CN105714733A - 一种半透水防波堤及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种半透水防波堤，其成型于水下，其包括堤身、倒滤层、护面结构和防浪墙，其中，所述堤身为防波堤的主体，倒滤层铺设于堤身上，在倒滤层上方铺设护面结构形成抗浪结构，所述防浪墙安装铺设于堤身的顶部。所述堤身内部填充若干个沙袋，所述沙袋中填充砂石，所述沙袋水上施工并堆砌在堤身的边缘形成水下围堰，以防护回填料流失并加固回填料堤身的侧边。所述沙袋上覆盖土工管带，所述土工管带堆砌于沙袋上方，形成陆上围堰，管状沙袋和土工管带分别堆砌于堤身的边缘，防护堤心的回填料，避免或减少其渗透流失，加固堤身边缘，提高堤身的抗滑稳定性，起到加强筋的作用，提升防波堤的整体稳定性，堤心采用回填料以减少堤心石等建筑材料，节省工程成本。本发明还提供了一种成型所述半透水防波堤的方法。
Description
技术领域
本发明涉及防波堤、护岸等水工工程领域，尤其涉及一种半透水防波堤。
背景技术
防波堤为阻断波浪的冲击力、围护港池、维持水面平稳以保护港口免受恶劣气象影响，以便船舶安全停泊和作业而修建的建筑物，其传统结构形式主要可以分为直立式和斜坡式。
斜坡堤是一种广泛应用的水工防波堤结构形式。其特点主要是堤心由开山石构成，地基承载力要求低，适用于软弱地基海域。波浪在地面破碎，堤前反射小，整体稳定性高且易于维修。由于斜坡堤结构简单，施工方便，不需要大型起重设备，因此被广泛构建。传统的斜坡式防波堤结构，其材料用量随深水的增加而大大增加，因此传统斜坡堤不适用水深较深且石料来源较少的海域。
直立式防波堤通常为重力式防波堤结构，该结构由自身重量维持结构稳定，常用的结构形式包括普通混凝土方块式、巨型混凝土方块式、钢筋混凝土沉箱式和大直径圆筒式等。方块式直立堤坚固耐用，施工方便，能抵御较大波浪，但是其自重较大，地基应力大，混凝土用量多，水下安装和潜水工作量大，施工进度慢，堤身整体稳定性差。沉箱式直立堤整体稳定性好，水上安装工作量小，施工进度快，箱体中回填砂砾可以降低造价，但是沉箱水上运输需要足够水深的航道，沉箱壁薄，在水位变动区易受海水侵蚀而损坏，对地基承载力要求高，堤顶越浪大。大直径圆筒式直立堤结构简单，材料用量省，可用于软土地基，但其结构机理复杂，使用时候受到一定限制。
海洋大型混凝土建筑本身存在一定的环境影响，随着时间的发展，混凝土中的离子渗析到海水中会对海洋环境造成一定影响，在环保要求很高的地区，深水大型混凝土结构防波堤存在环境隐患。
目前海洋建筑物逐渐走向深水化、大型化，场地条件越来越复杂，施工难度也在增加，传统结构型式在深水防波堤的石材使用量、地基适用性以及结构环保性等问题上存在诸多限制，已不能满足工程要求。因此能适应复杂地质条件，节约石材或混凝土，环境友好型的深水防波堤开发研究变得十分紧迫。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构稳固、建造简易、可适用于深水水域的半透水防波堤及其成型方法。
本发明提供的一种半透水防波堤，其成型于水下，其包括堤身、倒滤层、护面结构和防浪墙，其中，所述堤身为防波堤的主体，倒滤层铺设于堤身上，在倒滤层上方铺设护面结构形成抗浪结构，所述防浪墙安装铺设于堤身的顶部。所述堤身内部填充若干个沙袋，所述沙袋中填充砂石，所述沙袋水上施工并堆砌在堤身的边缘形成水下围堰，以防护回填料流失并加固堤身的侧边。
优选地，所述沙袋呈管状，若干个沙袋沿堤身边缘相互层叠堆砌。
优选地，所述沙袋上覆盖土工管带，所述土工管带堆砌于沙袋上方，所述土工管带通过砂泵吹砂成型，并堆砌形成陆上围堰。所述土工管带由透水透气高强土工织物封闭成袋并吹砂形成。
优选地，所述堤身内部填充有回填料，所述回填料为海砂、砂土、卵石、碎石。
优选地，所述防浪墙安装于堤身的顶部，并与堤身外侧的护面结构相抵并紧密结合，使得防浪墙稳固地安装堤身上，提高整体的防浪稳固性。
