CN202064319U - 一种半圆体防波堤结构 - Google Patents

Abstract

一种半圆体防波堤由上部结构和下部结构组成，上部结构安装在下部结构的基床顶面上，上部结构由半圆体结构和块石填料组成。在半圆体内设置联系结构加强半圆体的强度和刚度；在半圆体结构的底板开孔，并在半圆体内回填与开孔大小和半圆体受力要求相适应的块石，使半圆体结构、块石、基床形成一个整体共同承受自重力和外力，由此提高半圆体结构的抗力和对地基沉降的适应性；在预制半圆体时在其顶部预留填石孔，回填石料完成后将填石孔封闭。由此实现半圆体结构的改进和加强功能。

Description

一种半圆体防波堤结构

技术领域

本实用新型涉及一种防波堤结构。

背景技术

在港口、河口、近岸工程，防波堤广泛应用，防波堤的结构形式主要有斜坡式防波堤、半直立式防波堤和直立式防波堤等。

半圆体防波堤成功应用于长江口航道整治工程和天津港防波堤工程，在技术上取得很好的进步和发展。半圆体由弧形面板、底板和侧面板组成，有的半圆体由弧形面板和底板组成，没有侧面板。有的半圆体的内部没有回填料是透空的，有的半圆体的内部充填砂以增加稳定重量；有的半圆体的底板有比较多的开孔以减少波浪力。

半圆体具有良好的表面形状而承受的波浪力比较小，半圆体的弧形面板的波浪压力的作用方向通过圆心，弧形面板摩擦力比较小，底面承受一定的波浪浮托力，所以，半圆体具有很好的抗倾稳定性，结构的稳定性主要由抗滑控制。

有关半圆体防波堤的专利，有“半圆体防波堤(ZL200510016353.1)”、“新型消浪防波堤(ZL98203241.2)”、“弧面格型结构的防波堤(ZL200620027302.9)”，他们在不同方面提出半圆体防波堤的特定结构特征。

随着防波堤建设向深水、大浪海域推进，防波堤的规模显著加大，半圆体的直径可达到16m以上，大跨度的半圆体成为薄壁结构，由此带来以下不足，一是在波浪力作用下结构内力增大；二是对地基的不均匀沉降的适应性降低；三是对基床的平整度要求更高，在波浪条件差的情况下基床整平施工难度增大。此外，半圆体与基床之间的摩擦系数偏小，不利于结构稳定，从而加大了结构规模，有些工程在半圆体底面设置橡胶阻滑板以提高摩擦力。

基于以上情况，我们提出大型半圆体结构防波堤的改进思路如下。

在加强半圆体结构的强度和刚度方面，可以在半圆体内设置联系结构，沿着半圆体的长度方向每隔一定距离布置一榀联系结构，以改善半圆体的受力状态。联系结构可以采用杆件围绕着圆心以扇形布置，也可以采用杆件以桁架式布置。

在改善半圆体结构的支撑条件以适用基床条件方面，可以在半圆体结构的底板开孔，开孔的大小和开孔率根据工程特点确定，并在半圆体内回填与开孔大小相适应的块石，使半圆体结构、块石、基床形成一个整体共同承受自重力和外力，由此提高半圆体结构的抗力和适应性。

半圆体内回填块石，可以考虑分层回填不同粒径的石料，以满足不同位置回填块石的功能要求。半圆体底板附近回填的块石粒径可以小一些，以利于填充底板孔隙并提高对基床和地基沉降的适应性。离底板一定距离后，回填的块石粒径可以大一些，以加大块石起拱的能力，减小半圆体在抗倾情况下的漏出量，提高结构的抗倾稳定性。半圆体内回填块石可以采用级配良好的石料，以适应在半圆体结构中间部位的沉降比两侧大等情况下石料自身调整的需要。

为了完成半圆体内填块石，可以在预制半圆体时在其顶部预留填石孔，半圆体安装就位后通过填石孔向半圆体内填石，填石满足要求后，采用预制的弧形盖板封闭填石孔。填石孔和弧形盖板分别在结合部位预留接头钢筋，在安装就位后焊接或搭接，然后乘低潮浇筑混凝土，形成完整的半圆体结构。

半圆体防波堤的基床，可以采用斜坡基床，也可以采用水平的基床。采用斜坡基床在受力上具有明显的优点，一是半圆体在波峰作用下的抗滑和抗倾稳定性显著提高；二是半圆体前方降低，有利于半圆体前方护面块体的稳定。采用水平的基床，基床抛石、整平、半圆体安装相对斜坡基床简单一些。

