CN212128811U - 一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构，主塔人工岛的平面呈带缺口的椭圆形，并分为岛内部分与岛外部分；岛内部分建造深远海悬索桥的索塔；岛内部分的断面结构包括下部的岛基和上部的直立式岛体；岛基由多层回填砂构筑而成，每层回填砂采用在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰中构筑，岛基的外形呈金字塔形；岛体由岛壁和岛内体构成；岛壁由钢筒式格体和其内部的密实填料共同构成；岛内体为填筑在岛壁内的回填砂；岛外部分位于主塔人工岛的逆流端并布置材料码头、防波堤与港池；索塔采用墩式基础并包括大直径嵌岩灌注桩、承台和塔座，索塔的上部为门式结构。本实用新型的主塔人工岛结构，能为深远海悬索桥提供稳固的索塔基础。

Description

一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构

技术领域

本实用新型涉及一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构。

背景技术

在海峡通道建设领域，跨海大桥、海底隧道已得到广泛应用，施工技术成熟。跨海大桥需要高出海平面的桥墩支撑，适合近岸浅海；海底隧道能适应较深海域，但工程造价高，施工风险和运营风险大。另外，沉管隧道结构庞大，要求河床或海床平缓，不能有大起伏，只适合短距离浅水域，不适合距离较长及水深较大的海域；悬浮隧道是被理论界看好的跨海交通新模式，目前没有现实应用，预计建设成本低于跨海大桥、海底隧道，对海域的适应性很强，但建设成本仍然较高、施工难度较高。

由于悬浮隧道及其锚碇结构布置于水下，在水深相对于悬浮隧道而言较浅的水域，悬浮隧道可能对水下潜航器的通行构成一定的影响，设置大跨度桥梁通航孔就能够很好地解决这个问题。另外对于超长的具有较大政治影响力的海上通道如台湾海峡跨海通道，也宜具有一定数量的海面上的标志性通道建筑，大跨度悬索桥是一种很好的选择。同时超长悬浮隧道与少量桥梁配套组合后，能够得到大幅提高超远距离密闭空间的交通舒适度。

对于桥梁而言，相对于悬浮隧道较浅的水域水深还是很大，且地处外海，气象、水文条件相对恶劣，建桥难度很大。桥梁基础在海床以上自由长度太大，同时受到风、浪、流水平动荷载作用，因此，桥墩基础必须非常庞大。从施工角度看，一般在水深大于30m左右的外海，要确保桥墩基础施工所需的临时围堰或临时支架平台稳定，代价很大，且很难保证施工船舶在恶劣的风浪条件下稳定，安全风险很大。因此，针对深水桥梁的稳定性要求与施工难度，特提出一种人工岛基础的悬索桥型式，即将悬索桥的主塔、过渡墩与锚碇基础均设在人工岛内，既解决了深水桥墩稳定性的问题，又将海上施工转化为陆上施工，大大减小了外海建桥的难度与安全风险，同时，人工岛为外海桥梁施工提供了钢筋、混凝土等施工材料的供应场地，与人工岛配套的港池为远海施工船舶防台提供了一个相对可靠的避风锚地。

从桥梁稳定性考虑，深远海大跨度悬索桥的索塔基础必须很庞大与稳固。索塔基础无论是采用沉井还是地连墙，在外海深水条件下的施工难度与安全风险都极大。由于深远海大跨度悬索桥孤悬水上，离岸很远，钢筋混凝土结构材料供应的难度与安全风险极大，因此，特提出一种深远海悬索桥索塔的人工岛基础结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于填补现有技术的空白而提供一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构，它能为深远海悬索桥提供稳固的索塔基础，同时为索塔施工提供材料供应基地与海上稳固的施工平台。

本实用新型的目的是这样实现的：一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构，所述主塔人工岛的平面呈带缺口的椭圆形，并分为岛内部分与岛外部分；其中，

所述岛内部分建造深远海悬索桥的索塔；

所述岛内部分的断面结构包括下部的岛基和上部的直立式岛体；

所述岛基由多层回填砂构筑而成，每层回填砂采用在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰中构筑，且每层围堰的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使岛基的外形呈金字塔形；

