CN115506300B - 复杂流态下的多功能混合高桩码头结构 - Google Patents

Abstract

本发明设计了复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，其包括下部受力结构、上部框架结构以及主体受力结构，其特征在于，所述下部受力结构位于上部框架结构底部前端；所述主体受力结构位于上部框架结构下部；所述主体受力结构为排架桩结构；所述下部受力结构包括密排导流桩结构和斜顶桩结构；所述导流桩结构包括密排导流桩和纵向帽梁；所述密排导流桩设置在纵向帽梁底部；所述斜顶桩结构包括斜顶桩；所述斜顶桩设置在纵向帽梁底部；本申请针对外海开敞式岛礁地形海域，设计了复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，进而实现在风浪大、地质条件变化大、潮流流态复杂等自然环境恶劣条件下的码头结构稳定。

Description

复杂流态下的多功能混合高桩码头结构

技术领域

本发明属于码头建造领域，具体涉及复杂流态下的多功能混合高桩码头结构。

背景技术

目前我国港口建设中，水文条件、地质条件良好的港口岸线资源越来越少，随着国民经济的不断发展和建港技术水平的提高，港口逐步向外海、深海发展。船舶大型化、专业化发展的同时，港口布局也越来越多的走向环境恶劣的外海海域。特别是外海开敞式岛礁地形海域，其风浪大、地质条件变化大、潮流流态复杂，因此在自然环境恶劣条件下的外海开敞式海域建港，给码头平面布局、结构设计以及船舶的靠泊和作业带来了诸多挑战。深海开敞式码头处水流条件往往复杂，如果不能合理布局码头，船舶在码头停泊或系泊作业时会受到严重影响。

传统的码头平面布置设计中，码头前沿线确定时常常选取水流平顺的方位角度，以此来减少横流对于船舶系靠泊的影响，然而，当依托岛礁地形建港时，由于其特殊的水下地形，及小范围围填海等因素，常常涨、落潮流向存在较大的偏差，以及一定范围的旋转流等因素不可避免，难以通过码头前沿方位角度的调整来实现使整个码头范围内均处于一个水流平顺的状态。

因此，在该条件下建设码头结构，需要采取工程措施来归顺水流，从而改善码头泊稳条件，规避工程风险。而传统的实体导流堤存在工期长、施工作业面多、工程投资大、用海范围大、环境影响大等问题。且随着国家对节能环保、资源节约要求的提高，港区陆域建设规范化越来越高，同时，港口资源日趋匮乏，如何充分发挥现有可利用资源价值成为今后面临重点难度问题，将传统的港口建筑物结构型式改进，使其功能进行综合整合迫在眉睫。

中国专利CN110241778A公开了一种分离式高桩码头消浪结构及其施工方法，分离式高桩码头消浪结构包括密排桩、现浇帽梁、消浪板、高桩码头上部结构和高桩码头桩基；所述高桩码头桩基的桩顶设置有高桩码头上部结构，高桩码头上部结构的下方设置有密排桩，密排桩的桩顶设置有现浇帽梁，现浇帽梁与高桩码头上部结构相分离；所述高桩码头上部结构的两侧均设置有消浪板；其设计的分离式高桩码头消浪结构采用密排桩与传统高桩透空式防波堤相结合的办法，解决了传统透空式防波堤不能满足低水位消浪要求的问题，而密排桩与高桩透空式防波堤分离组合的布置方式，又提高了其在恶劣波浪条件下的生存能力。

中国专利CN206538732U公开了一种高桩码头，包括码头基桩、高桩承台和与码头后方的抛石堤相连的接岸结构，其特征在于，在靠近码头基桩一侧的抛石堤边坡上设有抛石基床，所述接岸结构包括接岸承台和过渡承台，接岸承台通过过渡承台与高桩承台相接，在接岸承台下方设有沉箱，沉箱设置在抛石基床上，沉箱顶部与接岸承台固接，在过渡承台下方设有支撑过渡承台的支撑桩。其设计的高桩码头具有施工速度快、施工简单的特点，码头稳定性好，提高了码头与其后方陆域之间水域的利用率，经济效益高。

虽然上述专利给予了码头设计的不同方案，但是其均不适用于外海开敞式岛礁地形海域，而且因为外海开敞式岛礁地形海域的复杂环境，船舶在码头停泊或系泊作业时会受到严重影响，甚至出现断缆现象，威胁船舶的泊稳安全以及作业效率。