一种半透水防波堤的成型方法，其包括以下步骤：
1)在沙袋中填入砂石后密封；
2)将密封的沙袋投入水中堆砌排列在堤身边缘，形成水下分级围堰；
3)待水下分级围堰形成，向围堰中抛填回填料至分级围堰顶部，围堰内部回填料出水；
4)在出水后的沙袋顶部两侧铺设土工管带，在土工管带中投入一定比例混合的海水和砂料，缝合形成封闭透水的土工管带，土工管带自身将内部海水排出后留下砂料，多层土工管带相互堆叠形成陆上分级围堰；
5)采用陆上施工或水上施工或两者结合的方式向陆上分级围堰中回填回填料至设计标高；
6)依次成型倒滤层、护面结构和防浪墙，即可成型所述半透水防波堤。
优选地，在沙袋外侧或内侧铺设土工布或倒滤层，组成倒滤结构。
优选地，在防波堤的堤顶安装防浪墙；防波堤的外侧铺设护面结构形成防波堤抗浪结构。
与现有技术相比，本发明一种半透水防波堤，采用多级堆叠的方式，分层成型防波堤，包括堤心、沙袋、土工管带层等，管状沙袋和土工管带分别堆砌于堤身的边缘，防护堤心的回填料，避免其渗漏，加固堤身边缘，提高堤身的抗滑稳定性，起到加强筋的作用，提升防波堤的整体稳定性。另外，通过沙袋或土工管带填充砂土等硬质填料进行层层堆叠，既不会使得砂土流失，具有良好的环境友好性，不会因砂土流失而造成溃堤；同时，在防波堤的成型方法上，通过水上开体船装填砂土入沙袋中，自动化操作，无需水下作业，提高了堤身成型的效率，提升了施工的安全性和稳定性。堤身具有半透水特性，尤其适合深海潮汐电站蓄水防浪防波堤的建筑。同时，减少了混凝土和堤心石的使用，降低了建筑成本，可因地制宜地利用沿岸的碎石料或砂石，取材方便，且地基适用性强，适用于软基地质海岸或石料来源缺乏的地区。
附图说明
图1是本发明一种半透水防波堤的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
参照图1所示，本发明提供的一种半透水防波堤，其成型于水下，其包括堤身1、倒滤层2、护面结构3和防浪墙4，其中，所述堤身1为防波堤的主体，倒滤层2铺设于堤身上，在倒滤层2上方铺设护面结构3形成抗浪结构，所述防浪墙4安装铺设于堤身的顶部。
所述防波堤呈梯形，其由多种填料堆砌而成，包括多层堆叠防护结构，在堤身的内部堤心填充砂质回填料或小砾石，堤心内部的回填料堆砌成梯形，将大致的防波堤的外形堆砌成型，回填料可就地取材，减小混凝土和堤心石的用量，因地制宜地采用基料作为堤心填充，海砂或卵石等回填料作为防波堤的主体，由于采用小颗粒填充物，堤身渗透系数小透水性弱。
在堤身1内部填充若干个沙袋10，所述沙袋10中填充砂石，所述沙袋10堆砌在堤身1的边缘形成水下围堰，以加固堤身1的侧边。所述沙袋10呈管状，若干个沙袋10沿堤身1边缘相互层叠堆砌。所述堤身1内部填充有回填料，所述回填料为海砂、砂土、卵石、碎石。所述沙袋10沿堤身1的边缘层叠堆砌，管状沙袋10便于稳固堆叠，接触面积大，装袋方便，通过压痕缝线将充满砂石的沙袋进行密封，密封后将沙袋铺平，并将其投入水中，多个沙袋堆叠在堤身的边缘，对堤心内部结构进行加固和密封，防止堤心回填料的流失，起到防护和阻挡作用，既加固了堤身的边缘，又防止堤心回填料流失。
在所述沙袋10上覆盖土工管带12，所述土工管带12堆砌于沙袋10上方，形成陆上围堰。所述土工管带12由砂泵吹入砂石形成。沙袋10和土工管带12具有多重作用，一是由沙袋形成水下围堰，将回填料沉积而成的堤心围闭，避免其卸漏而造成溃坝；另一方面，由于沙袋本身自重大，可在施工期抵抗较大的波浪，故建造这种防波堤，在施工期间不需要额外防护，节约成本和工期；同时，沙袋和土工管带的装填可在装沙船上完成，受到风浪天气等外界因素影响小，采用密封沙袋堆叠在堤心的边缘，也无需受水内环境和深度的影响，工程操作难度大大降低，只需要装袋定位投放入水即可，免去了水下建筑的风险和维护，管状沙袋的直径为2m-5m，长度为10m-30m。土工管带直径为为1m-3m，长度为20m-100m。