考虑半圆体结构比较大，可以设置封头板并封闭抛石孔将半圆体空腔封闭，利用半圆体下水后空腔的空气压力增大实现助浮安装。在浮运前，在钢板和半圆体之间铺设止水橡胶垫板，通过预埋锚固螺栓将钢板固定在半圆体上，防止漏气并承受空气浮运压力。由于圆形断面的特殊性，必需采用起重船辅助浮运以控制半圆体的稳定性。

采用上述改进方案后，半圆体结构的强度和刚度得到加强。半圆体与基床接触面上，不仅半圆体底板与基床接触传递作用力，底板开孔处的回填块石也与基床接触传递部分作用力，在半圆体和基床之间的力的传递上得到改善，并提高半圆体结构的抗滑力。在基床中部相对半圆体底板出现相对沉降时，底板开孔处的小粒径石料随着基床下沉，保持填料的部分荷载直接传递到基床上，由此提高半圆体结构对基床沉降的适应性。改进后的半圆体防波堤更适应岛式防波堤的建设需要。

半圆体防波堤的端部，可以采用四分之一球状块体封闭，或者采取其他措施封闭防波堤端头。

半圆体防波堤的越浪量比较大，半圆体结构的安装需要大型起重船在较好的海况条件进行，半圆体防波堤对地基条件要求较高，在适用条件下才能应用。水运工程的设计、预制、运输、安装能力很强，在适用条件下可以实现上述半圆体结构改进方案的实施。

因此，从提高大型半圆体的强度和刚度、改善半圆体结构和基床接触面之间力的传递效果、提高半圆体结构对基床不均匀沉降的适应性出发，提出一种半圆体结构防波堤。

发明内容

为了提高大型半圆体的强度和刚度、改善半圆体结构和基床接触面之间力的传递效果、提高半圆体结构对基床不均匀沉降的适应性、扩大半圆体防波堤应用范围、降低工程造价，本实用新型提供一种半圆体防波堤结构。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是在半圆体内设置联系结构加强半圆体的强度和刚度；在半圆体结构的底板开孔，并在半圆体内回填与开孔大小和半圆体受力要求相适应的块石，使半圆体结构、块石、基床形成一个整体共同承受自重力和外力，由此提高半圆体结构的抗力和对地基沉降的适应性；在预制半圆体时在其顶部预留填石孔，回填石料完成后将填石孔封闭。由此实现半圆体结构的改进和加强功能。

半圆体内的联系结构可以采用杆件围绕着圆心以扇形布置，也可以采用杆件以桁架式布置，联系结构沿着半圆体的长度方向每隔一定距离布置一榀。

半圆体的两端可以设置封头板，在封闭抛石孔和排气孔的情况下在半圆体内形成一个封闭的空腔。

半圆体内回填块石，分3层回填不同粒径的石料。半圆体底板附近回填小粒径石料，中间回填大粒径石料，顶部回填中粒径石料，以满足不同位置回填块石的功能要求。

在预制半圆体时在其顶部预留填石孔，半圆体安装就位后通过填石孔向半圆体内填石，填石完成后，采用预制的弧形盖板安装在填石孔内，然后焊接或搭接填石孔和弧形盖板的预留接头钢筋，浇筑混凝土，形成完整的半圆体结构。

采用本发明的半圆体防波堤结构，提高了大型半圆体的强度和刚度，改善了半圆体结构和基床接触面之间力的传递效果，增强了半圆体结构对基床不均匀沉降的适应性，总体效果是良好的。

本实用新型的有益效果，提高了大型半圆体的强度和刚度，改善了半圆体结构和基床接触面之间力的传递效果，增强了半圆体结构对基床不均匀沉降的适应性，适用条件下可以降低工程投资。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。附图以倾斜基床、扇形联系结构、扇形联系结构为2根联系梁、一个分段为三榀联系的半圆体防波堤结构为基础绘制，上述的联系结构和联系梁的数量可以根据工程需要确定。水平基床的半圆体防波堤结构图、桁架式联系结构的半圆体结构图仅绘制典型断面图，结构情况可参考图1～8。

