本发明涉及港口土木工程结构设计和施工领域，特别是涉及一种装甲式轻质码头结构及其施工方法。
背景技术：
我国在上世纪60年代前，建成板桩码头40座左右，绝大部分为钢筋混凝土结构，小部分为钢板桩结构，码头总岸壁长5958m。结构型式均为拉锚式板桩码头，板桩码头均为千吨级以下中小型码头。通过本阶段建设，我国板桩式码头初具规模，并在施工方面取得了丰富的经验。
上世纪70年代又建设了39座板桩码头，其中31座为钢筋混凝土结构，8座为钢板桩结构，岸壁长6754m。由于板桩断面抵抗矩较小，不能承受很大的弯矩，从而限制了板桩码头向大型化、深水化方向发展。上世纪80年代和90年代建成板桩码头47座，其中21座为钢筋混凝土板桩结构，16座为钢板桩结构，10座为地下连续墙板桩结构，码头岸壁总长15793m。地下连续墙技术的发展，使得板桩码头向前迈进了一大步，板桩墙的厚度可在1m以上，于是，1989年在京唐港建成了3.5万吨级的单锚板桩码头。
近十年来，我国板桩码头建设技术又取得新的进展，主要是在板桩码头大型化、深水化方面取得了突破性的成果，相继推出了遮帘式(半遮帘式、全遮帘式)、卸荷式(整体卸荷式、分离卸荷式)等新的结构形式，使得板桩码头由主要建设中小型码头的状况发展到建设了一大批10万吨级深水码头
与我国相比，国外的情况却大不相同，譬如欧洲和日本，码头大部分采用钢板桩结构。他们认为板桩结构比其他结构型式便宜且施工简单，欧洲几乎所有的码头都采用板桩结构。我国经过了60年的建港，目前水深条件和地基条件好的港址已经所剩很少了，我们现在面临的将是大量在滩涂、近岸浅滩、粉砂质海岸和淤泥质海岸建港的时代，可以预言，今后板桩码头结构在我国会应用的越来越广。
因此急需一种结构更为合理，能克服传统板桩码头无法克服的环境条件，应用范围更广，性能更优越的板桩码头结构，进一步提高我国板桩码头的施工技术水平。
另外泡沫轻质土技术已经非常成熟，已广泛应用于公路、桥梁、高铁等大型施工项目，泡沫轻质土性能优越，施工费用合理。
技术实现要素：
基于此，本发明的目的在于，提供一种装甲式轻质码头结构，以克服现有技术中回填料自重大、码头前墙承受的侧压力大、容易发生码头整体失稳、码头面不均匀沉降严重等问题。
一种装甲式轻质码头结构，包括前墙、地基、胸墙、锚杆、填料、卸荷板和码头面层；所述填料为泡沫轻质土，其包括第一层填料和第二层填料；所述第一层填料浇筑于所述地基上方至前墙顶部；所述胸墙浇筑于所述前墙顶部，所述锚杆一端与所述前墙顶端固接并铺设于所述第一层填料上；所述第二层填料浇筑于所述第一层填料上方至所述胸墙顶部；所述卸荷版和码头面层浇筑于所述第二层填料上方，并与所述前墙和胸墙一同包裹于所述填料外部。
相比于现有技术，本发明提供了一种全新码头结构形式，该装甲式轻质码头结构适用于滩涂、近岸浅滩、粉砂质海岸和淤泥质海岸建港，其结构合理、施工工期短，泡沫轻质土填料容重小、承载能力高、整体性好。
进一步，所述前墙采用钢板桩插设形成。钢板桩应选用止水效果较好的钢板桩，钢板桩锁扣采取有效的止水措施有利于后续施工。
进一步，所述地基采用水泥土搅拌桩复合地基。由于水泥土搅拌桩和泡沫轻质土均采用水泥作为主要材料，有利于施工统筹安排，且两者兼容性好，因此优先选用水泥土搅拌桩进行复合地基处理。也可以采用真空预压、强夯置换等其他地基处理方法。
进一步，所述胸墙由钢筋混凝土浇筑形成。采用钢筋混凝土浇筑胸墙可有效提高胸墙的强度，对填料起到良好的保护作用。
进一步，所述填料为泡沫轻质土，其为通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工，经自然养护所形成的，其内部含有大量封闭气孔。泡沫轻质土属于气泡状轻质保温材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化，其干体积密度一般为300-1600Kg/m3，相当于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可减轻建筑物整体荷载且抗压强度约为0.6-25.0MPa，通过码头面层和卸荷板分散应力后完全可以满足码头使用要求。由于泡沫轻质土远轻于其他传统的填料，同时固结为一个整体，固结后泡沫轻质土对码头胸墙和钢板桩前墙几乎没有侧压力，大大减少钢板桩的侧压力和弯矩，在使用相同规格的钢板桩条件下装甲式泡沫轻质土板桩码头结构具有更大的承载能力和更好的稳定性。实际设计施工中考虑码头的荷载调整泡沫轻质土的容重和抗压强度指标，以达到经济指标合理。