沙袋和土工管带的作用相同，都是为了形成围堰结构，区别在于：两者的结构不同，沙袋是高强土工布装砂折叠之后缝合边界形成沙袋结构，土工管带是成品。结构尺寸不一样，沙袋的尺寸取决于开体驳船的尺寸，一般可以达到20-30m，断面高度可以达到1.5-2m左右，土工管带的尺寸取决于现场条件，吹砂能力等，一般长度可以到50m或者更长，断面高度可以到2m-3m甚至更高。施工方法不同，沙袋主要是采用的海上开体驳船施工方式，可以形成深水中的围堰结构，土工管带采用的一般是陆上施工方式，或者结合海上施工方式，要求水深浅，通过砂泵直接往里面灌砂水混合物，排出水后，剩下的砂和土工管带形成围堰。填料不同，沙袋中一般可以是干砂或小碎石等颗粒物，土工管带中主要是砂水混合物，然后通过土工管带本身将水滤出，剩下砂砾。土工管带(Geo-tube)以及使用该产品陆上向其内部吹砂形成围堰结构，施工迅速，抗风浪能力强，施工期无需防护。
所述防浪墙4安装于堤身1的顶部，并与堤身1外侧的护面结构3相抵并紧密结合，使得防浪墙稳固地安装堤身上，提高整体的防浪稳固性。在沙袋10或土工管带12的外侧增设有垫石层5，加固堤身1的侧边稳固性。
优选地，在沙袋外侧或内侧铺设土工布或倒滤层，组成倒滤结构。倒虑结构主要有两种：传统倒虑结构和倒虑土工布，主要作用是阻止细小颗粒物从大颗粒物之间渗出流失，倒虑结构一般布置在两种颗粒粒径相差很大的交界面。传统倒虑结构主要是由级配石组成，施工比较复杂；倒虑土工布主要是采用透水性比较好的土工布直接铺设在两种颗粒粒径相差很大的交界面，由于现在制造工艺的发展，倒虑土工布已经可以满足倒虑要求。优选地，在防波堤的堤顶安装防浪墙；在防波堤的外侧铺设护面结构形成防波堤抗浪结构。护面结构主要铺设在防波堤的表层，材料主要为块石，混凝土人造块体等，作用是依靠自重以及块体间的相互咬合勾连作用抵抗波浪的作用。使用管状沙袋形成围堰抛砂成堤的方法，在开体驳船上铺设土工布，装砂，折叠，缝合运至施工地点开仓抛设，分级形成围堰；管状沙袋抗浪和流的能力强，施工期无需防护。
本发明还提供了一种半透水防波堤的成型方法，其包括以下步骤：
1)在沙袋中填入砂石后密封；
2)将密封的沙袋投入水中堆砌排列在堤身边缘，形成水下分级围堰；
3)待水下分级围堰形成，向围堰中抛填回填料至分级围堰顶部，围堰内部回填料出水；
4)在出水后的沙袋顶部两侧铺设土工管带，在土工管带中投入一定比例混合的海水和砂料，缝合形成封闭透水的土工管带，土工管带自身将内部海水排出后留下砂料，多层土工管带相互堆叠形成陆上分级围堰；
5)采用陆上施工或水上施工或两者结合的方式向陆上分级围堰中回填回填料至设计标高；
6)依次成型倒滤层、护面结构和防浪墙，即可成型所述半透水防波堤。
首先，采用砂土或碎石等回填料堆填入水中，待堆砌到一定高度，回填料露出水面，堤身堆成梯形；然后，在开体驳船舱中铺设高强土工布，成型沙袋，装填砂石并密封；然后，开体驳运行至施工地点打开底舱进行抛设，将密封的沙袋依次投入水中排列堆叠，形成水下分级围堰，待堆叠的沙袋露出水面，待水下分级围堰形成，向围堰中抛填回填料至分级围堰顶部，重复操作直到沙袋分级围堰出水，围堰内部回填料出水；接下来，在出水后的沙袋顶部两侧铺设土工管带，将海水和砂按照一定比例的混合物用砂泵吹入土工管带，土工管带自身将内部海水排出后留下沙料，土工管带与袋中砂料整体快速形成陆上分级围堰结构；采用陆上施工或水上施工或两者结合的方式向陆上分级围堰中回填回填料；最后，重复操作直到分级土工管带围堰与围堰内回填料至设计标高，最后，安装倒虑土结构、垫层块石、护面与挡浪墙等其他结构。通过沙袋和土工管带对堤心的回填料进行围闭，加固堤身周边的结构，并防止回填料渗漏出来。
在装填沙袋时，通过水上开体驳配合沙船，在开体驳上直接回填管状大沙袋，填入砂石后，缝合开口，由开体驳直接抛填入水中，不需要大型机械装备，安装迅速便捷，操作简易，不受水深的影响，无需水下施工作业，为施工提供了一定的便利性和安全性。堤心材料为砂芯、小碎石或者卵石，目前斜坡式防波堤的堤心材料主要60-500kg的开山石，砂芯斜坡式防波堤国内基本没有；堤心材料的价格直接影响工程造价。
