CN108824356A - 一种异型消能沉箱和一种防波堤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异型消能沉箱，其包括：箱体和消能装置；箱体包括前后贯通的透空区域。消能装置在透空区域上半部，侧面与透空区域的侧面配合，底面与透空区域的底面间为过水通道，消能装置的前面相对箱体的前面靠后设置，内部为空腔。空腔前壁为垂直开孔板，包括条形方向为垂直方向的垂直条形通孔，前面与空腔贯通；下壁为水平开孔板，包括条形方向为横向的水平条形通孔，空腔与过水通道贯通；后壁为翼板。本发明提供的异型消能沉箱，其异型消能装置的设计可以有效降低波浪能量，提高海水自由交换能力，防止生态隔绝。降低了口门流速，保证通航安全。沉箱结构轻型化，节省投资，结构受力好。模块化的设计使得制造、安装工艺简单、高效。

Description

一种异型消能沉箱和一种防波堤

技术领域

本发明涉及港口、海岸工程领域，尤其是一种异型消能沉箱。

本发明还提供了一种防波堤。

背景技术

沉箱属于传统港口工程结构形式，在防波堤、码头、护岸等港口、海岸工程中应用广泛。近年来，随着港口和海岸工程建设的迅速发展，在浪大、水深、流急的外海水域建造港工建筑物越来越普遍，因此，对沉箱的结构要求也越来越高。

现有技术中沉箱存在结构前波浪反射大、受力大、结构前海床易冲刷等问题，同时当波高较大而结构前水深又相对较小时，波浪可能破碎而使结构物遭受强烈的冲击作用，导致沉箱所受的波浪力急剧增大且消浪效果欠佳。

理论分析和大量实验研究表明，波浪的能量大部分集中在水体的表面，在表层2倍和3倍波高的水层厚度内分别集中了90％和98％的波浪能。基于以上波能分布特征，具有上部消浪结构的透空式防波堤，既可以达到较好的掩护效果，又可保证港池内具有良好的水质条件，同时还可降低造价。因此得到了广泛的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种消浪、透流，轻型化的异型消能沉箱。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供

一种异型消能沉箱，其侧边用于装配待组装结构，包括：箱体和消能装置；所述箱体包括左右间隔的两个侧壁，侧壁之间预留出透空区域，所述透空区域从箱体的前面贯通至后面；所述侧壁内部包括隔舱，所述隔舱用于添加配重；所述消能装置位于透空区域中的上半部，并从两侧与所述两个侧壁相配合，所述消能装置下方的透空区域的下半部构成透空通道，所述消能装置的前面相对于所述箱体的前面更靠后设置；所述消能装置包括由其前壁、后壁和下壁预留出的空腔，所述空腔的前壁为垂直开孔板，所述垂直开孔板包括若干垂直条形通孔，垂直条形通孔的条形方向为垂直方向，使所述消能装置的前面与所述空腔内部贯通；所述空腔的下壁为水平开孔板，所述水平开孔板包括若干水平条形通孔，水平条形通孔的条形方向为所述两个侧壁之间的横向，使所述空腔内部与所述透空通道贯通；所述空腔的后壁为翼板。

所述垂直开孔板垂直开孔板开孔率为20％～40％；水平开孔板开孔率为10％～15％，优选的10％左右。

优选的，还包括胸墙，所述胸墙的底面至少一部分与所述箱体的侧壁的顶面接合；所述胸墙的前面与所述消能装置的前面平齐，所述胸墙的底面与所述空腔的后壁接合；所述胸墙顶面应按照波浪爬高计算其顶高程，并宜控制越浪量；所述消能装置的底面根据作业海域波浪要素确定其淹没深度。

