CN113235514A - 下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构及安装方法 - Google Patents
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Abstract
一种下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构及安装方法，钢圆筒装置下部结构插入海底不透水层或若弱透水层中，每个吸力式钢圆筒装置包括一个钢圆筒，以及在钢圆筒的左右两侧分别通过竖直连接肋板焊接的开口朝向外侧且横截面均为四分之三圆形的第一弧形侧翼及第二弧形侧翼，其中第二弧形侧翼的直径略大于第一弧形侧翼的直径，使第一弧形侧翼能够套在第二弧形侧翼中形成一个用于回填砂石的圆筒，第一弧形侧翼及第二弧形侧翼与钢圆筒沿竖直方向平齐设置。本发明利用负压进行下沉，第一弧形侧翼及第二弧形侧翼使结构整体性显著增强，下部的隔舱通过分舱可以实现快速、主动纠偏。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢圆筒护岸结构。特别是涉及一种在岩土工程和水利工程中近海及离岸 人工岛围堤建设工程和海洋构筑物中的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构及安装 方法。
背景技术
最近几年，由于人类加大对海洋的开发进度，诸如油气开采平台、海上机场、深水港口、 人工岛屿等工程项目逐渐在海洋兴起。但是海上工程往往需要面临诸多施工问题，例如：海 上巨大风浪、海底超厚软基、以及工程施工作业窗口期短暂等诸多问题。如何快速、高效地 建造岛壁结构，营造干地作业环境是海上工程建设重中之重。
目前的快速成岛技术是采用振沉式超大直径钢圆筒，并结合弧形肋板作为副舱相连，形 成止水型岛壁结构，最后回填砂土形成陆地。例如港珠澳大桥东西人工岛工程采用高 40.5m-50.5m、直径22m、厚16mm的钢圆筒进行岛壁建设，并配置8台液压振动锤进行振沉， 两个大圆筒之间用圆弧钢板作为副舱相连。然而，振沉技术通常需要根据钢圆筒的直径、重 量配置多台特定型号的振动锤联动的锤组系统，造价高，锤组笨重，沉筒时间较长。此外， 从海洋地基的角度考虑，大直径圆筒在进行振沉过程中，会对周围土体产生较大的扰动，海 洋黏土的灵敏性较高，其强度会迅速降低且短期内无法恢复，而岛壁结构的稳定性主要依赖 的就是周围地基抗力；在回填砂土后，其底部与海底软弱淤泥接触面出，会出现挤淤现象， 影响钢圆筒的稳定性；相邻的大圆筒间以弧形肋板相连，虽然可以达到止水效果，但岛壁结 构的整体性较差。
此外，大圆筒安装时的倾斜控制要求高，目前振沉方法只能通过调整不同方向的振锤振 动来间接实现大圆筒的纠偏调平，属于被动纠偏或间接纠偏，在遇到较硬地层时难以达到设 计的垂直度。
因此，需要寻求新的岛壁结构形式，不仅要保证岛壁结构的快速安装，而且要保证其整 体稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现下沉过程中快速纠偏的下分舱设计的 隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构及安装方法。
本发明所采用的技术方案是：一种下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构，是由 若干个钢圆筒装置首尾连接且下部插入海底不透水层或若弱透水层中共同形成的弧形护岸结 构，所述的钢圆筒装置包括有钢圆筒，分别通过连接肋板连接在所述钢圆筒两侧的第一弧形 侧翼和第二弧形侧翼，所述第一弧形侧翼和第二弧形侧翼上下端面与钢圆筒的上下端面对应 平齐设置，且开口远离钢圆筒，其中，所述第二弧形侧翼的直径大于所述第一弧形侧翼的直 径，从而能够通过将后一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个钢圆筒装置的第二弧形 侧翼内共同形成一个用于回填砂石的圆筒，所述的钢圆筒内通过水平设置的分舱板被分为下 隔舱和上隔舱两部分，所述下隔舱内同轴设置有内套筒，所述内套筒与所述下隔舱等高，所 述下隔舱的内壁与内套筒的外壁之间通过垂直设置的N个隔板等间隔的形成有N个大小相等 的分舱，所述分舱板上对应每一个分舱和内套筒均形成有一个抽水/气孔，每个抽水/气孔上连 接一根与所对应的分舱或内套筒相连通的用于从该分舱或内套筒内抽水或抽气的软管，每个 所述软管的另一端对应连接设置在钢圆筒装置外部的一个真空桶，每个所述的真空桶都连接 一个真空泵。
