CN115110474A - 一种消浪堤坝及消浪堤坝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消浪工程技术领域，特别是一种消浪堤坝及消浪系统，其中消浪堤坝包括基础，相邻基础之间设置有第一消浪结构，第一消浪结构用于减小相邻基础的通道的净宽度，相邻基础顶部支撑设置有消浪箱体。本申请的消浪堤坝通过第一消浪结构减小相邻基础的通道的净宽度，利用基础和第一消浪结构的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，进而达到降低波浪高度的目的，且能够使消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。利用消浪箱体来将相邻基础形成整体，不仅增加消浪的高度，同时增加了消浪堤坝的整体刚性，以达到更好地消浪效果。
Description
技术领域
本发明涉及消浪工程技术领域，特别是一种消浪堤坝及消浪堤坝系统。
背景技术
目前，传统消浪堤主要有两种：分别为抛石消浪堤和浮式防波堤，其中，抛石防波堤采用散体结构填料，施工及运营期的足迹(footprint)范围大。由于填料重量大，可能导致沉降大，并导致额外水下开挖和水下土质改良作业，其存在施工周期长、填料量非常大等问题。随着水深增至20～30m，以及随着堤顶高程的增加，以上问题愈发明显。同时，抛石防波堤透空率低，容易导致局部流场或整体流场的改变，对海洋生态环境影响大。浮式防波堤消浪效果有限，一般仅能实现30～40％的波浪透射率。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的抛石防波堤填料量非常大、透空率低，容易导致局部流场或整体流场的改变，对海洋生态环境影响大的问题，提供消浪堤坝及消浪堤坝系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种消浪堤坝，包括至少两个间隔设置的基础，相邻所述基础之间设置有用于消浪的第一消浪结构，相邻所述基础顶部支撑设置有消浪箱体。
本申请所述的一种消浪堤坝，通过间隔设置的基础来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础之间设置有用于消浪的第一消浪结构，第一消浪结构来减小相邻所述基础的通道的净宽度，来增加消浪堤坝内外波浪引起的水质点的流通长度，进而起到快速消耗波浪能量的作用。利用基础和第一消浪结构的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，增加波浪水质点流动长度，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构只能减小相邻所述基础的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。同时，利用消浪箱体来将相邻所述基础形成整体，不仅起到减小越浪，防止波浪从上部翻过的作用，同时增加了消浪堤坝的协同受力作用，外海极端天气时整体稳定性更好。
同时，由于利用了基础和第一消浪结构的组合，相比于单独的利用成排设置的基础消浪方式来说，要达到同样的消浪效果，基础和第一消浪结构的组合能够有效地减少了基础的外径，尤其是基础为圆形横截面时的外径，从而大大减少了工程量，有效地降低了工程成本及施工周期。
优选地，所述消浪箱体与所述基础之间设置有横向限位装置，所述横向限位装置用于限制所述消浪箱体相对基础朝向限位一侧移动。
优选地，所述横向限位装置包括抵靠于所述消浪箱体至少一侧的止滑块，所述止滑块与所述基础相连接。
优选地，所述横向限位装置包括朝向所述消浪箱体迎浪侧伸出的墙趾，墙趾与所述消浪箱体下部相连接。
优选地，所述横向限位装置包括相配合的凹槽和凸块，所述凹槽竖向设置，所述凹槽连接于所述基础上，所述凸块连接于所述消浪箱体上。
优选地，所述基础顶部浇筑有混凝土层，所述消浪箱体设置于所述混凝土层上。
优选地，所述基础底部迎浪侧设置有护坦。
优选地，所述基础底部背浪侧设置有压脚回填结构。
优选地，至少一个所述基础上设置有朝向相邻所述基础延伸的所述第一消浪结构。
优选地，相邻所述基础上均设置有朝向另一个所述基础延伸的所述第一消浪结构。
优选地，相邻所述基础之间的所有所述第一消浪结构形成多弯通道。
从而将波浪的前进路径改变为多弯路径，进而达到降低波浪高度的目的。
优选地，所述基础横截面为圆形，所述第一消浪结构沿所述圆形法线方向设置。基础横截面为圆形，其弧形侧面能够有效减小波浪对基础的冲击，而且，所述第一消浪结构沿所述圆形法线方向设置，使得在达到相同消浪效果条件下，所需要的第一消浪结构的延伸长度更短，其成本更低。
优选地，所述基础包括筒体，所述筒体内填充有填料，所述筒体包括沿所述筒体长度方向依次设置的混凝土筒和钢筒，所述混凝土筒位于所述钢筒的上方，所述混凝土筒与所述钢筒之间封闭设置，所述第一消浪结构连接于所述混凝土筒上。上部是混凝土筒，下部是钢筒，在使用时，钢筒全部没入水下，混凝土筒的一部分位于水面以上，另一部分位于水面以下，钢筒和混凝土筒形成的组合形式，通过混凝土筒来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒能够适应更多地质条件。同时，组合筒结合了上部混凝土筒重量大(因为混凝土强重比小，且部分水面以上是干容重)，下部钢筒在水下土中下沉摩阻力小的优势；下部钢筒受拉性能比上部混凝土筒好，匹配筒内填料随深度增加侧压力增加，筒体环向拉力引起筒壁拉力增加的特点，结构性能更优。
优选地，所述混凝土筒与所述第一消浪结构一体预制成型。
优选地，所述第一消浪结构包括竖向设置的柱体结构，所述柱体结构与所述混凝土筒一体预制成型，使得混凝土筒与所述第一消浪结构一体预制时更好地脱模。
优选地，所述混凝土筒侧壁顶部设置朝向水平外侧延伸的凸台。
混凝土筒侧壁顶部上部采用凸台，可逆转部分波浪，有效减少消浪堤坝系统的总越浪量。
