒)的承载力 码头施工期稳定性和构件承载力验算
构件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒)裂缝宽度验算
确定原则：根据码头排水的好坏和后方填料的透水性来确定。
剩 余 水 压 力 的 确 定
墙后为抛石棱体或 粗于中砂的填料
墙后为中砂或细于 中砂的填料（包括 粘性土）
可不考虑剩余水压力
潮汐港：剩余水头取 1/5 ～ 1/3 的平均 潮差 河港：取决于排水措施和墙前、墙后 地下水位情况
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河海大学 港口海岸与近海工程学院
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港口水工建筑物
重力式码头的计算—码头上的作用
墙后主动土压力
粘性土的墙背 粘性土的土压力可按图解法确定；当有经验时，也可采用等代内摩擦 角，按无粘性填料考虑。 当地面水平，在铅直 墙背或计算垂面上可 按下式计算： 永久作用 可变作用
eaH hKa 2c K a 0
重 力 式 码 头 的 构 造
基础 墙身 胸墙
变形缝设置 卸荷板 码头端部处理 高度 顶宽 倒滤层 预留沉降量 回填土
墙后回填
回填方式
抛填棱体
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港口水工建筑物
重力式码头的计算
设计状态
重 力 式 码 头 的 设 计 状 况
持久状况 正常条件下，结构使用过程中的状况。 在结构使用期按承载能力极限状态和正常使用 极限状态设计。
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。 结构承受设防地震等持续时间很短的状况。 在使用期遭受偶然荷载时仅按承载能力极限状 态设计。
短暂状况
偶然状况
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港口水工建筑物
重力式码头的计算
EHn , EqHn —第n层填料的土压力合力的水平分力标准值（kN）
—第2破裂角（o）
—墙背与铅垂线的夹角（o），仰斜为正，俯斜为负
i、 n —分别为第i层和第n层填料重度标准值（kN/m3）
q —地面上的均布荷载标准值，地面倾斜时为单位斜面积上的重力（kPa）
hi、hn —分别为第i层和第n层填料厚度标准值（m） K q —地面荷载系数 n —第n层填料与墙背的摩擦角 K an —第n层填料的主动土压力系数
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港口水工建筑物
重力式码头的计算—码头上的作用
土压力
计 算 理 论
库仑理论
朗肯理论 考虑墙背倾斜、地面倾斜和土与墙背摩擦力 ；假定土是均质和无粘性。 考虑土的粘性、地面均布荷载、土体水平分 层；假定墙背垂直、地面水平和墙背光滑。 计算较复杂，工程中用的较少。
索科洛夫斯基
（1）朗肯和库仑土理论都是由墙后填土处于极限平衡状态的条件得到的 。但朗肯理论求的是墙背各点土压力强度分布，而库仑理论求得的是墙背 上的总土压力。 （2）朗肯理论在其推导过程中忽视了墙背与填土之间的摩擦力，计算的 主动土压力误差偏大，被动土压力误差偏小；而库仑理论考虑了这一点， 其主动土压力接近于实际值，但被动土压力因为假定滑动面是平面误差较 大，因此，一般不用库仑理论计算被动土压力。 （3）朗肯理论适用于填土表面水平的无粘性土或粘性土，而库仑理论适 用于填土表面为水平或倾斜的无粘性土。
地基沉降验算
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港口水工建筑物
重力式码头的计算—码头上的作用
根 据 时 间 的 变 异 划 分
在设计基准期内， 其量值随时间的变 化与平均值相比可 忽略不计
永久作用
结构自重力 固定设备自重力 墙后填料土压力 剩余水压力
在设计基准期内， 其量值随时间变化 与平均值相比不可 忽略
粘性填料重度：应考虑饱和区 。 对于河港，饱和区范围应根据当 地地下水位变化情况、填料性质， 根据经验或经勘探确定 。对于海 港，根据潮位确定：
设计低水位
湿重度
设计高水位
饱和重度
墙后地下水位
剩余水头
浮重度
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港口水工建筑物
重力式码头的计算—码头上的作用
剩余水压力
定义：墙后地下水位高于墙前计算低水位时产生的水压力差值，一般 按静水压力考虑。
在设计基准期内， 不一定出现，但一 旦出现其量值很大 且持续时间很短
可变作用
堆货荷载 流动起重运输机械荷载
船舶荷载、水流波浪力 可变作用引起的土压力
偶然作用
地震荷载等
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港口水工建筑物
重力式码头的计算—码头上的作用
建筑物自重
包括构件本身的重力及其上的填料重力，按体积乘重度计算。重度的 标准值宜通过试验确定，无实测资料时， 按规范取值。 材料重度：水上采用天然容重，水下采用浮容重。 无粘性填料重度：以墙后地下水位为界，地下水位以上采用天然容重， 以下采用浮容重。