港口水工建筑物讲义重力式码头计算
重力式码头
时的土压力计算
图2－3－2
二. 重力式码头上的作用
4 船舶荷载
船舶撞击力和挤靠力：验算稳定性时一般不考虑。 系缆力：平行码头线、垂直地面、垂直码头线 (要考虑)
分布：图2－3－3
5 地面使用荷载 一般只考虑堆货荷载、门机荷载和铁路
荷载 按最不利情况进行布置 6 波浪力
三 重力式码头的一般计算
2 剩余水压力 剩余水头：墙前计算低水位与墙后地下水位 的水位差。 剩余水压力：由剩余水头产生的水压力。 根据码头排水条件和填料透水性 能确定。
二 重力式码头上的作用
3 土压力 计算理论: 库仑理论、郎肯理论和索科洛夫斯基理论
1)码头墙后主动土压力 (1)无粘性填料的（ 150 '）墙背主动土压力 ' ：为第二破裂角
（图2－1－9）
适用码头：岸壁式码头
岸壁式码头缺点
解决办法－－开孔 开孔方法
三. 扶壁码头
扶壁结构是由立板、底 板和肋板互相整体连接 而成的钢筋混凝土结构
按肋板数分为单肋、双 肋和多肋
四. 大直径圆筒码头
主要有预制的大直径 薄壁钢筋混凝土无底 圆筒组成。
可沉入地基中，也可 放在抛石基床上。
优点 ：结构简单、混 凝土和钢材用量少、 适应性强，可不作抛 石基床，造价低，施 工速度快。
(1)土源丰富,运距近,取填方便； (2)回填易于密实,沉降量小，有足够的承载力； (3)产生的土压力小，通常用砂、块石、炉渣。
第三节 重力式码头的计算
一 重力式码头设计状况和计算内容 1.三种设计状况
(1)持久状况 (2)短暂状况 (3)偶然状况
一 重力式码头设计状态和计算内容
2.计算内容 表2－3－1
重力式码头
二 墙身和胸墙
5. 卸荷板 一般采用预制钢筋混凝土结构 图2－2－5
卸荷板悬臂长和厚度：由稳定性和强度要求决定 一般 长1.5~3.0m 厚度0.8~1.2m
作用 : (1) 从构造上减少主动土压力; (2)利用一部分上部填土的重量，增加抗倾力矩， 从而增加主体结构的稳定性。
二 墙身和胸墙
6. 码头端部的处理 (1)码头端部在顺岸方向做成斜坡 适用码头有接长要求的情况 (2)码头端部设置翼墙 适用码头不再接长的情况 图2－2－6
三. 扶壁码头
扶壁结构是由立板、底 板和肋板互相整体连接 而成的钢筋混凝土结构
按肋板数分为单肋、双 肋和多肋
四. 大直径圆筒码头
主要有预制的大直径 薄壁钢筋混凝土无底 圆筒组成。
可沉入地基中，也可 放在抛石基床上。
优点 ：结构简单、混 凝土和钢材用量少、 适应性强，可不作抛 石基床，造价低，施 工速度快。
1.方块码头的断面形式
阶梯形(图2－1－1) 衡重式(图2－1－2) 卸荷板式(图2－1－3)(属衡重式)
2.方块码头的结构型式（按墙身（块体）结构）
实心方块(图2－1－1，图2－1－2) 空心方块（有底板：图2－1－3和图2－1－6；无底板：图2－1－4 ） 异形块体（图2－1－7 ）
二 沉箱码头
平整作用，不宜小于 0.5m
一 基础
3.基床肩宽（特别是外肩）
对夯实基床，不宜小于2m; 对不夯实基床，不应小于1m; 对有冲刷情况，适当加宽
4.基槽底宽及边坡坡度 底宽 不宜小于码头墙底宽度加 两倍基床厚度 坡度 根据土质由经验决定
一 基础
5. 基床夯实 使抛石基床紧密，减少建筑物在施工和使
用时的沉降。一般用重锤夯实。 6. 对抛石基床块石质量和品质要求
港口水工建筑物课程教案
港口水工建筑物课程教案1.课程目的熟练掌握港口水工建筑物常用结构型式、构造处理、荷载确定及结构稳定性、内力计算，了解新型码头结构型式及计算理论的发展；巩固、加深和综合应用已经学过的基础课、专业基础课知识，培养学生分析问题、解决问题的能力；掌握港口水工建筑物的设计程序、内容、设计所需资料及取得的途径、方法。
2.课程性质专业课，必修课，本期总学时54,学分3。
3.教学对象港口航道与海岸工程专业的本科学生。
4.授课方式课堂讲授、多媒体教学、课堂讨论等。
5.考核方式闭卷笔试、考查；总成绩评定中，辅以平时课堂表现及作业完成情况结合考核。
6.相关课程先修课程有《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《水力学》、《土力学》、《钢筋混凝土结构学》、《工程水文》、《海岸动力学》、《港口规划与布置》等，后续实践教学环节有“港口水工建筑物课程设计”、“毕业设计”。
7.课程总学时54个学时，具体分配详见教案实施。
8.选用教材韩理安主编，《港口水工建筑物》，人民交通出版社，2008年9、主要参考书[1]韩理安主编，《港口水工建筑物》（I）,人民交通出版社，2001年[2]王云球主编，《港口水工建筑物》（II）,人民交通出版社，2001年[3]邱驹主编，《港工建筑物》，天津大学出版社，2003年[4]陈佳琴、杨光荣编著：《斜坡码头和浮码头》，人民交通出版社，1984[5]交通部第三航务设计院：《码头结构新型式》，人民交通出版社，1999[6]交通部第一航务设计院：《海港工程设计手册》，人民交通出版社，1994[7]港口工程技术规范，人民交通出版社港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施港口水工建筑物教案实施。
