《港航实务总复习》PPT课件.ppt
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1、,港口与航道工程管理与实务 重 点 复 习 内 容,1E410000 港口预航道工程专业工程技术1E411010掌握港航工程水文气象知识波浪要素:波高H 波长L 波陡 周期T 波速C 波向,波浪玫瑰图,0,1.0,2.0,m,0,5,10,15,20,(),波浪统计特征值 平均波高 H观测统计的所有波浪波高的平均值 最大波高Hmax 某次观测中实际出现的最大波的波高 1/10大波波高H1/10 连续记录波浪总数1/10个大波波 高的平均值 有效波高Hs 连续记录波浪总数1/3个大波波高的平均 值潮汐潮汐的成因受月球和太阳作用,海水的规律升降运动。潮汐的类型:半日潮周期为半个太阴日的潮汐。两次高
2、潮(或低潮)的潮高相差不大,周期也几乎相等。我国大多数港口属于半日潮港,入厦门、上海、天津、青岛港。【太阴日】每个太阴日24h50min,日潮周期为一个太阴日(24h50min)的潮汐。半个月 中多数天一个太阴日只有一次高潮和低潮,我国的 北海、八所港是世界上少数典型的日潮港。不正规半日潮混合潮一个太阴日中也有两个高潮(和两 个低潮)但相邻高潮(或低潮)潮高不等。如香港不正规日潮混合潮半个月中,日潮天数不到一半,其余 为不正规半日潮混合潮。潮高(潮位)、高程基准面平均海平面多年观测取每小时记录潮位的平均值。又称 平均潮位。我国规定以黄海青岛验潮站的平均海平 平面作为全国统一的平均海平面。平均海
3、平面是作为计算我国陆地海拔高度的统一的 起算面。,理论深度基准面(潮位基准面)(潮高基准面)(理论最低潮位)(海图深度基准面)是低于平均海平面的一个面。潮汐表中的潮高、海图所标水深、港航工程中的水深、高程都是以理论深度基准面为起算面的。理论深度基准面与平均海平面的差值,视当地潮差大小而定世界各国的海图深度基准面颇不一致,一个国家出版的海图也不尽一致在施工中一定首先搞清各种零点(起算面)间的关系。大地测量中,对水下地面点的高程,以平均海平面向下的负高程表示,用连接相同负高程的等高线形成水下地形图,平均海平面,0,2,4,6,2,4,6,7,地形图,理论深度基准面,水深,水下地面高程,水下地面高程
4、,港航工程中常用的设计潮位设计高水位高潮累积频率10的潮位设计低水位低潮累积频率90的潮位极端高水位50年一遇的极值高水位极端低水位 50年一遇的极值低水位近岸海流与港航工程的关系近岸流:向岸流、顺岸流、裂流(离岸流)港址选择、航道与水工建筑物布置、抛泥区选择、施工中水流的作用力、泥沙的冲淤等泥沙及波浪对泥沙的作用沙质海岸泥沙颗粒中值粒径0.1mm,无黏结力。当波向与沙质海岸斜交时,波浪破碎产生沿岸流带动泥沙形成顺岸运动的泥沙流,遇到突堤(丁坝)等水工建筑物则从其根部(流速最小)开始淤积。,淤泥质海岸泥沙颗粒中值粒径0.03mm,有黏结力。对淤泥质海岸,波浪主要起掀沙作用。气象风玫瑰图最大风速
5、玫瑰图、风向频率玫瑰图 大于6级风频率玫瑰图 6级风(强风)的特征:风速:10.813.8m/s 浪高:3.5m 大浪出现,波峰 显现白色飞沫和 激溅的浪花,工程勘察成果在港口工程中的应用含水量w()土中水重/土颗粒重;确定淤泥土的分类 确定最优含水量,选择软基加固方法。孔隙比e孔隙体积/土粒体积;用于确定淤泥土的分类,确定单桩极限承载力;确定地基加固固结度。孔隙率n()孔隙体积/土体总体积;液限WL土从流态至可塑态的界限含水量;用于计算塑 性指数IP、液性指数IL塑性指数IP土颗粒保持结合水的量;表明土可塑性的大 小。用于确定黏性土的名称,确定单桩极限 承载力。液性指数IL说明土的软硬程度;
