CN109162252B - 一种可调节内水压的填海单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节内水压的填海单元，属于填海造陆技术领域。目前填海造地工程主要面对填充材料的资源紧缺、材料体质重量比小、材料运输困难、金属填海构建多处易腐蚀、工程施工难度大、耗资重本。本发明通过建造一种包括外壳和内胆,所述内胆的内部中空形成一中空内腔，中空内腔用于容置增压介质，内胆包括弹性支撑外层和弹性防水内层；外壳包括钢筋混凝土层，外壳包覆所述内胆；外壳上设置有若干用于填充增压介质的可连通内胆的中空内腔与外界的管道；所述管道上设置有阀门，所述阀门可选择地启闭所述管道。采用廉价制造原料，旨在提供一种体质重量比大、结构简单、利用水压作用节省材料资源、便于搬运、施工建造难度不大且不易被腐蚀的填海建材。

Description

一种可调节内水压的填海单元

技术领域

本发明属于建设材料技术领域，主要倾向于填海、围海造陆造岛材料技术领域，具体涉及一种可调节内水压的填海单元。

背景技术

随着国家实力的增强，基建设能力也越来越强，基建的发展又极大的调动了各地区的联系，促进了各地区的经济发展。但是当面对一些填海大工程的时候，却束手无策，因为工程量巨大。

现实中，由于历史发展问题，事先城市规划的不合理，没有给港口仓储服务预留足够的空间，导致港口货物吞吐能力不足，使商品流通能力、效率持续下降，城市生活成本持续上升，影响经济持续发展，以及沿海周边环境的特殊性，因此人类希望能够借用面积更为广阔的水域资源来弥补沿海陆地面积的不足，填海造地的目的是为了提升一个城市的仓储能力，提高沿海地区贸易的发展速度，和促进旅游业的发展，目前先发展的城市由于房地产开发而导致港区作仓储空间稀缺。在亚洲部分国家，陆地资源贫乏的沿海国家和地区，都很重视利用海湾填海造地，像日本、韩国、新加坡、印度和中国香港、澳门等。

但是，填海工程浩大，难度重重，大到工程方案和整体结构，小至填海材料和施工步骤，均直接影响着填充水域所建造出来的陆地的稳定性和实用性，以及填海工程所消耗的人力物力是相关部门需要重点策划的。目前，填海造地工程主要面对填充材料的资源紧缺、材料体积重量比小、材料运输困难、金属填海构建多处易腐蚀、工程施工难度大。

发明内容

本发明的目的是要解决上述现有填海造陆的技术问题，早期的实芯轮胎重量大而承载力小,而后发展为中空充气轮胎,大大减轻自重降低成本还由于对内胎充气利用压强来提高了轮胎的支撑力，几个充气轮胎就可以支撑起数吨重的大汽车，从中得到发明创造启发,旨在提供一种体质重量比大、结构简单、利用海水、增压空气的作用节省材料资源、便于搬运、施工建造难度不大且不易被腐蚀的填海建材。

为了解决上述问题，达到目的技术效果，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种可调节内水压的填海单元，包括外壳和内胆,

所述内胆的内部中空形成一中空内腔，所述中空内腔用于容置增压介质，所述内胆包括弹性支撑外层和弹性防水内层；

所述外壳包覆所述内胆，所述外壳包括钢筋混凝土层；

所述外壳上设置有若干用于填充和排放增压介质的管道；所述内胆的中空内腔与外界可通过该管道连通；所述管道上设置有阀门，所述阀门可选择地启闭所述管道，所述管道通过阀门来控制增压介质的进出，从而调节所述中空内腔的压强以维持所述填海单元的内压与外界的压强平衡。

本发明所述一种可调节内水压的填海单元，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过安装连接若干所述填海单元形成填海工程的主要支撑基体，沉淀于海底，解决了传统填海作业搭建庞大框体、海水里铸造支撑体或飞沙填海做底层的工程资源问题，以及污染环境、工程步骤复杂繁多等施工艰巨的问题。

