CN111441376B - 一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方法，包括：圆沉箱箱体，若干固定在所述箱体内壁表面的加强肋条以及若干固定在所述箱体外壁表面的加强管，所述箱体为圆柱形结构，所述箱体一端设有加厚段，所述加厚段与所述箱体常规壁厚段平滑过渡，沿所述圆沉箱内壁圆周上设置有若干轴向加强肋条以及若干环向加强肋条，所述加强管在所述箱体外壁圆周上等间距排布，所述加强管长度方向与所述圆沉箱轴向平行，所述加强管在长度方向贯通，所述圆沉箱箱壁内部设有加强筋，所述加强筋在其自身长度上两次穿入所述圆沉箱箱壁内部，本发明中的加强结构提高了圆沉箱竖向、水平承载力，保住了圆沉箱的使用安全。

Description

一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方法

技术领域

本发明属于水工中圆形沉箱结构技术领域，特别是涉及一种带加强肋的小 型圆沉箱结构。

背景技术

近几年来，随着我国对外贸易不断发展，我国水运事业快速发展，港 口码头工程项目日益增多，建设规模也日益扩大。就目前而言，我国拥有的所 有港口码头中，重力式结构码头居多，主要在于重力式码头具有结构坚固耐用、 荷载能力大、施工相对简单等优点，不仅自身施工工艺简单，还能承受较大的 船舶荷载和地面荷载。其中，在重力式码头结构中，圆形沉箱因其有较好的景 观效果，并具有一定的消浪效果，适宜弧形曲折岸线摆放等特点，在我国被广 泛的推广使用。

但受限于圆沉箱结构自身的受力特点，其整体抗弯矩能力相对较差，不能 用于大型码头的设计当中，如通过增加壁厚或增加圆沉箱尺寸等方法进行改进， 必然也带来成本及施工难度的增加。因此如何提高圆沉箱结构的受力特性成为 制约其通用性、安全性及经济性的重要因素，具有重大的实践意义。

本新型专利考虑在圆型沉箱内壁结构中增加沿圆周方向阵列排布的肋状结 构，提高沉箱受力的整体性，并根据不同类型码头的受力特点对肋状结构的尺 寸、断面进行调整，以达到最佳的安全、经济效果。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方 法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种带平衡机构的圆沉箱以 及使用方法，包括：圆沉箱箱体，若干固定在所述箱体内壁表面的加强肋条以 及若干固定在所述箱体外壁表面的加强管，所述箱体为圆柱形结构，所述箱体 一端设有加厚段，所述加厚段与所述箱体常规壁厚段平滑过渡，沿所述圆沉箱 内壁圆周上设置有若干轴向加强肋条以及若干环向加强肋条，所述加强管在所 述箱体外壁圆周上等间距排布，所述加强管长度方向与所述圆沉箱轴向平行， 所述加强管在长度方向贯通，所述圆沉箱箱壁内部设有加强筋，所述加强筋在 其自身长度上两次穿入所述圆沉箱箱壁内部。

本发明一个较佳实施例中，所述加厚段厚度为所述圆沉箱箱体壁厚的2～4 倍。

本发明一个较佳实施例中，所述加厚段与所述箱体常规壁厚段之间设有平 滑过渡段，所述平滑过渡段坡度范围1:3～1:5。

本发明一个较佳实施例中，所述加强肋条在所述圆沉箱内壁圆周上等间距 布置。

本发明一个较佳实施例中，所述轴向加强肋条断面为梯形结构，所述梯形 结构坡度取1:1～1:3，所述轴向加强肋两端头分别连接所述箱体靠近平滑过渡段 一端以及所述箱体另一端底部。

本发明一个较佳实施例中，所述加强管在所述圆沉箱箱体外壁圆周上密集 等间距排布，相邻的两个所述加强管管壁之间间距与单个加强管直径相同。

本发明一个较佳实施例中，两个所述圆沉箱能够通过各自加强管之间交错 卡紧，在径向互为约束。

本发明一个较佳实施例中，所述加强管一端设有距离传感器。

本发明一个较佳实施例中，所述距离传感器利用超声波测距。

本发明一个较佳实施例中，所述距离传感器测量其对应的所述加强管距离 水底的距离。

本发明一个较佳实施例中，所述距离传感器测量其对应的所述加强管距离 水面的距离。

本发明一个较佳实施例中，所述箱体靠近底部位置设有板钩，所述板钩为L 型结构，所述L型长边自由端固定在所述圆沉箱箱体外壁上，所述板钩与所述 箱体通过扭簧连接，所述扭簧施力方向朝向所述箱体下落方向。