6、用于确定黏性土的状态 确定单桩极限承载力。,塑限WP土从可塑态至半固体状态的界限含水量;用于计算塑性指数IP、液性指数IL。粘聚力c用于土坡和地基稳定计算。内摩擦角用于土坡和地基稳定计算。标准贯入击数N 值将质量为63.5kg的锤从76cm的高度自 由落下,将标准贯入器击入土中30cm 时的锤击数。用于评价地基强度、土 层液化的可能性、沉桩的可能性、地 基加固效果、单桩承载力。十字板剪切强度值用十字板剪切仪原位测定饱和软粘土 排水抗剪强度值。用于地基土的稳定 分析、检验软基加固效果等。静力触探用静力触探仪于粘土、粉土、砂土中进行试验,静力触探试验值可用于确定土的承载力、单桩承载力、判断沉桩的可
7、能性。根据地质勘察结果,进行土层、土质的级别和状态分类,判断疏浚土的可挖性,作为选择挖泥船的重要依据。港航工程常用水泥品种及强度等级硅酸盐水泥(代号:P、P)强度等级分为:42.5、42.5R;52.5、52.5R;62.5、62.5R级普通硅酸盐水泥(代号:PO)强度等级分为:32.5、32.5R;42.5、42.5R;52.5、52.5R级矿渣硅酸盐水泥(代号:PS)强度等级分为:32.5、32.5R;42.5、42.5R;52.5、52.5R级火山灰质硅酸盐水泥(代号:P P)强度等级分为:32.5、32.5R;42.5、42.5R;52.5、52.5R级,粉煤灰硅酸盐水泥(代号:P F
8、)强度等级分为:32.5、32.5R;42.5、42.5R;52.5、52.5R级不同品种水泥在港航工程中的应用北方有抗冻要求的混凝土宜采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥,不宜采用火山灰质硅酸盐水泥;当有充分论证时,立窑水泥方可应用。不冻地区海水浪溅区混凝土,宜采用矿渣硅酸盐水泥;符合标准的立窑水泥可用于不冻地区的素混凝土。烧黏土质火山灰质硅酸盐水泥,在各种环境中的港航工程混凝土中均不得使用。港航工程中粗直径钢筋的连接 目前钢筋连接工艺主要有机械连接、绑扎连接、焊接三种方式。而对于粗钢筋连接普遍采用机械连接,套筒挤压连接把两根待接钢筋的端头先插入一个专用优质钢套筒,然后用挤压机在侧向加压数道挤压紧
9、密。锥螺纹连接是用锥形螺纹套筒将两根钢筋端头对接拧紧在一起,利用螺纹的机械咬合力传递拉力或压力镦粗直螺纹连接利用冷墩机先将钢筋端部镦粗,然后再利用专用机床对镦粗段进行套丝,利用带内螺纹的连接套筒将二根钢筋连接起来。滚压直螺纹钢筋连接按接头可分直接滚轧和剥肋滚轧二种工艺。直接滚压直螺纹连接是采用滚压机将钢筋两端直接滚压出螺纹,再用直螺纹套筒使钢筋连起来;而剥肋滚压直螺纹连接是先将钢筋剥肋后直接滚压成直螺纹,再用直螺纹套筒使钢筋连起来。,港航工程混凝土的主要特点 港航工程混凝土建筑物按标高划分为不同区域,设计高水位,设计低水位,1.5m,大气区,1.0m,浪溅区,1.0m,水位变动区,水下区,海水
10、港航工程混凝土分区,水上区,水位变动区,水下区,淡水港航工程混凝土分区,对混凝土的组成材料有特殊的要求和限制 不同部位对水泥品种有所选择和限制;粗、细骨料中杂质含量的限制;混凝土拌和物中氯离子含量的限制(素混凝土1.3水泥重)混凝土的配合设计、性能突出耐久性的要求 按耐久性要求有最大水灰比和最低水泥用量的限制;有耐海水冻融循环(掺入引气剂和一定数量含气量)、防止钢筋锈蚀(保护层最小厚度限制)的要求;海水环境中,港航工程混凝土结构浪溅区受氯离子渗透最严重。水运工程混凝土质量控制标准规定:海水环境,南方水位变 动区钢筋混凝土最小保护层厚度为50mm(箍筋直径为6mm)。如箍筋直径大于6mm,则混凝