港口水工建筑物沉箱重力式码头课程设计
（0.4，0.45，0.5，0.55m）
3、箱内隔墙布置 ——宜对称布置，间距3～5m，内隔墙上部挖洞时，孔洞
下边缘至箱底的距离不宜小于隔墙间距的1.5倍 4、隔墙厚度 ——隔墙间距的1/25～1/20，厚度≮200mm。
加强角宽度150-200mm，以减少应力集中。 5、沉箱重量（是否大于预制场预制能力），干舷、浮游
基床厚度较薄或墙前土层软弱 时可不考虑这部分被动土 压力
另需注意：
①各种作用换算成单位长度（m）断面上的作用值。 系缆力，门机、铁路都要换算。
②为达到倾覆力矩或水平力最大，堆货荷载应布设在计算 面之后。
③土压力计算，胸墙可采用朗金理论，不计向下分力（除 非采用梯形胸墙，码头稳定应用库仑理论，朗金理论 得出的稳定力矩偏大。）
（2）可变作用：
堆货荷载 （码头前沿和前方堆场的均布荷载）；起重 机械荷载；铁路荷载；可变作用引起的土压力； 波浪力；（本次设计波高≤1m，不考虑） 系缆力等。
（3）偶然作用：地震荷载等（本次不考虑）
组合原则： 最不利组合：稳定力最小＋不稳定力最大。
对抗滑、抗倾稳定性：最大水平力＋最小竖向力 对基床和地基承载力：最大水平力＋最大竖向力
3、水流力（有掩护码头，本设计可忽略） 4、系缆力标准值
Nx= FxwK/n
n—同时受力的系船柱数目，与船长度有关，可查《荷载规范》表 K—系船柱受力分布不均匀系数，n=2时，K=1.2；n＞2时，K=1.3 α—系船缆的水平投影与码头前沿线的夹角（30°） β—系船缆与水平面的夹角（15°） 系缆力标准值，不得小于《荷载规范》的规定值，对载重量10000t的 船舶，系缆力标准值不得小于400kN。
长沙理工港口水工建筑物
2011年硕士研究生入学考试复试科目《港口水工建筑物》考试大纲[日期：2011-03-22] 来源：撰稿人：[字体：大中小] 一、目的和要求通过考试，了解考生对本专业的主要专业课知识的掌握情况、理解能力、分析能力、基础理论和专业知识的综合运用能力以及考生从事专业技术研究工作的基本素质。
二、考试范围1、码头的基本组成及其作用；码头型式和作用在码头结构上的作用及其分类；作用代表值的确定以及作用效应组合等；2、重力式码头：结构型式、特点及其适用条件、一般构造、一般计算内容、地基处理方法；3、板桩码头：码头构造、单锚板桩墙计算的基本内容、计算方法和计算步骤；4、高桩码头：码头型式与构造，一般计算：板的内力计算、桩台特点及刚性桩台与柔性桩台的计算方法和计算步骤；5、防波堤：防波堤的作用、型式及其适用范围、设计波浪的确定、斜坡堤设计、直立堤前波浪形态和波压力计算与直立堤的设计计算主要内容；6、修造船水工建筑物：类型及其各自的型式、船坞坞室的结构型式等内容。
三、考试内容1、码头的分类及其使用范围与码头的基本组成及其作用；2、可靠度的含义；结构的正常功能；3、作用的分类、作用代表值的确定、作用效应组合及其原则；4、重力式码头的特点、一般适用范围以及重力式码头的常用结构型式、主要组成及其作用；5、重力式码头的设计状况、一般计算内容及对应采用的极限状态和作用效应组合；6、重力式码头断面设计的主要内容及其基本要求；7、减少作用于重力式码头上的永久土压力的有效措施；8、板桩码头的基本组成、主要的结构型式、构造和特点；9、拉杆失事的原因及防治措施；10、板桩码头的锚碇类型及其受力特点与适用条件；11、板桩码头的计算内容有那些？其常用得计算方法及其适用范围；12、高桩码头的特点及适用条件、组成及上部结构的主要型式；13、高桩码头结构中桩基布置原则；14、进行高桩码头桩力计算时如何考虑上部结构刚度的影响；15、在板梁式码头中，对于由叉桩和直桩支承的板梁式码头的横梁计算，可如何简化？16、全部由直桩支撑的梁板式码头的横梁排架按弹性支承刚架计算时，可如何简化？17、防波堤的作用、结构的类型及其适用条件；18、防波堤的布置内容与布置原则；19、船坞坞室断面结构型式类型、工作原理及其适用条件；20、纵向滑道和横向滑道的一般特点。
第2章 重力式码头
三. 扶壁码头
扶壁结构是由立板、底 板和肋板互相整体连接 而成的钢筋混凝土结构 按肋板数分为单肋、双 肋和多肋
四. 大直径圆筒码头
主要有预制的大直径 薄壁钢筋混凝土无底 圆筒组成。
可沉入地基中，也可 放在抛石基床上。 优点 ：结构简单、混 凝土和钢材用量少、 适应性强，可不作抛 石基床，造价低，施 工速度快。
1.三种设计状况
(1)持久状况
(2)短暂状况
(3)偶然状况
一 重力式码头设计状态和计算内容
2.计算内容
表2－3－1
二 重力式码头上的作用
作用分三类 1.永久作用：建筑物自重、固定机械设 备自重力、墙后填料产生的土压力、剩余 水压力等； 2.可变作用：堆货荷载、流动机械荷载、 码头面可变作用产生的土压力、船舶荷载、 冰荷载和波浪力等；
水平分力标准值：
3 土压力
(2) 粘性土的墙后主动土压力计算
当地面水平时，在铅垂墙背或计算垂 面上按下式计算土压力强度（郎肯公式）： 永久作用部分：