一种下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构的安装方法，包括如下步骤：
1)将在工厂预制好的所需个数的设定尺寸的钢圆筒装置通过海上自浮式拖航的方式运送 到指定地点，利用专业起吊设备起吊后准备沉贯；
2)开始沉贯，利用定位系统使钢圆筒装置在指定位置就位，首先在钢圆筒装置的上隔舱 注入一定量的水，使钢圆筒装置在水和自身重力的作用下进行自重下沉，直到下隔舱形成密 闭条件；
3)自重下沉结束后，将各用于抽水或抽气的软管的一端分别连接在分舱板上的抽水/气 孔上与对应的分舱相连通，软管的的另一端连接真空桶，真空桶再连接真空泵，开启真空泵 抽吸各分舱内的水和空气，使钢圆筒装置在负压作用下下沉至设定深度；
4)下沉结束后根据设定要求在上隔舱内回填砂土或水；
5)继续沉放下一个钢圆筒装置，并将下一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个沉 放完毕的钢圆筒装置的第二弧形侧翼内，共同形成一个用于回填砂石的圆筒；
6)在形成的圆筒内按照设计要求回填砂土；
7)重复步骤2)～步骤6)，直至全部钢圆筒装置沉放完毕，形成人工岛或深水码头；
8)在人工岛或深水码头内侧回填并进行地基加固。
本发明的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构及安装方法，利用负压进行下沉， 两边的弧形侧翼使结构整体性显著增强，下部的隔舱通过分舱可以实现快速、主动纠偏。与 现有技术相比，本发明具有如下优势：
1、该结构通过真空泵对下部隔舱施加负压下沉，避免使用振锤，所需设备少，耗费时间 短，耗费成本低，有效提高现场施工效率。
2、该结构底部直接作用于软土地基表面，阻止了地基土的隆起和流动，提高了结构承载 力。
3、抽水(气)软管与下部舱体连接，真空罐能够控制每根抽水(气)软管中的负压大小， 各个舱体负压能够灵活控制，方便下沉纠偏。
4、下舱中心舱大小以及边舱的数量可根据工程需要灵活设置，能够实现下沉过程中的快 速、主动纠偏，而且相比于传统的振锤纠偏，不会对周边土体产生扰动，稳定性好。
5、连接肋板增强了钢圆筒的侧向支撑，大小弧形侧翼显著提高了钢圆筒整体稳定性。
6、该装置可以利用下部隔舱进行海上自浮式拖航。
附图说明
图1是构成下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构的钢圆筒装置的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是两组钢圆筒装置呈一字形相互连接的示意图；
图4是两组钢圆筒装置呈一定角度相互连接的示意图；
图5是钢圆筒装置进行沉贯的示意图；
图6是钢圆筒装置进行沉贯时出现倾斜时的调整示意图；
图7本发明对倾斜钢圆筒装置进行沉贯调整流程图；
图8是形成人工岛或深水码头的示意图。
图中
1：钢圆筒 2：连接肋板
3：第一弧形侧翼 4：第二弧形侧翼
5：分舱板 6：下隔舱
7：上隔舱 8：圆筒
9：内套筒 10：隔板
11：分舱 12：软管
13：真空桶 14：真空泵
15：泄气阀 16：泄水阀
17：抽水/气孔 18：回填砂土
19：海平面 20：海底面
21：不透水层 22：人工岛或深水码头
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构及安装 方法做出详细说明。
如图1、图2所示，本发明的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构，是由若干 个钢圆筒装置首尾连接且下部插入海底不透水层或若弱透水层中共同形成的弧形护岸结构， 所述的钢圆筒装置包括有钢圆筒1，分别通过连接肋板2焊接连接在所述钢圆筒1两侧的第 一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4，所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4上下端面与钢圆筒1 的上下端面对应平齐设置，且开口远离钢圆筒1，其中，所述第二弧形侧翼4的直径大于所 述第一弧形侧翼3的直径，从而能够通过将后一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼3嵌入在前一 个钢圆筒装置的第二弧形侧翼4内共同形成一个用于回填砂石的圆筒8，如图3、图4所示， 其中，图4是两个相连接钢圆筒装置均是所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分别 与所述钢圆筒1圆心的连线夹角等于180度，即在一第直线上的连接图。图5是两个钢圆筒 装置相连接时，其中右边的一个钢圆筒装置中所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心 分别与所述钢圆筒1圆心的连线夹角等于180度，即在一第直线上，而左边的一个钢圆筒装 置中所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分别与所述钢圆筒1圆心的连线夹角小于 180度，因此，连接时形成有一定的折弯。