所述岛体由岛壁和岛内体构成；所述岛壁由钢筒式格体和其内部的密实填料共同构成，钢筒式格体由钢质大圆筒主格与直腹式钢板桩副格相互连接而成，钢质大圆筒主格内和直腹式钢板桩副格内的密实填料为回填砂；钢质大圆筒主格和直腹式钢板桩副格内距顶部1m范围内采用碎石垫层与块石垫层护面；所述岛内体为填筑在岛壁内的回填砂；

所述岛外部分位于主塔人工岛的逆流端并布置材料码头、防波堤与港池，所述材料码头利用岛内部分的岛壁作为基础结构，上部浇筑钢筋混凝土胸墙，并配置码头附属设施；

所述防波堤的断面结构由下部的箱式堤基和上部的直立式堤身构成；所述箱式堤基的断面结构与所述岛基的断面结构相同；所述直立式堤身的结构与所述岛壁的结构相同；

所述港池为防波堤后沿至材料码头前沿之间的水域，所述材料码头与防波堤之间的缺口为港池口门。

所述索塔采用墩式基础并包括大直径嵌岩灌注桩、承台和塔座；索塔的上部为门式结构并包括下塔柱、上塔柱、下横梁、上横梁和塔冠。

上述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其中，每层回填砂的高度不大于10m。

上述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其中，所述浮箱的高度不低于一层回填砂的高度，浮箱内设置纵断墙和竖向隔墙。

上述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其中，所述钢质大圆筒主格的直径为28m～30m，钢质大圆筒主格的净间距为14m～15m；所述直腹式钢板桩副格的圆弧半径小于钢质大圆筒主格的半径，长度小于钢质大圆筒主格的长度。

上述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其中，所述岛内部分还设置以及施工期使用的混凝土搅拌站、钢筋加工间和办公及生活楼。

本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛结构具有以下特点：

1)本实用新型的主塔人工岛结构能替代常见的沉井、地连墙等索塔基础围堰结构；

2)本实用新型的深远海悬索桥主塔人工岛独立设计，尺度较小，对水域海势影响较小；

3)本实用新型的主塔人工岛成为索塔桩基承台的保护外壳，避免了由于急振涡流产生海床冲刷使索塔基础水平稳定性减弱的风险；使得深远海大跨度悬索桥索塔基础的稳定性大大提高，同时解决了桥墩基础难以直接在外海深水区域施工的问题；

4)本实用新型的主塔人工岛能作为深远海大跨度悬索桥索塔的防撞结构，消除了船舶撞击的风险；

5)本实用新型的主塔人工岛使得索塔桩基、承台由水上施工变为陆域施工，难度大大降低，而主塔人工岛可以分层构筑逐步减小因水太深造成的施工难度；

6)本实用新型的主塔人工岛为孤悬外海的桥梁施工提供了材料供应基地与海上稳固的施工平台，施工期安全风险大为降低；

7)本实用新型的主塔人工岛外侧另建材料码头与港池等港作配套工程，在跨海通道营运期，港作配套工程可用于海上船舶避风与补给。

附图说明

图1是本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛的平面图；

图2是本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛的断面图；

图3是本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛的岛壁的平面图；

图4是本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛的防波堤的断面图；

图5是本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛上的索塔基础的立面图；

图6是架设在本实用新型的主塔人工岛上的深远海悬索桥的立面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图6，本实用新型的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，该主塔人工岛1上设置用于架设深远海悬索桥3的索塔1A。

鉴于海中人工岛的施工难度，主塔人工岛1宜设在水深为40m～100m的水域；主塔人工岛1的平面呈带缺口的椭圆形，并分为岛内部分与岛外部分；岛内部分设置索塔1A以及施工期使用的混凝土搅拌站1B、钢筋加工间1C和办公及生活楼1D；

岛外部分位于主塔人工岛1的逆流端并布置材料码头51、防波堤52与港池53，材料码头51与防波堤53之间的缺口为港池口门；

岛内部分的断面结构包括下部的岛基10和上部的岛体；

该岛基10由多层回填砂构筑而成，每层回填砂是在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰中构筑的，每层回填砂的高度不大于10m；浮箱的高度不低于一层回填砂的高度，浮箱内设置一道纵断墙和两道竖向隔墙，纵断墙设在浮箱的宽度的一半位置；每层围堰的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使岛基10的外形呈金字塔形。