进一步的，所述胸墙的顶面为阶梯。

进一步的，所述胸墙的顶面包括挑浪嘴。

进一步的，所述阶梯的台阶上面包括横向间隔布置的凸起，所述凸起前沿与阶梯的前沿平齐，所述凸起的后沿与其后侧台阶的前沿之间包括回波间隔。

进一步的，所述箱体还包括底壁，所述两个侧壁位于所述底壁两侧；所述两侧壁相对的两面为所述透空区域侧面，所述底壁的顶面为所述透空区域的底面。

进一步的，为增加结构的整体稳定性，所述底壁厚度可以根据项目现场的海洋要素资料进行调整。在底壁前沿和尾部加装挡沙板，挡沙板的高度根据作业海域的地质条件调整。

进一步的，所述胸墙下面包括固定块，所述固定块位于两侧壁之间，所述固定块从两侧与所述两个侧壁相配合，所述固定块位于所述透空区域上方。

本发明还提供了一种防波提，其包括：前述的异型消能沉箱，所述隔舱内包括砂、块石。

(三)有益效果

本发明提供一种异型消能沉箱，具有防浪透流的特性，可以有效降低波浪能量，提高海水自由交换能力，防止生态隔绝。而且其透流的特性，降低了口门流速，在保证通航安全方面有一定的优势。因开孔结构的存在使得沉箱轻型化，从而结构受力更好。模块化的设计思路，使得本发明的制造、安装工艺简单、高效。

本发明还提供了一种防波提，模块化设计安装，制造方便，成本低。水体得到了很好的分流，这样有效降低了口门流速，保证了船舶的航行安全，同时良好的水体交换，避免了港池内局部生态隔绝。

附图说明

图1为一种异型消能沉箱的结构示意轴向图；

图2为一种异型消能沉箱的主视图；

图3为图2的右视图剖面图；

图4为图2的俯视图；

图5为图2的轴向示意图；

图6为一种消能装置的轴向示意图；

图7为一种透空区域的轴向示意图；

图8为一种防波堤的结构示意图。

【附图标记说明】

1：胸墙；101：固定块；11：消浪墩；12：挑浪嘴；2：箱体；201：透空通道；21：隔舱；22：前挡沙板；23：后挡沙板；3：消能装置；31：翼板；32：垂直开孔板；33：水平开孔板。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，与现有的方形沉箱不同，本实施例的异型消能沉箱包括箱体2，箱体2的侧边适合装配待组装结构。如图2所示，展示的正面为异型消能沉箱的迎波面，即前面。箱体2包括左壁、右壁和底壁。箱体2的左右壁即两侧壁之间预留出贯穿前后的透空区域。

底壁的上表面即透空区域的下面，固定块101的下表面即透空区域的上面。本实施例中透空区域为直孔，实际上也可以有一定的弯折。实际制造前要参考使用地的水文数据，考虑结构整体稳定性，底壁厚度应该由计算确定，但一般不小于0.5m。可以选择设置前挡沙板22和后挡沙板23，二者高度根据作业海域地质条件设计，以达到最佳的防淤和消浪效果。通常不小于0.5m。透空区域没有直接开到海床的位置，箱体底面包括底壁、前挡沙板22和后挡沙板23，有助于阻挡海沙流向港内。

透空区域的上部包括消能装置3，消能装置3的侧面与透空区域的侧面即箱体2的两侧壁内侧固定，一体浇筑，也可以是消能装置3的顶面和胸墙1下面固定，或者箱体2包括竖直的滑槽，消能装置3通过滑槽定位到透空区域的上部。消能装置3的底面和底壁的顶面之间留有透空通道201，也就是透空区域的下部保留为透空通道201。消能装置的浸没深度在设计低水位时也要大于两倍的设计波高。

透空区域上部的消能装置3可以消除上层波浪动能，透空区域下部的透空通道201是实际通过水流的通道。透空区域通过透浪，减少了直接作用在箱体2前方的作用力，同时透过的波浪在箱体2后方形成波浪正压力，抵消了部分波浪作用力，增加了结构的稳定性。箱体2包括透空区域，使得箱体2的体积小、排水量小，节省了材料，大大降低了工程投资。

还包括设置在异型消能沉箱上部的胸墙1，胸墙1底面固定设置有固定块101，固定块101的两侧紧贴左右两壁。在胸墙1底部设置固定块101，可有效地增加胸墙1抗滑、抗倾稳定性，防止胸墙1侧移。胸墙1在箱体2安放好后，再在箱体2上整体浇筑。

