CN115110475A - 一种消浪设施、消浪堤坝及其系统和施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消浪工程技术领域,特别是一种消浪设施、消浪设施系统、消浪堤坝及消浪堤坝系统,其中消浪设施包括至少三个间隔设置的第一消浪结构,至少两个第一消浪结构形成多弯水流通道。本申请的一种消浪设施,能够改变波浪的前进路径,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及消浪工程技术领域,特别是一种消浪设施、消浪堤坝及其系统和施工方法。
背景技术
目前,传统消浪堤主要有两种:分别为抛石消浪堤和浮式防波堤,其中,抛石防波堤采用散体结构填料,施工及运营期的足迹(footprint)范围大。由于填料重量大,可能导致沉降大,并导致额外水下开挖和水下土质改良作业,其存在施工周期长、填料量非常大等问题。随着水深增至20~30m,以及随着堤顶高程的增加,以上问题愈发明显。同时,抛石防波堤透空率低,容易导致局部流场或整体流场的改变,对海洋生态环境影响大。浮式防波堤消浪效果有限,一般仅能实现30~40%的波浪透射率。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术存在的抛石防波堤填料量非常大、透空率低,容易导致局部流场或整体流场的改变,对海洋生态环境影响大的问题,提供一种消浪设施、消浪设施系统、消浪堤坝、消浪堤坝系统及消浪堤坝的施工方法。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种消浪设施,包括至少三个间隔设置的第一消浪结构,至少两个所述第一消浪结构形成多弯水流通道。
多弯通道至至少有3个弯的水流通道。
本申请所述的一种消浪设施,当波浪通过消浪设施时,需要经过至少两个所述第一消浪结构形成的多弯水流通道,从而改变了波浪的前进路径,增加波浪水质点流动长度,进而起到快速消耗波浪能量的作用,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请所述的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
优选地,所述第一消浪结构包括竖向设置的柱体结构。
优选地,所述柱体结构横截面为矩形或梯形或齿形或圆弧形或三角形。
优选地,所述柱体结构横截面为矩形,相邻所述柱体结构之间的夹角为N,0°≥N≥30°。
优选地,所述第一消浪结构下部还设置有第二消浪结构,所述第二消浪结构的至少一侧设置有附着件,所述第二消浪结构与至少一个所述附着件柔性连接。
由于所述第二消浪结构位于所述第一消浪结构下部,故所述第二消浪结构常常会在水面以下,通过所述第二消浪结构与至少一侧所述钢筒柔性连接,使得低水面下涌浪冲击第二消浪结构时,第二消浪结构发生摆动,从而对低水面下涌浪进行扰动,进而达到降低水面下涌浪的强度的目的。
优选地,所述第二消浪结构与所述附着件通过第一柔性件柔性连接,所述第一柔性件与对应所述附着件可拆卸连接。
由于所述第二消浪结构位于所述第一消浪结构下部,故在施工时,所述第二消浪结构常常会在水面以下,以降低水面下涌浪的强度,此时,通过第一柔性件与对应所述附着件可拆卸连接的方式,相比于常规的焊接等方式来说,能够大大减小安装人员在水下的安装难度;同时,利用第二消浪结构的摆动也能够达到降低水面下涌浪的强度的效果,而且不会对透水率产生较大影响。
优选地,所述第一柔性件与对应所述附着件相挂接。
通过第一柔性件与对应所述附着件相挂接的方式,更加有效地减少了大大减小安装人员在水下的安装难度;同时,利用第二消浪结构的摆动也能够达到降低水面下涌浪的强度的效果,而且不会对透水率产生较大影响。
优选地,所述附着件包括挂钩,所述第一柔性件上连接有挂环,所述挂环与对应的所述挂钩相挂接。
优选地,所述附着件包括挂环,所述第一柔性件上连接有挂钩,所述挂环与对应的所述挂钩相挂接。
优选地,所述第一柔性件与对应所述附着件相扣接。
优选地,所述第二消浪结构的一侧连接有至少两根所述第一柔性件,其中,位于所述第二消浪结构同侧的至少两根所述第一柔性件竖向间隔设置。
优选地,所述第二消浪结构包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元,所述第二消浪结构单元与至少一个所述附着件柔性连接。
优选地,至少两个相邻所述第二消浪结构单元相连接。
优选地,至少两个相邻所述第二消浪结构单元通过第二柔性件柔性连接。
优选地,所述第二消浪结构单元为板体、球体或筒体。
优选地,所述第二消浪结构单元为筒体,所述筒体两端敞口设置。
优选地,所述第二消浪结构单元内设置有容水腔,所述容水腔的腔壁上设置有透水孔。
所述第二消浪结构单元内设置有容水腔,在使用时,水从透水孔进入容水腔,来增加所述第二消浪结构单元的自重,以降低第二消浪结构单元的整体浮力,使得第二消浪结构单元在预制时可以加工的更轻便,有效地降低了加工和运输成本,同时第二消浪结构单元的整体浮力的降低,也能有效地减小第二消浪结构单元施加给第一柔性件的拉力,而且能够能好地承受水下涌浪带来的侧向冲击,达到更好的消浪效果。
本申请还公开了一种消浪设施系统,包括如本申请所述的消浪设施,所述第一消浪结构的至少一部分位于水面以上。
本申请所述的一种消浪设施系统,所述第一消浪结构的至少一部分位于水面以上,故当波浪通过消浪设施时,需要经过至少两个所述第一消浪结构形成的多弯水流通道,从而改变了波浪的前进路径,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请所述的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