2、通过采用具有中空内腔的结构设计，结合设置所述外壳上的若干用于填充和排放增压介质的管道，使填海单元能够实现自我调节内外压强的平衡，来保持填海单元内压，从而保证了填海单元的刚性和承重能力并稳定的沉淀于海底；内胆的弹性支撑外层还采用轻质弹性支撑材料，其生产成本低，弹性可恢复性形变又具有一定的体积，增加了填海单元的整体韧性；内胆的弹性防水内层有效的防止填海单元出现裂缝而漏气漏水；钢筋混凝土层可以利用建造工地产生的硬质碎料、自然界采石结合水泥浆来填充构成硬壳结构，同时硬质碎料是通过将大小不一的硬块错叠的方式堆积填充，再结合水泥浆的凝固，形成一圈外壳层块，这样使混凝土外壳层整体上也具有一定程度上的可变型性，既保证了整体的坚固性又解决废料处理问题，通过由钢筋和混凝土砂浆施布于混凝土外壳层上封闭加固，增强所述外壳的延展性，提高了其防变形的结构拉力，既环保且节约原料资源给填海工程大大降低了成本以及后续的环境影响问题，具有大力推广的前景。

3、本发明所述的填海单元整体采用中空设计，内部灌注海水，填充增压空气和垃圾，省了大量的材料资源与生产成本。同时，本发明的整体结构由外壳包覆内胆，内胆的中空内腔填充增压介质，具有充气车胎的近似功能效果，比实心体填海单元承受海底水压的能力更强，整体工程更加稳定可靠。中空设计使填海单元未灌注海水时具有一定的海上漂浮力，有利于安装施工时可利用海水运输降低了工程难度和节约了运输成本。

进一步的，在所述外壳与内胆之间设置有密封增压层，所述密封增压层采用铝及其合金、铁及其合金、橡胶和塑料中至少其中的一种。所述密封增压层能够裹紧密封所述内胆的弹性支撑外层，使其不容易被内水压冲击撞烂，起到加固支撑的作用，同时减少外壳与内胆直接的磨损且密封防止漏水。

进一步的，所述增压介质包括增压空气、垃圾和海水。建造填海单元时把建筑废料或生活垃圾或其他材料填充置于所述内胆的中空内腔中，工程施工时把海水灌溉进中空内腔，并通过外部的增压泵把空气增压灌进中空内腔。解决了废料垃圾的处理问题和生产制造资源紧缺问题，同时也使的填充层具有一定的柔韧性来适应压强所致的形变。利用垃圾在填海单元内部分解发酵产生的气体来增加和保持填海单元的内部气压，垃圾在所述中空内腔被分解产生气体会使所述中空内腔内部具有一定压强，增强填海单元整体的承受能力，稳定沉淀于海底。

进一步的，所述管道包括：进水管、导气管、大流量进水管体；

所述进水管，其设置有单向止回阀，在所述单向止回阀与所述外壳之间的进水管上设置有排水阀；海水只能由于填海单元外部水压高于填海单元内部压强才会冲开单向止回阀自动灌注进入到所述内胆的中空内腔，而不能倒流出来，只能通过排水阀打开才能排放内部海水，为了稳定保证所述内胆的中空内腔的气压，进水管上的单向止回阀起到封闭作用，当中空内腔的压强小于外界压强时，单向止回阀才会打开，增压介质会进入到中空内腔以达到内胆的内外压强平衡，使整体稳定。

所述导气管，其设置有排气阀和增压充气口，所述增压充气口设置在所述排气阀与所述外壳之间的导气管上；通过外部的增压泵向导气管的增压充气口增压加气，使填海单元整体具有一定的内部压强，增强填海单元整体的承受能力；当中空内腔的压强过高时把排气阀冲开泄漏部分气体来平衡填海单元内外压强。