优选地，所述第一消浪结构下部还设置有第二消浪结构，所述第二消浪结构与至少一侧所述钢筒柔性连接。由于所述第二消浪结构位于所述第一消浪结构下部，故所述第二消浪结构常常会在水面以下，通过所述第二消浪结构与至少一侧所述钢筒柔性连接，使得低水面下涌浪冲击第二消浪结构时，第二消浪结构发生摆动，从而对低水面下涌浪进行扰动，进而达到降低水面下涌浪的强度的目的。
优选地，所述第二消浪结构与相邻所述钢筒之间具有间隙，使得第二消浪结构也能达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。
优选地，所述钢筒上设置有附着件，所述第二消浪结构上对应连接有第一柔性件，所述第二消浪结构与至少一侧所述钢筒通过第一柔性件柔性连接，所述第一柔性件与对应所述附着件相挂接。通过第一柔性件与对应所述附着件相挂接的方式，相比于将第二消浪结构与钢筒焊接的方式来说，能够大大减小安装人员在水下的安装难度。
优选地，所述第二消浪结构包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元，所述第二消浪结构单元上连接有所述第一柔性件。
在安装时，第二消浪结构单元可以在水下单独安装，相比第二消浪结构整体水下安装来说，更好制作及安装。
优选地，至少两个相邻所述第二消浪结构单元通过第二柔性件柔性连接。
本申请还公开了一种消浪堤坝系统，包括至少一个如本申请所述的消浪堤坝，所述消浪堤坝上设置有出入口和朝向所述消浪堤坝的背浪侧延伸的延伸部，所述延伸部位于出入口处。
本申请所述的一种消浪堤坝系统，延伸部用于能够使得出入口处另一个方向的消浪，从而使得船只能够平稳地进出消浪堤坝。
优选地，所述基础的一部分位于水面以下，且所述基础的底部插入水底面。
本申请所述的一种消浪堤坝系统，间隔设置的所述基础的一部分位于水面以下，且所述基础的底部插入水底面，来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础之间设置有用于消浪的第一消浪结构，通过第一消浪结构减小相邻所述基础的通道的净宽度，利用基础和第一消浪结构的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构只能减小相邻所述基础的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝系统两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。同时，利用消浪箱体来将相邻所述基础形成整体，不仅增加消浪的高度，同时增加了消浪堤坝的整体刚性，以达到更好地消浪效果。
优选地，所述消浪堤坝位于迎浪侧的部分高于位于背浪侧的部分。使得消浪堤坝系统整体成本更低。
优选地，所述消浪堤坝的背浪侧设置有港池。
优选地，所述消浪堤坝上设置有房间、风电设备、停机坪或灯塔。
优选地，所述消浪堤坝有至少两个，其中，至少两个相邻所述消浪堤坝共用至少一段所述消浪堤坝。
优选地，所述消浪箱体内设置有房间和/或通道。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本申请所述的一种消浪堤坝，通过间隔设置的基础来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础之间设置有用于消浪的第一消浪结构，第一消浪结构来减小相邻所述基础的通道的净宽度，来增加消浪堤坝内外波浪引起的水质点的流通长度，进而起到快速消耗波浪能量的作用。利用基础和第一消浪结构的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，增加波浪水质点流动长度，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构只能减小相邻所述基础的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。同时，利用消浪箱体来将相邻所述基础形成整体，不仅起到减小越浪，防止波浪从上部翻过的作用，同时增加了消浪堤坝的协同受力作用，外海极端天气时整体稳定性更好。
同时，由于利用了基础和第一消浪结构的组合，相比于单独的利用成排设置的基础消浪方式来说，要达到同样的消浪效果，基础和第一消浪结构的组合能够有效地减少了基础的外径，尤其是基础为圆形横截面时的外径，从而大大减少了工程量，有效地降低了工程成本及施工周期。
附图说明
图1是本发明的一种消浪堤坝的结构主视示意图。
图2是本发明的附图1中B-B剖视示意图。
图3是本发明的附图1中A部放大示意图。
图4是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒，1个条状)。
图5是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒，2个条状)。
图6是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒，3个条状)。
图7是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒，4个条状)。
图8是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(圆筒，5个条状)。
图9是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，1个条状)。
图10是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，2个条状)。
图11是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，3个条状)。
图12是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，4个条状)。
图13是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，3个弧形状)。
