CN108005025A - 一种吹填岛礁过渡性护坡结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吹填岛礁过渡性护坡结构及其施工方法，包括废旧集装箱，集装箱的箱顶被切割去除，若干集装箱通过角件首尾相连形成一排或多排、相互堆叠的组合结构，组合结构布置于拟建岛礁的边界上，在组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内实施吹填作业，最终使吹填土振捣密实形成高出海平面的陆地，由此构成岛礁陆地的过渡性护岸结构。本发明集装箱及填料的总重量大，稳定性好，能承受较大的风浪作用，能有效维护吹填岛礁的安全；集装箱在海水腐蚀作用下至完全失效通常需一年以上时间，在这期间内吹填岛礁振捣密实形成可供使用的陆地，后续在这新造陆地上开展永久性护坡结构的施工，降低了施工难度，提高了施工质量，最终降低综合造价。

Description

一种吹填岛礁过渡性护坡结构及其施工方法

技术领域：

本发明涉及土木工程填筑技术领域，尤其涉及一种吹填岛礁过渡性护坡结构及其施工方法。

背景技术：

人工岛是人工建造而非自然形成的岛屿，一般在小岛和暗礁基础上建造，通常采用大规模抽沙吹填作业进行填筑，将海沙吹进指定区域，通过固结沉降形成高出海平面的平地，具有就地取材便利、建设周期短、工程建设成本低等特点。随着人口的增长及经济发展的需要，越来越多的沿海国家对领海范围的岛礁进行填海、加高，以满足海洋渔业甚至军事的要求。

吹填岛礁材料大多为海底抽吸的珊瑚沙和珊瑚碎屑物，其难以在海坡或泻湖坡固化稳定，易受海浪侵蚀冲走。特别在较大风浪(如台风袭击)作用下，人工岛护坡下方海沙易被掏空，形成空洞塌陷，严重威胁吹填岛礁的安全。因此，需对人工岛设置护坡围埝。

对于掩蔽性较差、风浪较大的海域，一般采用先围海后填筑的方法，先将人工岛所需水域用堤坝圈围起来，留必要的缺口，以便驳船运送土石料进行抛填或用挖泥船进行水力吹填。护岸的结构型式常采用斜坡式和直墙式；斜坡式护岸采用人工砂坡，并用块石、混凝土块或人工异形块体护坡；直墙式护岸采用钢板桩或钢筋混凝土板桩墙，钢板桩格形结构或沉箱、沉井等。

对于直墙式护岸而言，在海水中进行钢板桩或钢筋混凝土板桩墙或沉箱、沉井的施工，无陆地作为施工场地，仅在施工船舶上开展各项作业，施工场地狭窄，物料堆放场地小，且受天气影响极大，恶劣天气情况下施工船舶需携带各类施工机械与物料返港避风，导致施工周期长、施工成本高、施工质量难以保证。

上述所提护坡结构实际上属于永久性护坡结构，若能在吹填岛礁过程中先使用廉价简便的过渡性、临时性护坡结构，在岛礁稳定成型、岛礁振捣密实且岛礁陆地可利用后，后续再在岛礁陆地上开展后续永久性护坡结构的施工，则大大方便永久性护坡结构的施工作业，最终可降低综合造价。

而另一方面，我国是集装箱的生产与使用大国，全球94％的集装箱由我国制造，同时，我国也是集装箱的淘汰大国，国内每年淘汰出运输业的废旧集装箱达30多万个。而废旧集装箱翻修成本很高，当作废品简单的回炉炼钢既浪费且环保性差，目前仅有少量的集装箱被改造成房屋、灾后临建房、流动展馆等。可见，还有待对数量庞大的废旧集装箱进行改造与利用，发掘其更大的潜在价值。

集装箱是一种用钢材造成供货物运输的设备，主要构件包括顶梁、底梁、门框架、侧壁、端壁、箱顶、角柱、角件等，其强度大、结构牢、焊接性高、水密性好，集装箱的外形如图1所示。若能够把废旧集装箱用于吹填岛礁过渡性护坡结构(因其受海水长期腐蚀而无法作为永久性护坡结构)，一方面可以有效抵挡风浪作用保护吹填岛礁、施工简便、造价低，另一方面也为废旧集装箱的再利用提供新途径，显然符合资源再利用的发展需求。