所述大流量进水管体，其设置有压力弹簧开关和内密封盖，所述压力弹簧开关设置在大流量进水管体远离中空内腔的一端，所述内密封盖设置在大流量进水管体靠近中空内腔的一端，所述压力弹簧开关弹性连接内密封盖，使压力弹簧开关受外界压力而发生弹性形变来控制所述内密封盖封堵或打开所述大流量进水管体。增设了大流量进水管体，既可以为施工过程中快速的使海水灌注进所述填海单元的中空内腔来提高整体重量使之快速下沉至所需位置，其次大流量进水管体的压力弹簧开关受水压压力变化而发生形变，从而打通大流量进水管体，增压介质受压强差的作用进出所述内胆以至达到填海单元内外压强平衡，故起到调节填海单元内外压强的作用，进而保护内胆和外壳不易被压破。

进一步的，所述填海单元开设有若干连通所中空内腔与外界的泄压通道；所述泄压通道可活动地设置有一调压器；所述调压器包含塞体和帽盖，塞体的一端塞设于泄压通道内，塞体的另一端与泄压通道外的帽盖连接；其中，所述调压器受填海单元内外的压力作用使其塞体活动进出于所述泄压通道内。通过调压器受水压压力的作用，而使其所述塞体的一部分被顶离所述泄压通道或收放置于泄压通道内，从而改变填海单元的内部中空空间来平衡填海单元内外界的压强，起到调节填海单元内外压强的作用，进而保护外壳与内胆不易被压破或海水冲刷烂。

进一步的，所述弹性支撑外层采用泡沫层或泡棉层。泡沫材料生产成本低，自身重量轻，能够实现一定程度可恢复的弹性形变且具有较稳定的结构，能够适应所述中空内腔的内部压强，以及具有填海单元所需的可变形的性质，还便于海上搬运本填海单元。

进一步的，所述弹性防水内层，采用橡胶涂层、塑料涂层和环氧涂层中至少其中的一种。由于弹性防水层设置在皮层的最内层作中空内腔壁，需要长期直接接触海水，故需要其具有抗压抗腐蚀性能好，根据现有工程经验以及本发明人长期实验证明，所述高压橡胶防腐涂层或环氧抗压涂层或两者结合的复合层均符合要求。

进一步的，所述填海单元的外表面设有不锈钢丝连接环。填海单元长期浸泡在海水里，容易受海底波涌等原因而发生迁移，故设置连接环，通过连接环把众多填海单元连接捆绑在一起，能够保证工程整体的稳定性，不锈钢的连接环具有较强的防腐性能和坚硬度，需要将其根部浇注深插入外壳的混凝土中。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的使用状态结构示意图；

图3是本发明的简化结构的示意图；

图4是本发明的工程效果图。

其中，1外壳；2密封增压层；3内胆；31弹性支撑外层；32弹性防水内层；4中空内腔；41增压介质；5进水管；6导气管；7大流量进水管体；71压力弹簧开关；72内密封盖；8调压器；9不锈钢丝连接环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图4所示，本发明所述的一种可调节内水压的填海单元，包括外壳1和内胆3，

所述内胆3的内部中空形成一中空内腔4，所述中空内腔4用于容置增压介质41，所述内胆3包括弹性支撑外层31和弹性防水内层32。

所述弹性支撑外层31采用泡沫层或泡棉层，本实施例中所述的弹性支撑外层31采用泡沫层，但不仅限于泡沫层，还包括其它具有与泡沫层近似的轻质、弹性形变性质且具有一定体积的材料，如泡棉层；泡沫重量轻，大大提高了所述填海单元整体的体积重量比，同时其密度低但又具有较稳定的形状和弹性形变与恢复的性质，泡沫的特性减轻了填海单元的运输难度从而降低了工程施工难度，且提升了填海单元整体的缓冲抗压变形作用。