本申请还公开了一种消浪设施系统,包括如本申请所述的消浪设施,所述第一消浪结构的至少一部分位于水面以上,所述第二消浪结构位于所述水面以下。
本申请所述的一种消浪设施系统,不仅通过所述第一消浪结构来消减水面的波浪,同时利用水下的第二消浪结构来降低水面下涌浪的强度,从而使得本申请所述的一种消浪设施系统,能够达到更好的消浪效果。
本申请还公开了一种消浪堤坝,包括至少两个间隔设置的基础,相邻所述基础之间设置有本申请所述的消浪设施或本申请所述的消浪设施系统,所述第一消浪结构能够减小相邻所述基础之间水流通道的净流面积,所述第一消浪结构与至少一个相邻的基础相连接。
本申请所述的一种消浪堤坝,通过间隔设置的基础来形成消浪堤坝的基础,再在相邻所述基础之间设置有第一消浪结构,通过第一消浪结构减小相邻所述基础的通道的净流面积,并形成多弯通道,利用基础和第一消浪结构的组合来减小波浪的通道面积,同时改变波浪前进路径,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于所述第一消浪结构只减小了相邻所述基础的通道的净流面积,而并没有完全隔绝相邻所述基础之间的通道,从而使得本申请所述的消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
优选地,所述基础上部设置朝向水平外侧延伸的凸台。
基础上部采用凸台,可逆转部分波浪,有效减少消浪堤坝的总越浪量。
优选地,所述基础包括筒体,所述筒体内填充有填料,所述筒体包括沿所述筒体长度方向依次设置的混凝土筒和钢筒,所述混凝土筒位于所述钢筒的上方,所述混凝土筒与所述钢筒之间封闭设置,所述第一消浪结构连接于所述混凝土筒上。
筒体上部是混凝土筒,下部是钢筒,在使用时,钢筒全部没入水下,混凝土筒的一部分位于水面以上,另一部分位于水面以下,钢筒和混凝土筒形成的组合形式,通过混凝土筒来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒能够适应更多地质条件。
同时,组合筒结合了上部混凝土筒重量大(因为混凝土强重比小,且部分水面以上是干容重),下部钢筒在水下土中下沉摩阻力小的优势;下部钢筒受拉性能比上部混凝土筒好,匹配筒内填料随深度增加侧压力增加,筒体环向拉力引起筒壁拉力增加的特点,结构性能更优。
优选地,当所述消浪设施包括所述第二消浪结构时,所述附着件连接于对应侧的所述钢筒上,所述第二消浪结构与至少一侧的所述钢筒之间具有间隙,使得第二消浪结构也能达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
优选地,所述混凝土筒与所述第一消浪结构一体预制成型。
具体地,所述第一消浪结构包括竖向设置的柱体结构,使得混凝土筒与所述第一消浪结构一体预制时更好地脱模。
优选地,相邻所述基础之间的所述第一消浪结构交替连接于两侧的所述基础上。
本申请还公开了一种消浪堤坝系统,包括本申请所述的消浪堤坝,所述混凝土筒的一部分位于水面以上,所述钢筒全部位于所述水面以下。
本申请所述的一种消浪堤坝系统,筒体上部是混凝土筒,下部是钢筒,在使用时,钢筒全部没入水下,混凝土筒的一部分位于水面以上,另一部分位于水面以下,钢筒和混凝土筒形成的组合形式,通过混凝土筒来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒能够适应更多地质条件。
同时,组合筒结合了上部混凝土筒重量大(因为混凝土强重比小,且部分水面以上是干容重),下部钢筒在水下土中下沉摩阻力小的优势;下部钢筒受拉性能比上部混凝土筒好,匹配筒内填料随深度增加侧压力增加,筒体环向拉力引起筒壁拉力增加的特点,结构性能更优。
优选地,所述钢筒的至少一部分插入水底面。
当波浪或海风施加给筒体上部侧向外载荷F外,水底面下部的土体能够给筒体施加与外载荷F外相反的被动土压力F被,从而使的本实施例所述的大直径组合筒的整体自重能够提供对外载荷F外的大部分抵抗能力即可满足要求,而不需要提供对于外载荷F外的全部抵抗能力,从而在相对受力要求下,大直径组合筒的抗力要求能够有效降低。
水底面指河床面或海床面。
本申请还公开了一种用于本申请所述消浪堤坝的施工方法,包含以下步骤:
S1.将混凝土筒和钢筒分开预制并分别输送至安装位置附近,其中,所述第一消浪结构与所述混凝土筒相连接,所述附着件与所述钢筒相连接;
S2.将混凝土筒连接至钢筒上方,形成筒体;
S3.将筒体整体吊装至安装位置;
S4.下放筒体,使得筒体依靠自重下沉至设计标高,其中,混凝土筒的一部分没入水面,所述钢筒全部没入水面,所述钢筒的底部沉入水底面;
S5.在筒体内填充填料,并将所述第二消浪结构沉入水下,所述第二消浪结构与对应所述附着件柔性连接。
本申请的一种用于所述消浪堤坝的施工方法,将混凝土筒和钢筒分开预制,相比较现有整体预制的混凝土筒或钢筒来说,单件预制规格大大减小,预制难度大大降低,且相比较整体预制的钢筋混凝土筒来说,大大降低对输送工具的要求,同时,在下沉过程中,组合筒结合了上部混凝土筒重量大(因为混凝土强重比小,且水面以上的部分是干容重),下部钢筒在水下土中下沉摩阻力小的优势,依靠自重即可下沉至设计标高,安装到位,相比较整体预制的钢筒需要专门的振动设备振动下沉来说,大大降低了施工成本和施工难度。同时,在下沉之前,将第一消浪结构与所述混凝土筒相连接,有效地降低了现场施工的难度,而且,先将所述附着件与所述钢筒相连接,之后将所述第二消浪结构沉入水下,所述第二消浪结构与对应所述附着件在水下柔性连接,相比较现场水下焊接作业来说,大大降低了现场水下施工的难度,同时,该形式也有效避免了因第二消浪结构与钢筒之间大面积焊接带来的钢筒变形较大问题,为步骤S2中混凝土筒与钢筒之间的连接精度提供了保障。
优选地,在步骤S1中,所述第一消浪结构与所述混凝土筒一体预制成型。
