一种基础防冲刷装置及施工方法与流程

1.本发明涉及港口和海工领域，具体涉及一种防冲刷装置及施工方法。


背景技术：

2.近年来，我国海港领域的基础建设正如火如荼，石油行业的海洋平台、交通行业的跨海大桥、电力行业的海上风电均蓬勃发展。为了保证结构安全、降低工程造价，海港工程基础几乎均采用固定式桩(筒、墩柱)型基础。在波浪和海流的作用下，原有的海床设置基础后，基础附近水流质点的流线发生变化，流线的突变将导致海床面土颗粒受到的剪应力急剧增大，从而使海床土体产生冲刷。由于海洋动力作用的因素众多，且不同海域的海底地形、地质类型、潮流与波浪作用不尽相同，使得基础局部冲刷深度与冲刷范围更加复杂多变。
3.根据多年工程实践，基础局部冲刷深度和范围难以准确预测。为了保证结构安全，海港工程会针对基础布设防冲刷装置，常规装置主要有混凝土软体排、砂袋、抛石等。综合现有施工经验，混凝土软体排重量较大，且无法采用浮式拖运，对船舶要求高，施工费用高；砂袋和抛石无法形成整体模块，海上施工时间长，工序多，施工成本高。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，发明提供了一种基础防冲刷装置和施工方法，有效降低施工船舶要求和减少海上施工工序，节约施工时间和施工成本。这种基础防冲刷装置对运输船要求低、可浮力拖运、可整体沉放、且施工工序简单。
5.技术方案为：
6.一种基础防冲刷装置，防冲刷装置围绕水下基础布置在泥面上，防冲刷装置由内设若干空腔的混凝土结构组成的多个防冲刷块对接构成，混凝土结构的上表面和下表面均设置若干开孔。
7.基于上述技术特征：防冲刷块拼接成中间镂空形状为水下基础的外轮廓，相邻两个防冲刷块的混凝土接触面贴紧。
8.基于上述技术特征：开孔处设置孔口封闭结构；混凝土结构内设置孔口封闭结构的开启装置。
9.基于上述技术特征：防冲刷块可为多空腔壳体的混凝土整体预制块。
10.基于上述技术特征：防冲刷块也可为通过连接结构将多个空心混凝土单体固定连接成整体的结构，相邻两个空心混凝土单体的侧面贴紧。
11.基于上述技术特征：连接结构为钢筋笼，钢筋笼包括用于条状支撑固定的框架和箍筋；空心混凝土单体按列排成条状空心混凝土结构，框架包括纵向箍筋和横向箍筋；纵向箍筋箍住条状空心混凝土结构的长度方向；横向箍筋箍在条状空心混凝土结构的各空心混凝土单体连接端面处；数个条状空心混凝土结构通过箍筋绑扎成块状，箍筋与条状支撑框架的纵向箍筋垂直。
12.基于上述技术特征：空心混凝土单体的四条竖向的棱边进行倒角处理，用于埋入横向箍筋；纵向箍筋与空心混凝土单体的接触面挖槽，用于埋入纵向箍筋；在防冲刷块拼接面上，空心混凝土单体在箍筋位置处挖槽，用于埋入箍筋。
13.基于上述技术特征：阵列相邻的四块空心混凝土单体拼接完成后，中间棱边倒角相交处形成竖直的空隙，空隙的顶面固定一块钢筋网盖住空隙，用于水流消能。
14.基于上述技术特征：空隙的平面投影总面积小于或等于防冲刷块平面的20％，保证防冲刷装置平稳坐底于泥面上。
15.基于上述技术特征：开启装置包括混凝土内部联通支管和混凝土内部联通总管；孔口封闭结构正对面埋设混凝土内部联通支管，混凝土内部联通总管连通混凝土内部联通支管连成一个整体，混凝土内部联通总管设有充气口与充气泵连接。
16.基于上述技术特征：混凝土内部联通总管多列布置，充气口位于同侧。
17.基于上述技术特征：混凝土结构的上下表面的开孔在水平面上的投影不重合。
18.基于上述技术特征：混凝土结构上设有用与施拖牵引的着力结构。
19.基于上述技术特征：采用驳船运输基础防冲刷装置，防冲刷装置运输到位并精确定位后，防冲刷装置通过开孔充水、依靠自重下沉至泥面处，完成防冲刷装置的安装。
20.基于上述技术特征：海上浮力托运防冲刷装置时，使用孔口封闭结构将开孔封闭，保证混凝土结构可漂浮于海面上；防冲刷装置运输到位并精确定位后，通过开启装置将孔口封闭结构去除，防冲刷装置充水、依靠自重下沉至泥面处，完成防冲刷装置的安装。
21.基于上述技术特征：开启装置包括混凝土内部联通支管和混凝土内部联通总管；孔口封闭结构正对面埋设混凝土内部联通支管，混凝土内部联通总管连通混凝土内部联通支管连成一个整体，混凝土内部联通总管设有充气口与充气泵连接；通过充气泵向充气口充气，气流通过混凝土内部联通总管和混凝土内部联通支管，顶出孔口封闭结构。
22.由上可知，本发明的有益效果如下：
23.防冲刷装置为内设若干空腔的混凝土结构，混凝土结构的上表面和下表面均设置若干开孔。防冲刷装置可由防冲刷块拼接而成，方便围绕基础设置。防冲刷块可采用混凝土整体预制块或数空心混凝土单体固定拼接而成，可规模化立模、规模化生产，生产效率高。
24.防冲刷装置采用混凝土结构，混凝土结构耐磨蚀，防冲刷效果优异。
25.防冲刷装置采用的空心薄壁结构，可大大节省工程量，降低工程造价。
26.设有孔口封闭结构和开启装置的防冲刷装置可实现浮式拖运，降低对运输船的要求，减少施工造价。防冲刷装置布置开孔、孔口密闭结构和开孔开启装置，运输到位后开启操作简单，可实现充水自沉到位，施工简便。
附图说明
27.图1为本发明实施例1的防冲刷装置平面布置图。
28.图2为本发明中实施例1的防冲刷装置立面布置图。
29.图3为本发明中实施例1的空心混凝土单体条形固定结构图。
30.图4为本发明中实施例1的空心混凝土单体块状固定结构图。
31.图5为本发明中实施例1的空心混凝土单体结构详图。
32.图6为本发明中实施例1的开孔、孔口封闭结构、开启装置布置图。
33.图7为本发明中实施例1的孔口封闭结构开启装置管道拓扑图。
34.图8为本发明实施例2的防冲刷装置平面布置图。