所述弹性防水内层32，采用橡胶涂层、塑料涂层和环氧涂层中至少其中的一种，本实施例中所述的弹性防水内层32，采用橡胶防腐涂层，但不仅限于橡胶防腐涂层，还可以采用其它具有弹性的防腐材料，其涂抹在所述泡沫层内侧面，是所述内胆3的最内层；根据公开的常年海底作业经验和本发明人的大量试验证明，以及综合考虑生产与工程成本，采用橡胶防腐涂层在海底的抗腐蚀性效果极佳，同时涂有橡胶防腐涂层的长期在海底服役的道具其受海底水压而发生的形变或破损程度不高。

所述外壳1包覆所述内胆3，所述外壳1包括钢筋混凝土层，本实施例中的所述外壳1为钢筋混凝土层，具体的，其包覆在所述泡沫层外，本实施例中所述筋混凝土层为水泥块和碎石块大小错叠凑紧堆积的结构，并将水泥浆填充于硬质碎块间的间隙，同时由钢筋网和水泥砂浆凝结加固。水泥块和碎石块作为其生产原料，便于低价找到，可自然界采石或利用工地废弃水泥、石块，大小错叠凑紧堆积结合水泥填充粘合于硬质碎块间的间隙，有利于所述钢筋混凝土层整体结构的稳定性。

在所述外壳1和内胆3之间还增加设置有密封增压层2，所述密封增压层2采用铝及其合金、铁及其合金、橡胶和塑料中至少其中的一种，本实施例中所述密封增压层2采用橡胶涂层涂刷在所述弹性支撑外层31外(即泡沫层之上)，但所述密封增压层2不仅仅局限于橡胶涂层，还可以采用其他能够裹紧密封所述内胆3的材料，其包覆封装在所述泡沫层与所述钢筋混凝土层的接触面上，起到加固密封的作用，同时减少外壳1与内胆3直接的磨损且还防止漏水。

所述外壳1上设置有若干用于填充和排放增压介质41的管道，所述内胆3的中空内腔4与外界可通过该管道连通；所述管道上设置有阀门，所述阀门可选择地启闭所述管道，所述管道通过阀门来控制增压介质的进出，从而调节所述中空内腔4的压强以维持所述填海单元的内压与外界的压强平衡，所述管道的大小、数量及位置可根据填海单元的大小形状和具体施工来设计。具体的，所述管道包括：进水管5、导气管6、大流量进水管体7，其是本发明的填海单元的可调节内水压功能的部分实施功能构件；

所述进水管5，其设置有单向止回阀，在所述单向止回阀与所述外壳1之间的进水管5上设置有排水阀，海水只能由于填海单元外部水压高于填海单元内部压强才会冲开单向止回阀自动灌注进入到所述内胆的中空内腔4，而不能倒流出来，只能通过打开排水阀才能排放内部海水，为了稳定保证所述内胆3的中空内腔4气压，进水管5上的单向止回阀起到封闭作用，当内胆3的中空内腔4压强小于外界压强时，单向止回阀才会打开，增压介质41会进入到内胆3的中空内腔4以达到内胆3内外压强平衡，使整体稳定；所述排水阀可根据生产制造过程或施工工程需求来取决是否要安装，如非必要省略不安装；

所述导气管6，其设置有排气阀和增压充气口，所述增压充气口设置在所述排气阀与所述外壳1之间的导气管6上；所述排气阀为气体单向止回阀，当所述内胆3的中空内腔4气压过高时冲开排气阀排出部分气体以保持所述填海单元的内外压强平衡，从而保证其稳定性；所述增压充气口用于供外部增压泵把空气高速灌输进所述中空内腔4，使所述填海单元充气增压而鼓胀，提高整体的抗压能力和承重力。