本发明一个较佳实施例中，所述加强筋在所述圆沉箱箱璧上等间距排布， 所述加强筋靠近所述圆沉箱轴线，但与所述圆沉箱轴线不相交，所述加强筋互 相之间不干涉。

本发明还提供了一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方法的使用方法，圆沉 箱被制成后需要被运输、安装到指定位置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)圆沉箱沿轴向浸入水中，入水深度为所述箱体一半轴长，利用外部吊 具吊住加厚段调整所述圆沉箱水平方向位置；

(2)逐步放松外部吊具，使所述圆沉箱下降，所述加强管内距离传感器分 别测量所述箱体圆周上各位置触底距离，在触底距离相对较大位置对于的加强 管内注入砂石，最终使所述箱体底部圆周平整触底。

本发明还提供了一种砂石注入量的自动分配方法，建立一坐标系，坐标系x 轴包括箱体底部圆周上按圆周顺序排布的任一位置，坐标系y轴为对应x轴上 箱体底部圆周各位置处的触底距离，所述坐标系内各数据连线为一波浪线，首 先确定波浪线最高点注入砂石量为s，波浪线最低点注入砂石量为0，设波浪线 上任一点距离最高点距离为a，波浪线上任一点距离最低点距离为b，从而得出 波浪线上其余位置与最高点和最低点距离的比例为b/(a+b)，最后得出各位置需 填充砂石量为s*b/(a+b)。

本发明一个较佳实施例中多次重复上述自动分配方法直至所述圆沉箱平整 触底。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)沉箱箱体外壁圆周上设有等间距排布的加强管，加强管长度方向与圆 沉箱轴向平行，此加强管能够提升圆沉箱的水平承载力，保证沉箱整体抗弯矩 能力，确保沉箱的安全使用，加强管在自身长度方向上贯通，一方面在对圆沉 箱水平移动时，液面能够在加强管内保持与外部高度一致，减少沉箱水平移动 时轴向侧倾，提高了沉箱的安置效率；另一方面，加强管能够使砂石自上而下 通过，在沉箱下降的同时将底部填平，减化了沉箱安置工序；相邻的两个加强 管相邻管壁之间间距与单个加强管外壁直径相同，能够使相同的若干个圆沉箱 互相牢固连接，若干圆沉箱的加强管交错卡紧，使若干圆沉箱之间配合便捷。

(2)加强管上的距离传感器能够及时将沉箱圆周上各点的触底距离反馈， 及时调整每根加强管通过的砂石量，确保了底部承托层的平整度，本发明优选 的采用超声波传感器，超声波在水中传播速度极快，提高了此反馈机制的响应 速度。

(3)箱体一端设有加厚段，加厚段与箱体常规壁厚段平滑过渡，顶端加厚 端可以有效承受上部结构带来的荷载加压，避免圆沉箱顶端因荷载原因造成的 混凝土破损、脱落的现象，减少顶端钢筋外露钢筋的可能性，有利于承接更大 的上部荷载，保障使用过程的安全性，沿圆沉箱内壁圆周上设置有若干轴向加 强肋条以及若干环向加强肋条，形成整体受力结构，提高了圆沉箱结构的抗弯 特点，尤其是应用于大型码头中，可提高结构竖向承载力、水平受力的抗弯性， 提高圆沉箱码头在使用过程中的安全性。

(4)圆沉箱箱壁内部设有加强筋，加强筋在其自身长度上两次穿入圆沉箱 箱壁内部，加强筋在圆沉箱箱璧上等间距排布，加强筋靠近圆沉箱轴线，但与 圆沉箱轴线不相交，加强筋互相之间不干涉，这些加强筋能够对圆沉箱箱璧不 同位置进行两两约束加强，密集排布的加强筋似的圆沉箱整体受力能力极大提 高，加强筋与所述加强管以及所述加强肋条共同配合，分别对圆沉箱箱壁内、 箱体外壁以及箱体内壁起到加强作用，是整个圆沉箱形成一内外结合的整体受 力结构。