可见，有必要探讨利用废旧集装箱制作吹填岛礁过渡性护坡结构，促进现有技术的革新与进步。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种吹填岛礁过渡性护坡结构及其施工方法，其操作简单、施工速度快，为吹填岛礁工程提供一种可靠的过渡性护岸结构。

本发明的技术方案如下：

吹填岛礁过渡性护坡结构，其特征在于，包括去除箱顶的废旧集装箱，若干集装箱通过角件首尾相连构成一排或多排相互堆叠的组合结构，组合结构布置于拟建岛礁的边界上，在组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内实施吹填作业，最终使组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内的吹填土振捣密实构成高出海平面的陆地，由集装箱构成的组合结构即为岛礁陆地的过渡性护岸结构。

所述的吹填岛礁过渡性护坡结构，其特征在于，所述各集装箱首尾端面的四个对应角件用角件固定器固定相连构成直线段组合结构；各集装箱首尾端面内侧的两个对应角件通过钢绞线柔性相连构成拐弯段组合结构；直线段结构与拐弯段结构的组合构成封闭形状的护岸结构。

所述的吹填岛礁过渡性护坡结构，其特征在于，所述的废旧集装箱施工前进行防锈、防漏处理，集装箱自浮于海面且不发生渗漏；废旧集装箱的底板上开设多个孔洞，孔洞内用后续可移除的防水材料进行临时性封堵。

吹填岛礁过渡性护坡结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、设计护坡结构：

根据吹填岛礁地区的地质条件、海平面高度、涌浪高度、吹填施工方位、废旧集装箱尺寸参数等因素，设计过渡性护坡结构的位置及参数，确定废旧集装箱的组合方式及施工次序；

2）、平整护坡结构位置处的海礁面：

若护坡结构位置处的海礁面起伏比较大，则需进行平整处理，使海礁面的起伏斜率满足废旧集装箱组合结构的铺设要求；

3）、把集装箱浮运至施工现场：

对废旧集装箱进行防锈、防漏处理，使用密封胶对废旧集装箱的边角及破损处进行防漏处理，在废旧集装箱的底板上均匀、对称的开设多个孔洞，并用后续可移除的防水材料进行临时性封堵，多个废旧集装箱组合后能自浮于海面，利用船只把其浮运拉至施工现场；

4）、沉入第一排集装箱组合结构：

根据设计方案，组装底部第一排集装箱组合结构，把其拉至设计位置的上方，去除集装箱底部各孔洞的封堵材料，海水通过孔洞进入集装箱内部，从而使废旧集装箱组合结构整体平稳的进水并逐渐沉入海中接触海礁面；

5）、对第一排集装箱组合结构进行吹填作业：

对第一排集装箱组合结构围成的内部区域及各集装箱的空腔内进行吹填作业，使组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内填满吹填土；

6）、依次吹填其它各层土体：

按同样方法，依次沉入第二排、第三排……集装箱组合结构，后一排集装箱组合结构压在前一排集装箱组合结构的上部，同步对第二排、第三排……集装箱组合结构围成的内部区域及各集装箱的空腔内进行吹填作业，使组合结构围成的区域内及各集装箱1空腔内填满吹填土，最终使吹填土体露出海面，形成高于海平面的陆地；

7）、振捣密实吹填土：

虽然吹填土体已初步形成高出海面的陆地，但其初始密实度达不到要求，应多次、多遍的对土体进行振捣密实与补充填筑，最终使吹填土的密实度与工后沉降量满足相关要求；

8）、修筑永久护坡结构：

在吹填形成的陆地使用一段时间后、集装箱被海水腐蚀至失效前，在吹填形成的陆地上开展永久护坡结构的施工作业，最终形成置于过渡性护坡结构外围的永久护坡结构，并填充与密实过渡性护坡结构与永久护坡结构之间的间隙。

本发明的有益效果是：

1、本发明由废旧集装箱简单改造加工而成，有效利用了集装箱强度大、结构牢、空间体积大的特点，可把集装箱浮运拉至施工现场，施工简单方便，施工速度快，所提过渡性护坡结构造价低，为废旧集装箱的资源再利用提供了一种新途径；

2、本发明集装箱的空间体积大，集装箱及填料的总重量较大(单个集装箱装满碎石填料后总重量超过40t)，整体稳定性好，能承受较大的风浪作用，能有效维护吹填岛礁的安全；