优选地,所述筒体下部设置有高压水设施和空气幕,在步骤S4中,所述筒体下沉过程中,打开所述高压水设施和所述空气幕,所述高压水设施用于减小水下土对筒体的端阻力,所述空气幕用于减小水下土对筒体的侧阻力。
优选地,筒体上部设置有GPS和/或倾斜仪,在步骤S4中,利用GPS和/或倾斜仪、高压水设施和空气幕调整筒体的倾斜度。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本申请所述的一种消浪设施,当波浪通过消浪设施时,需要经过至少两个所述第一消浪结构形成的多弯水流通道,从而改变了波浪的前进路径,增加波浪水质点流动长度,进而起到快速消耗波浪能量的作用,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请所述的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
2、本申请所述的一种消浪设施系统,所述第一消浪结构的至少一部分位于水面以上,故当波浪通过消浪设施时,需要经过至少两个所述第一消浪结构形成的多弯水流通道,从而改变了波浪的前进路径,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请所述的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
3、本申请所述的一种消浪设施系统,不仅通过所述第一消浪结构来消减水面的波浪,同时利用水下的第二消浪结构来降低水面下涌浪的强度,从而使得本申请所述的一种消浪设施系统,能够达到更好的消浪效果。
4、本申请所述的一种消浪堤坝,通过间隔设置的基础来形成消浪堤坝的基础,再在相邻所述基础之间设置有第一消浪结构,通过第一消浪结构减小相邻所述基础的通道的净流面积,并形成多弯通道,利用基础和第一消浪结构的组合来减小波浪的通道面积,同时改变波浪前进路径,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于所述第一消浪结构只减小了相邻所述基础的通道的净流面积,而并没有完全隔绝相邻所述基础之间的通道,从而使得本申请所述的消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
5、本申请所述的一种消浪堤坝系统,筒体上部是混凝土筒,下部是钢筒,在使用时,钢筒全部没入水下,混凝土筒的一部分位于水面以上,另一部分位于水面以下,钢筒和混凝土筒形成的组合形式,通过混凝土筒来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒能够适应更多地质条件。同时,组合筒结合了上部混凝土筒重量大(因为混凝土强重比小,且部分水面以上是干容重),下部钢筒在水下土中下沉摩阻力小的优势;下部钢筒受拉性能比上部混凝土筒好,匹配筒内填料随深度增加侧压力增加,筒体环向拉力引起筒壁拉力增加的特点,结构性能更优。
附图说明
图1是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒,3个条状)。
图2是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒,4个条状)。
图3是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒,5个条状)。
图4是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形,3个条状)。
图5是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形,4个条状)。
图6是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形,3个弧形状)。
图7是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形,3个三角形状)。
图8是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形,3个梯形状)。
图9是本发明的一种消浪堤坝系统的结构主视示意图(无第二消浪结构)。
图10是本发明的一种消浪堤坝系统的结构主视示意图(有第二消浪结构)。
图11是本发明的附图11中A部放大示意图。
图12是本发明的附图10中B-B剖视示意图。
图13是本发明的第二消浪结构与第一柔性件的配合示意图(筒体整体)。
图14是本发明的多个第二消浪结构单元与第一柔性件的配合示意图(筒体)。
图15是本发明的多个第二消浪结构单元与第一柔性件的配合示意图(板体)。
图16是本发明的多个第二消浪结构单元与第一柔性件的配合示意图(球体)。
图17是本发明的筒体的立体示意图。
图18是本发明的筒体的使用受力示意图。
图19是本发明的填料对钢筒筒壁会产生法向土压力示意图。
图20是本发明的钢筒筒壁上的微段研究示意图。
图21是本发明的一种筒体的结构竖向截面示意图。
图22是本发明的附图21中A-A剖面示意图。
图23是本发明的附图22中C-C剖面示意图。
图24是本发明的附图22中D-D剖面示意图。
图25是本发明的附图21中B部放大示意图。
图26是本发明的空气幕和高压水设施调整筒体姿态示意图。
图27是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒输送示意图。
图28是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筒输送示意图。