进一步，所述锚杆为设有多处锚垫板的螺纹锚杆。锚杆和锚垫板完全浇筑于泡沫轻质土内部，使锚杆整体被牢牢锚固，可省去传统板桩码头锚碇的施工，减少锚杆的长度。
本发明还公开了一种装甲式轻质码头结构的施工方法，包括以下步骤：
1)施工前准备：设置挡水围堰，然后进行场地平整；
2)插设钢板桩前墙，形成止水的维护结构；
3)在前墙后方进行地基处理；
4)地基处理完毕后进行基坑开挖，同时设置排水井；
5)在经过地基处理后的地基上浇筑第一层泡沫轻质土至钢板桩前墙的桩顶附近；
6)在钢板桩前墙顶部施工钢筋混凝土结构的胸墙；
7)把钢板桩前墙的锚杆和锚垫板铺设于第一层泡沫轻质土上方，锚杆末端临时固定锚紧；
8)浇筑第二层泡沫轻质土至胸墙顶部，并把锚杆完全浇筑于泡沫轻质土内部，使锚杆整体被锚固；
9)在泡沫轻质土顶部施工钢筋混凝土结构的卸荷板和码头面层结构以及其余码头设施；
10)码头前方进行港池开挖和航道疏浚。
相比于现有技术，采用本发明所公开的装甲式轻质码头结构的施工方法得到的装甲式轻质码头结构适用于滩涂、近岸浅滩、粉砂质海岸和淤泥质海岸建港，其结构合理、施工工期短，泡沫轻质土填料容重小、承载能力高、整体性好。
进一步，步骤3)中采用水泥土搅拌桩进行复合地基处理。由于水泥土搅拌桩和泡沫轻质土均采用水泥作为主要材料，有利于施工统筹安排，且两者兼容性好，因此优先选用水泥土搅拌桩进行复合地基处理。也可以采用真空预压、强夯置换等其他地基处理方法。
进一步，所述泡沫轻质土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工，经自然养护所形成的，其内部含有大量封闭气孔。泡沫轻质土属于气泡状轻质保温材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化，其干体积密度一般为300-1600Kg/m3，相当于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可减轻建筑物整体荷载且抗压强度约为0.6-25.0MPa，通过码头面层和卸荷板分散应力后完全可以满足码头使用要求。由于泡沫轻质土远轻于其他传统的填料，同时固结为一个整体，固结后泡沫轻质土对码头胸墙和钢板桩前墙几乎没有侧压力，大大减少钢板桩的侧压力和弯矩，在使用相同规格的钢板桩条件下装甲式泡沫轻质土板桩码头结构具有更大的承载能力和更好的稳定性。实际设计施工中考虑码头的荷载调整泡沫轻质土的容重和抗压强度指标，以达到经济指标合理。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述的装甲式轻质码头结构的结构示意图
具体实施方式
为更进一步阐述本发明以达成预定发明目的所采取的技术手段及其技术效果，以下结合实施例和附图，对本发明提出的装甲式轻质码头结构及其施工方法的具体实施方式进行说明，详细说明如下。
请参阅图1，其为本发明所述的装甲式轻质码头结构的结构示意图。本发明提供的一种装甲式轻质码头结构，包括前墙10、地基20、胸墙30、锚杆40、填料50、卸荷板和码头面层60；所述前墙10位于所述地基20外侧，所述胸墙30浇筑于所述前墙10顶部，所述填料50浇筑于所述地基20上方，所述锚杆40一端与所述前墙10顶端固接，被埋设于所述填料50内部；所述卸荷板和码头面层60浇筑于所述填料50上方。