胸墙1起到了加固沉箱结构的作用。另外，胸墙1可以作为设置防冲设施和安全设施的基础。

消能装置3的顶面和透空区域的顶面即固定块101的底面配合。比如固定块101为左右两个分别紧贴侧壁的混凝土块体时，两个混凝土块体之间就会有缝隙，而不是本实施例的平面，这时消能装置3的顶面应该有对应的凸起填入缝隙，消能装置3与胸墙1之间不透水，水只能从透空通道201流过。胸墙1和消能装置3的尺寸依据实际使用海域的水文条件调整，可以更好的适用不同环境。

如图3所示，消能装置3包括翼板31、垂直开孔板32和水平开孔板33。参考图5，垂直开孔板32位于前面，翼板31位于后面，水平开孔板33在下面，三块板配合箱体1的侧壁围出一个空腔，空腔即消浪室。

翼板31即垂直挡水板，由于翼板31两侧与箱体2的两侧壁一体成型，同时顶面与固定块101贴合，保证了水流不会从消能装置3出流到本实施例异型消能沉箱的后面。

垂直开孔板32的前面和胸墙1的前面平齐，同时二者相对于箱体2的前面更靠后设置。胸墙1顶面相对箱体2底面的高度应按照波浪爬高计算其顶高程，并宜控制越浪量。消能装置3的底面根据作业海域波浪要素确定其淹没深度。

消能装置3与箱体2前面相距一段距离，因而消能装置3所反射的波浪和箱体2前面所反射的波浪有一相位差，此相位差一方面减小反射率，同时使消能装置3所受波浪力峰值与箱体2前面所受波浪力峰值有相位差，从而大大减少本异型消能沉箱整体所受波浪力的最大值。

参考图5，胸墙1的顶面为阶梯状，最高点处设置挑浪嘴12，挑浪嘴12向海侧伸出一定的宽度，以一定的倾角的反弧曲面与下部直墙联接。阶梯状的顶面可以减缓波浪的能量，挑浪嘴12可以有效将外海来的波浪导回外海。

在阶梯上设置方形的消浪墩11，也可以是拱形、半圆形、梯台形等形状的凸起，材质可以为混凝土块。消浪墩11横向间隔布置，消浪墩11前沿与所在阶梯的前沿平齐，后沿与其后侧台阶的前沿之间包括回波间隔。图中消浪墩11的高点与其后侧的台阶面平齐，实际也可以更高一些。参考图4，后一排的消浪墩11位于前一排消浪墩11的横向间隔处。

在胸墙1上表面采用凸起作为消浪墩11，提高坡面糙率，当来波时，波浪顺着阶梯爬高，当遇到凸起的消浪墩11后，各个方向的来波发生多次反射，分流，不同消浪墩11之间的反射波发生对冲，在反射和对冲中形成紊流，从而使波浪损失大部分能量，达到降低波浪爬高，减少越浪量，减小胸墙1高度，降低工程成本的作用。同时消浪墩11的存在可防止波浪直接冲击胸墙1，起到了保护胸墙1的作用。

如果不允许越浪，且不设置消浪墩11时，胸墙1顶面最好比设计高水位高出1倍设计波高以上，设置消浪墩11时，高出0.6倍即可。如果允许越浪，胸墙1的顶高程不小于0.6倍设计波高即可。以上所说的设计水位、设计波高等，都是在实际水文数据基础上乘以一定系数，若系数为1，则设计值与实际值相同。

参考图6，其中透空区域的轴向为纵向，两侧壁之间的方向为横向。垂直开孔板32包括若干垂直条形通孔，垂直条形通孔的条形方向为垂直方向，迎面接收的水流由前面流入消浪室(即空腔)内；水平开孔板33包括若干水平条形通孔，水平条形通孔的条形方向为横向，进入消浪室内的水流流入下面的透空通道201。

实际海域中海浪是由许多频率和传播方向不同的波组成的随机波浪，波浪在由垂直开孔板32、水平开孔板33和翼板31组成的消浪室内往复运动，垂直开孔板32和水平开孔板33破坏了波浪水质点的水平和垂直运动，扰乱了消浪室的流场，发生了紊动耗能，有效地降低了波浪能量，较之传统沉箱结构，本实施例的消能装置3的消浪作用更加突出。而且根据不同的波浪要素，水平开孔板33的位置可以进行调整，从而达到更好的消浪效果。与此同时这种消浪方式使得作用在翼板31上的力显著减小，保护了翼板31。同时因为翼板31的存在，抵挡了水体表面波浪能量的传播，从而进一步达到消浪作用。垂直开孔板32和翼板31构成了二重下垂板结构，与单重下垂板相比，二重下垂板使波浪响应频率范围扩大(可以在更宽的波浪频率范围内保持低透反射系数)。这对实际工程是有意义的，因为实际海域中波浪为随机波，入射波频率范围较广。