发明内容

为解决上述问题，以求针对外海开敞式岛礁地形海域，设计一种码头结构，进而实现在风浪大、地质条件变化大、潮流流态复杂等自然环境恶劣条件下的码头结构稳定。

为达到上述效果，本发明设计了复杂流态下的多功能混合高桩码头结构。

复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，其包括下部受力结构、上部框架结构以及主体受力结构，所述下部受力结构位于上部框架结构前端；

所述主体受力结构位于上部框架结构下部；

所述主体受力结构为排架桩结构；

所述下部受力结构包括密排导流桩结构和斜顶桩结构。

优选地，所述导流桩结构包括密排导流桩和纵向帽梁；

所述密排导流桩设置在纵向帽梁底部；

所述斜顶桩结构包括斜顶桩；

所述斜顶桩设置在纵向帽梁底部。

优选地，所述前桩帽和纵向帽梁采用垂直相交一体化浇筑；所述前桩帽和纵向帽梁上部设置有上部框架结构；所述前桩帽底部还设置有排架桩。

优选地，所述密排导流桩的桩身两侧还设置有肋板，所述肋板与密排导流桩的纵向轴线斜交。

优选地，所述排架桩结构包括排架桩和后桩帽，所述排架桩设置在前桩帽和后桩帽底部；

所述后桩帽上部设置有上部框架结构。

优选地，所述上部框架结构包括立柱、前短横梁、纵向梁以及横向梁；

所述立柱底部固定在前帽桩顶部；

所述立柱顶部固定在前短横梁底部；

所述前短横梁设置在框架结构顶部，其上部搁置纵向梁和面板；

所述纵向梁与横向梁之间采用垂直相交一体化浇筑或分段预制+节点现浇；

所述面板位于纵向梁与前短横梁、横向梁和后桩帽上部。

优选地，所述密排导流桩位于一条水平线上。

本申请的优点和效果如下：

1、本申请设计的密排导流桩结构主要用于在作业水位条件下形成一个海水中贯通墙体，以此达到改变码头前沿水流走向，达到归顺前沿水流的目的。

2、本申请通过斜顶桩结构、排架桩基形成一个下部主要受力结构，将整体结构所受外荷载传递到持力层，达到结构稳定的目的；并通过前桩帽、纵向帽梁及上部框架结构形成码头前沿的在空间上的两个维度，通过纵、横向空间层次的设置，降低整个导流设施的顶部高程，在导流设施的上部形成透浪空间，以减小波浪雍高对码头作业的影响，同时减少上部梁板结构所受波浪力和水平位移；

3、本申请设计的纵、横向梁系及面板结构主要形成码头工作平台，用于满足工艺设备、流动荷载等作业使用。

4、本申请设计的码头结构主要以高桩结构为主体，发挥高桩结构本身对于深水、软土地质、外海开敞式海域适应性好的优点，同时由于密排导流桩之间仍有一定空隙，其结构自身为透水建筑物，因此对于海洋环境影响小。该结构将导流设施与码头结构相结合，并将导流桩基与结构工程桩联合受力，结构整体受力更好，且相比于独立导流设施能大大节省工程投资。

5、本申请设计的码头结构规避了传统实体导流堤，用海范围大、对海洋环境影响大以及深水区经济性差等弊端，而且本申请设计的主体结构均采用常规结构，预制程度高，施工简单、速度快。因此还具有节省投资、节能环保、施工机具简单、施工速度快、无需砂石料、受自然条件影响小、应用前景广阔等优点。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请提供的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构的设计图；

图2为本申请提供的密排导流桩设计俯视图；

图3为本申请提供的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构的侧视图；

附图标记：1、密排导流桩；2、斜顶桩；3、排架桩；4、纵向帽梁；5、前桩帽；6、立柱；7、前短横梁；8、后桩帽；9、横向梁；10、纵向梁；11、面板；12、肋板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

本实施例主要介绍复杂流态下的多功能混合高桩码头结构的具体设计。具体设计请参考图1和图3，图1为本申请提供的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构的设计图；图3为本申请提供的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构的侧视图。

复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，其包括下部受力结构、上部框架结构以及主体受力结构，其特征在于，所述下部受力结构位于上部框架结构底部；所述主体受力结构位于上部框架结构下部；并将整体结构所受外荷载传递到持力层，达到结构稳定的目的。