具体的，所述填料50为泡沫轻质土，其包括第一层填料51和第二层填料52；所述第一层填料51浇筑于所述地基20上方至前墙10顶部；所述胸墙30浇筑于所述前墙10顶部，所述锚杆40一端与所述前墙10顶端固接并铺设于所述第一层填料51上；所述第二层填料52浇筑于所述第一层填料51上方至所述胸墙30顶部；所述卸荷版和码头面层60浇筑于所述第二层填料52上方，并与所述前墙10和胸墙30一同包裹于所述填料外部，从而形成一装甲式的新型码头结构。
优选地，本实施例中，所述前墙10采用钢板桩插设形成。钢板桩应选用止水效果较好的钢板桩，钢板桩锁扣采取有效的止水措施有利于后续施工。所述地基20采用水泥土搅拌桩复合地基。由于水泥土搅拌桩21和泡沫轻质土均采用水泥作为主要材料，有利于施工统筹安排，且两者兼容性好，因此优先选用水泥土搅拌桩进行复合地基处理。在其他实施例中，也可以采用真空预压、强夯置换等其他地基处理方法。
优选地，本实施例中，所述胸墙30由钢筋混凝土浇筑形成。采用钢筋混凝土浇筑胸墙可有效提高胸墙的强度，对填料起到良好的保护作用。
优选地，本实施例中，所述填料50为泡沫轻质土，其为通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工，经自然养护所形成的，其内部含有大量封闭气孔。泡沫轻质土属于气泡状轻质保温材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化，其干体积密度一般为300-1600Kg/m3，相当于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可减轻建筑物整体荷载且抗压强度约为0.6-25.0MPa，通过卸荷板和码头面层60分散应力后完全可以满足码头使用要求。由于泡沫轻质土远轻于其他传统的填料，同时固结为一个整体，固结后泡沫轻质土对码头胸墙30和钢板桩前墙10几乎没有侧压力，大大减少钢板桩的侧压力和弯矩，在使用相同规格的钢板桩条件下装甲式泡沫轻质土板桩码头结构具有更大的承载能力和更好的稳定性。实际设计施工中考虑码头的荷载调整泡沫轻质土的容重和抗压强度指标，以达到经济指标合理。
优选地，本实施例中，所述锚杆40为设有多处锚垫板41的螺纹锚杆。锚杆40和锚垫板41完全浇筑于泡沫轻质土内部，使锚杆40整体被牢牢锚固，可省去传统板桩码头锚碇的施工，减少锚杆40的长度。
相比于现有技术，本发明提供了一种全新码头结构形式，该装甲式轻质码头结构适用于滩涂、近岸浅滩、粉砂质海岸和淤泥质海岸建港，其结构合理、施工工期短，泡沫轻质土填料容重小、承载能力高、整体性好。
本实施例还提供了一种上述装甲式轻质码头结构的施工方法，包括以下步骤：
1)施工前准备：设置挡水围堰，然后进行场地平整；
2)插设钢板桩前墙10，形成止水的维护结构；钢板桩应选用止水效果较好的钢板桩(如AZ系列钢板桩)，钢板桩锁扣采取有效的止水措施有利于后续施工。
3)在前墙10后方进行地基处理；优选地，采用水泥土搅拌桩进行复合地基处理。由于水泥土搅拌桩和泡沫轻质土均采用水泥作为主要材料，有利于施工统筹安排，且两者兼容性好，因此优先选用水泥土搅拌桩进行复合地基处理。在其他实施例中也可以采用真空预压、强夯置换等其他地基处理方法；
4)地基处理完毕后进行基坑开挖，同时设置排水井；
5)在经过地基处理后的地基20上浇筑第一层泡沫轻质土51至钢板桩前墙的桩顶附近；
6)在钢板桩前墙10顶部施工钢筋混凝土结构的胸墙30；
7)把钢板桩前墙10的锚杆40和锚垫板41铺设于第一层泡沫轻质土51上方，锚杆40末端临时固定锚紧；
8)浇筑第二层泡沫轻质土52至胸墙30顶部，并把锚杆40完全浇筑于泡沫轻质土内部，使锚杆40整体被锚固；
9)在泡沫轻质土50顶部施工钢筋混凝土结构的卸荷板和码头面层结构60以及其余码头设施(如门机轨道、系船柱等)；
10)码头前方进行港池开挖和航道疏浚。
相比于现有技术，采用本发明所公开的装甲式轻质码头结构的施工方法得到的装甲式轻质码头结构适用于滩涂、近岸浅滩、粉砂质海岸和淤泥质海岸建港，其结构合理、施工工期短，造价合理，泡沫轻质土填料容重小、承载能力高、整体性好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。