图29是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒和钢筒整体吊装示意图。
图30是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒和钢筒整体下沉示意图。
图31是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒和钢筒整体下沉至设计标高位置示意图。
图32是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中填料的施工示意图。
图33是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中浇筑补偿混凝土垫层的施工示意图。
图34是本发明的两个第一消浪结构(41)之间夹角N示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-8所示,本实施例所述的一种消浪设施,包括至少三个间隔设置的第一消浪结构41,至少两个所述第一消浪结构41形成多弯水流通道。多弯通道至至少有3个弯的水流通道。
如图34所述,所述第一消浪结构41包括竖向设置的柱体结构。所述柱体结构横截面为矩形或梯形或齿形或圆弧形或三角形。所述柱体结构横截面为矩形,相邻所述柱体结构之间的夹角为N,0°≥N≥30°
如图10-12所示,所述第一消浪结构41下部还设置有第二消浪结构42,所述第二消浪结构42的至少一侧设置有附着件43,所述第二消浪结构42与至少一个所述附着件43柔性连接。所述第二消浪结构42与所述附着件43通过第一柔性件44柔性连接,所述第一柔性件44与对应所述附着件43可拆卸连接,由于所述第二消浪结构42位于所述第一消浪结构41下部,故在施工时,所述第二消浪结构42常常会在水面37以下,以降低水面37下涌浪的强度,此时,通过第一柔性件44与对应所述附着件43可拆卸连接的方式,相比于常规的焊接等方式来说,能够大大减小安装人员在水下的安装难度;同时,利用第二消浪结构42的摆动也能够达到降低水面下涌浪的强度的效果,而且不会对透水率产生较大影响。
上述方案中,所述第一柔性件44与对应所述附着件43可拆卸连接的方式优选两种:
方式一:所述第一柔性件44与对应所述附着件43相挂接。通过第一柔性件44与对应所述附着件43相挂接的方式,更加有效地减少了大大减小安装人员在水下的安装难度;同时,利用第二消浪结构42的摆动也能够达到降低水面下涌浪的强度的效果,而且不会对透水率产生较大影响。
具体地,所述附着件43包括挂钩,所述第一柔性件44上连接有挂环,所述挂环与对应的所述挂钩相挂接;或者所述附着件43包括挂环,所述第一柔性件44上连接有挂钩,所述挂环与对应的所述挂钩相挂接。
上述方案中,挂钩为闭合式的挂钩,类似于钥匙扣,能够很容易挂接,但是其自身不容易脱钩。
方式二:所述第一柔性件44与对应所述附着件43相扣接。
以上两种方式均能够使得安装人员较容易的将所述第一柔性件44与对应所述附着件43相连接,而设置所述第一柔性件44的目的,也是方便操作人员安装,比起第二消浪结构42来说,第一柔性件44会轻很多,也更容易局部精细操作。
所述第二消浪结构42的一侧连接有至少两根所述第一柔性件44,其中,位于所述第二消浪结构42同侧的至少两根所述第一柔性件44竖向间隔设置。
具体地,第一柔性件44为柔性绳或弹簧绳,柔性绳或弹簧绳外侧均可以设置防腐塑料包裹,以增加柔性绳或弹簧绳的防腐概率。
所述第二消浪结构42包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元45,所述第二消浪结构单元45与至少一个所述附着件43柔性连接。
至少两个相邻所述第二消浪结构单元45相连接。
至少两个相邻所述第二消浪结构单元45通过第二柔性件46柔性连接。
第二柔性件46为柔性绳或弹簧绳,柔性绳或弹簧绳外侧均可以设置防腐塑料包裹,以增加柔性绳或弹簧绳的防腐概率。所述第二消浪结构单元45为板体、球体或筒体。所述第二消浪结构单元45为筒体,所述筒体两端敞口设置。水底面39指河床面或海床面。
所述第二消浪结构42上部竖向连接有第三柔性件453,用于竖向固定第二消浪结构42。第三柔性件453上部连接于钢筋混凝土筒32的上部位于水面37以上的部分。
本实施例所述的一种消浪设施,当波浪通过消浪设施时,需要经过至少两个所述第一消浪结构41形成的多弯水流通道,从而改变了波浪的前进路径,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请所述的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
实施例2
如图1-6所示,本实施例所述的一种消浪设施,与实施例1的不同之处在于:所述第二消浪结构单元45内设置有容水腔451,所述容水腔451的腔壁上设置有透水孔452。
所述第二消浪结构单元45内设置有容水腔451,在使用时,水从透水孔452进入容水腔451,来增加所述第二消浪结构单元45的自重,以降低第二消浪结构单元45的整体浮力,使得第二消浪结构单元45在预制时可以加工的更轻便,有效地降低了加工和运输成本,同时第二消浪结构单元45的整体浮力的降低,也能有效地减小第二消浪结构单元45施加给第一柔性件44的拉力,而且能够能好地承受水下涌浪带来的侧向冲击,达到更好的消浪效果。
实施例3
本实施例公开了一种消浪设施系统,包括如实施例1或2所述的消浪设施,所述第一消浪结构41的至少一部分位于水面37以上。
