CN117071503A - 一种用于填海的填筑装置、基础结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于填海的填筑装置，包括底支撑组件、连接件和预制基础承台，所述底支撑组件包括桩基，桩基底部设在海底中，且所述底支撑组件上端的高度H大于海水涨潮位，所述基础承台包括预制框架，所述预制框架的对角连接钢筋混凝土梁，所述底支撑组件的上端与连接件固定，所述连接件与预制框架固定。本发明具有快速填海、扩建岛礁、资源节约、环保，同时增强岛礁扩建区域的稳定性和耐久性，保障安全、可靠，为我国海域的岛礁扩建以及沿海半岛或沿海地区向海洋方向扩建提供一种快速、安全的施工技术。

Description

一种用于填海的填筑装置、基础结构及方法

技术领域

本发明涉及一种用于填海的填筑装置，本发明还涉及上述填筑装置组合形成的基础结构，本发明还涉及上述基础结构的施工方法。

背景技术

岛礁扩建技术的背景可以追溯到二十世纪末期，在那个时候岛礁扩建技术主要为了满足军事需要而发展起来的。随着科技的进步，这一技术逐渐应用于民用领域，例如用于旅游业和油气开发等。岛礁扩建技术是受限的，需要考虑许多因素。首先，岛屿周围的海洋环境必须适宜才能进行扩建工作。其次，扩建的岛礁需要充分考虑环保和可持续发展原则，在保护生态环境的前提下进行工作。最后，扩建的岛礁必须能够承载足够的人口和基础设施，以满足社会和经济发展的需求。

岛礁扩建围海工程是在填海造陆或深加工填海的基础上，对海岸线进行加固、围海等防护措施的工程。其目的是保护海岸线免受海洋侵蚀或风浪侵袭，并扩大或扩建海岛的有效面积。

现有技术中，围海工程的建设常采用混凝土结构或岩石堆砌结构。其中混凝土结构包括钢筋混凝土板桩围堤、钢筋混凝土悬臂式围堤、钢筋混凝土盒式围堤等，这些结构具有良好的承载能力和抗风浪冲刷性能。岩石堆砌结构则是通过将大型的岩石块按照一定规则、密度和砌法进行组织，构建成能够有效抵挡海浪的防波堤。在围海工程建设完成后，如果需要对围海区域进行造陆，可以采用填海造陆和深加工填海的方式。填海造陆指的是通过向海域中投入大量的土石材料、沙土等填充材料，逐渐形成一个并符合设计要求的陆地。填海造陆需要对海洋生态环境进行认真考虑，以及填海材料和运输等问题。深加工填海则是在已经建成的围海结构上，通过挖掘、压实、堆填海底土石材料等，将海岛表面进行加固，然后在其表面上进行填筑、盖建等工作。深加工填海技术难度相对较大，需要采用特殊设备和技术。如上所述，现有技术不能满足快速填筑加固的需求，并且岛礁扩建围海工程需要挖掘、压实、堆填大量海底土石材料，耗费材料多、施工工期长，且对生态环境造成影响。

申请人曾经在先申请过一种用于滩涂淤泥爆炸挤淤进行地基处理的填筑装置，事实在，该在先申请也可以用于岛礁扩建。针对岛礁扩建时应对不同海域地质条件采用相应的快速填筑方法，当岛礁扩建的海域地质条件为深厚淤泥层时，可以通过爆破挤淤，以及在先申请的填筑装置进行岛礁扩建。在此基础上，申请人做了进一步改进，提出了一种海岸线、岛礁快速扩建的方法，尤其适用于海域一般地质条件(如砂质)的岛礁快速扩建的方法。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种快速填筑加固的岛礁快速扩建的填筑装置，本发明的目的还在于提供一种包括上述填筑装置的基础结构，本发明的目的还在于提供一种上述基础结构的施工方法。

为此，本发明的一种用于填海的填筑装置，包括底支撑组件、连接件和预制基础承台，所述底支撑组件包括桩基，桩基底部设在海底中，且所述底支撑组件上端的高度H大于海水涨潮位，所述基础承台包括预制框架，所述预制框架的对角连接钢筋混凝土梁，所述底支撑组件的上端与连接件固定，所述连接件与预制框架固定。