(5)圆沉箱在下落过程中，板钩受到箱体与水相对运动的水流压力背向圆 沉箱下落方向折叠，板钩固定在圆沉箱外壁上的长边对圆沉箱的下作起到导流 作用，同时板钩短边与圆沉箱下落方向垂直，对圆沉箱下落速度进行限制；圆 沉箱触底后，箱体与水无相对流动，板钩与箱体连接处的扭簧将板钩翻转，板 钩短边自由端插入基层土质中，综上所述板钩在箱体下落过程中防止箱体受水 流影响轴向倾斜，在箱体下落完成后对箱体底部土质进行固定，确保圆沉箱使 用安全；板钩与所述加强管分别在不同阶段对圆沉箱径向加以限制，使得圆沉 箱从调整水平位置到下落整个过程中都能保持轴向竖直。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明的一个优选实施例的立体结构图；

图2是本发明的一个优选实施例的剖面图；

图3是本发明的一个优选实施例的立体结构图；

图4是本发明的一个优选实施例的立体结构图；

图5是本发明的一个优选实施例的横截面图；

图6是本发明的一个优选实施例的板钩结构图；

图中：1、圆沉箱箱体；21、顶端加厚段；22、平滑过渡段；23、竖向加强 肋条；24、环向加强肋条；3、加强筋；4、板钩；5、加强管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围 并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描 述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方 位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此 外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描 述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安 装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆 卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普 通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，一种带平衡机构的圆沉箱以及使用方法，包括：圆沉箱箱体1， 若干固定在箱体1内壁表面的加强肋条以及若干固定在箱体1外壁表面的加强 管，其特征在于，箱体1为圆柱形结构，箱体1一端设有加厚段，加厚段与箱 体1常规壁厚段平滑过渡，沿圆沉箱内壁圆周上设置有若干轴向加强肋条以及 若干环向加强肋条，加强管在箱体1外壁圆周上等间距排布，加强管长度方向 与圆沉箱轴向平行，加强管在长度方向贯通，圆沉箱箱壁内部设有加强筋，加 强筋在其自身长度上两次穿入圆沉箱箱壁内部。

如图3所示本发明一个实施例中，在圆沉箱结构的顶端沿高度方向设置 1m～3m的加厚段，厚度可取2～4倍圆沉箱壁厚，顶端加厚段21与常规壁厚段采 用平滑过渡，平滑段段坡度可取1:3～1:5,顶端加厚端可以有效承受上部结构带 来的荷载加压，避免圆沉箱顶端因荷载原因造成的混凝土破损、脱落等现象， 减少顶端钢筋外露钢筋的可能性，有利于承接更大的上部荷载，保障使用过程 的安全性。沿圆沉箱结构圆周方向设置均匀排排布的竖向加强肋条，可等间距 布置4～6个竖向加强肋条，建议在沿码头前沿方向设置竖向加强肋条，增加圆 沉箱在码头结构受力的整体性，如图5所示竖向加强肋条断面为梯形结构，上边宽度可取50cm～200cm，梯形结构坡度可取1:1～1:3，竖向加强肋与平滑过渡 段22连接，形成整体受力结构，通过设置竖向加强肋，可提高圆沉箱结构的抗 弯特点，尤其是应用于大型码头中，可提高结构水平受力的抗弯性，使其具有 较高的承载力，提高圆沉箱码头在使用过程中的安全性。

如图4所示本发明另一个实施例中，可在保持该结构特点的基础上，增加 环向加强肋条，环向加强肋条断面建议采用梯形结构，沿高方向等间距布置1～3 个，具体视沉箱高度而定，如图5所示环向加强肋条断面采用梯形结构，尺寸 可略小于竖向加强肋条，上边宽度可取40cm～200cm，梯形结构坡度可取1:1～1:3， 通过设置环向加强肋条，可进一步加强竖向肋条之前的连接，形成更紧密的受 力整体，同时对结构自身的竖向承载力、水平承载力均有很大的提升，可应用 于对荷载要求更高的大型码头中，保证项目的安全使用。

如图1所示本发明一个实施例中，沉箱箱体1外壁圆周上设有等间距排布 的加强管，加强管长度方向与圆沉箱轴向平行，此加强管能够提升圆沉箱的水 平承载力，保证沉箱整体抗弯矩能力，确保沉箱的安全使用，加强管在自身长 度方向上贯通，一方面在对圆沉箱水平移动时，液面能够在加强管内保持与外 部高度一致，减少沉箱水平移动时轴向侧倾，提高了沉箱的安置效率；另一方 面，加强管能够使砂石自上而下通过，在沉箱下降的同时将底部填平，减化了 沉箱安置工序；相邻的两个加强管相邻管壁之间间距与单个加强管外壁直径相 同，能够使相同的若干个圆沉箱互相牢固连接，若干圆沉箱的加强管交错卡紧， 使若干圆沉箱之间配合便捷，本实施例中加强管上的距离传感器能够及时将沉 箱圆周上各点的触底距离反馈，及时调整每根加强管通过的砂石量，确保了底 部承托层的平整度，本发明优选的采用超声波传感器，超声波在水中传播速度 极快，提高了此反馈机制的响应速度。