如图1、图2所示，所述的钢圆筒1内通过水平设置的分舱板5被分为下隔舱6和上隔舱7两部分，分舱板5与钢圆筒1的内壁焊接相连。所述下隔舱6内同轴通过焊接设置有内 套筒9，所述内套筒9与所述下隔舱6等高，所述下隔舱6的内壁与内套筒9的外壁之间通 过焊接垂直设置的N个隔板10等间隔的形成有N个大小相等的分舱11，所述N可根据工程 实际需要取4-12，内套筒(9)的直径及分舱板(5)的位置也可根据工程实际需要灵活调节。 所述分舱板5上对应每一个分舱11和内套筒9均形成有一个抽水/气孔17，每个抽水/气孔17 上连接一根与所对应的分舱11或内套筒9相连通的用于从该分舱11或内套筒9内抽水或抽 气的软管12，每个所述软管12的另一端对应连接设置在钢圆筒装置外部的一个真空桶13， 每个所述的真空桶13都连接一个真空泵14。
所述真空桶13的上部设置有用于排出从分舱11内抽出的气体的泄气阀15，所述真空桶 13的下部设置有用于排出从分舱11内抽出的水的泄水阀16。
钢圆筒装置在负压下沉出现倾斜时，通过关闭低舱的抽水(气)阀，进行抽吸高分舱或 高分舱加中舱(内套筒9构成中舱)，或通过真空桶的泄气阀对低分舱或低分舱加中舱进行放 水(气)，以实现快速纠偏。纠偏完成后，打开所有分舱的抽水或抽气阀，进行负压下沉。若 再次出现倾斜问题，重复上面的过程直至下沉至预定深度。下沉安装到位后在上隔舱7内回 填砂石。
本发明的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构的安装方法，包括如下步骤：
1)将在工厂预制好的所需个数的设定尺寸的钢圆筒装置通过海上自浮式拖航的方式运送 到指定地点，利用专业起吊设备起吊后准备沉贯，如图5中的a准备就位；
2)开始沉贯，利用定位系统使钢圆筒装置在指定位置就位，首先在钢圆筒装置的上隔舱 注入一定量的水，使钢圆筒装置在水和自身重力的作用下进行自重下沉，直到下隔舱形成密 闭条件，如图5中的b加水重力下沉；
3)自重下沉结束后，将各用于抽水或抽气的软管的一端分别连接在分舱板上的抽水/气 孔上与对应的分舱相连通，软管的的另一端连接真空桶，真空桶再连接真空泵，开启真空泵 抽吸各分舱内的水和空气，使钢圆筒装置在负压作用下下沉至设定深度，见图5中的c吸力 下沉；
4)下沉结束后根据设定要求在上隔舱内回填砂土或水，如图5中的d回填砂土或水；
5)继续沉放下一个钢圆筒装置，并将下一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个沉 放完毕的钢圆筒装置的第二弧形侧翼内，共同形成一个用于回填砂石的圆筒，如图5中的e 第二个钢圆筒装置下沉；
6)在形成的圆筒内按照设计要求回填砂土，如图5中的f侧翼回填砂土或水；
7)重复步骤2)～步骤6)，直至全部钢圆筒装置沉放完毕，形成人工岛或深水码头22；
8)在人工岛或深水码头22内侧回填并进行地基加固，如图8所示。
上述的使用方法中，在钢圆筒装置下沉过程中，出现一侧高一侧低的情况，如图6中的 a所示，通过真空泵对高侧处的分舱内施加更大的负压，打开与低侧处的分舱相连通的真空 桶的泄气阀，如图6中的b所示；或者不打开泄气阀，而是向低侧处的分舱内充水或气，产 生高侧处的分舱下沉、低侧处的分舱上浮的效果，从而实现快速、主动纠偏，如图6中的b 所示。具体过程如图7所示的抽吸高舱关闭其余舱、抽吸高舱加中舱关闭其余舱、低舱放水 或气、低舱加中舱放水或气。
上述形成人工岛或深水码头的拐角位置的钢圆筒装置，是采用如图4所示的连接在钢圆 筒两侧的第一弧形侧翼和第二弧形侧翼的圆心分别与所述钢圆筒圆心的连线夹角为小于180 度的设定角度的钢圆筒装置。
Claims (7)