11、土最小保护层厚度增加5mm。钢筋保护层厚度:主筋表面至混凝土外表面的最小距离,港航工程混凝土配置的基本要求所配制混凝土的强度、耐久性(技术条件)符合设计及“规范”要求 施工配制强度(cu,o)=设计要求强度标准值(cu,k)+1.645,0,P(%),cu,k,1.645,cu,o,5%,cu,o的概率,cu,的保证率95,海上浇筑混凝土要有适应环境特点的措施 乘潮浇筑,浇筑速度高于涨潮速度;保持水上振捣;初凝前不受水淹;有附着海生物滋长的海域,水下混凝土接茬要缩短间隔时间;无掩护海域浇筑混凝土应有防浪措施。根据强度要求确定的w/c与按耐久性要求的(w/c)max 限值相比较,取其中的较小值;
12、根据强度要求确定的c(kg/m3)与按耐久性要求的cmin限值相比较,取其中的较大值;所配制混凝土的和易性应满足施工操作的要求 流动性、可塑性、稳定性(坍落度经时损失)、易 于密实性、抹面装饰性等满足施工要求;经济合理,港航工程大体积混凝土的防裂港航工程中,现浇的连续结构(码头胸墙、坞墙、泵房)和长、宽、高尺寸相近的大型实体构件等易因温度、收缩应力而开裂的混凝土,称为港航工程大 体积混凝土。港航工程大体积混凝土开裂的本质 大体积混凝土的温度(拉)应力混凝土的抗裂能力 混凝土体积大水泥水化热引起温度变形 大体积混凝土的基础限制变形(约束),升温阶段,降温阶段,港航工程大体积混凝土防裂措施 选择合
13、适的材料:选中低热水泥;选线胀系数小的骨料;缓凝剂;优化混凝土配合比设计:在满足设计、施工要求的前提下尽量减少水泥用量;增加粉煤灰、磨细矿渣用量(取代水泥);施工中采取措施降低混凝土的浇筑温度和温升:充分利用低温季节、温度较低的晨、夜施工;骨料场应遮阳、通风;水泥要降至自然温再用;用低温拌和水(冷水、加冰);混凝土运输防晒;混凝土结构内设冷却循环水管,以冷循环水降低温度 无筋或少筋混凝土宜埋放大块石:大块石基本成方形(长短边之比2);块石与混凝土表面距离100mm(无 冻);300mm(有冻)或混凝土骨料粒径的2倍;块石间距 100mm或混凝土骨料粒径的2倍。受拉区不得埋块石,在混凝土早期升温
14、阶段要采取散热降温措施;钢模板、分层浇筑、流动水降温等;后期降温阶段要采取保温措施;减小内外温差,延长降温时间(减小梯度,)保证混凝土结构内部与表面温差25。抗拉强度提高。在已浇筑的混凝土上浇筑新混凝土时尽量缩短间隔时(不超过10d);地下结构应尽快回填保温。采取结构措施:应用微膨胀混凝土做闭合块;采用纤维增强混凝土;采用预应力混凝土;合理设置施工缝:在岩基或老混凝土上浇筑新混凝土纵向分段应在15m以内;在底板上浇筑连续墙体结构,墙体上的水平施工缝应设在距底板1m高左右处不宜设施工缝的结构,可跳仓浇筑;上下两层混凝土不要错缝浇筑岩基表面宜处理平整,粗糙的表面可设置缓冲层减小对新浇混凝土的约束。
15、,加强潮湿养护事先应进行温度场和温度应力计算,有针对性地对薄弱部位采取措施;施工中布设仪器对温升进行观测,指导施工土的渗透性 土的渗透规律:达西(Darcy)定律:=ki 影响土渗透性的因素:土颗粒的粒径、形状、级配;矿物成分:浑圆石英尖角石英长石云母;(影响孔隙率)(粘土)有机质含量越高,渗透性越差;土的密实性:透水性与密实性成反比。土的结构:水平层状,网状裂隙的粘土渗透性接近沙土。水溶液的成分、浓度、粘滞性的影响;土中水的渗透速度与水力梯度成正比,管涌与流沙水在土粒骨架孔隙中流动时,水流对土颗粒施以动水力(渗流力),该渗流力与水力迫降i成正比;当渗流力超过某界限后,部分土颗粒将被冲动、带走