应当意识到，本实施例中各加强管上传感器位置不影响数据反馈，在圆沉 箱轴线竖直状态下，确保各传感器保持在同一水平面能够剔除各传感器到圆沉 箱底面距离的影响，简化数据处理。

还应当意识到，本实施例中砂石下落不仅限于圆沉箱下落过程中，当圆沉 箱已经触底后，只需在加强管顶部对砂石加压，同样可以利用砂石将圆沉箱顶 起，调整圆沉箱水平程度，显然在此情况下，距离传感器应当朝向水面，测量 圆沉箱圆周各位置到水面距离，同样能够得出圆沉箱的倾斜程度。

如图1所示本发明一个实施例中圆沉箱箱壁内部设有加强筋，加强筋在其 自身长度上两次穿入圆沉箱箱壁内部，加强筋在圆沉箱箱璧上等间距排布，加 强筋靠近圆沉箱轴线，但与圆沉箱轴线不相交，加强筋互相之间不干涉，对圆 沉箱箱壁各处形成多个约束力，使单个加强筋的损坏对圆沉箱整体强度影响微 乎其微。

如图2所示本发明一个实施例的剖面图，此实施例中加强筋几乎横跨圆沉 箱直径，加强筋能够对圆沉箱箱璧圆周上较远位置进行两两约束加强，密集排 布的加强筋似的圆沉箱整体受力能力极大提高。

本发明中加强筋3与所述加强管5以及所述加强肋条23共同配合，分别对 圆沉箱箱壁内、箱体外壁以及箱体内壁起到加强作用，是整个圆沉箱形成一内 外结合的整体受力结构。

如图1所示本发明一个实施例中箱体1靠近底部位置设有板钩4，板钩4为 L型结构，L型长边自由端固定在圆沉箱箱体1外壁上，板钩4与箱体1通过扭 簧连接，扭簧施力方向朝向箱体1下落方向，圆沉箱在下落过程中，板钩4受 到箱体1与水相对运动的水流压力背向圆沉箱下落方向折叠，板钩4固定在圆 沉箱外壁上的长边对圆沉箱的下作起到导流作用，同时板钩4短边与圆沉箱下 落方向垂直，对圆沉箱下落速度进行限制；圆沉箱触底后，箱体1与水无相对 流动，板钩4与箱体1连接处的扭簧将板钩4翻转，板钩4短边自由端插入基 层土质中，综上板钩4在箱体1下落过程中防止箱体1受水流影响轴向倾斜， 在箱体1下落完成后对箱体1底部土质进行固定，确保圆沉箱使用安全。

本发明中板钩4与所述加强管5分别在不同阶段对圆沉箱径向加以限制， 使得圆沉箱从调整水平位置到下落整个过程中都能保持轴向竖直

如图6所示本发明中板钩4的一个实施例，此板钩4为L型结构，长边与 短边垂直，长边自由端设有扭簧，长边自由端利用扭簧与圆沉箱箱体1连接， 无约束状态下，短边自由端指向与箱体1重力方向一致，短边自由端尖锐，能 够顺利插入基层土质中，围在圆沉箱箱体1底部圆周一圈的若干板钩4，能够使 圆沉箱牢牢抓住底部基层土质，而不仅仅是依靠圆沉箱自重来抵抗径向受力。

本发明一个实施例汇总，当圆沉箱放置位置底部土质层不平整，可由操作 人员肉眼观察加注砂石量，应当意识到操作人员视觉观察极不精确，所以本发 明采用了一种砂石注入量的自动分配方法，利用加强管上的距离传感器，建立 一坐标系，坐标系x轴包括箱体1底部圆周上按圆周顺序排布的任一位置，坐 标系y轴为对应x轴上箱体1底部圆周各位置处的触底距离，坐标系内各数据 连线为一波浪线，首先确定波浪线最高点注入砂石量为s，波浪线最低点注入砂 石量为0，设波浪线上任一点距离最高点距离为a，波浪线上任一点距离最低点 距离为b，从而得出波浪线上其余位置与最高点和最低点距离的比例为b/(a+b)，最后得出各位置需填充砂石量为s*b/(a+b)，这种自动分配砂石量的方法，提高 了砂石下落量的精确度，使圆沉箱底部土质层平整，提高了项目安全性。