1.一种下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构，是由若干个钢圆筒装置首尾连接且下部插入海底不透水层或若弱透水层中共同形成的弧形护岸结构，所述的钢圆筒装置包括有钢圆筒(1)，分别通过连接肋板(2)连接在所述钢圆筒(1)两侧的第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)，所述第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)上下端面与钢圆筒(1)的上下端面对应平齐设置，且开口远离钢圆筒(1)，其中，所述第二弧形侧翼(4)的直径大于所述第一弧形侧翼(3)的直径，从而能够通过将后一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼(3)嵌入在前一个钢圆筒装置的第二弧形侧翼(4)内共同形成一个用于回填砂石的圆筒(8)，所述的钢圆筒(1)内通过水平设置的分舱板(5)被分为下隔舱(6)和上隔舱(7)两部分，其特征在于，所述下隔舱(6)内同轴设置有内套筒(9)，所述内套筒(9)与所述下隔舱(6)等高，所述下隔舱(6)的内壁与内套筒(9)的外壁之间通过垂直设置的N个隔板(10)等间隔的形成有N个大小相等的分舱(11)，所述分舱板(5)上对应每一个分舱(11)和内套筒(9)均形成有一个抽水/气孔(17)，每个抽水/气孔(17)上连接一根与所对应的分舱(11)或内套筒(9)相连通的用于从该分舱(11)或内套筒(9)内抽水或抽气的软管(12)，每个所述软管(12)的另一端对应连接设置在钢圆筒装置外部的一个真空桶(13)，每个所述的真空桶(13)都连接一个真空泵(14)。
2.根据权利要求1所述的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构，其特征在于，所述真空桶(13)的上部设置有用于排出从分舱(11)内抽出的气体的泄气阀(15)，所述真空桶(13)的下部设置有用于排出从分舱(11)内抽出的水的泄水阀(16)。
3.根据权利要求1所述的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构，其特征在于，所述N取4-12。
4.根据权利要求1所述的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构，其特征在于，所述第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)的圆心分别与所述钢圆筒(1)圆心的连线夹角小于等于180度。
5.一种下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将在工厂预制好的所需个数的设定尺寸的钢圆筒装置通过海上自浮式拖航的方式运送到指定地点，利用专业起吊设备起吊后准备沉贯；
2)开始沉贯，利用定位系统使钢圆筒装置在指定位置就位，首先在钢圆筒装置的上隔舱注入一定量的水，使钢圆筒装置在水和自身重力的作用下进行自重下沉，直到下隔舱形成密闭条件；
3)自重下沉结束后，将各用于抽水或抽气的软管的一端分别连接在分舱板上的抽水/气孔上与对应的分舱相连通，软管的的另一端连接真空桶，真空桶再连接真空泵，开启真空泵抽吸各分舱内的水和空气，使钢圆筒装置在负压作用下下沉至设定深度；
4)下沉结束后根据设定要求在上隔舱内回填砂土或水；
5)继续沉放下一个钢圆筒装置，并将下一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个沉放完毕的钢圆筒装置的第二弧形侧翼(4)内，共同形成一个用于回填砂石的圆筒；
6)在形成的圆筒内按照设计要求回填砂土；
7)重复步骤2)～步骤6)，直至全部钢圆筒装置沉放完毕，形成人工岛或深水码头；
8)在人工岛或深水码头内侧回填并进行地基加固。
6.根据权利要求5所述的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构的安装方法，其特征在于，在钢圆筒装置下沉过程中，出现一侧高一侧低的情况，通过真空泵对高侧处的分舱内施加更大的负压，打开与低侧处的分舱相连通的真空桶的泄气阀；或者不打开泄气阀，而是向低侧处的分舱内充水或气，产生高侧处的分舱下沉、低侧处的分舱上浮的效果，从而实现快速、主动纠偏；
7.根据权利要求5所述的下分舱设计的隔舱吸力式钢圆筒岛壁护岸结构的安装方法，其特征在于，形成人工岛或深水码头的拐角位置的钢圆筒装置，是采用连接在钢圆筒(1)两侧的第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)的圆心分别与所述钢圆筒(1)圆心的连线夹角为小于180度的设定角度的钢圆筒装置。
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