本申请所述的一种消浪设施系统,所述第一消浪结构41的至少一部分位于水面37以上,故当波浪通过消浪设施时,需要经过至少两个所述第一消浪结构41形成的多弯水流通道,从而改变了波浪的前进路径,将波浪的前进路径改变为多弯路径,多弯路径的设置,把有规律波浪转化为涡流、反射水流及扰流,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于波浪能够通过多弯路径,到达消浪设施的另一侧,使得本申请所述的一种消浪设施两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
实施例4
本实施例公开了一种消浪设施系统,包括如实施例1或2所述的消浪设施,所述第一消浪结构41的至少一部分位于水面37以上,所述第二消浪结构42位于所述水面37以下。
本申请所述的一种消浪设施系统,不仅通过所述第一消浪结构41来消减水面的波浪,同时利用水下的第二消浪结构42来降低水面37下涌浪的强度,从而使得本申请所述的一种消浪设施系统,能够达到更好的消浪效果。
实施例5
如图1-8所示,本实施例公开了一种消浪堤坝,包括至少两个间隔设置的基础3,相邻所述基础3之间设置有实施例1或2所述的消浪设施,或实施例3或4所述的消浪设施系统,所述第一消浪结构41能够减小相邻所述基础3之间水流通道的净流面积,所述第一消浪结构41与至少一个相邻的基础3相连接。
在上述基础上,进一步优选的方式,所述基础3上部设置朝向水平外侧延伸的凸台301。基础3上部采用凸台301,可逆转部分波浪,有效减少消浪堤坝的总越浪量。
在上述基础上,进一步优选的方式,所述基础3包括筒体30,所述筒体30内填充有填料31,所述筒体30包括沿所述筒体30长度方向依次设置的混凝土筒32和钢筒33,所述混凝土筒32位于所述钢筒33的上方,所述混凝土筒32与所述钢筒33之间封闭设置,所述第一消浪结构41连接于所述混凝土筒32上。
筒体30上部是混凝土筒32,下部是钢筒33,在使用时,钢筒33全部没入水下,混凝土筒32的一部分位于水面37以上,另一部分位于水面37以下,钢筒33和混凝土筒32形成的组合形式,通过混凝土筒32来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒33能够适应更多地质条件。
同时,组合筒结合了上部混凝土筒32重量大因为混凝土强重比小,且部分水面37以上是干容重,下部钢筒33在水下土中下沉摩阻力小的优势;下部钢筒33受拉性能比上部混凝土筒32好,匹配筒内填料31随深度增加侧压力增加,筒体30环向拉力引起筒壁拉力增加的特点,结构性能更优。
在上述基础上,进一步优选的方式,当所述消浪设施包括所述第二消浪结构42时,所述附着件43连接于对应侧的所述钢筒33上,所述第二消浪结构42与至少一侧的所述钢筒33之间具有间隙,使得第二消浪结构42也能达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
在上述基础上,进一步优选的方式,所述混凝土筒32与所述第一消浪结构41一体预制成型。第一消浪结构41能够增加混凝土筒32的径向刚度。
具体地,所述第一消浪结构41包括竖向设置的柱体结构,使得混凝土筒32与所述第一消浪结构41一体预制时更好地脱模。
在上述基础上,进一步优选的方式,相邻所述基础3之间的所述第一消浪结构41交替连接于两侧的所述基础3上。
混凝土筒32的两端是敞口设置,钢筒33的两端也是敞口设置。混凝土筒32优选为钢筋混凝土筒。根据水面37浪高的不同,混凝土筒32沿其长度方向的长度为A,7m≤A≤30m,使其满足高度方向从水面37以上+2~+12m,到水面37以下-15~-5m,以满足本申请的一种大直径组合筒在海洋上的普遍使用。
在上述基础上,进一步优选的方式,钢筒33最大外径20.5m≤R1≤40m。钢筒33的壁厚为T1,0.01m≤T1≤0.05m。
经过反复实验得到,本申请的钢筒33最大外径R1≥20.5m,而壁厚T1仅0.01m≤T1≤0.05m,使得钢筒33能够产生“布袋”效应,其结合了大型单桩(monopile)和传统重力式防波堤(revetment)的优点:
由于大型单桩(monopile)所用材料为混凝土或钢等人造材料,而本申请的大直径组合筒,钢筒33内填充了更多的填料31,例如淤泥、中粗砂等,更绿色环保,进而节约成本;
由于传统重力式防波堤(revetment)的填料为自由坍落成型,故本申请的大直径组合筒,能够节约超过三分之二的内部填料。
同时,如图19所示,填料31对钢筒33筒壁会产生法向土压力。
如图20所示,取钢筒33筒壁上的一个微段研究可以看出,由于钢筒33产生“布袋”效应,使得法向土压力带来钢筒33筒壁上沿周向的拉力,使得内部填料与圆筒形成整体效应,拉力带来额外圆筒刚度如同装砂的布袋,加强钢筒33结构刚度和整体稳定性。
混凝土筒32优选钢筋混凝土材质制成的筒,其横截面可以是圆形、椭圆形、方形或多边形等截面,在其长度方向上,也可以是等,也可以是变截面。
钢筒33横截面优选为圆形、椭圆形、方形或多边形等,在其长度方向上,也可以是等截面,也可以是变截面。钢筒33与混凝土筒32同轴设置。
在上述基础上,进一步优选的方式,混凝土筒32的壁厚为T2,10≤T2/T1≤200,在相同外径规格的情况下,由于钢筒33所需的壁厚远小于混凝土筒32的壁厚,使得本申请的大直径组合筒整体重量比相同外径规格的钢筋混凝土筒要轻很多,从而能够使得更多的现有预制施工工艺及设备满足其运输及下沉施工。
如图21-24所示,混凝土筒32与钢筒33之间设置有横向限位装置,横向限位装置用于限制混凝土筒32相对于钢筒33的水平横移。
具体地,横向限位装置包括凹槽322和与凹槽322相配合的凸出部332,凹槽322设置于混凝土筒32和钢筒33中的一个上,凸出部332设置于混凝土筒32和钢筒33中的另一个上,来控制混凝土筒32相对于钢筒33横向移动。