本发明使用时，圆沉箱沿轴向浸入水中，利用外部吊具吊住加厚段调整圆 沉箱水平方向位置，逐步放松外部吊具，使圆沉箱下降，加强管内距离传感器 分别测量箱体1圆周上各位置触底距离，在触底距离相对较大位置对于的加强 管内注入砂石，使箱体1底部圆周平整触底，板钩4固定在圆沉箱外壁上的长 边对圆沉箱的下作起到导流作用，板钩4短边与圆沉箱下落方向垂直，对圆沉 箱下落速度进行限制，圆沉箱触底后，板钩4自由端在扭簧作用下勾住圆沉箱 底部土质中。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项 发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确 定技术性范围。

Claims (2)

1.一种带平衡机构的圆沉箱，包括：圆沉箱箱体，若干固定在所述箱体内壁表面的加强肋条以及若干固定在所述箱体外壁表面的加强管，其特征在于，所述箱体为圆柱形结构，所述箱体一端设有加厚段，所述加厚段与所述箱体常规壁厚段平滑过渡，沿所述圆沉箱内壁圆周上设置有若干轴向加强肋条以及若干环向加强肋条，所述加强管在所述箱体外壁圆周上等间距排布，所述加强管长度方向与所述圆沉箱轴向平行，所述加强管在长度方向贯通，所述圆沉箱箱壁内部设有加强筋，所述加强筋在其自身长度上两次穿入所述圆沉箱箱壁内部；

所述加厚段厚度为所述圆沉箱箱体壁厚的2~4倍，所述加厚段与所述箱体常规壁厚段之间设有平滑过渡段，所述平滑过渡段坡度范围1:3~1:5；

所述轴向加强肋条断面为梯形结构，所述梯形结构坡度取1:1~1:3，所述轴向加强肋两端头分别连接所述箱体靠近平滑过渡段一端以及所述箱体另一端底部；

所述加强筋在所述圆沉箱箱壁上等间距排布，所述加强筋靠近所述圆沉箱轴线，但与所述圆沉箱轴线不相交，所述加强筋互相之间不干涉；

所述加强管在所述圆沉箱箱体外壁圆周上等间距排布，相邻的两个所述加强管管壁之间间距与单个加强管直径相同；

所述加强管一端设有距离传感器；

所述箱体靠近底部位置设有板钩，所述板钩与所述箱体通过扭簧连接，所述扭簧施力方向朝向所述箱体下落方向；

一种带平衡机构的圆沉箱的使用方法，应用于所述的一种带平衡机构的圆沉箱，圆沉箱被制成后需要被调整、安装到指定位置，包括以下步骤：

（1）利用外部吊具吊住圆沉箱使其轴向入水，圆沉箱内部水面与圆沉箱箱壁垂直，调整所述圆沉箱水平方向位置；

（2）逐步放松外部吊具使圆沉箱下降，加强管上距离传感器分别测量箱体圆周上各位置触底距离，在触底距离相对较大位置对应的加强管内注入砂石，使底部土质层平整；

（3）圆沉箱下落过程中，板钩受到箱体与水相对运动的水流压力背向圆沉箱下落方向折叠；圆沉箱触底后，所述扭簧将板钩翻转，板钩短边自由端插入基层介质中进行固定；

所述的一种带平衡机构的圆沉箱的使用方法，用在圆沉箱下降过程中，还包括以下步骤：

a.建立一坐标系，坐标系x轴包括箱体底部圆周上按圆周顺序排布的任一位置，坐标系y轴为对应x轴上箱体底部圆周各位置处的触底距离，所述坐标系内各数据连线为一波浪线；

b.确定波浪线最高点注入砂石量为s，波浪线最低点注入砂石量为0，设波浪线上任一点距离最高点距离为a，波浪线上任一点距离最低点距离为b，从而得出波浪线上其余位置与最高点和最低点距离的比例为b/(a+b)，最后得出各位置需填充砂石量为s*b/(a+b)；

c.根据计算出的砂石填充量向加强管中注入砂石；

重复若干次a-c步骤直至坐标系内各数据连线为y=0。

2.根据权利要求1所述的一种带平衡机构的圆沉箱，其特征在于：所述板钩为L型结构，所述L型结构的长边自由端固定在所述圆沉箱箱体外壁上。

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