图14是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，3个三角形状)。
图15是本发明的基础与第一消浪结构的配合俯视示意图(矩形，3个梯形状)。
图16是本发明的第二消浪结构与第一柔性件的配合示意图(筒体整体)。
图17是本发明的多个第二消浪结构单元与第一柔性件的配合示意图(筒体)。
图18是本发明的多个第二消浪结构单元与第一柔性件的配合示意图(板体)。
图19是本发明的多个第二消浪结构单元与第一柔性件的配合示意图(球体)。
图20是本发明的一种消浪堤坝的结构主视示意图(具有混凝土层)。
图21是本发明的一种消浪堤坝的结构右视示意图(具有混凝土层)。
图22是本发明的一种消浪堤坝的结构立体示意图(具有混凝土层)。
图23是本发明的混凝土层与箱体单元的配合示意图。
图24是本发明的第一消浪结构与钢筋混凝土筒的配合示意图。
图25是本发明的消浪系统的结构示意图。
图26是本发明的筒体的使用受力示意图。
图27是本发明的填料对钢筒筒壁会产生法向土压力示意图。
图28是本发明的钢筒筒壁上的微段研究示意图。
图29是本发明的一种筒体的结构竖向截面示意图。
图30是本发明的附图29中A-A剖面示意图。
图31是本发明的附图30中C-C剖面示意图。
图32是本发明的附图30中D-D剖面示意图。
图33是本发明的附图29中B部放大示意图。
图34是本发明的空气幕和高压水设施调整筒体姿态示意图。
图35是本发明的一种消浪堤坝消浪效果试验云图。
图36是本发明的一种消浪堤坝消浪效果试验主视图(消浪前)。
图37是本发明的一种消浪堤坝消浪效果试验主视图(消浪中)。
图38是本发明的一种消浪堤坝消浪效果试验主视图(消浪后)。
图39是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒输送示意图。
图40是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筒输送示意图。
图41是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒和钢筒整体吊装示意图。
图42是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒和钢筒整体下沉示意图。
图43是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中钢筋混凝土筒和钢筒整体下沉至设计标高位置示意图。
图44是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中填料的施工示意图。
图45是本发明的一种消浪堤坝的施工方法中浇筑补偿混凝土垫层的施工示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-6所示，本实施例所述的一种消浪堤坝，包括至少两个间隔设置的基础3，相邻所述基础3之间设置有用于消浪的第一消浪结构41，相邻所述基础3顶部支撑设置有消浪箱体54。
本申请所述的一种消浪堤坝，通过间隔设置的基础3来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础3之间设置有用于消浪的第一消浪结构41，第一消浪结构41来减小相邻所述基础3的通道的净宽度，来增加消浪堤坝内外波浪引起的水质点的流通长度，进而起到快速消耗波浪能量的作用。利用基础3和第一消浪结构41的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，增加波浪水质点流动长度，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构41只能减小相邻所述基础3的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础3的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。同时，利用消浪箱体54来将相邻所述基础3形成整体，不仅起到减小越浪，防止波浪从上部翻过的作用，同时增加了消浪堤坝的协同受力作用，外海极端天气时整体稳定性更好。
同时，由于利用了基础3和第一消浪结构41的组合，相比于单独的利用成排设置的基础3消浪方式来说，要达到同样的消浪效果，基础3和第一消浪结构41的组合能够有效地减少了基础3的外径，尤其是基础3为圆形横截面时的外径，从而大大减少了工程量，有效地降低了工程成本及施工周期。
具体地，如图1所示，消浪箱体54由多个箱体单元53依次连接成型。所述消浪箱体54内设置有多个功能性的房间、通道，通道可以用来行人，或者行车。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述消浪箱体54与所述基础3之间设置有横向限位装置，所述横向限位装置用于限制所述消浪箱体54相对基础3朝向限位一侧移动。所述横向限位装置具体设置方式优选如下：
优选方式一，所述横向限位装置包括抵靠于所述消浪箱体54至少一侧的止滑块51，所述止滑块51与所述基础3相连接。
优选方式二，所述横向限位装置包括朝向所述消浪箱体54迎浪侧伸出的墙趾52，墙趾52与所述消浪箱体54下部相连接。
优选方式三，所述横向限位装置包括相配合的凹槽和凸块，所述凹槽竖向设置，所述凹槽连接于所述基础3上，所述凸块连接于所述消浪箱体54上。
以上优选方式可以择一使用，也可以配合使用，以达到限制所述消浪箱体54相对基础3朝向限位一侧移动的目的。
第一消浪结构41具体如下：
如图4和9所示，一种情况，其中一个所述基础3上设置有朝向相邻所述基础3延伸的所述第一消浪结构41，第一消浪结构41可以是一个或两个，也可以是多个。