eaH hKa 2c K a
eaqH qKa
可变作用部分：
3 土压力
2) 码头墙前被动土压力
当地面水平时，被动土压力
强度按下式计算（郎肯公式） ：
图2-1-1
图2-1-2
图2-1-3
图2-1-4
图2-1-5
图2-1-6
图2-1-7
工形 空 T形
图2-1-8
深层水泥拌合
图2-1-9
图2-1-10
图2-1-11
图2-1-12
图2-1-13
图2-1-14
图2-1-15
图2-1-16
图2-2-1
图2-2-2
一级建造师港口与航道工程(重力式码头)
为什么对 基床块石 有要求？
2015-7-18
重量要求：既要满足在波浪和水流作用下的稳定 性 ， 又 要 考 虑 便 于 开 采 ， 运 输 。 所 以 采 用 10 ～ 100kg的混合料。 质量要求：要求块石不被夯碎，遇水不软化、不 破碎。
19
1E412011 掌握基床施工
二、 基床抛石
（二） 抛石施工艺及组织 1、抛石工艺：陆上机具或水上机具。 2、抛石方法：人力抛填或抛石船抛填。 3、抛石精度：要设立导标。
(如何控制抛石精度？)
4、当基床抛石需作密实处理且基床较厚时， 基床需分层抛填分层密实。
(何种情况下需分层抛填？)
2015-7-18 20
1E412011 掌握基床施工 一、 基槽开挖 (一)开挖施工工艺及选择 根据地质条件选择水下基槽开挖方式。
土 质
岩 基 非岩基 注：
开挖施工工艺
水下爆破→ 抓斗式挖泥船清渣；
砂质及淤泥质土 绞吸式挖泥船 黏土、松散岩石 链斗式、抓扬式、铲斗式挖泥船
外海
已有建筑物附近
选择抗风浪能力强的挖泥船
小型抓扬式挖泥船
上部结构施工 胸墙浇筑
浇筑封顶混凝土 浇筑封顶混凝土 //沉箱盖板安装 沉箱盖板安装
1E412011 掌握基床施工
补充：抛石基床的一般施工程序
测量 定标
施工 放样
基槽 开挖
基床 抛石
基床 密实
基床 平整
1、 测量定标 2、上线开挖
挖泥船移船方向
挖泥船
泥驳
挖泥船定位示意图
2015-7-18 13
非岩基
(1)基槽开挖尺寸不小于设计尺寸 (2)允许偏差符合规范 • 超深0.3~0.8m • 超长、超宽1.0~2.0m
重力式码头(港口工程)
头断面设计。
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沉箱码头
港口工程
土木工程学院 12
沉箱码头
港口工程
土木工程学院 13
沉箱码头
断面形式
港口工程
圆形沉箱（多用于墩式码头） 1）受力条件好 2）按构造配筋，用钢量少 3）腔体内不设隔板，砼用量减少 4）环形箱壁对水流的阻力小
矩形沉箱 制作简单，浮游稳定性好，施工经验丰富， 多用于岸壁式码头。 1）对称式：最常用；2）非对称式：节省 钢筋砼，但制作麻烦，浮游稳定性差；3） 开孔式：对无掩护的港口，消能效果较好。
土木工程学院 14
扶壁码头
优点：结构简单，施工 速度快，节省材料，造 价低 。
缺点：整体性差，耐久 性差。
适用：有起重运输设备， 有预制能力的情况或有 干地施工条件。
港口工程 土木工程学院 15
扶壁码头
组成
立板：挡土,并构成码 头直立岸壁。
底板：将上部荷载传 给基床。
肋板：将立板和底板 连成整体，并
组成：上部结构（即胸 墙）、格形墙体和墙后回 填组成。格形墙体由直腹 式钢板桩形成的主格仓、 副格仓以及格仓内的填料 组成。
格仓形式：圆格形、平格 形、四分格形、偏圆格形
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格形钢板桩码头
港口工程
土木工程学院 23
小结
❖ 主要内容 重力式码头的结构形式 方块码头、沉箱码头、扶壁码头、大圆筒码头特征
受并传递外力、构成整体，
便于安装码头设备。
胸墙
基础：（1）扩散、减小 地基应力，降低码头沉降； （2）有利于保护地基不 受冲刷；（3）便于整平 地基，安装墙身。
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地基沉降验算
采用的极限状态
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 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
港口工程I
--港口水工建筑物
陈 达 2012.04 港口海岸与近海工程学院
前情提要
港口工程
重
基础
力
基床形式 、厚度
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
式
墙身
临水面轮廓 变形缝设置 卸荷板 码头端部处理
码
头 的
胸墙
型式
高度
顶宽 预留沉降量
构
造 墙后回填
回填方式 抛填棱体 倒滤层 回填土
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。
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
剩余水头
湿重度
设计高水位
饱和重度