进一步的，至少所述预制框架的四个角设有连接孔，所述连接件为与连接孔配合的柱形结构，连接件穿过连接孔并用抱箍固定。

进一步的，所述框架采用钢筋混凝土浇筑形成，所述框架包括4根长3m-7m的边梁和2根对角连接的钢筋混凝土梁，边梁和对角连接梁的横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm，所述连接孔的截面为边长300mm-600mm的正方形或直径300mm-600mm的圆形，所述桩基直径300mm-1000mm。

进一步的，当所述桩基的间距3m<L<7m时，所述框架四个角及边梁上的中心位置预留连接孔，所述桩基的上端与连接件固定，所述连接件穿过连接孔，并用抱箍固定。

当桩基间隔7m<L<10m时，框架四个角处向框架中心点正下方1000m-2000mm点处，用横截面长200mm-500mm，宽200mm-500mm的钢筋混凝土柱斜向连接形成预制件。

当桩基间隔10m<L时，框架四个角向框架中心点正下方1000mm-2000mm点处，用横截面长200mm-500mm，宽200mm-500mm的钢筋混凝土柱斜向连接，连接点处用同横截面尺寸钢筋混凝土立柱向正上方延伸至空心框架平面，立柱向正下方延伸1 000mm-2000m形成预制件。

进一步的，所述桩基顶部预留高500mm-1500mm的空心套筒，所述连接件包括预制柱，预制柱的横截面与空心套筒横截面相同，预制柱插入空心套筒中并固定；或在预制柱底设置高500mm-1500mm，外横截面长400mm-1000mm，宽400mm-1000mm的套筒，内横截面与桩基横截面相同，桩基顶部与套筒固定；所述连接孔中穿过预制柱并用抱箍固定，所述斜向连接的钢筋混凝土柱的底部固定在桩基的顶部或通过预制柱固定在桩基的顶部。

进一步的，所述框架平面上布置30mm-150mm厚的钢板或100mm-200mm钢筋混凝土板。

本发明还包括上述填筑装置的一种用于海域快速扩建的基础结构，包括多个填筑装置，所述框架需连接侧的上部预制一到若干个钢筋混凝土连接结构，相邻所述填筑装置通过一到若干个钢板连接，钢板连接在钢筋混凝土连接结构上，相邻钢筋混凝土连接结构间的空隙用40mm-100mm厚的钢板铺满。

本发明还包括一种上述海域快速扩建基础结构的施工方法：包括以下步骤：

(1)按照预定的桩间距，打入桩基至海底持力层中；

(2)将预制柱吊装至指定位置，并将预制柱的下端与桩基顶部连接固定；

(3)将预制件吊装至指定位置，将预制柱固定在连接孔中或与斜向连接的钢筋混凝土柱的底部固定；

(4)在框架的表面上铺设钢板或钢筋混凝土板，用钢筋混凝土连接结构连接相邻的填筑装置，在相邻填筑装置的间隙上铺设钢板；

(5)在框架表面的钢板或混凝土板上浇筑混凝土或填入建筑材料形成岛礁基础结构。

本发明的有益效果：

(1)快速扩建，本发明通过向海底打入桩基，并在桩基上装配形成基础承台，承台在海水的涨潮位之上，可以方便地进行填入土石方、浇筑混凝土等施工作业，具备更高效的施工速度，实现快速地扩建岛礁，从而满足人类对于海洋使用的需求，如运输、石油钻探、旅游等等。

(2)资源节约、环保，本发明的承台高于海水涨潮位，无需从海底或岸边挖吸大量的土石材料，也无需向岛礁周边吹填大量土石方，节约成本、且对挖掘地和扩建岛礁周围的天然环境影响小。