3、本发明废旧集装箱在海水腐蚀作用下至完全失效通常需一年以上甚至数年时间，故所提过渡性护坡结构具有较长的使用时间，在这使用期间内吹填岛礁完全可以振捣密实形成可供使用的陆地，后续在这新造陆地上开展永久性护坡结构的施工，降低了施工难度，提高了施工质量，最终可降低综合造价。

附图说明：

图1为集装箱结构示意图。

图2为本发明去除箱顶后的集装箱结构示意图。

图3为本发明过渡性护坡结构的直线段连接方式示意图。

图4为本发明过渡性护坡结构的拐弯段连接方式示意图。

图5为本发明过渡性护坡结构的两层堆叠方式示意图。

图6为本发明过渡性护坡结构的三层堆叠方式示意图。

图7为本发明集装箱的海上浮运示意图。

图8为本发明实施例1废旧集装箱的连接示意图。

图9为本发明实施例1吹填完毕示意图。

图10为本发明实施例1永久性护坡结构施工完毕示意图。

图11为本发明实施例2吹填完毕示意图。

图12为本发明实施例3吹填完毕示意图。

附图标记说明： 1、集装箱；2、箱顶；3、角件；4、吹填土；5、永久护坡结构；A、海平面；B、海礁面。

具体实施方式：

参见附图：

吹填岛礁过渡性护坡结构，包括废旧集装箱1，集装箱1的箱顶被切割去除，若干集装箱1通过角件3首尾相连形成一排或多排、相互堆叠的组合结构，组合结构布置于拟建岛礁的边界上，在组合结构围成的区域内及各集装箱1空腔内实施吹填作业，最终使组合结构围成的区域内及各集装箱1空腔内的吹填土4振捣密实形成高出海平面的陆地，由集装箱形成的组合结构即为岛礁陆地的过渡性护岸结构。

所用各集装箱首尾端面的四个对应角件3用角件固定器固定相连可形成直线段组合结构，如图3所示；各集装箱首尾端面内侧的两个对应角件3用钢绞线柔性相连可形成拐弯段组合结构，如图4所示。直线段结构与拐弯段结构的组合可形成任意封闭形状的护岸结构。图5与图6给出了两种常见的集装箱1堆叠方式。

废旧集装箱1施工前应进行防锈、防漏处理，使集装箱能自浮于海面而不发生渗漏；废旧集装箱1的底板上均匀、对称的开设多个孔洞，并用后续可移除的防水材料进行临时性封堵，用船舶把集装箱浮运拉至指定海域后，去除各孔洞的封堵材料，海水通过孔洞进入集装箱内部，从而使集装箱1整体平稳的进水并逐渐沉入海中接触海礁面。图7给出了集装箱的浮运示意图。

吹填岛礁过渡性护坡结构的施工方法，详细描述如下：

1）、设计护坡结构：

根据吹填岛礁地区的地质条件、海平面高度、涌浪高度、吹填施工方位、废旧集装箱尺寸参数等因素，设计过渡性护坡结构的位置及参数，确定废旧集装箱的组合方式及施工次序。

设计中需考虑过渡性护坡结构完成沉降后高出海平面一定的高度，故废旧集装箱堆叠高度应该足够大；但集装箱堆叠高度过大后稳定性变差，故应综合考虑堆叠的层数与排数。优选地，所提过渡性护坡结构适用于填筑高度不大于6m的吹填岛礁建设。

2）、平整护坡结构位置处的海礁面：

若护坡结构位置处的海礁面起伏比较大，则需进行平整处理，使海礁面的起伏斜率满足废旧集装箱组合结构的铺设要求。

优选地，海礁面的起伏斜率小于10º，对集装箱堆叠组合体的稳定性影响较小。可对海礁面初步吹填一定的厚度以达到平整底面的目的。

3）、把集装箱浮运至施工现场：

对废旧集装箱1进行防锈、防漏处理，使用密封胶对废旧集装箱的边角及破损处进行防漏处理，在废旧集装箱1的底板上均匀、对称的开设多个孔洞，并用后续可移除的防水材料进行临时性封堵，多个废旧集装箱组合后能自浮于海面，利用船只把其浮运拉至施工现场，如图7所示。