如图5-8、10-15所示，另一种情况，相邻所述基础3上均设置有朝向另一个所述基础3延伸的所述第一消浪结构41，每个所述基础3上的第一消浪结构41可以是一个或两个，也可以是多个，在此情况下，一种更优的方案是：从而将波浪的前进路径改变为多弯路径，进而达到降低波浪高度的目的。
如图4-15所示，基础3的横截面积可以是任意形状，可以是圆形，也可以是矩形，其中，所述基础3横截面优选为圆形，所述第一消浪结构41沿所述圆形法线方向设置，基础3横截面为圆形，其弧形侧面能够有效减小波浪对基础3的冲击，而且，所述第一消浪结构41沿所述圆形法线方向设置，使得在达到相同消浪效果条件下，所需要的第一消浪结构41的延伸长度更短，其成本更低。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述基础3包括筒体30，所述筒体30内填充有填料31，所述筒体30包括沿所述筒体30长度方向依次设置的混凝土筒32和钢筒33，所述混凝土筒32位于所述钢筒33的上方，所述混凝土筒32与所述钢筒33之间封闭设置，所述第一消浪结构41连接于所述混凝土筒32上。
上部是混凝土筒32，下部是钢筒33，在使用时，钢筒33全部没入水下，混凝土筒32的一部分位于水面37以上，另一部分位于水面37以下，钢筒33和混凝土筒32形成的组合形式，通过混凝土筒32来解决浪溅区腐蚀问题、同时利用钢筒33能够适应更多地质条件。同时，组合筒结合了上部混凝土筒32重量大因为混凝土强重比小，且部分水面37以上是干容重，下部钢筒33在水下土中下沉摩阻力小的优势；下部钢筒33受拉性能比上部混凝土筒32好，匹配筒内填料31随深度增加侧压力增加，筒体30环向拉力引起筒壁拉力增加的特点，结构性能更优。具体地，所述基础3的一部分位于水面37以下，且所述基础3的底部插入水底面39。
所述混凝土筒32与所述第一消浪结构41一体预制成型，均为混凝土结构，在此基础上，所述第一消浪结构41包括竖向设置的柱体结构，所述柱体结构与所述混凝土筒32一体预制成型，使得混凝土筒32与所述第一消浪结构41一体预制时更好地脱模。具体地，柱体结构的横截面优选为矩形或梯形或齿形或圆弧形或三角形。所述混凝土筒32侧壁顶部设置朝向水平外侧延伸的凸台301，可逆转部分波浪，有效减少消浪堤坝系统的总越浪量。
如图35-38所示，本实施例所述的一种消浪堤坝，通过试验，其消浪效果达到90％以上，远远大于浮式消浪堤坝30～40％的波浪透射率。
本申请所述的一种消浪堤坝，通过间隔设置的基础3来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础3之间设置有用于消浪的第一消浪结构41，通过第一消浪结构41减小相邻所述基础3的通道的净宽度，利用基础3和第一消浪结构41的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构41只是减小相邻所述基础3的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础3的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。
同时，相邻所述基础3顶部支撑设置有消浪箱体54，通过消浪箱体54将相邻所述基础3形成整体，使得整个结构更稳定，抗冲击能力更好，同时，一定高度的消浪箱体54能够增加本实施例所述的消浪堤坝消减更高波浪的目的，而且，消浪箱体54内设置有多个功能性的房间、通道等场所，供平常生活工作使用。
实施例2
如图1所示，本实施例所述的一种消浪堤坝，与实施例1的不同之处在于：所述第一消浪结构41下部还设置有第二消浪结构42，所述第二消浪结构42与至少一侧所述钢筒33柔性连接。在使用过程中，第一消浪结构41一部分位于水面37以上，另一部分位于水面37以下，所述第二消浪结构42全部位于水面37以下。
当波浪冲击本实施例所述的消浪堤坝时，通过间隔设置的基础3来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础3之间设置有用于消浪的第一消浪结构41，通过第一消浪结构41减小相邻所述基础3的通道的净宽度，利用基础3和第一消浪结构41的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构41只能减小相邻所述基础3的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础3的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。同时，利用水下第二消浪结构42的摆动，扰乱水下波浪，使其能够配合第一消浪结构41，能够达到更好的消浪效果，而且不会对透水率产生较大影响。
由于所述第二消浪结构42位于所述第一消浪结构41下部，故所述第二消浪结构42常常会在水面37以下，通过所述第二消浪结构42与至少一侧所述钢筒33柔性连接，使得低水面37下涌浪冲击第二消浪结构42时，第二消浪结构42发生摆动，从而对低水面37下涌浪进行扰动，进而达到降低水面37下涌浪的强度的目的。
所述第二消浪结构42与相邻所述钢筒33之间具有间隙，使得第二消浪结构42也能达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。
所述钢筒33上设置有附着件43，所述第二消浪结构42上对应连接有第一柔性件44，所述第二消浪结构42与至少一侧所述钢筒33通过第一柔性件44柔性连接，所述第一柔性件44与对应所述附着件43相挂接。通过第一柔性件44与对应所述附着件43相挂接的方式，相比于将第二消浪结构42与钢筒33焊接的方式来说，能够大大减小安装人员在水下的安装难度。
所述第一柔性件44与对应所述附着件43也可以相扣接。