具体地,凹槽322设置于混凝土筒32底部,凸出部332设置于钢筒33顶部。凹槽322沿混凝土筒32的筒壁周向设置一圈,凸出部332沿钢筒33的筒壁周向设置一圈,使得凹槽322和凸出部332的配合能够实现混凝土筒32与钢筒33之间封闭设置。
在上述基础上,进一步优选的方式,凹槽322内填充有柔性填充层323,柔性填充层323填充于凸出部332的两侧。
由于在施工中,由于施工误差,钢筒33的顶部插入凹槽322内的凸出部332无法与凹槽322完全精准配合,此时,凹槽322内填充有柔性填充层323,能够使混凝土筒32与钢筒33之间达到更好的封闭效果,同时,因为混凝土筒32与钢筒33普遍尺寸较大,在安装混凝土筒32与钢筒33过程中,当凹槽322与凸出部332配合安装时,能够起到减震作用,以降低混凝土筒32与钢筒33之间的冲击及震动。具体地,柔性填充层323包括沥青,橡胶等材料。
在上述基础上,进一步优选的方式,混凝土筒32底部与钢筒33相连接。主要起两方面作用,其一,混凝土筒32与钢筒33相连接,方便混凝土筒32与钢筒33整体起吊;其二,作为限制混凝土筒32相对于钢筒33横向移动的一种具体措施。
具体地,混凝土筒32底部设置有预埋件324,钢筒33上连接有连接件333,预埋件324与连接件333可拆卸连接和/或焊接。
具体地,预埋件324与连接件333通过螺栓连接,其外部一圈相互焊接。连接件333与钢筒33之间连接有加强筋334。预埋件324沿混凝土筒32的筒壁周向设置一圈,连接件333沿钢筒33的筒壁周向设置一圈,使得预埋件324和连接件333的连接能够实现混凝土筒32与钢筒33之间封闭设置。
如图25所示,在上述基础上,进一步优选的方式,筒体30下部设置有减阻设施,减阻设施用于减小筒体30下沉过程中的阻力,减阻设施包括高压水设施34,高压水设施34设置于钢筒33的下部,高压水设施34用于减小钢筒33的下沉端部阻力,其中,高压水设施34优选高压水枪;钢筒33下部设置有空气幕35,空气幕35用于减小钢筒33的下沉侧面阻力。
筒体30下沉过程中,打开高压水设施34和空气幕35,高压水设施34用于减小水下土对筒体30的端阻力,空气幕35用于减小水下土对筒体30的侧阻力。
进一步地,筒体30上部安装GPS和/或倾斜仪,利用GPS和/或倾斜仪、高压水设施34和空气幕35调整筒体30的倾斜度,例如:如图26所示,当筒体30下沉过程向右侧倾斜时,加大左侧高压水设施34和空气幕35的压力,或减小右侧高压水设施34和空气幕35的压力,通过调节桶底不同部位的减阻设施释放的压力,结合筒体30倾斜仪或GPS等监测数据反馈,即可动态调节筒体30下沉姿态。
在上述基础上,进一步优选的方式,混凝土筒32包括至少两个竖向依次支撑的钢筋混凝土筒单元321,相邻钢筋混凝土筒单元321之间封闭设置。
在上述基础上,进一步优选的方式,混凝土筒32上部最大外径小于下部最大外径。
筒体30顶部设置有混凝土垫层38,用于补齐筒体30的沉降高度。
本实施例所述的一种消浪堤坝,通过间隔设置的基础3来形成消浪堤坝的基础,再在相邻所述基础3之间设置有第一消浪结构41,通过第一消浪结构41减小相邻所述基础3的通道的净流面积,并形成多弯通道,利用基础3和第一消浪结构41的组合来减小波浪的通道面积,同时改变波浪前进路径,进而达到降低波浪高度的目的,同时,由于所述第一消浪结构41只减小了相邻所述基础3的通道的净流面积,而并没有完全隔绝相邻所述基础3之间的通道,从而使得本申请所述的消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证,进而达到透水不透浪的目的,从而大大减小对海洋生态环境的影响。
实施例6
如图9-26所示,本实施例公开了一种消浪堤坝系统,包括实施例5所述的消浪堤坝,所述混凝土筒32的一部分位于水面37以上,所述钢筒33全部位于所述水面37以下。
本申请所述的一种消浪堤坝系统,筒体30上部是混凝土筒32,下部是钢筒33,在使用时,钢筒33全部没入水下,混凝土筒32的一部分位于水面37以上,另一部分位于水面37以下,钢筒33和混凝土筒32形成的组合形式,通过混凝土筒32来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒33能够适应更多地质条件。
同时,因为混凝土强重比小,且水面37以上部分是干容重,组合筒结合了上部混凝土筒32重量大,下部钢筒33在水下土中下沉摩阻力小的优势;下部钢筒33受拉性能比上部混凝土筒32好,匹配筒内填料31随深度增加侧压力增加,筒体30环向拉力引起筒壁拉力增加的特点,结构性能更优。
所述钢筒33的至少一部分插入水底面39,水底面39指河床面或海床面。
如图18所示,当波浪或海风施加给筒体30上部侧向外载荷F外,水底面39下部的土体能够给筒体30施加与外载荷F外相反的被动土压力F被,从而使的本实施例所述的大直径组合筒的整体自重能够提供对外载荷F外的大部分抵抗能力即可满足要求,而不需要提供对于外载荷F外的全部抵抗能力,从而在相对受力要求下,大直径组合筒的抗力要求能够有效降低。
实施例7
如图27-33所示,本实施例公开了一种用于实施例5所述消浪堤坝的施工方法,包含以下步骤:
S1.将混凝土筒32和钢筒33分开预制并分别输送至安装位置附近,其中,所述第一消浪结构41与所述混凝土筒32相连接,所述附着件43与所述钢筒33相连接;
S2.将混凝土筒32连接至钢筒33上方,形成筒体30;
S3.将筒体30整体吊装至安装位置;
S4.下放筒体30,使得筒体30依靠自重下沉至设计标高,其中,混凝土筒32的一部分没入水面37,所述钢筒33全部没入水面37,所述钢筒33的底部沉入水底面39;
S5.在筒体30内填充填料31,并将所述第二消浪结构42沉入水下,所述第二消浪结构42与对应所述附着件43柔性连接。