所述大流量进水管体7，通过所述大流量进水管体7可连通所述内胆3的中空内腔4与外界，所述大流量进水管体7设置有压力弹簧开关71和内密封盖72，所述压力弹簧开关71固定设置在大流量进水管体远离中空内腔4的一端，所述内密封盖72设置在大流量进水管体靠近中空内腔4的一端，所述压力弹簧开关71弹性连接内密封盖72，使压力弹簧开关71受外界压力而发生弹性形变来控制所述内密封盖72封堵或打开所述大流量进水管体7口。即正常状态下，压力弹簧开关71受大流量进水管体7的固定拉力以及连接的内密封盖72的拉力，(内密封盖72的口径大于或等于大流量进水管体7的口径，从而内密封盖能够卡限在大流量进水管体7处于内胆中的一端端口)使弹簧开关的弹簧拉长以致把内密封盖72拉紧封堵于大流量进水管体7的靠近中空内腔4的一端端口，形成密封封堵口；而受高水压压力时，弹簧压力小于水压压力而使弹簧发生形变拉得更长，把内密封盖72往中空内腔4方向顶开形成开口，海水从大流量进水管体7进入中空内腔4。所述弹簧开关71设有人工手动操作的启闭开关。

所述填海单元开设有若干连通所述中空内腔4与外界的泄压通道，所述泄压通道可活动地设置有调压器8；所述调压器8包含塞体81和帽盖82，塞体81的一端塞设于泄压通道内，塞体81的另一端与泄压通道外的帽盖82连接；其中，在所述外壳1上，于所述泄压通道内设置有限位块来限制所述调压器8仅活动于泄压通道内，而不能脱离所述泄压通道，所述调压器8受填海单元内外的压力作用使其塞体81活动进出于所述空槽内，从而改变填海单元内部密封中空内腔的容积来调整填海单元的内外压强，结合上述管道的调整作用，使得填海单元能够通过自适应调整内部水压压强而稳定沉于海底。

本实施例中所述的增压介质41包括增压空气、垃圾和海水，但不仅限于此，还可以利用其它废弃材料通过增压填充于所述中空内腔4，解决垃圾废料处理又节约了制造成本。在生产制造本发明所述填海单元时，已把垃圾置于所述内胆3的中空内腔4中，施工安装时再通过外部增压泵从所述增压充气口把空气增压灌输进所述内胆3的中空内腔4，海水则通过进水管5和大流量进水管体7灌注进所述中空内腔4。垃圾在所述中空内腔4被分解产生气体会使所述中空内腔4内部具有一定压强，增强填海单元整体的承受能力，稳定沉淀于海底。

所述填海单元的外壳1设有不锈钢丝连接环9，所述连接环9深扎固定设置在所述混凝土外壳1层，连接环9的位置可根据具体海域情况进行调整设置。工程施工时，所述填海单元沉入海底后依次堆叠在一起，通过钢丝或其他连接构件把相邻的填海单元上的不锈钢丝连接环9捆扎牢固连在一起。

本发明所述的一种可调节内水压的填海单元工作原理是：

1、填海单元整体采用中空设计，内部灌注海水、填充的垃圾以及增加灌输的空气，使整个填海单元的结构与使用原理如充气轮胎，增压后的填海单元由内水压作用鼓胀，增加了其整体的刚性和承重能力；其次，保证了整体的重量能够下沉至海底同时节省了大量的材料资源与生产成本；而且，中空设计使填海单元未灌注海水时具有一定的海上漂浮力，有利于安装施工时可利用海水运输降低了工程难度和节约了运输成本。

2、通过生产工厂把上述填海单元建造出来，然后将其吊放进海边，通过外置增压泵向导气管6加气增压，使填海单元整体具有一定的内部压强，增强填海单元整体的承受能力。本填海单元内设中空内腔4结构使其具有浮力的性质而漂浮于海面，通过船将所需数量的填海单元拉到所要安放位置所对应的海面上，然后通过沉箱作业将其下沉到深海，下沉的过程中，海水从进水管5和大流量进水管体7快速灌注进所述中空内腔4，具有一定的自调节内外压强差的功能，同时，由于水压的压力大于填海单元的中空内腔4的压力，且大于大流量进水管体7上压力弹簧开关71的自然封闭状态下的弹力，海水将大流量进水管体7的内密封盖72往中空内腔4方向顶开，海水通过大流量进水管体7快速灌注进中空中空内腔4；