由于所述第二消浪结构42位于所述第一消浪结构41下部，故在施工时，所述第二消浪结构42常常会在水面以下，以降低水面下涌浪的强度，此时，通过挂接方式，大大减小安装人员在水下的安装难度；同时，利用第二消浪结构42的摆动也能够增强降低水面下涌浪的强度的效果，而且不会对透水率产生较大影响。具体地，第一柔性件44为柔性绳或弹簧绳，柔性绳或弹簧绳外侧均可以设置防腐塑料包裹，以增加柔性绳或弹簧绳的防腐概率。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述第二消浪结构42包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元45，所述第二消浪结构单元45上连接有所述第一柔性件44，在安装时，第二消浪结构单元45可以在水下单独安装，相比第二消浪结构42整体水下安装来说，更好制作及安装。
所述第二消浪结构42包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元45，所述第二消浪结构单元45上连接有所述第一柔性件44。在安装时，第二消浪结构单元45可以在水下单独安装，相比第二消浪结构42整体水下安装来说，更好制作及安装。至少两个相邻所述第二消浪结构单元45通过第二柔性件46柔性连接。第二柔性件46为柔性绳或弹簧绳，柔性绳或弹簧绳外侧均可以设置防腐塑料包裹，以增加柔性绳或弹簧绳的防腐概率。所述第二消浪结构单元45为板体、球体或筒体，当所述第二消浪结构单元45为筒体时，所述第二消浪结构单元45两端敞口设置。从而增加第二消浪结构单元45的摆动质量，以达到更好的消浪效果。
所述第二消浪结构42上部竖向连接有第三柔性件453，用于竖向固定第二消浪结构42。第三柔性件453上部连接于钢筋混凝土筒32的上部位于水面37以上的部分。
实施例3
如图1所示，本实施例所述的一种消浪堤坝，与实施例1或2的不同之处在于：所述基础3顶部浇筑有混凝土层47，所述消浪箱体54设置于所述混凝土层47上。所述基础3底部迎浪侧设置有护坦48，所述基础3底部背浪侧设置有压脚回填结构49。
具体地，通过预制并安装基础3、第一消浪结构41和消浪箱体54，若基础3横截面为圆形，消浪箱体54长度与基础3直径相等，且跨在基础3中到中位置，基础3上方设置件3竖向档浪臂，整体形成堤。基础3平面直径18～40m，净间距0.5～4m。基础3安装完成后，采用件4现浇混凝土基础3盖封顶。基础3底部迎浪侧设置防冲刷或防掏蚀的护坦48。为了抗倾覆，背浪侧必要时设置高1～10m，顶宽5～10m压脚回填结构49，以形成被动土压力，与基础3的重力协同工作，抵抗极端海况条件下的环境力。混凝土预制的消浪箱体54安装前，基础3顶部现浇一层混凝土层47，优选素混凝土层，用来齐平补偿基础3打设施工偏差以及工后差异沉降。其中，打设施工偏差包括基础3下沉停止时的竖向偏差和倾角偏差。消浪箱体54稳定性通过自身壁厚，以及横向限位装置来实现极端天气下自身的抗滑移稳定性。‘
’第一消浪结构41下部选择性地悬挂第二消浪结构42。
所述基础3侧壁顶部设置朝向水平外侧延伸的凸台301。基础3波浪区选择性地采用凸台301，可逆转部分波浪，有效减少堤总越浪量。
实施例4
如图1所示，本实施例所述的一种消浪堤坝，与实施例1或2或3的不同之处在于：基础3不限于钢筒、混凝土筒，亦可采用组合形式筒结构：上部混凝土筒、下部钢筒。
以上部混凝土筒、下部钢筒为例：所述基础3包括筒体30，所述筒体30内填充有填料31，所述筒体30包括沿所述筒体30长度方向依次设置的混凝土筒32和钢筒33，所述混凝土筒32位于所述钢筒33的上方，所述混凝土筒32与所述钢筒33之间封闭设置，所述第一消浪结构41连接于所述混凝土筒32上，所述第二消浪结构42与所述钢筒33柔性连接。
在制作时，可以将所述混凝土筒32与所述第一消浪结构41一体预制成型；混凝土筒32优选钢筋混凝土筒。第一消浪结构41能够增加混凝土筒32的径向刚度；混凝土筒32的一部分位于水面37以上，剩余的部分位于水面37以下，钢筒33全部位于水面37以上，且下部插入水底面39。
如图26所示，当波浪或海风施加给筒体30上部侧向外载荷F外，水底面39下部的土体能够给筒体30施加与外载荷F外相反的被动土压力F被，从而使的本实施例所述的大直径组合筒的整体自重能够提供对外载荷F外的大部分抵抗能力即可满足要求，而不需要提供对于外载荷F外的全部抵抗能力，从而在相对受力要求下，大直径组合筒的抗力要求能够有效降低。
混凝土筒32的两端是敞口设置，钢筒33的两端也是敞口设置。
根据水面37浪高的不同，混凝土筒32沿其长度方向的长度为A，7m≤A≤30m，使其满足高度方向从水面37以上+2～+12m，到水面37以下-15～-5m，以满足本申请的一种大直径组合筒在海洋上的普遍使用。
在上述基础上，进一步优选的方式，钢筒33最大外径20.5m≤R1≤40m。钢筒33的壁厚为T1，0.01m≤T1≤0.05m。
经过反复实验得到，本申请的钢筒33最大外径R1≥20.5m，而壁厚T1仅0.01m≤T1≤0.05m，使得钢筒33能够产生“布袋”效应，其结合了大型单桩(monopile)和传统重力式防波堤(revetment)的优点：
由于大型单桩(monopile)所用材料为混凝土或钢等人造材料，而本申请的大直径组合筒，钢筒33内填充了更多的填料31，例如淤泥、中粗砂等，更绿色环保，进而节约成本；
由于传统重力式防波堤(revetment)的填料为自由坍落成型，故本申请的大直径组合筒，能够节约超过三分之二的内部填料。
同时，如图27所示，填料31对钢筒33筒壁会产生法向土压力。
如图28所示，取钢筒33筒壁上的一个微段研究可以看出，由于钢筒33产生“布袋”效应，使得法向土压力带来钢筒33筒壁上沿周向的拉力，使得内部填料与圆筒形成整体效应，拉力带来额外圆筒刚度如同装砂的布袋，加强钢筒33结构刚度和整体稳定性。
混凝土筒32优选钢筋混凝土材质制成的筒，其横截面可以是圆形、椭圆形、方形或多边形等截面，在其长度方向上，也可以是等，也可以是变截面。
钢筒33横截面优选为圆形、椭圆形、方形或多边形等，在其长度方向上，也可以是等截面，也可以是变截面。钢筒33与混凝土筒32同轴设置。