16、,土体发生位移和失稳破坏渗透变形。渗透变形的两种表现形式:流沙:在一定渗流力的作用下,土体中颗粒同时起动而流 失的现象。如基坑开挖时,坑底粘土的隆胀;沙性 土的沙沸、泉眼群、土体翻滚等。流沙一旦发生,会很快殃及基础整体,发展快、难抢救。危害比管 涌严重。管涌:在一定渗流力的作用下,土体中的细颗粒沿骨架孔 隙移动,被渗流力带走的现象。管涌主要发生在沙 性土中,管涌与流沙的防治 土质改良(加固):注浆、搅拌、高压旋喷;截水防渗:隔断(延长)渗径,减小i,止水帷幕、地 连墙;人工降低地下水位;港航工程混凝土的耐久性主要包括:混凝土防止钢筋锈蚀的性能;混凝土的抗渗性;混凝土的抗冻融循环的性能;混凝土抗
17、海水侵蚀性;提高港航工程混凝土耐久性的措施材料选用优质水泥:南方钢筋混凝土优先选用矿渣硅酸盐水泥;抗冻混凝土选用硅酸盐及普通硅酸盐水泥;不宜用火山灰 质硅酸盐水泥;港航工程中不得应用烧粘土质火山灰质硅 酸盐 水泥。应用环氧涂层钢筋。应用高效混凝土外涂层 预料保护混凝土。,选用优质骨料;海水环境工程中严禁所用活性骨料;有抗冻要求的混凝土必须掺用引气剂保证有一定的含气量按耐久性要求优化混凝土的配合设计 限制最大水灰比、最小水泥用量、控制混凝土中氯离子含量钢筋混凝土及预应力混凝土最小保护层厚度、混凝土的含气量等指标。混凝土配合比要分区设计。精心施工;上料(计量)、搅拌、运输、浇筑、振捣、养护满足规范
18、要求;海上工程优先考虑以陆上预制取代水上现浇;准确控制钢筋的混凝土保护层厚度;防止混凝土开裂应用高性能混凝土,高性能混凝土(HPC)高性能混凝土的组成:掺用特定的活性矿物掺合料,优质粉煤灰(占胶凝材料的3040);磨细矿渣(占胶凝材料的3040);硅灰;水泥用量大幅 减少。应用高效减水剂。采用0.35的低水胶比。高性能混凝土的性能 高耐久性:高抗氯离子渗透的性能;高抗冻性;将规范规定的F300F400提高 到 F1000以上。高工作性能:低水胶比大流动度:坍落度达180mm以上 坍落度经时损失小;和易性好,易振捣 不离析、不泌水。高体积稳定性:收缩变形小。,高强度;根据需要可制作100MPa甚
19、至更高的强度。港航工程预应力混凝土技术 预应力,是指构件在受外荷作用之前,预先对构件受荷后产生拉应力的区域(混凝土承受拉应力的能力极差)所施加的一定的压应力(混凝土抗压的能力很强)以抵消全部或部分外荷作用时产生的拉应力。预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比,其优越处是:构件抗裂能力强、结构刚度大;(大管桩预压应力512MPa)构件耐久性、耐疲劳、抗震能力高;构件自重轻、跨度大、材料省 预应力混凝土按压应力施加方式不同的分类 先张法预应力混凝土在混凝土浇筑前在张拉台座上张拉预应力筋,之后浇筑混凝土。预应力是靠混凝土对钢筋的握裹力传递给混凝土的。,后张法预应力混凝土是将预应力筋预先置放于浇筑的混凝土中
20、,并采取一定的措施,使预应力筋能在混凝土达到一定强度后以构件自身为支撑进行张拉,张拉后靠锚具固定在构件自身上,同时对预置预应力筋的管道进行压力灌浆,靠锚具及管道灌浆与预应力筋间的握裹力对构件施加预压应力。无粘结预应力混凝土后张法预应力的一种,预应力筋靠包裹自身的塑料套管,始终保持预应力筋可以自由张拉。体外预应力技术是后张预应力体系的一种。张拉的预应力筋布置在构件体外,多作为修补、加固技术应用。也分为有粘结和无粘结两种。,港航工程的软土地基加固 港航工程的软土地基加固的主要方法:排水固结法堆载预压法、真空预压(真空联合堆载)振动水冲法 强夯法 深层搅拌法 爆炸挤淤填石法堆载预压法在人工外荷载作用