本申请的一种用于所述消浪堤坝的施工方法,将混凝土筒32和钢筒33分开预制,相比较现有整体预制的混凝土筒32或钢筒33来说,单件预制规格大大减小,预制难度大大降低,且相比较整体预制的钢筋混凝土筒来说,大大降低对输送工具的要求,同时,在下沉过程中,组合筒结合了上部混凝土筒32重量大因为混凝土强重比小,且水面37以上的部分是干容重,下部钢筒33在水下土中下沉摩阻力小的优势,依靠自重即可下沉至设计标高,安装到位,相比较整体预制的钢筒需要专门的振动设备振动下沉来说,大大降低了施工成本和施工难度。同时,在下沉之前,将第一消浪结构41与所述混凝土筒32相连接,有效地降低了现场施工的难度,而且,先将所述附着件43与所述钢筒33相连接,之后将所述第二消浪结构42沉入水下,所述第二消浪结构42与对应所述附着件43在水下柔性连接,相比较现场水下焊接作业来说,大大降低了现场水下施工的难度,同时,该形式也有效避免了因第二消浪结构42与钢筒33之间大面积焊接带来的钢筒33变形较大问题,为步骤S2中混凝土筒32与钢筒33之间的连接精度提供了保障。
在步骤S1中,所述第一消浪结构41与所述混凝土筒32一体预制成型。
所述筒体30下部设置有高压水设施34和空气幕35,在步骤S4中,所述筒体30下沉过程中,打开所述高压水设施34和所述空气幕35,所述高压水设施34用于减小水下土对筒体30的端阻力,所述空气幕35用于减小水下土对筒体30的侧阻力。筒体30上部设置有GPS和/或倾斜仪,在步骤S4中,利用GPS和/或倾斜仪、高压水设施34和空气幕35调整筒体30的倾斜度。
下面展示本实施例的消浪堤坝的施工方法中一种较优的用于所述消浪堤坝的施工方法:
混凝土筒32在陆上或预制工厂流水线上预制,所述第一消浪结构41与所述混凝土筒32一体预制成型;所述附着件43与所述钢筒33相焊接或螺纹连接;
混凝土筒32在陆上或预制工厂流水线上预制完成后,通过半潜驳运输至现场与钢筒33现场拼接,再整体吊装和下沉;
下沉时筒体30部分重力用于和吊力平衡,起到被动控制筒体30倾斜度的效果。之后通过筒底间隔设置的高压水设施34和空气幕35,减小筒体30下沉施工时的土的端阻力和侧阻力。高压水设施34和空气幕35至少沿筒体30周向等间隔设置4组,其中,高压水设施34优选高压水枪。
下沉过程中,通过调控部分高压水设施34和空气幕35的压力大小,主动控制筒倾斜度在0.2~2%。
为增加下沉力,筒体30上部设置气密盖帽36,筒内形成密闭腔,盖帽36上设置抽气孔361、抽气管,让筒内形成负压,获得下沉吸力,吸力与重力协同工作,趋使筒体30下沉。
筒体30下沉时和下沉后的原理见下面等式:
–L+Gc+Gs–Bc–Bs+S–T–F=0
上式L:吊力,Gc:混凝土筒32重力,Gs:钢筒33重力,Bc:混凝土筒32浮力,Bs:钢筒33浮力,S:吸力必要时,T:钢筒33端阻力大小取决于地层土质参数,以及高压水减阻效果,F:钢筒33侧壁阻力大小取决于回填料摩擦角和高度,以及筒体30外部土质地层和空气幕35减阻效果。
筒体30的重力为G,G=Gc+Gs;筒体30的浮力为B,B=Bc+Bs。
组合筒体30沉至设计标高后,停止高压水设施34和空气幕35。筒下沉姿态控制结合不同位置高压水设施34和空气幕35压力调节以及筒顶设置GPS+倾斜仪等方法控制。完成后,筒内填满砂或填部分砂,必要时振冲(填砂高度和振冲必要性取决于外海荷载大小),钢筒33外侧堆积防冲刷结构310,筒体30内部填淤泥并做部分固化(固化必要性取决于外海荷载大小),同时,将所述第二消浪结构42沉入水下,操作人员将所述第二消浪结构42与对应所述附着件43柔性连接。
本实施例的一种用于所述消浪堤坝的施工方法:对于静力下沉,大直径组合筒结合了上部混凝土圆筒重量大(因为混凝土强重比小,且部分水面以上是干容重),下部钢圆筒土中下沉摩阻力小的优势;4下部钢结构受拉性能比上部混凝土好,匹配筒内填料土体随深度增加侧压力增加,圆筒环向拉力引起筒壁拉力增加的特点,结构性能优;5永久阶段,拉力带来额外圆筒刚度(如同装砂的布袋),加强圆筒结构刚度和整体稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (30)
1.一种消浪设施,其特征在于,包括至少三个间隔设置的第一消浪结构(41),至少两个所述第一消浪结构(41)形成多弯水流通道。
2.根据权利要求1所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第一消浪结构(41)包括竖向设置的柱体结构。
3.根据权利要求2所述的一种消浪设施,其特征在于,所述柱体结构横截面为矩形或梯形或齿形或圆弧形或三角形。
4.根据权利要求2所述的一种消浪设施,其特征在于,所述柱体结构横截面为矩形,相邻所述柱体结构之间的夹角为N,0°≥N≥30°。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第一消浪结构(41)下部还设置有第二消浪结构(42),所述第二消浪结构(42)的至少一侧设置有附着件(43),所述第二消浪结构(42)与至少一个所述附着件(43)柔性连接。
6.根据权利要求5所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第二消浪结构(42)与所述附着件(43)通过第一柔性件(44)柔性连接,所述第一柔性件(44)与对应所述附着件(43)可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第一柔性件(44)与对应所述附着件(43)相挂接。
8.根据权利要求7所述的一种消浪设施,其特征在于,
所述附着件(43)包括挂钩,所述第一柔性件(44)上连接有挂环,所述挂环与对应的所述挂钩相挂接;
或,
所述附着件(43)包括挂环,所述第一柔性件(44)上连接有挂钩,所述挂环与对应的所述挂钩相挂接。