在上述基础上，进一步优选的方式，混凝土筒32的壁厚为T2，10≤T2/T1≤200，在相同外径规格的情况下，由于钢筒33所需的壁厚远小于混凝土筒32的壁厚，使得本申请的大直径组合筒整体重量比相同外径规格的钢筋混凝土筒要轻很多，从而能够使得更多的现有预制施工工艺及设备满足其运输及下沉施工。
如图29-33所示，混凝土筒32与钢筒33之间设置有横向限位装置，横向限位装置用于限制混凝土筒32相对于钢筒33的水平横移。
具体地，横向限位装置包括凹槽322和与凹槽322相配合的凸出部332，凹槽322设置于混凝土筒32和钢筒33中的一个上，凸出部332设置于混凝土筒32和钢筒33中的另一个上，来控制混凝土筒32相对于钢筒33横向移动。
具体地，凹槽322设置于混凝土筒32底部，凸出部332设置于钢筒33顶部。
具体地，凹槽322沿混凝土筒32的筒壁周向设置一圈，凸出部332沿钢筒33的筒壁周向设置一圈，使得凹槽322和凸出部332的配合能够实现混凝土筒32与钢筒33之间封闭设置。
在上述基础上，进一步优选的方式，凹槽322内填充有柔性填充层323，柔性填充层323填充于凸出部332的两侧。
由于在施工中，由于施工误差，钢筒33的顶部插入凹槽322内的凸出部332无法与凹槽322完全精准配合，此时，凹槽322内填充有柔性填充层323，能够使混凝土筒32与钢筒33之间达到更好的封闭效果，同时，因为混凝土筒32与钢筒33普遍尺寸较大，在安装混凝土筒32与钢筒33过程中，当凹槽322与凸出部332配合安装时，能够起到减震作用，以降低混凝土筒32与钢筒33之间的冲击及震动。具体地，柔性填充层323包括沥青，橡胶等材料。
在上述基础上，进一步优选的方式，混凝土筒32底部与钢筒33相连接。主要起两方面作用，其一，混凝土筒32与钢筒33相连接，方便混凝土筒32与钢筒33整体起吊；其二，作为限制混凝土筒32相对于钢筒33横向移动的一种具体措施。
具体地，混凝土筒32底部设置有预埋件324，钢筒33上连接有连接件333，预埋件324与连接件333可拆卸连接和/或焊接。具体地，预埋件324与连接件333通过螺栓连接，其外部一圈相互焊接具体地，连接件333与钢筒33之间连接有加强筋334。预埋件324沿混凝土筒32的筒壁周向设置一圈，连接件333沿钢筒33的筒壁周向设置一圈，使得预埋件324和连接件333的连接能够实现混凝土筒32与钢筒33之间封闭设置。
如图33所示，在上述基础上，进一步优选的方式，筒体30下部设置有减阻设施，减阻设施用于减小筒体30下沉过程中的阻力。
减阻设施包括高压水设施34，高压水设施34设置于钢筒33的下部，高压水设施34用于减小钢筒33的下沉端部阻力，其中，高压水设施34优选高压水枪。
钢筒33下部设置有空气幕35，空气幕35用于减小钢筒33的下沉侧面阻力。
筒体30下沉过程中，打开高压水设施34和空气幕35，高压水设施34用于减小水下土对筒体30的端阻力，空气幕35用于减小水下土对筒体30的侧阻力。
进一步地，筒体30上部安装GPS和/或倾斜仪，利用GPS和/或倾斜仪、高压水设施34和空气幕35调整筒体30的倾斜度。
例如：如图34所示，当筒体30下沉过程向右侧倾斜时，加大左侧高压水设施34和空气幕35的压力，或减小右侧高压水设施34和空气幕35的压力，通过调节桶底不同部位的减阻设施释放的压力，结合筒体30倾斜仪或GPS等监测数据反馈，即可动态调节筒体30下沉姿态。
在上述基础上，进一步优选的方式，混凝土筒32包括至少两个竖向依次支撑的钢筋混凝土筒单元321，相邻钢筋混凝土筒单元321之间封闭设置。
在上述基础上，进一步优选的方式，混凝土筒32上部最大外径小于下部最大外径。
筒体30顶部设置有混凝土垫层38，用于补齐筒体30的沉降高度。
本实施例所述的一种消浪堤坝，通过间隔设置的基础3来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础3之间设置有用于消浪的第一消浪结构41，通过第一消浪结构41减小相邻所述基础3的通道的净宽度，并形成多弯通道，利用基础3和第一消浪结构41的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构41只减小了相邻所述基础3的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础3之间的通道，从而使得本申请所述的消浪堤坝两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。
实施例5
如图25所示，本实施例所述的一种消浪堤坝系统，包括实施例1或2或3或4所述的消浪堤坝，所述消浪堤坝上设置有出入口和朝向所述消浪堤坝的背浪侧延伸的延伸部505，所述延伸部505位于出入口处，延伸部505能够使得入口503和出口504处达到在沿垂直于背浪侧方向上的消浪效果。出入口包括入口503或出口504。
所述基础3的一部分位于水面37以下，且所述基础3的底部插入水底面39。
所述消浪箱体54内设置有房间和/或通道。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述消浪堤坝位于迎浪侧的部分高于位于背浪侧的部分。使得消浪堤坝系统整体成本更低。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述消浪堤坝的背浪侧设置有港池；所述消浪堤坝上设置有房间、风电设备、停机坪或灯塔。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述离岸储油装置有至少两个，其中，至少两个相邻所述离岸储油装置共用至少一段所述消浪堤坝。
本申请所述的一种消浪堤坝系统，间隔设置的所述基础3的一部分位于水面37以下，且所述基础3的底部插入水底面39，来形成消浪堤坝的基础，再在相邻所述基础3之间设置有用于消浪的第一消浪结构41，通过第一消浪结构41减小相邻所述基础3的通道的净宽度，利用基础3和第一消浪结构41的组合来减小波浪的通道面积，同时改变波浪前进路径，进而达到降低波浪高度的目的，同时，由于所述第一消浪结构41只能减小相邻所述基础3的通道的净宽度，而并没有完全隔绝相邻所述基础3的通道，从而使得本申请所述的一种消浪堤坝系统两侧的透空率能够得到有效地保证，进而达到透水不透浪的目的，从而大大减小对海洋生态环境的影响。