控制好下沉的位置，接着通过钢丝缆或连接构件将相邻的填海单元上的不锈钢丝连接环9捆绑在一起，使所有的填海单元连接在一起，不易受海底波动而发生迁移；

所述泄压通道内设置的调压器8，当中空内腔4内的压强低于外界时，受重力和压力的作用，调压器8的塞体81紧密塞堵在所述泄压通道内，调压器8的帽盖82用于将整个调压器卡限在外壳1表面；当中空内腔4内的压强高于外界，高压把调压器8的塞体往外顶开一段距离，增大了增压介质在内胆的容置空间，垃圾在内胆分解消耗空气中的氧气同时也会分解出其他其他，若气体使得总压强高于外界水压，调压器8不足以调节时，压强会冲开导气管上的排气阀排泄部分气体；若内胆的内部压强远低于外部水压，水压会冲开排水管上的单向止回阀或大流量进水管体的内密封盖，灌溉海水进入内胆直至内外压强平衡，从而起到自调节填海单元的外部与自身内部的压强平衡；

其次，上述内胆3的材料性质以及结构设计使得本填海单元具有一定的可变形性，结合皮层内外的海水、气体的流动和调压器8的作用，使填海单元随着受海底水压压力变化的作用而自发生适应压力变化的形变或动作，同时能够长期抗高压力、耐腐蚀地作为填海工程的根基。

本实施例所述泡沫层、泡棉层、橡胶涂层、塑料涂层和环氧涂层、单向止回阀、排水阀、压气阀、增压充气口、大流量进水管体7、压力弹簧开关71的其它结构或形式参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：包括外壳和内胆,

所述内胆的内部中空形成一中空内腔，所述中空内腔用于容置增压介质，所述内胆包括弹性支撑外层和弹性防水内层；

所述外壳包覆所述内胆，所述外壳包括钢筋混凝土层；

所述外壳上设置有若干用于填充和排放增压介质的管道；所述内胆的中空内腔与外界可通过该管道连通；所述管道上设置有阀门，所述管道通过阀门来控制增压介质的进出，从而调节所述中空内腔的压强以维持所述填海单元的内压与外界的压强平衡。

2.根据权利要求1所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：在所述外壳与内胆之间还设置有密封增压层，所述密封增压层采用铝及其合金、铁及其合金、橡胶和塑料中至少其中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：所述增压介质包括增压空气、垃圾和海水。

4.根据权利要求3所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：所述管道包括：

进水管，其设置有单向止回阀和排水阀，所述排水阀设置在所述单向止回阀与所述外壳之间的进水管上；

导气管，其设置有排气阀和增压充气口，所述增压充气口设置在所述排气阀与所述外壳之间的导气管上；

大流量进水管体，其设置有压力弹簧开关和内密封盖，所述压力弹簧开关设置在大流量进水管体远离中空内腔的一端，所述内密封盖设置在大流量进水管体靠近中空内腔的一端，所述压力弹簧开关弹性连接内密封盖，使压力弹簧开关受外界压力而发生弹性形变来控制所述内密封盖封堵或打开所述大流量进水管体。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：

所述填海单元开设有若干连通所中空内腔与外界的泄压通道；

所述泄压通道可活动地设置有一调压器；所述调压器包含塞体和帽盖，塞体的一端塞设于泄压通道内，塞体的另一端与泄压通道外的帽盖连接；

其中，所述调压器受填海单元内外的压力作用使其塞体活动进出于所述泄压通道内。

6.根据权利要求5所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：所述弹性支撑外层采用泡沫层或泡棉层。

7.根据权利要求6所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：所述弹性防水内层，采用橡胶涂层、塑料涂层和环氧涂层中至少其中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种可调节内水压的填海单元，其特征在于：所述填海单元的外壳上设有不锈钢丝连接环。

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