9.根据权利要求6所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第一柔性件(44)与对应所述附着件(43)相扣接。
10.根据权利要求6所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第二消浪结构(42)的一侧连接有至少两根所述第一柔性件(44),其中,位于所述第二消浪结构(42)同侧的至少两根所述第一柔性件(44)竖向间隔设置。
11.根据权利要求5所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第二消浪结构(42)包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元(45),所述第二消浪结构单元(45)与至少一个所述附着件(43)柔性连接。
12.根据权利要求9所述的一种消浪设施,其特征在于,至少两个相邻所述第二消浪结构单元(45)相连接。
13.根据权利要求10所述的一种消浪设施,其特征在于,至少两个相邻所述第二消浪结构单元(45)通过第二柔性件(46)柔性连接。
14.根据权利要求9所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第二消浪结构单元(45)为板体、球体或筒体。
15.根据权利要求9所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第二消浪结构单元(45)为筒体,所述筒体两端敞口设置。
16.根据权利要求9所述的一种消浪设施,其特征在于,所述第二消浪结构单元(45)内设置有容水腔(451),所述容水腔(451)的腔壁上设置有透水孔(452)。
17.一种消浪设施系统,其特征在于,包括如权利要求1-16任意一项所述的消浪设施,所述第一消浪结构(41)的至少一部分位于水面(37)以上。
18.一种消浪设施系统,其特征在于,包括如权利要求5-16任意一项所述的消浪设施,所述第一消浪结构(41)的至少一部分位于水面(37)以上,所述第二消浪结构(42)位于所述水面(37)以下。
19.一种消浪堤坝,其特征在于,包括至少两个间隔设置的基础(3),相邻所述基础(3)之间设置有如权利要求1-16任意一项所述的消浪设施,或如权利要求17或18所述的消浪设施系统,所述第一消浪结构(41)能够减小相邻所述基础(3)之间水流通道的净流面积,所述第一消浪结构(41)与至少一个相邻的基础(3)相连接。
20.根据权利要求19所述的一种消浪堤坝,其特征在于,所述基础(3)上部设置朝向水平外侧延伸的凸台(301)。
21.根据权利要求19所述的一种消浪堤坝,其特征在于,所述基础(3)包括筒体(30),所述筒体(30)内填充有填料(31),所述筒体(30)包括沿所述筒体(30)长度方向依次设置的混凝土筒(32)和钢筒(33),所述混凝土筒(32)位于所述钢筒(33)的上方,所述混凝土筒(32)与所述钢筒(33)之间封闭设置,所述第一消浪结构(41)连接于所述混凝土筒(32)上。
22.根据权利要求21所述的一种消浪堤坝,其特征在于,当所述消浪设施包括所述第二消浪结构(42)时,所述附着件(43)连接于对应侧的所述钢筒(33)上,所述第二消浪结构(42)与至少一侧的所述钢筒(33)之间具有间隙。
23.根据权利要求21所述的一种消浪堤坝,其特征在于,所述混凝土筒(32)与所述第一消浪结构(41)一体预制成型。
24.根据权利要求19所述的一种消浪堤坝,其特征在于,相邻所述基础(3)之间的所述第一消浪结构(41)交替连接于两侧的所述基础(3)上。
25.一种消浪堤坝系统,其特征在于,包括如权利要求21-23任意一项所述的消浪堤坝,所述混凝土筒(32)的一部分位于水面(37)以上,所述钢筒(33)全部位于所述水面(37)以下。
26.根据权利要求25所述的一种消浪堤坝系统,其特征在于,所述钢筒(33)的至少一部分插入水底面(39)。
27.一种用于权利要求22所述的一种消浪堤坝的施工方法,其特征在于,包含以下步骤:
S1.将混凝土筒(32)和钢筒(33)分开预制并分别输送至安装位置附近,其中,所述第一消浪结构(41)与所述混凝土筒(32)相连接,所述附着件(43)与所述钢筒(33)相连接;
S2.将混凝土筒(32)连接至钢筒(33)上方,形成筒体(30);
S3.将筒体(30)整体吊装至安装位置;
S4.下放筒体(30),使得筒体(30)依靠自重下沉至设计标高,其中,混凝土筒(32)的一部分没入水面(37),所述钢筒(33)全部没入水面(37),所述钢筒(33)的底部沉入水底面(39);
S5.在筒体(30)内填充填料(31),并将所述第二消浪结构(42)沉入水下,所述第二消浪结构(42)与对应所述附着件(43)柔性连接。
28.根据权利要求27所述的一种用于消浪堤坝的施工方法,其特征在于,在步骤S1中,所述第一消浪结构(41)与所述混凝土筒(32)一体预制成型。
29.根据权利要求27所述的一种消浪堤坝的施工方法,其特征在于,所述筒体(30)下部设置有高压水设施(34)和空气幕(35),在步骤S4中,所述筒体(30)下沉过程中,打开所述高压水设施(34)和所述空气幕(35),所述高压水设施(34)用于减小水下土对筒体(30)的端阻力,所述空气幕(35)用于减小水下土对筒体(30)的侧阻力。
30.根据权利要求29所述的一种消浪堤坝的施工方法,其特征在于,筒体(30)上部设置有GPS和/或倾斜仪,在步骤S4中,利用GPS和/或倾斜仪、高压水设施(34)和空气幕(35)调整筒体(30)的倾斜度。
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