图1是半圆体防波堤断面图(倾斜基床、扇形联系结构处)；

图2是半圆体防波堤断面图(倾斜基床、有抛石孔处)；

图3是半圆体结构B-B断面图(倾斜基床、扇形联系结构处)；

图4是半圆体结构C-C断面图(倾斜基床)；

图5是半圆体结构顶面平面图(倾斜基床)；

图6是半圆体结构A-A断面图(倾斜基床、扇形联系结构处)；

图7是半圆体结构内块石填料结构图(倾斜基床)；

图8是接头结构图；

图9是半圆体结构顶面平面图(倾斜基床，有封头板)；

图10是半圆体结构D-D断面图(倾斜基床，有封头板)；

图11是半圆体结构A-A断面图(倾斜基床、有封头板)；

图12是半圆体结构浮运期的抛石孔封闭结构示意图；

图13是半圆体结构B-B断面图(倾斜基床、桁架式联系结构)；

图14是半圆体防波堤断面图(水平基床、扇形联系结构处)。

图中：1.半圆体防波堤，2.上部结构，3.下部结构，4.半圆体结构，5.块石填料，6.基床，7.堤心石，8.垫层块石，9.护面块体，10.护底块石，11.地基顶面线，12.水位线，13.外海方向，14.基床顶面，15.底板，16.弧形面板，17.联系结构，18.抛石孔，19.封口板，20.接头结构，21.联系梁，22.底板梁，23.底板孔，24.小块石，25.大块石，26.中块石，27.接头混凝土，28.预留接头钢筋，29.圆心点，30.局部直线段，31.封头板，32.浮运封口钢板，33.紧固螺栓螺母，34.气密橡胶垫板。

具体实施方式

图1表示半圆体防波堤断面图(倾斜基床、扇形联系结构处)。半圆体防波堤(1)由上部结构(2)和下部结构(3)组成，上部结构(2)安装在下部结构(3)的基床顶面(14)上，下部结构(3)坐落在地基顶面线(11)上。上部结构(2)由半圆体结构(4)和块石填料(5)组成，半圆体结构(4)采用钢筋混凝土结构。下部结构(3)由基床(6)、堤心石(7)、垫层块石(8)、护面块体(9)、护底块石(10)组成。基床顶面(14)向外海方向(13)倾斜，斜度5～15％。地基顶面线(11)、水位线(12)、外海方向(13)如图所示。

图2表示半圆体防波堤断面图(倾斜基床、有抛石孔处)。半圆体结构(4)的顶面是一个半圆弧状的弧形面板(16)，弧形面板(16)的顶面在预制阶段预留了抛石孔(18)，并预制相应的封口板(19)，在半圆体结构(4)的内部完成回填块石填料(5)后，将封口板(19)安装在抛石孔(18)处，焊接或搭接封口板(19)和弧形面板(16)在抛石孔(18)周边的预留钢筋，浇筑接头结构(20)的混凝土，形成最终完整的半圆体结构(4)。接头结构(20)见图8，其他说明同图1。

图3表示半圆体结构B-B断面图(倾斜基床、扇形联系结构处)。半圆体结构(4)的底板(15)的两侧分别与弧形面板(16)连接形成整体。联系结构(17)采用扇形布置，联系结构(17)的联系梁(21)分别与底板(15)和弧形面板(16)连接形成整体。联系梁(21)的数量可以根据工程需要确定。弧形面板(16)的圆心点(29)如图所示，位于圆心点(29)下方的弧形面板(16)局部的表面采用局部直线段(30)，不采用圆弧状，利于受力。

图4表示半圆体结构C-C断面图(倾斜基床)。半圆体结构(4)的顶面是一个半圆弧状的弧形面板(16)，弧形面板(16)的顶面在预制阶段预留了抛石孔(18)，并预制相应的封口板(19)，在半圆体结构(4)的内部完成回填块石填料(5)后，将封口板(19)安装在抛石孔(18)处，焊接或搭接封口板(19)和弧形面板(16)在抛石孔(18)周边的预留钢筋，浇筑接头结构(20)混凝土，形成最终完整的半圆体结构(4)。底板(15)上布置了底板孔(23)，底板孔(23)之间形成了纵横的底板梁(22)。弧形面板(16)的圆心点(29)如图所示，位于圆心点(29)下方的弧形面板(16)部分的表面采用局部直线段(30)，不采用圆弧状，利于受力。图中底板梁(22)的截面绘制了剖面线，以区别底板孔(23)。

图5表示半圆体结构顶面平面图(倾斜基床)。半圆体结构(4)的顶面是一个半圆弧状的弧形面板(16)，弧形面板(16)的顶面在预制阶段预留了4个抛石孔(18)，并预制相应的封口板(19)，在半圆体结构(4)的内部完成回填块石填料(5)后，将封口板(19)安装在抛石孔(18)处，焊接或搭接封口板(19)和弧形面板(16)在抛石孔(18)周边的预留钢筋，浇筑接头结构(20)混凝土，形成最终完整的半圆体结构(4)。图中虚线表示半圆体结构(4)布置了3榀联系结构(17)，联系结构(17)的数量可以根据工程需要布置。弧形面板(16)根据需要布置直径50～100mm的排气孔，排气孔间距2～3m，以减小波浪浮托力，图中省略排气孔的表示。