hi、hn —分别为第i层和第n层填料厚度标准值（m）
Kq —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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港口工程
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。
墙后地下水位
浮重度
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港口工程
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。
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
墙后为抛石棱体或 粗于中砂的填料
可不考虑剩余水压力
压
潮汐港：剩余水头取1/5～1/3的平均
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。
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港口工程
重力式码头的计算
设计状态
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
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
流动起重运输机械荷载
变
与平均值相比不可 船舶荷载、水流波浪力
异 忽略
可变作用引起的土压力
划
偶然作用
分
在设计基准期内， 不一定出现，但一
地震荷载等
旦出现其量值很大
且持续时间很短
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港口工程
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。
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港口工程
重力式码头的计算
设计状态
重 力 持久状况
式
码
头 的 短暂状况
设
计
状
况
偶然状况
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。
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 Ka 0
eaqH qKa
eaH , eaqH —土压力强度（kPa） Ka —主动土压力系数 c —土的粘聚力标准值（kPa）
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重力式码头的计算—码头上的作用
计算较复杂，工程中用的较少。
（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。
i1
EqHn qKq Kanhn cos(a n )
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
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） i、 n —分别为第i层和第n层填料重度标准值（kN/m3）
（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。
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港口工程
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 可变作用
EHn 0.5 2 n1 ihi nhn hnKan cos(a n )
力 墙后为中砂或细于 潮差
的 确 定
中砂的填料（包括 粘性土）
河港：取决于排水措施和墙前、墙后 地下水位情况
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港口工程
重力式码头的计算—码头上的作用
土压力
计 库仑理论 算 理 朗肯理论 论 索科洛夫斯基
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。
码头前被动土压力（地面水平）
无粘性填料
ep (qp h)K p
粘性土
ep (qp h)K p 2c K p
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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港口工程
重力式码头的计算—码头上的作用
永久作用
结构自重力
在设计基准期内， 固定设备自重力
根 据 时
其量值随时间的变 化与平均值相比可 忽略不计
墙后填料土压力 剩余水压力
间 的
可变作用
堆货荷载
在设计基准期内， 其量值随时间变化