岛体为直立式并由岛壁20、岛内体30和挡浪墙40构成；其中，

岛壁20的顶标高为最高潮位+波高+富裕高度；岛壁20由钢筒式格体及其内部的密实填料共同构成，钢筒式格体由钢质大圆筒主格20a与直腹式钢板桩副格20b相互连接而成，并需要插入硬土层一定深度，钢质大圆筒主格20a和直腹式钢板桩副格20b内的密实填料为回填砂，形成稳固的挡土岛壁结构，并在钢质大圆筒主格20a和直腹式钢板桩副格20b内距顶部1m的范围内采用碎石垫层与块石护面；钢质大圆筒主格20a的直径为28m～30m，钢质大圆筒主格20a的净间距为14m～15m；直腹式钢板桩副格201b的圆弧半径略小于钢质大圆筒主格20a的半径，长度小于钢质大圆筒主格20a的长度。

岛内体30为填筑在岛壁20内的回填砂，且填筑顶高度需满足岛壁20稳定的要求；

挡浪墙40沿岛壁20的顶面外缘设置。

材料码头51顺岸布设一个泊位，该泊位的长度按照材料运输船舶的型长设定，材料运输船舶按最大6000t驳船考虑。材料码头51利用岛内部分的岛壁20作为基础结构，上部浇筑钢筋混凝土胸墙，并配置橡胶护舷、系船柱、爬梯等码头附属设施；材料码头51的宽度为岛壁20的最大宽度，即为28m～30m；材料码头51的顶部高程按照历年最高潮位设计，再加上波高及富裕高度；鉴于材料码头51与岛内体30的地坪存在较大高差，在材料码头51后沿与岛内体30的地坪之间设置若干斜坡式码头引桥510。

防波堤52的断面结构由下部的箱式堤基和上部的直立式堤身构成；箱式堤基的断面结构与岛基10的断面结构相同；直立式堤身的结构与岛壁20的结构相同。箱式堤基由多层回填砂522构筑而成，每层回填砂522采用在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰521中构筑，每层回填砂522的高度不大于10m，且每层围堰521的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使堤基的外形呈金字塔形；浮箱的高度不低于一层回填砂的高度，浮箱内设置一道纵断墙和两道竖向隔墙，纵断墙设在浮箱的宽度的一半位置；浮箱内也填充砂性材料；直立式堤身523的结构与岛壁的结构相同并为筒式结构，筒式结构内也填筑回填砂522；直立式堤身523的顶部的海侧设置挡浪墙524。

港池53为防波堤52后沿至材料码头51前沿之间的水域；港池53的平面尺寸应满足材料运输船舶的回旋半径要求，材料运输船舶按最大6000t驳船考虑。

索塔1A建造在岛内部分的中间位置，索塔1A采用墩式基础并包括大直径嵌岩灌注桩11、埋入式承台12和塔座13；采用大直径嵌岩灌注桩11以满足垂直承载力的要求；埋入式承台12使得承台12、灌注桩11与土体共同承受水平力以防索塔基础位移与变形；索塔1A的上部为门式结构并包括下塔柱、上塔柱、下横梁、上横梁和塔冠；索塔1A上设置横向抗风支座和纵向限位阻尼装置。

架设在本实用新型的主塔人工岛1上的深远海大跨度悬索桥3可与采用人工岛接力延伸的悬浮隧道连接，也可与海底埋设隧道(沉管隧道或掘进隧道)连接。深远海大跨度悬索桥3采用三跨全漂浮体系，整体箱平行缆结构，其基础与下部结构主要包括主桥两端的索塔1A、两个边跨过渡墩2A和两端锚碇结构2B。悬索桥3的索塔1A、过渡墩2A与锚碇结构2B分别位于不同的人工岛内。每个索塔1A独立设置在一个主塔人工岛1内；悬索桥3两端的锚碇结构2B、过渡墩2A、桥隧过渡转换结构及隧道连接结构均设置在同一个桥隧转换人工岛内。由于悬索桥3的两边跨长度比引桥等梁桥单跨长度大得多，因此，主塔人工岛1独立设置，可以减小上述主塔人工岛1和桥隧转换人工岛合一的人工岛占用水域的面积，从而减小对海势的影响。同时，可减小人工岛的工程量，施工时索塔1A的施工材料也不必再在岛上进行陆上倒运。

本实用新型的主塔人工岛施工时，主塔人工岛及其配套港池先行施工。主塔人工岛内的索塔基础必须在主塔人工岛的地基处理后固结沉降相对稳定后进行施工。主塔人工岛的岛内体填筑后应首先建设混凝土搅拌站3和钢筋加工间4等施工设施，以便为岛内钢筋混凝土结构施工提供混凝土等材料。