图6表示半圆体结构A-A断面图(倾斜基床、扇形联系结构处)。半圆体结构(4)的底板(15)的两侧分别与弧形面板(16)连接形成整体。底板(15)与3榀联系结构(17)的联系梁(21)连接形成整体。底板(15)上布置了底板孔(23)，底板孔(23)之间形成了纵横的底板梁(22)，底板孔(23)和底板梁(22)的大小和布置数量可以根据工程需要确定。图中联系梁(21)的截面绘制了剖面线，以区别底板梁(22)和底板孔(23)。

图7表示半圆体结构内块石填料结构图(倾斜基床)。块石填料(5)分为3层回填，接近底板孔(23)的底层采用小块石(24)回填，小块石(24)的粒径1～25cm，以利于充填底板孔(23)并适应地基沉降的调整需要。中间层采用大块石(25)回填，大块石(25)的粒径1～60cm。上层采用中块石(26)回填，中块石(26)的粒径1～40cm。为了提高分层回填块石的质量，可以采用溜槽作为导向槽进行填石，使块石的分布均匀。图中底板梁(22)的截面绘制了剖面线，以区别底板孔(23)内回填的小块石(24)。

图8表示接头结构图。接头结构(20)位于弧形面板(16)和封口板(19)之间，将弧形面板(16)和封口板(19)分别伸出的预留接头钢筋(28)焊接或绑扎成为受力钢筋，浇筑接头混凝土(27)，就形成接头结构(20)。

图9表示半圆体结构顶面平面图(倾斜基床，有封头板)。图中表示半圆体结构(4)布置了2个封头板(31)和1榀联系结构(17)，联系结构(17)的数量可以根据工程需要布置。封头板(31)分别与底板(15)和弧形面板(16)连接形成封闭结构。2个封头板(31)替代了2榀联系结构(17)。其他说明参见图5。

图10表示半圆体结构D-D断面图(倾斜基床，有封头板)。封头板(31)是扇形形状，封头板(31)分别与底板(15)和弧形面板(16)连接形成封闭结构。其他说明参见图3。

图11表示半圆体结构A-A断面图(倾斜基床、有封头板)。图中表示半圆体结构(4)布置了2个封头板(31)和1榀联系结构(17)，联系结构(17)的数量可以根据工程需要布置。其他说明参见图6。

图12是半圆体结构浮运期的抛石孔封闭结构示意图。沿着抛石孔(18)的周边，在弧形面板(16)的内壁和浮运封口钢板(32)之间，铺设气密橡胶垫板(34)，通过紧固螺栓螺母(33)将浮运封口钢板(32)紧固在弧形面板(16)的内壁上，由此封闭抛石孔(18)形成封闭空间，利用半圆体结构(4)下水后空腔内的空气压力增大提供浮力，实现助浮安装。安装期间需要起重船吊运配合，以控制半圆体的稳定。此外，弧形面板(16)和浮运封口钢板(32)在制作时需预留螺栓孔，在紧固螺栓时采取气密措施，防止漏气。弧形面板(16)的排气孔采用封口橡胶和紧固螺栓封闭，排气孔直径比较小容易封闭，图中省略排气孔的封闭结构图。

图13表示半圆体结构B-B断面图(倾斜基床、桁架式联系结构)。联系结构(17)采用桁架式布置，联系结构(17)的联系梁(21)分别与底板(15)和弧形面板(16)连接形成整体。联系梁(21)的数量可以根据工程需要确定。其他说明同图3。

图14表示半圆体防波堤断面图(水平基床、扇形联系结构处)。基床顶面(14)是水平状的，半圆体结构(4)的底板(15)是水平的，弧形面板(16)是对称的半圆形。其他说明同图1。水平基床上的防波堤结构与倾斜基床上的防波堤结构基本相同，不详细表示，可以参见图2～9。

Claims (1)

1.一种半圆体防波堤由上部结构和下部结构组成，上部结构安装在下部结构的基床顶面上，上部结构由半圆体结构和块石填料组成，其特征在于：在半圆体内设置联系结构，在半圆体结构的底板开孔，并在半圆体内回填块石。 

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