(3)本发明的岛礁扩建方法采用的材料和设计结构能够增强岛礁的稳定性和耐久性，保障安全和可靠性。

附图说明

图1为实施例1的预制框架示意图；

图2为桩基和连接件的示意图；

图3为实施例1的填筑装置示意图；

图4为实施例1铺设钢板或混凝土板后的示意图；

图5为实施例2和实施例3的预制框架示意图；

图6为实施例2的预制件示意图；

图7为实施例2和实施例3中桩基中的空心套筒示意图；

图8为预制柱和套筒的示意图；

图9为实施例2的预制件和预制柱结合示意图；

图10为实施例2的示意图；

图11为实施例3的预制件和预制柱结合的示意图；

图12为实施例3的基础结构示意图；

图13为岛礁扩建区域示意图。

附图标记说明：1、桩基；101、空心套筒；2、钢结构柱；3、基础承台；301、预制框架；302、边梁；303、对角连接梁；304、钢筋混凝土立柱；305、钢筋混凝土板；306、连接孔；307、钢筋混凝土柱；4、抱箍；5、预制柱；501、套筒；6、螺栓；7、连接块；701、螺栓孔洞；8、钢固定板；9、钢板。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参照图1到图13所示，本发明的一种用于填海的填筑装置，包括底支撑组件、连接件和预制基础承台3，所述底支撑组件包括桩基1，桩基1底部深入海底持力层中，且所述底支撑组件上端的高度H大于海水涨潮位，所述基础承台3包括预制框架301，所述预制框架301的对角通过钢筋混凝土梁连接形成对角连接梁303，所述底支撑组件的上端与连接件固定，所述连接件与预制框架301固定。图13示出了本发明适用的岛礁扩建区域的示意图，扩建海域一般需要满足具有较为平坦的海底地貌和宽广深远的水域，在本发明的实施例1到实施例3采用的预制框架301均为正方形，也可以采用其他三角形、四边形、长方形或多边形，甚至圆形等，在岛屿扩建工程中，可能会使用多种形状的框架结构，包括但不限于以下场景：(1)当岛礁的扩建区域不是规则的形状，本发明的框架形状、结构根据实际地形的需要做适当的变动，可以采用多种形状进行组合，比如在扩建区域中某个位置正方形框架尺寸不适配或卡住，就可以采用圆形或多边形结构，另外也可以根据地形的需要将框架的某个边梁做变换，如将其中与海岸线相对的边梁设计并定制为与其相匹配的形状。(2)为了提高施工进度，从多个方向同时进行施工，采用相同形状的标准框架如正方形框架，但在两个施工方向的结合部位可能无法采用标准框架结构，此时在对该位置进行设计时，就需要采用其他合适形状的框架比如四边形、圆形等进行过渡。桩基1通常采用端承桩，桩基1的底部深入到海底持力层中，桩底进入持力层的深度为桩径的1到3倍。当然，桩基1也可以采用端承摩擦桩，通常也需要打入持力层中，原因在于摩擦桩以及如果桩底不进入持力层中，桩基1沉降容易导致扩建岛礁被海水淹没。为了快速扩建岛礁，桩基1优选为预制桩，如钢管桩，海上预制桩基1的施工是成熟的现有技术，可以通过打桩船进行打桩作业，大型打桩船可以将预制桩基1打入到海底数十米甚至上百米的持力层中。当然也可以采用现场浇筑的方式。以下通过实施例1到实施例3进行详细说明。

实施例1：当3m<L<7m时，参照图2所示，在海底打入300mm-1000mm的桩基1，桩基1高到海水涨潮位，桩基1高为H，桩基1间隔为L。参照图1所示，预制框架301为正方形，包括4根钢筋混凝土结构的边梁302，边梁302的横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm，长3m-7m，预制框架301的对角用两根横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm的钢筋混凝土梁连接形成对角连接梁303，在预制框架四个角的中心(指的是连接孔306的中心位置位于角平分线的中点上)以及中心位置留下边长300mm-600mm的正方形或直径300mm-600mm的圆形的连接孔306。在桩顶中心位置安装与连接孔306配合的同尺寸的连接件，高500mm-1000mm，边长300mm-600mm的正方形或直径300mm-600mm的圆形的钢结构柱2，将桩基1与基础承台3的预制框架301通过钢结构柱2连接，混凝土抱箍4或其他形式的抱箍固定，如图3所示。参照图4所示，在框架平面布置30mm-150mm厚的钢板或100mm-200mm钢筋混凝土板305。