以20GP规格的集装箱为例，其外部尺寸为6.058m×2.438m×2.591m，空腔体积为33.1 m³，皮重2.3t，其仅需排开约2.3 m³的海水体积即能自浮于海面上。集装箱的底面尺寸为6.058m×2.438m，可反算出集装箱底部浸水深度0.16米即能自浮于海面上。可见，集装箱能够自浮于海面上，但集装箱浮运过程中的关键点是预防倾覆，对个废旧集装箱侧壁相互绑定可增强其抗倾覆能力，如图7所示。

4）、沉入第一排集装箱组合结构：

根据设计方案，组装底部第一排集装箱组合结构，把其拉至设计位置的上方，去除集装箱底部各孔洞的封堵材料，海水通过孔洞进入集装箱内部，从而使废旧集装箱1组合结构整体平稳的进水并逐渐沉入海中接触海礁面。优选地，组合结构高度方向的倾斜度应小于10º，否则影响后续各排集装箱堆叠的稳定性。

当拟填筑岛礁周长较小时，可把集装箱形成封闭的组合结构后沉入岛礁边界，沿岛礁四周向内部吹填作业即可；当拟填筑岛礁周长较大时，可把集装箱组装成多段组合结构分次沉入岛礁边界，待吹填完一片区域后再沉入下一段组合结构；当拟填筑岛礁周长非常大时，可岛礁面积划分成若干个较小的封闭小岛礁逐个吹填后连片形成大岛礁。

以20GP规格的集装箱为例，其外部尺寸为6.058m×2.438m×2.591m，空腔体积为33.1 m³，皮重2.3t。假设吹填土能填满集装箱体积的100%，吹填土的重度取1.4t/ m³，则每个集装箱的吹填土重量为33.1×1.4=46.3t。可见，集装箱的空间体积大，集装箱及填料的总重量较大(单个集装箱装满碎石填料后总重量超过40t)，整体稳定性好，能承受较大的风浪作用，能有效维护吹填岛礁的安全。

5）、对第一排集装箱组合结构进行吹填作业：

对第一排集装箱组合结构围成的内部区域及各集装箱的空腔内进行吹填作业，使组合结构围成的区域内及各集装箱1空腔内填满吹填土4。

吹填过程中应逐步、多遍的开展作业，并避免把集装箱组合结构不均匀推挤发生较大的位置变化。只要集装箱组合结构内侧四周均匀的受到吹填土的侧压力，其轮廓就能保持原状。

6）、依次吹填其它各层土体：

按同样方法，依次沉入第二排、第三排……集装箱组合结构，后一排集装箱组合结构压在前一排集装箱组合结构的上部，同步对第二排、第三排……集装箱组合结构围成的内部区域及各集装箱的空腔内进行吹填作业，使组合结构围成的区域内及各集装箱1空腔内填满吹填土4。最终使吹填土体露出海面，形成高于海平面的陆地。

在高度方向上，上一排集装箱组合结构堆叠在下部一排集装箱组合结构上，上部与下部组合体之间并无构件相连，两者仅依靠重力作用相互接触在一起。若上部与下部组合体之间重叠的面积过小，则可能发生失稳。优选地，上部与下部组合体之间重叠的面积不小于80%，才能维护整体的稳定性。特别的，集装箱堆叠的层数较多后，下部集装箱应多排布置，如图6所示。

7）、振捣密实吹填土：

虽然吹填土体已初步形成高出海面的陆地，但其初始密实度达不到要求，应多次、多遍的对土体进行振捣密实与补充填筑，最终使吹填土的密实度与工后沉降量满足相关要求。

应使用多种工程措施使吹填土密实度满足规范要求。形成高出海平面的吹填土陆地后，即可在陆地上开展各类生产活动。

8）、修筑永久护坡结构：

在吹填形成的陆地使用一段时间后、集装箱被海水腐蚀至失效前，在吹填形成的陆地上开展永久护坡结构的施工作业，最终形成置于过渡性护坡结构外围的永久护坡结构，并填充与密实过渡性护坡结构与永久护坡结构之间的间隙。

废旧集装箱在海水腐蚀作用下至完全失效通常需一年以上甚至数年时间，故所提过渡性护坡结构具有较长的使用时间，在这使用期间内吹填岛礁完全可以振捣密实形成可供使用的陆地，后续在这新造陆地上开展永久性护坡结构的施工，降低了施工难度，提高了施工质量，最终可降低综合造价。

可根据需要采用不同的集装箱堆叠排数与排列方式，形成不同的实施方式。下面介绍几种实施例。

实施例1：如图8~图10所示，过渡性护坡结构采用一层集装箱组合结构，后续永久护坡结构5置于过渡性护坡结构的外围。本实施例适用于海礁面到海平面的距离不大于2m的情况。