所述主体受力结构为排架桩结构，用于承担结构荷载并传递到持力层；所述下部受力结构包括密排导流桩结构和斜顶桩结构。

其中密排导流桩结构布置于码头前沿，主要用于在作业水位条件时形成一个海水中贯通墙体，以此达到改变码头前沿水流走向、归顺前沿水流的目的。同时密排导流桩布置在海测码头前沿，使得导流设施对停泊水域的掩护效果充分发挥，因此导流设施总长度更短，节省工程投资。

进一步的，所述导流桩结构包括密排导流桩1和纵向帽梁4；

所述密排导流桩1设置在纵向帽梁4底部；

所述斜顶桩结构包括斜顶桩2；

所述斜顶桩2设置在纵向帽梁4底部。

进一步的，斜顶桩结构布置于排架跨中可以是一根或多根，当结构所受水平荷载较大时，用以提高结构跨中刚度。

进一步的，所述前桩帽5和纵向帽梁4采用垂直相交一体化浇筑；所述前桩帽5和纵向帽梁4上部设置有上部框架结构；所述前桩帽5底部还设置有排架桩3。

进一步的，所述密排导流桩1的桩身两侧还设置有肋板12，所述肋板12与密排导流桩1的纵向轴线斜交。在满足施工可行性的同时，确保桩基在一条水平线上，并保证密排导流桩立面投影范围内无缝隙，最大程度保证导流效果。密排导流桩设计具体请参考图2，图2为本申请提供的密排导流桩设计俯视图。

进一步的，所述排架桩结构包括排架桩3和后桩帽8，所述排架桩3设置在前桩帽5和后桩帽8底部；

所述后桩帽8上部设置有上部框架结构。

所述上部框架结构包括立柱6、前短横梁7、纵向梁10以及横向梁9；

所述立柱6底部固定在前帽桩5顶部；

所述立柱6顶部固定在前短横梁7底部；

所述前短横梁7设置在框架结构顶部，其上部搁置纵向梁10和面板11；

所述纵向梁10与横向梁9之间采用垂直相交一体化浇筑或分段预制+节点现浇；

所述面板11位于纵向梁10与前短横梁7、横向梁9和后桩帽8上部。

所述前短横梁7顶部设置在上部框架结构底部；前短横梁布置于立柱结构上方，是上部框架结构的重要组成部分，同时与纵向梁系、面板结构共同形成码头工作平台，用于满足工艺设备、流动荷载等作业使用。

所述立柱布置于前桩帽和前短横梁之间，并与前短横梁和前桩帽共同形成上部框架结构形成码头前沿的在空间上的两个维度，通过纵、横向空间层次的设置，减小整个导流设施的顶部高程，并在导流设施的上部形成透浪空间，以减小波浪雍高对码头顶面作业的影响，同时减少上部梁板结构所受波浪力和水平位移。

进一步的，所述密排导流桩1位于一条水平线上。

本申请设计的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构避免了传统实体导流堤，用海范围大、对海洋环境影响大以及深水区经济性差等弊端，且主体结构均采用常规结构，预制程度高，施工简单、速度快。同时，导流设施布置于码头前沿，充分发挥导流设施的掩护效果，优化导流结构总长度，节省工程投资。结构上部结构采用框架布置，通过分层布置，减小因导流设施的布置带来的波浪影响，满足作业要求，同时将导流设施的密排桩基与结构工程桩，组成整体结构，共同受力，大大节省工程投资。因此该方案具有节省投资、节能环保、施工机具简单、施工速度快、无需砂石料、用海面积小，受自然条件影响小等特点。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例主要介绍复杂流态下的多功能混合高桩码头结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过水文资料分析，流场数模、物模分析计算，确定结构导流设施结构布置范围；