实施例1的施工方法包括以下步骤：

(1)在工厂中预制需要的组件和各需要的配件，如预制桩基1、钢结构柱2、钢板、抱箍4等。

(2)将预制好的各组件运输到扩建位置附近的安全位置。

(3)在预定的扩建区域，按预定的位置和桩距在海底中打入桩基1，在桩顶安装钢结构柱连接件。

(4)用吊机将预制件吊装至指定位置与钢结构柱连接。

(5)用混凝土或其他形式抱箍将结构与桩固定。

(6)固定完后在框架平面上铺置钢板或钢筋混凝土板305。

实施例2：当桩基1间隔7m≤L<10m时，可在海底打入直径300mm-1000mm的桩基1，参照图5所示，预制框架301为正方形，包括4根钢筋混凝土结构的边梁302，边梁302的横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm，长10m-20m，预制框架的对角用两根横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm的钢筋混凝土梁连接，在框架四个角的中心位置留下边长300mm-600mm的正方形或直径300mm-600mm的圆形的连接孔306。参照图6所示，预制框架301四个角中心点处，向框架中心点正下方1000mm-2000mm点处，用横截面长200mm-500mm，宽200mm-500mm的钢筋混凝土柱307斜向连接形成预制件，连接方式可以通过混凝土浇筑成型、装配式连接或两种组合使用，装配式连接为组件分别预制后通过预埋件和螺栓等结构进行组装。需要说明的是，连接孔306与钢筋混凝土柱307与框架的连接位置为框架的四个角的中心位置，可以采用钢筋混凝土柱307与框架一体成型为一体结构并预留连接孔306，也可以采用分别浇筑成型，钢筋混凝土柱307采用连接件连接在桩基上或桩基的连接件上，如钢筋混凝土柱307的一端连接套环，套接在桩基上并用抱箍固定。参照图7、图9所示，包括预制柱5，预制柱5可以作为底支撑组件的一部分，而预制柱5的上端作为连接件，预制柱5的上端尺寸与连接孔306尺寸相同，预制柱5的上端穿过连接孔306并可以用抱箍4固定，在桩基1顶部预留高500mm-1500mm，横截面与预制柱5横截面相同的空心套筒101，将预制柱5与空心套筒101配合通过螺栓6连接固定或其他形式固定；参照图8所示，也可以在预制柱5底设置高500mm-1500mm的套筒501，外横截面长400mm-1000mm，宽400mm-1000mm，内横截面与桩基1横截面相同，桩基1顶部通过自锚形式固定或其他形式固定。参照图10所示，桩基1和基础承台3连接，斜向钢筋混凝土柱307的连接点固定一个预制柱5，并通过预制柱5与桩顶空心套筒101进行连接。在框架平面布置30mm-150mm厚的钢板或100mm-200mm厚的钢筋混凝土板305。

实施例2的施工方法与实施例1基本相同，增加了预制柱5与桩顶的安装步骤。

实施例3：当桩基1间隔10m<L时，可在海底打入直径300mm-1000mm的桩基1，参照图11所示，预制框架为正方形，包括4根钢筋混凝土结构的边梁302，边梁302的横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm，长10m-20m，预制框架301的对角用两根横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm的钢筋混凝土梁连接形成对角连接梁303，在框架四个角的中心位置预留边长300mm-600mm的正方形或直径300mm-600mm的圆形的连接孔306。框架四个角中心点处，向框架中心点正下方1m-2m点处，用横截面长200mm-500mm，宽200mm-500mm的钢筋混凝土柱307斜向连接，连接点处用与斜柱相同横截面尺寸的钢筋混凝土立柱304向正上方延伸至预制框架301平面，钢筋混凝土立柱304向连接点正下方延伸1m-2m形成预制件。实施例3中也包括预制柱5，预制柱5的结构和与桩基1的连接方式与实施例2基本相同，区别在于，实施例3中，斜向混凝土柱的连接点上方和下方设有钢筋混凝土立柱304，其截面尺寸与预制柱5相同，该钢筋混凝土立柱304采用与预制柱5相同的连接方式与桩顶进行连接。框架平面上布置30mm-150mm厚的钢板或100mm-200mm钢筋混凝土板305。