同时，利用消浪箱体54来将相邻所述基础3形成整体，不仅增加消浪的高度，同时增加了消浪堤坝的整体刚性，以达到更好地消浪效果。
实施例6
如图39-45所示，本实施例公开了一种用于实施例1或2或3或4所述消浪堤坝的施工方法，包含以下步骤：
S1.将混凝土筒32和钢筒33分开预制并分别输送至安装位置附近，其中，所述第一消浪结构41与所述混凝土筒32相连接，所述附着件43与所述钢筒33相连接；
S2.将混凝土筒32连接至钢筒33上方，形成筒体30；
S3.将筒体30整体吊装至安装位置；
S4.下放筒体30，使得筒体30依靠自重下沉至设计标高，其中，混凝土筒32的一部分没入水面37，所述钢筒33全部没入水面37，所述钢筒33的底部沉入水底面39；
S5.在筒体30内填充填料31，并将所述第二消浪结构42沉入水下，所述第二消浪结构42与对应所述附着件43柔性连接。
S6.安装所述消浪箱体54。
本申请的一种用于所述消浪堤坝的施工方法，将混凝土筒32和钢筒33分开预制，相比较现有整体预制的混凝土筒32或钢筒33来说，单件预制规格大大减小，预制难度大大降低，且相比较整体预制的钢筋混凝土筒来说，大大降低对输送工具的要求，同时，在下沉过程中，组合筒结合了上部混凝土筒32重量大因为混凝土强重比小，且水面37以上的部分是干容重，下部钢筒33在水下土中下沉摩阻力小的优势，依靠自重即可下沉至设计标高，安装到位，相比较整体预制的钢筒需要专门的振动设备振动下沉来说，大大降低了施工成本和施工难度。同时，在下沉之前，将第一消浪结构41与所述混凝土筒32相连接，有效地降低了现场施工的难度，而且，先将所述附着件43与所述钢筒33相连接，之后将所述第二消浪结构42沉入水下，所述第二消浪结构42与对应所述附着件43在水下柔性连接，相比较现场水下焊接作业来说，大大降低了现场水下施工的难度，同时，该形式也有效避免了因第二消浪结构42与钢筒33之间大面积焊接带来的钢筒33变形较大问题，为步骤S2中混凝土筒32与钢筒33之间的连接精度提供了保障。
在步骤S1中，所述第一消浪结构41与所述混凝土筒32一体预制成型。
所述筒体30下部设置有高压水设施34和空气幕35，在步骤S4中，所述筒体30下沉过程中，打开所述高压水设施34和所述空气幕35，所述高压水设施34用于减小水下土对筒体30的端阻力，所述空气幕35用于减小水下土对筒体30的侧阻力。筒体30上部设置有GPS和/或倾斜仪，在步骤S4中，利用GPS和/或倾斜仪、高压水设施34和空气幕35调整筒体30的倾斜度。
下面展示本实施例的消浪堤坝的施工方法中一种较优的用于所述消浪堤坝的施工方法：
混凝土筒32在陆上或预制工厂流水线上预制，所述第一消浪结构41与所述混凝土筒32一体预制成型；所述附着件43与所述钢筒33相焊接或螺纹连接；
混凝土筒32在陆上或预制工厂流水线上预制完成后，通过半潜驳运输至现场与钢筒33现场拼接，再整体吊装和下沉；
下沉时筒体30部分重力用于和吊力平衡，起到被动控制筒体30倾斜度的效果。之后通过筒底间隔设置的高压水设施34和空气幕35，减小筒体30下沉施工时的土的端阻力和侧阻力。高压水设施34和空气幕35至少沿筒体30周向等间隔设置4组，其中，高压水设施34优选高压水枪。
下沉过程中，通过调控部分高压水设施34和空气幕35的压力大小，主动控制筒倾斜度在0.2～2％。
为增加下沉力，筒体30上部设置气密盖帽36，筒内形成密闭腔，盖帽36上设置抽气孔361、抽气管，让筒内形成负压，获得下沉吸力，吸力与重力协同工作，趋使筒体30下沉。
筒体30下沉时和下沉后的原理见下面等式：
–L+Gc+Gs–Bc–Bs+S–T–F＝0
上式L：吊力，Gc：混凝土筒32重力，Gs：钢筒33重力，Bc：混凝土筒32浮力，Bs：钢筒33浮力，S：吸力必要时，T：钢筒33端阻力大小取决于地层土质参数，以及高压水减阻效果，F：钢筒33侧壁阻力大小取决于回填料摩擦角和高度，以及筒体30外部土质地层和空气幕35减阻效果。
筒体30的重力为G，G＝Gc+Gs；筒体30的浮力为B，B＝Bc+Bs。
组合筒体30沉至设计标高后，停止高压水设施34和空气幕35。筒下沉姿态控制结合不同位置高压水设施34和空气幕35压力调节以及筒顶设置GPS+倾斜仪等方法控制。完成后，筒内填满砂或填部分砂，必要时振冲(填砂高度和振冲必要性取决于外海荷载大小)，钢筒33外侧堆积防冲刷结构310，筒体30内部填淤泥并做部分固化(固化必要性取决于外海荷载大小)，同时，将所述第二消浪结构42沉入水下，操作人员将所述第二消浪结构42与对应所述附着件43柔性连接。
本实施例的一种用于所述消浪堤坝的施工方法：对于静力下沉，大直径组合筒结合了上部混凝土圆筒重量大(因为混凝土强重比小，且部分水面以上是干容重)，下部钢圆筒土中下沉摩阻力小的优势；4下部钢结构受拉性能比上部混凝土好，匹配筒内填料土体随深度增加侧压力增加，圆筒环向拉力引起筒壁拉力增加的特点，结构性能优；5永久阶段，拉力带来额外圆筒刚度(如同装砂的布袋)，加强圆筒结构刚度和整体稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (27)
1.一种消浪堤坝，其特征在于，包括至少两个间隔设置的基础(3)，相邻所述基础(3)之间设置有用于消浪的第一消浪结构(41)，相邻所述基础(3)顶部支撑设置有消浪箱体(54)。
2.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述消浪箱体(54)与所述基础(3)之间设置有横向限位装置，所述横向限位装置用于限制所述消浪箱体(54)相对基础(3)朝向限位一侧移动。
3.根据权利要求2所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述横向限位装置包括抵靠于所述消浪箱体(54)至少一侧的止滑块(51)，所述止滑块(51)与所述基础(3)相连接。