步骤S2、通过结构整体稳定性计算和桩基承载力计算，确定结构主要构件尺度、桩基数量和桩长及桩位布置方式；

步骤S3、结构内力计算确定桩帽、纵向帽梁、横梁、纵梁及面板结构配筋等；

步骤S4、工厂预制桩基结构、预制横梁、纵向梁系、面板、密排导流桩、斜顶桩、排架桩、横向梁、纵向梁、面板、肋板；

步骤S5、沉桩施工密排导流桩、斜顶桩以及排架桩；

步骤S6、现浇纵向帽梁、前桩帽、后桩帽、纵向帽梁、前桩帽；

步骤S7、浇筑立柱、前短横梁、立柱以及前短横梁；

步骤S8、安装上部结构横向梁、纵向梁、面板。

本申请是一种适用于外海开敞式岛礁地形海域，风浪大、地质条件变化大、潮流流态复杂等自然环境恶劣条件下建港的兼具导流、透浪、作业的多功能混合高桩结构。主要由密排导流桩结构、斜顶桩结构、排架桩基、纵向帽梁、前后桩帽、以及上部框架结构、纵横向梁系及面板结构等组成。其中密排导流桩结构主要用于在作业水位条件下形成一个海水中贯通墙体，以此达到改变码头前沿水流走向，达到归顺前沿水流的目的；通过斜顶桩结构、排架桩基形成一个下部主要受力结构，将整体结构所受外荷载传递到持力层，达到结构稳定的目的；通过前桩帽、纵向帽梁及上部框架结构形成码头前沿的在空间上的两个维度，通过纵、横向空间层次的设置，降低整个导流设施的顶部高程，在导流设施的上部形成透浪空间，以减小波浪雍高对码头作业的影响，同时减少上部梁板结构所受波浪力和水平位移；纵、横向梁系及面板结构主要形成码头工作平台，用于满足工艺设备、流动荷载等作业使用。

这种结构主要以高桩结构为主体，发挥高桩结构本身对于深水、软土地质、外海开敞式海域适应性好的优点，同时由于密排导流桩之间仍有一定空隙，其结构自身为透水建筑物，因此对于海洋环境影响小。该结构将导流设施与码头结构相结合，并将导流桩基与结构工程桩联合受力，结构整体受力更好，且相比于独立导流设施能大大节省工程投资。该结构规避了传统实体导流堤，用海范围大、对海洋环境影响大以及深水区经济性差等弊端，且主体结构均采用常规结构，预制程度高，施工简单、速度快。因此该方案还具有节省投资、节能环保、施工机具简单、施工速度快、无需砂石料、受自然条件影响小等优点，应用前景广阔，且随着国家对节能环保、资源节约要求的提高,港区陆域建设规范化越来越高，同时，港口资源日趋匮乏，如何充分发挥现有可利用资源价值成为今后面临重点难度问题，将传统的港口建筑物结构型式改进，使其功能进行综合整合迫在眉睫。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，其包括下部受力结构、上部框架结构以及主体受力结构，其特征在于，所述下部受力结构位于上部框架结构底部；

所述主体受力结构位于上部框架结构下部；

所述主体受力结构为排架桩结构；

所述下部受力结构包括密排导流桩结构和斜顶桩结构；

所述上部框架结构包括立柱(6)、前短横梁(7)、纵向梁(10)以及横向梁(9)；

所述立柱(6)底部固定在前桩帽(5)顶部；

所述立柱(6)顶部固定在前短横梁(7)底部；

所述前短横梁(7)设置在框架结构顶部，其上部搁置纵向梁(10)和面板(11)；

所述纵向梁(10)与横向梁(9)之间采用垂直相交一体化浇筑或分段预制+节点现浇；

所述面板(11)位于纵向梁(10)与前短横梁(7)、横向梁(9)和后桩帽(8)上部；

所述前短横梁（7）顶部设置在上部框架结构底部；前短横梁布置于立柱结构上方，是上部框架结构的组成部分，同时与纵向梁系、面板结构共同形成码头工作平台；

所述立柱（6）布置于前桩帽（5）和前短横梁（7）之间，并与前短横梁（7）和前桩帽（5）共同形成上部框架结构形成码头前沿的在空间上的两个维度，通过纵、横向空间层次的设置，减小整个导流设施的顶部高程，并在导流设施的上部形成透浪空间；

所述密排导流桩结构包括密排导流桩(1)和纵向帽梁(4)；

所述密排导流桩(1)设置在纵向帽梁(4)底部；

所述斜顶桩结构包括斜顶桩(2)；

所述斜顶桩(2)设置在纵向帽梁(4)底部；

所述前桩帽(5)和纵向帽梁(4)采用垂直相交一体化浇筑；所述前桩帽(5)和纵向帽梁(4)上部设置有上部框架结构；所述前桩帽(5)底部还设置有排架桩(3)；

所述排架桩结构包括排架桩(3)和后桩帽(8)，所述排架桩(3)设置在前桩帽(5)和后桩帽(8)底部；

所述后桩帽(8)上部设置有上部框架结构。

2.根据权利要求1所述的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，其特征在于，所述密排导流桩(1)的桩身两侧还设置有肋板(12)，所述肋板(12)与密排导流桩(1)的纵向轴线斜交。

3.根据权利要求2所述的复杂流态下的多功能混合高桩码头结构，其特征在于，所述密排导流桩(1)位于一条水平线上。