实施例3的施工方法包括以下步骤：

(1)在工厂中预制需要的预制件和各需要的配件。

(2)将预制件运输到扩建位置附近的安全位置。

(3)在海中打入桩基1。

(4)用吊机将预制柱5吊装至指定位置与桩基1连接固定。

(5)用吊机将预制件吊装至指定位置与柱连接，用抱箍4将结构与柱固定。

(6)固定完成后在框架平面上铺置钢筋混凝土板305。

在上述实施例1、实施例2和实施例3中，桩型可以采用圆桩，也可以采用方桩，以及其他可用于海域的现有技术中的桩型。需要说明的是，在上述实施例1、实施例2和实施例3中，填筑装置的桩间距与桩径有关，通常为3倍桩径到15倍桩径，边梁的长度可以根据桩间距来确定，即也可以通过桩径来确定。

在海域扩建区域，按照预定的位置选择实施例1、实施例2或实施例3的填筑装置中的一种，或几种综合使用，通常而言，设置的填筑装置框架上部平面处于水平面，各填筑装置的框架平面高度相等或相当，使得框架平面处于同一平面或接近处于同一平面，并进行连接，形成岛礁扩建的基础结构，可以在上方浇筑混凝土或填入土石方等整平材料，便于后续基础设施建设，如管道，机场跑道，军事民用等建筑。实施例1到实施例3的填筑装置之间的连接方式可采用相同或相似的方法，下面以实施例3为例，说明填筑装置的连接方式：参照图12所示，在需连接侧的预制框架301中心线、两侧位置布置长100mm-300mm，宽100mm-200mm，高200mm-400mm的连接块7，连接块7一般采用钢筋混凝土结构，连接件的上部也可以作为连接块使用，连接块7上设有截面尺寸直径16mm-30mm圆形预留螺栓孔洞701，在预留的螺栓孔洞701两侧竖向布置厚20mm-50mm，宽200mm-400mm，根据现场实际距离选择不同长度的钢固定板8，用螺栓6通过预留螺栓孔洞701固定，在两连接结构中间的空隙用40mm-100mm厚的钢板9铺满，用膨胀螺栓6固定。

在上述实施例1、实施例2和实施例3中，参照图13所示，A为海岸线，B为围堤，C为扩建区域与海岸线的交点，岛礁或海岸快速扩建的方法包括：

S1:进行勘测，确定扩建范围；

S2:根据确定的扩建范围，确定单个填筑装置的尺寸和数量，以及桩基的布置位置和数量，并进行施工，并采用上述填筑装置的施工方法进行施工。

扩建方法包括：

方法一：从海岸线A沿①方向进行施工，完成扩建区域的施工；①方向为远离海岸线A的方向；

方法二：沿交点C沿扩建范围边界线即②方向施工，形成围堤B；

方法三：从围堤B沿③方向施工，完成扩建区域的施工，③方向为远离围堤的方向。

扩建时，可以选择方法一到三的一种或组合进行施工，当选择①、②、③三个方向同时施工时，为扩建速度较快的实施方式。

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，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于填海的填筑装置，其特征在于：包括底支撑组件、连接件和预制基础承台，所述底支撑组件包括桩基，桩基底部设在海底中，且所述底支撑组件上端的高度H大于海水涨潮位，所述基础承台包括预制框架，所述预制框架的对角连接钢筋混凝土梁，所述底支撑组件的上端与连接件固定，所述连接件与预制框架固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于填海的填筑装置，其特征在于：所述框架为四边形，至少所述预制框架的四个角设有连接孔，所述连接件为与连接孔配合的柱形结构，连接件穿过连接孔并用抱箍固定。