实施例2：如图11所示，过渡性护坡结构采用两层集装箱堆叠组合结构。本实施例适用于海礁面到海平面的距离不大于4m的情况。

实施例3：如图12所示，过渡性护坡结构采用三层集装箱堆叠组合结构，其中底部集装箱为两排平行布置。本实施例适用于海礁面到海平面的距离不大于6m的情况。

附图中仅展示了集装箱之间的若干种组合方式，按照所提思路，可以变更集装箱的排列与堆叠方式，形成其它组合方式的过渡性护坡结构，其均属于本技术的等效修改与变更，此处不再赘述。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种吹填岛礁过渡性护坡结构，其特征在于，包括去除箱顶的废旧集装箱，若干集装箱通过角件首尾相连构成一排或多排相互堆叠的组合结构，组合结构布置于拟建岛礁的边界上，在组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内实施吹填作业，最终使组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内的吹填土振捣密实构成高出海平面的陆地，由集装箱构成的组合结构即为岛礁陆地的过渡性护岸结构。

2.根据权利要求1所述的吹填岛礁过渡性护坡结构，其特征在于，所述各集装箱首尾端面的四个对应角件用角件固定器固定相连构成直线段组合结构；各集装箱首尾端面内侧的两个对应角件通过钢绞线柔性相连构成拐弯段组合结构；直线段结构与拐弯段结构的组合构成封闭形状的护岸结构。

3.根据权利要求1所述的吹填岛礁过渡性护坡结构，其特征在于，所述的废旧集装箱施工前进行防锈、防漏处理，集装箱自浮于海面且不发生渗漏；废旧集装箱的底板上开设多个孔洞，孔洞内用后续可移除的防水材料进行临时性封堵。

4.一种吹填岛礁过渡性护坡结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、设计护坡结构：

根据吹填岛礁地区的地质条件、海平面高度、涌浪高度、吹填施工方位、废旧集装箱尺寸参数等因素，设计过渡性护坡结构的位置及参数，确定废旧集装箱的组合方式及施工次序；

2）、平整护坡结构位置处的海礁面：

若护坡结构位置处的海礁面起伏比较大，则需进行平整处理，使海礁面的起伏斜率满足废旧集装箱组合结构的铺设要求；

3）、把集装箱浮运至施工现场：

对废旧集装箱进行防锈、防漏处理，使用密封胶对废旧集装箱的边角及破损处进行防漏处理，在废旧集装箱的底板上均匀、对称的开设多个孔洞，并用后续可移除的防水材料进行临时性封堵，多个废旧集装箱组合后能自浮于海面，利用船只把其浮运拉至施工现场；

4）、沉入第一排集装箱组合结构：

根据设计方案，组装底部第一排集装箱组合结构，把其拉至设计位置的上方，去除集装箱底部各孔洞的封堵材料，海水通过孔洞进入集装箱内部，从而使废旧集装箱组合结构整体平稳的进水并逐渐沉入海中接触海礁面；

5）、对第一排集装箱组合结构进行吹填作业：

对第一排集装箱组合结构围成的内部区域及各集装箱的空腔内进行吹填作业，使组合结构围成的区域内及各集装箱空腔内填满吹填土；

6）、依次吹填其它各层土体：

按同样方法，依次沉入第二排、第三排……集装箱组合结构，后一排集装箱组合结构压在前一排集装箱组合结构的上部，同步对第二排、第三排……集装箱组合结构围成的内部区域及各集装箱的空腔内进行吹填作业，使组合结构围成的区域内及各集装箱1空腔内填满吹填土，最终使吹填土体露出海面，形成高于海平面的陆地；

7）、振捣密实吹填土：

虽然吹填土体已初步形成高出海面的陆地，但其初始密实度达不到要求，应多次、多遍的对土体进行振捣密实与补充填筑，最终使吹填土的密实度与工后沉降量满足相关要求；

8）、修筑永久护坡结构：

在吹填形成的陆地使用一段时间后、集装箱被海水腐蚀至失效前，在吹填形成的陆地上开展永久护坡结构的施工作业，最终形成置于过渡性护坡结构外围的永久护坡结构，并填充与密实过渡性护坡结构与永久护坡结构之间的间隙。