21、下,从软粘土的孔隙中 把水挤出,孔隙变小,土体密实,消除沉 降,减少压缩性,改善强度,提高承载力 增加稳定性。预压荷载一般取建筑物基底的压力,实际施加的荷载预压荷载由于标高 不够(或因沉降,使地面标高低于设计标高而回填部分的土重)加载范围堆载料坡肩应超出建筑物外轮廓线;加载速率应与地基土固结后强度的增长相适应;,铺砂垫层,插塑料板,堆 载,观 测,堆 载,观 测,堆 载,观 测,卸 载,真空预压法利用大气压力为荷载(膜下真空度应稳定在80kPa以上,以保证加固效果),使地基得以加固的方法。,堆载预压与真空预压的不同之处,堆 载 预 压,真空 预 压,靠堆载挤压排水密实大量堆载料,且要分级逐层加
22、载沉降的同时发生向外的扩张变形堆载料卸载运走超软基及危险边坡不适用,靠真空抽吸排水密实无需堆载料,一次加满载沉降的同时发生向内的收缩变形停泵即卸载超软基及危险边坡适用,振动水冲法利用振冲器的振动和水冲作用加固地基,可分为:振冲密实法借助振冲器的振动和水冲,使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减少,在振冲器水平振动力的作用下,砂层挤压加密。该法适用于砂土地基的振冲加固;振冲置换法借助振冲器的振动和水冲,在软黏土中地基中成孔,再于孔中分批填入碎石等材料,振动密实成一根根石柱,与原地基土组成复合地基。适用该法于软粘土地基的加固;,强夯法(动力固结发、动力压实法)反复将重锤,具有若干纵向通气孔)提
23、至一定高度,使其自由落下,以冲击振动能(1000kN-m8000kN-m)将地基压密,提高强度,减低压缩性.适宜加固碎石、砂土、素填土,杂填土,低饱和度的粘性土与粉土地基。强夯置换法对饱和软粘土地基,将级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬颗粒料强夯入基础内,形成块(碎)石墩,强度高、形成复合地基,称强夯置换法。夯锤质量 100400kN,底面积为圆形、多边形等;重锤接地静压2540kPa(强夯置换法重锤的接地静压取100200kPa;锤体具有若干纵向通气孔。重锤冲击能1000kN-m8000kN-m(加固深度510),深层搅拌法(CDM工法)利用水泥作为固化剂,通过专用的搅拌机在地基深处
24、就地将软土与固化剂(水泥浆)强制搅拌均匀,固化剂与软土间所产生的一系列物理化学作用,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和所要求强度的水泥加固土,从而提高地基强度,增大变形模量。水下深层水泥搅拌法加固软土地基具有快速、高强、无公害等优点,已在我国数项大型码头工程中应用。作为重力式码头基础,搅拌加固体主要有块式、壁式。该法适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土;对于酸形土(PH4)加固效果不明显;对于泥炭土、有机质土、腐殖质含量高的土应进行试验确定其加固效果。,爆炸排淤填石法是在距抛石体外缘一定距离的淤泥软基一定深度处埋放药包群,利用炸药爆破释放的能量排挤淤泥,形成空腔,随即抛石体坍塌挤入
25、空腔形成“石舌”达到置换淤泥的目的,港航工程常用土工织物的种类及主要性能编织土工布具有加筋、隔离、防护的功能;机织土工布具有加筋、隔离、防护、反滤的功能;非织造(无纺、针刺)土工布具有反滤、隔离、排水的功能复合土工布土工模袋:具有模板的功能(模袋混凝土);土工带:具有加筋的功能;土工网:具有加筋、防护的功能;土工织物在港航工程中的应用 码头工程(重力式、高桩)中:用作棱体的反滤层,主要是起过滤作用,代替传统的碎石材料,防止后方回填土随潮水流失,施工方便、反滤效率高、连续性好、适应各种复杂断面、坡上碎石无滚落。防波堤工程:将土工织物铺于软基上防波堤基面上,作用是:,加筋作用减少差异沉降和侧向位移
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