4.根据权利要求2所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述横向限位装置包括朝向所述消浪箱体(54)迎浪侧伸出的墙趾(52)，墙趾(52)与所述消浪箱体(54)下部相连接。
5.根据权利要求2所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述横向限位装置包括相配合的凹槽和凸块，所述凹槽竖向设置，所述凹槽连接于所述基础(3)上，所述凸块连接于所述消浪箱体(54)上。
6.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述基础(3)顶部浇筑有混凝土层(47)，所述消浪箱体(54)设置于所述混凝土层(47)上。
7.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述基础(3)底部迎浪侧设置有护坦(48)。
8.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述基础(3)底部背浪侧设置有压脚回填结构(49)。
9.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，至少一个所述基础(3)上设置有朝向相邻所述基础(3)延伸的所述第一消浪结构(41)。
10.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，相邻所述基础(3)上均设置有朝向另一个所述基础(3)延伸的所述第一消浪结构(41)。
11.根据权利要求10所述的一种消浪堤坝，其特征在于，相邻所述基础(3)之间的所有所述第一消浪结构(41)形成多弯通道。
12.根据权利要求1所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述基础(3)横截面为圆形，所述第一消浪结构(41)沿所述圆形法线方向设置。
13.根据权利要求1-12任意一项所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述基础(3)包括筒体(30)，所述筒体(30)内填充有填料(31)，所述筒体(30)包括沿所述筒体(30)长度方向依次设置的混凝土筒(32)和钢筒(33)，所述混凝土筒(32)位于所述钢筒(33)的上方，所述混凝土筒(32)与所述钢筒(33)之间封闭设置，所述第一消浪结构(41)连接于所述混凝土筒(32)上。
14.根据权利要求13所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述混凝土筒(32)与所述第一消浪结构(41)一体预制成型。
15.根据权利要求14所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述第一消浪结构(41)包括竖向设置的柱体结构，所述柱体结构与所述混凝土筒(32)一体预制成型。
16.根据权利要求13所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述混凝土筒(32)侧壁顶部设置朝向水平外侧延伸的凸台(301)。
17.根据权利要求13所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述第一消浪结构(41)下部还设置有第二消浪结构(42)，所述第二消浪结构(42)与至少一侧所述钢筒(33)柔性连接。
18.根据权利要求17所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述第二消浪结构(42)与相邻所述钢筒(33)之间具有间隙。
19.根据权利要求17所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述钢筒(33)上设置有附着件(43)，所述第二消浪结构(42)上对应连接有第一柔性件(44)，所述第二消浪结构(42)与至少一侧所述钢筒(33)通过第一柔性件(44)柔性连接，所述第一柔性件(44)与对应所述附着件(43)相挂接。
20.根据权利要求19所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述第二消浪结构(42)包括沿竖向依次设置的第二消浪结构单元(45)，所述第二消浪结构单元(45)上连接有所述第一柔性件(44)。
21.根据权利要求19所述的一种消浪堤坝，其特征在于，至少两个相邻所述第二消浪结构单元(45)通过第二柔性件(46)柔性连接。
22.一种消浪堤坝系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-21任意一项所述的消浪堤坝，所述消浪堤坝上设置有出入口和朝向所述消浪堤坝的背浪侧延伸的延伸部(505)，所述延伸部(505)位于出入口处。
23.根据权利要求22所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述基础(3)的一部分位于水面(37)以下，且所述基础(3)的底部插入水底面(39)。
24.根据权利要求22所述的一种消浪堤坝，其特征在于，所述消浪堤坝位于迎浪侧的部分高于位于背浪侧的部分。
25.根据权利要求22所述的一种消浪堤坝系统，其特征在于，
所述消浪堤坝的背浪侧设置有港池；
和/或；
所述消浪堤坝上设置有房间、风电设备、停机坪或灯塔。
26.根据权利要求22所述的一种消浪堤坝系统，其特征在于，所述消浪堤坝有至少两个，其中，至少两个相邻所述消浪堤坝共用至少一段所述消浪堤坝。
27.根据权利要求22-26任意一项所述的一种消浪堤坝系统，其特征在于，所述消浪箱体(54)内设置有房间和/或通道。
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