本实用新型的主塔人工岛的总体施工流程为：岛基的围堰施工→岛基的围堰内吹填→岛壁的筒体施工→岛壁的筒体内回填砂与地基处理→岛内体的回填砂与地基处理→混凝土搅拌站、材料码头及码头引桥、钢筋加工间等施工设施建设→索塔的灌注桩→索塔的承台施工→索塔施工。

岛基10的围堰施工方法：岛基的围堰浮箱在船坞内分块预制，近岸水面组拼，采用多艘大功率拖轮整体浮运至现场，动力定位后整体下潜安装。

岛基10的围堰内吹填砂方法：采用绞吸式或舥吸式挖泥船进行吹填施工；

岛壁20的筒体施工方法：先在陆域钢结构加工厂制作钢质大圆筒主格，再采用专用运输船运输钢质大圆筒主格至现场，然后采用大型起重船配振动锤组振沉钢质大圆筒主格；采用专用运输船运输组拼及直腹式钢板桩副格，运输至现场后，先采用大型起重船配振动锤整体振沉副格预拼件，再采用单个振动锤逐根振沉直腹式钢板桩到设计标高；

岛壁20的筒体内回填砂与地基处理方法：采用皮带船在钢质大圆筒主格及直腹式钢板桩副格内回填砂；采用插板机在岛壁的筒体内进行塑料排水板打设，然后进行堆载预压施工；

岛内体30的回填砂与地基处理方法：采用绞吸式或舥吸式挖泥船进行岛内体的回填砂施工；采用插板机在岛内体30的进行塑料排水板打设，然后进行堆载预压施工；

索塔1A的灌注桩11采用陆上灌注桩成孔工艺。

索塔1A的承台12的基坑采用大开挖方式，混凝土搅拌站1B侧可采用钢管桩或钢板桩临时边坡挡土。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种深远海悬索桥的主塔人工岛结构，所述主塔人工岛的平面呈带缺口的椭圆形，并分为岛内部分与岛外部分；其特征在于，

所述岛内部分建造深远海悬索桥的索塔；

所述岛内部分的断面结构包括下部的岛基和上部的直立式岛体；

所述岛基由多层回填砂构筑而成，每层回填砂采用在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰中构筑，且每层围堰的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使岛基的外形呈金字塔形；

所述岛体由岛壁和岛内体构成；所述岛壁由钢筒式格体和其内部的密实填料共同构成，钢筒式格体由钢质大圆筒主格与直腹式钢板桩副格相互连接而成，钢质大圆筒主格内和直腹式钢板桩副格内的密实填料为回填砂；钢质大圆筒主格和直腹式钢板桩副格内距顶部1m范围内采用碎石垫层与块石垫层护面；所述岛内体为填筑在岛壁内的回填砂；

所述岛外部分位于主塔人工岛的逆流端并布置材料码头、防波堤与港池，所述材料码头利用岛内部分的岛壁作为基础结构，上部浇筑钢筋混凝土胸墙，并配置码头附属设施；

所述防波堤的断面结构由下部的箱式堤基和上部的直立式堤身构成；所述箱式堤基的断面结构与所述岛基的断面结构相同；所述直立式堤身的结构与所述岛壁的结构相同；

所述港池为防波堤后沿至材料码头前沿之间的水域，所述材料码头与防波堤之间的缺口为港池口门；

所述索塔采用墩式基础并包括大直径嵌岩灌注桩、承台和塔座；索塔的上部为门式结构并包括下塔柱、上塔柱、下横梁、上横梁和塔冠。

2.根据权利要求1所述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其特征在于，每层回填砂的高度不大于10m。

3.根据权利要求1所述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其特征在于，所述浮箱的高度不低于一层回填砂的高度，浮箱内设置纵断墙和竖向隔墙。

4.根据权利要求1所述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其特征在于，所述钢质大圆筒主格的直径为28m～30m，钢质大圆筒主格的净间距为14m～15m；所述直腹式钢板桩副格的圆弧半径小于钢质大圆筒主格的半径，长度小于钢质大圆筒主格的长度。

5.根据权利要求1所述的深远海悬索桥的主塔人工岛结构，其特征在于，所述岛内部分还设置以及施工期使用的混凝土搅拌站、钢筋加工间和办公及生活楼。

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