垂直开孔板开孔面积在20％～40％之间，水平开孔板开孔率在10％～15％，尤其是10％左右的时候，消能效果较好。

如图4所示，参考图7，箱体2的左壁右壁包括若干隔舱21，隔舱21之间通过隔板分割。格舱21内填砂石等结构物，使得制造箱体2时自重可减小，使结构轻型化并使其结构受力更加合理，节省材料，降低造价。

实施例2

如图8所示，多个实施例1并列设置，形成防波堤，隔舱21内填有砂石作为配重。上部的胸墙1为整体现场浇筑，底面与箱体2的顶面接合。

实施例3

箱体2正面为一个U形，包括一个底壁和两个沉箱，多个U形的箱体2并列时，相邻的沉箱侧面贴合，沉箱之间的贴合使得结构整体稳定性更好其中垂直开孔板32的条形孔为横向，水平开孔板33的条形孔为纵向。

实施例4

箱体2前后侧增加挡沙板22和23，可根据作业海域的水文要素资料和地质条件，调节挡沙板高度，以达到最佳的防淤和消浪效果。

上实施例仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种异型消能沉箱，其特征在于，其侧边用于装配待组装结构，其包括：箱体和消能装置；

所述箱体包括左右间隔的两个侧壁，侧壁之间预留出透空区域，所述透空区域从箱体的前面贯通至箱体的后面；所述侧壁内部包括隔舱，所述隔舱用于添加配重；

所述消能装置位于透空区域中的上半部，并从两侧与所述两个侧壁相配合，所述消能装置下方的透空区域的下半部构成过水通道，所述消能装置的前面相对于所述箱体的前面更靠后设置；

所述消能装置包括由其前壁、后壁和下壁预留出的空腔，所述空腔的前壁为垂直开孔板，所述垂直开孔板包括若干垂直条形通孔，垂直条形通孔的条形方向为垂直方向，使所述消能装置的前面与所述空腔内部贯通；

所述空腔的下壁为水平开孔板，所述水平开孔板包括若干水平条形通孔，水平条形通孔的条形方向为所述两个侧壁之间的横向，使所述空腔内部与所述透空通道贯通；

所述空腔的后壁为翼板。

2.如权利要求1所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述垂直开孔板开孔开孔率在20％～40％之间，水平开孔板开孔率为10％～15％。

3.如权利要求2所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述水平开孔板的开孔率为10％。

4.如权利要求1所述的异型消能沉箱，其特征在于：还包括胸墙，所述胸墙的底面的至少一部分与所述箱体的侧壁的顶面接合；所述胸墙的前面与所述消能装置的前面平齐，所述胸墙的底面至少与所述空腔的后壁接合；

所述胸墙顶面应按照波浪爬高计算其顶高程，并控制越浪量，所述消能装置的底面根据作业海域波浪要素确定其淹没深度。

5.如权利要求3所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述胸墙的顶面为阶梯型，所述胸墙的顶面还包括挑浪嘴。

6.如权利要求5所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述阶梯的台阶上面包括横向间隔布置的凸起，所述凸起前沿与阶梯的前沿平齐，所述凸起的后沿与其后侧台阶的前沿之间包括回波间隔。

7.如权利要求1至6任一所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述箱体还包括底壁，所述两个侧壁位于所述底壁两侧。

8.如权利要求7所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述底壁厚度可以根据项目现场的海洋要素资料进行调整；在底壁前后侧加装挡沙板，挡沙板的高度根据作业海域的地质条件调整。

9.如权利要求7所述的异型消能沉箱，其特征在于：所述胸墙下面包括固定块，该固定块位于两侧壁之间，从两侧与两个侧壁相配合，所述固定块位于所述透空区域上方。

10.一种防波堤，其特征在于，其包括：权利要求1-9任一所述的异型消能沉箱，所述隔舱内包括砂、块石。