3.根据权利要求2所述的一种用于填海的填筑装置，其特征在于：所述框架采用钢筋混凝土浇筑形成，所述框架包括4根长3m-7m的边梁和2根对角连接的钢筋混凝土梁，边梁和对角连接梁的横截面宽400mm-800mm，高400mm-800mm，所述连接孔的截面为边长300mm-600mm的正方形或直径300mm-600mm的圆形，所述桩基直径300mm—1000mm。

4.根据权利要求3所述的一种用于填海的填筑装置，其特征在于：当所述桩基的间距3m<L<7m时，所述框架四个角及边梁上的中心位置预留连接孔，所述桩基的上端与连接件固定，所述连接件穿过连接孔，并用抱箍固定。

5.根据权利要求3所述的一种用于填海的填筑装置，其特征在于：当桩基间隔7m<L<10m时，框架四个角处向框架中心点正下方1000mm-2000mm点处，用横截面长200mm-500mm，宽200mm-500mm的钢筋混凝土柱斜向连接形成预制件。

6.根据权利要求3所述的一种用于填海的填筑装置，其特征在于：当桩基间隔10m<L时，框架四个角向框架中心点正下方1000mm-2000mm点处，用横截面长200mm-500mm，宽200mm-500mm的钢筋混凝土柱斜向连接，连接点处用同横截面尺寸钢筋混凝土立柱向正上方延伸至空心框架平面，立柱向正下方延伸1 000mm-2000mm形成预制件。

7.根据权利要求5或6所述的一种用于填海的填筑装置，其特征在于：所述桩基顶部预留高500mm-1500mm的空心套筒，所述连接件包括预制柱，预制柱的横截面与空心套筒横截面相同，预制柱插入空心套筒中并固定；或

在预制柱底设置高500mm-1500mm，外横截面长400mm-1000mm，宽400mm-1000mm的套筒，内横截面与桩基横截面相同，桩基顶部与套筒固定；

所述连接孔中穿过预制柱并用抱箍固定，所述斜向连接的钢筋混凝土柱的底部固定在桩基的顶部或通过预制柱固定在桩基的顶部。

8.一种用于海域快速扩建的基础结构，包括权利要求1到6任意一项所述的填筑装置，其特征在于：包括多个填筑装置，所述框架需连接侧的上部预制一到若干个钢筋混凝土连接结构，相邻所述填筑装置通过一到若干个钢固定板连接，钢固定板连接在钢筋混凝土连接结构上，相邻钢筋混凝土连接结构间的空隙用40mm-100mm厚的钢板铺满，所述框架平面上布置30mm-150mm厚的钢板或100mm-200mm钢筋混凝土板。

9.一种权利要求8所述的海域快速扩建基础结构的施工方法，其特征在于：

S1:进行勘测，确定扩建范围；

S2:根据确定的扩建范围，确定单个填筑装置的尺寸和数量，以及桩基的布置位置和数量，并进行施工，包括采用以下三种方式之一或组合进行施工，完成扩建区域的施工：

从海岸线沿远离海岸线的方向进行施工；和/或

沿海岸线与扩建区域的交点沿扩建范围边界线方向施工，形成围堤；和/或

从围堤沿远离围堤的方向方向施工。

10.根据权利要求9所述的一种海域快速扩建基础结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S2填筑装置的施工包括以下步骤：

(1)按照预定的桩间距，打入桩基至海底持力层中；

(2)将预制柱吊装至指定位置，并将预制柱的下端与桩基顶部连接固定；

(3)将预制件吊装至指定位置，将预制柱固定在连接孔中或与斜向连接的钢筋混凝土柱的底部固定；

(4)在框架的表面上铺设钢板或钢筋混凝土板，用钢筋混凝土连接结构连接相邻的填筑装置，在相邻填筑装置的间隙上铺设钢板；

(5)在框架表面的钢板或混凝土板上浇筑混凝土或填入建筑材料形成岛礁基础结构。