本发明一种半透水防波堤，采用多级堆叠的方式，分层成型防波堤，包括堤心、沙袋、土工管带层等，管状沙袋和土工管带分别堆砌于堤身的边缘，防护堤心的回填料，避免其渗漏，加固堤身边缘，提高土体的抗滑稳定性，起到加强筋的作用，提升防波堤的整体稳定性。另外，通过密封袋填充砂土等硬质填料进行层层堆叠，既不会使得砂土流失，具有良好的环境友好性，不会因砂土流失而造成溃坝，并影响水质；同时，在防波堤的成型方法上，通过水上开体船装填砂土入沙袋中，自动化操作，无需水下作业，提高了堤身成型的效率，提升了施工的安全性和稳定性。由于堤心回填料为疏浚砂，小碎石等渗透系数比较小的颗粒材料，堤体结构成形之后在长期自重作用下颗粒间隙密实，同时由于断面宽度较宽，海水的渗径很长，透水性很弱。该半透水特性的防波堤可以使用在外海潮汐电站等对于防波堤有抗浪挡砂和蓄水发电要求的项目中。堤身具有半透水特性，尤其适合深海潮汐电站蓄水防浪防波堤的建筑。同时，减少了混凝土的使用，降低了建筑成本，可因地制宜地利用沿岸的石料或砂石，取材方便，且地基适用性强，适用于软基地质海岸或石料来源缺乏的地区。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种半透水防波堤，其成型于水下，其特征在于包括堤身、倒滤层、护面结构和防浪墙，其中，所述堤身为防波堤的主体，倒滤层铺设于堤身上，在倒滤层上方铺设护面结构形成抗浪结构，所述防浪墙安装铺设于堤身的顶部，所述堤身内部填充若干个沙袋，所述沙袋中填充砂石，所述沙袋水上施工并堆砌在堤身的边缘形成水下分级围堰，以防护回填料流失并加固堤身的侧边。
2.根据权利要求1的半透水防波堤，其特征在于：所述沙袋呈管状，若干个沙袋沿堤身边缘相互层叠堆砌。
3.根据权利要求2的半透水防波堤，其特征在于：所述沙袋上覆盖土工管带，所述土工管带堆砌于沙袋上方，所述土工管带通过砂泵吹砂成型，并堆砌形成陆上围堰。
4.根据权利要求3的半透水防波堤，其特征在于：所述土工管带由透水透气高强土工织物封闭成袋并吹砂形成。
5.根据权利要求1的半透水防波堤，其特征在于：所述堤身内部填充有回填料，所述回填料为海砂、砂土、卵石或小碎石。
6.根据权利要求1的半透水防波堤，其特征在于：所述防浪墙安装于堤身的顶部，并与堤身外侧的护面结构相抵并紧密结合，使得防浪墙稳固地安装堤身上，提高整体的防浪稳固性。
7.一种半透水防波堤的成型方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在沙袋中填入砂石后密封；
2)将密封的沙袋投入水中堆砌排列在堤身边缘，形成水下分级围堰；
3)待水下分级围堰形成，向围堰中抛填回填料至分级围堰顶部，围堰内部回填料出水；
4)在出水后的沙袋顶部两侧铺设土工管带，在土工管带中投入一定比例混合的海水和砂料，缝合形成封闭透水的土工管带，土工管带自身将内部海水排出后留下砂料，多层土工管带相互堆叠形成陆上分级围堰；
5)采用陆上施工或水上施工或两者结合的方式向陆上分级围堰中回填回填料至设计标高；
6)依次成型倒滤层、护面结构和防浪墙，即可成型所述半透水防波堤。
8.根据权利要求7所述的半透水防波堤的成型方法，其特征在于：重复步骤1-3，逐级堆叠沙袋，至沙袋分级围堰及围堰内的回填料露出水面。
9.根据权利要求7所述的半透水防波堤的成型方法，其特征在于：在沙袋外侧或内侧铺设土工布或倒滤层，组成倒滤结构，防止堤心回填料流失。
10.根据权利要求7所述的半透水防波堤的成型方法，其特征在于：在防波堤的堤顶安装防浪墙；在防波堤的外侧铺设护面结构形成防波堤抗浪结构。
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