35.图9为本发明中实施例2的混凝土整体预制块内部纵横隔墙布置图。
36.图10为本发明中实施例2的防冲刷装置立面布置图。
37.元件标号说明
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基础
[0039]
21
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空心混凝土单体
[0040]
22
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混凝土整体预制块
[0041]
221
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纵横隔墙
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开孔
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孔口封闭结构
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开启装置
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51
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混凝土内部联通总管
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52
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充气口
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53
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充气泵连接管道
[0048]
54
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混凝土内部联通支管
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泥面
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拼接面
[0051]
71
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条状支撑固定的框架
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711
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纵向箍筋
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712
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横向箍筋
[0054]
713
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箍筋
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槽口
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空隙
具体实施方式
[0057]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0058]
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0059]
当采用驳船运输该防冲刷装置时，防冲刷装置结构简单，防冲刷装置为内设若干空腔的混凝土结构，混凝土结构的上表面和下表面均设置若干开孔3。施工方法为：防冲刷装置运输到位并精确定位后，防冲刷装置通过所述开孔3自动充水、依靠自重下沉至所述泥面处，完成防冲刷装置的安装。
[0060]
当采用海上浮力托运该防冲刷装置时，可参见图1至图10。基础防冲刷装置为内设若干空腔的混凝土结构，如空心薄壁混凝土结构，混凝土结构的上、下表面设有开孔3、开孔3处设置孔口封闭结构4；混凝土结构内设置孔口封闭结构4的开启装置5。下面以两个具体实施例对上述基础防冲刷装置和施工方法进行进一步说明。
[0061]
作为优选设计，在实施例中，参见图1，本方案中，防冲刷装置由四块防冲刷块对接而成，拼接成中间镂空形状为基础1的外轮廓。相邻防冲刷块的交界面均为竖直平面、防冲刷块与基础1接触的外轮廓须与基础1外形相匹配，以保证相邻防冲刷块之间、防冲刷块与基础1紧密贴合，防止水流沿缝隙向下掏刷土体。
[0062]
每个防冲刷块均分别由多个空心混凝土单体21拼接而成。
[0063]
在本实施例中，为了减少对运输船舶的限制并降低运输费用，防冲刷块应可进行浮力拖运，故空心混凝土单体21采用空心壳体形式。本实施例中，空心混凝土单体21外形为立方体，尺寸为800*800*800，壁厚为50mm。
[0064]
在本实施例中，参见图2，防冲刷块端部与泥面高差控制在500mm范围内，防冲刷块外围端部设置1:3左右的坡度斜面，保证泥面与防冲刷块平缓过渡，减弱水流冲刷作用。此处的空心混凝土单体21可相应设置为梯形截面。
[0065]
在本实施例中，参见图3～4，为了保证海上运输安全，防冲刷块的各空心混凝土单体21可采用钢筋笼进行约束固定。空心混凝土单体21先按照一列进行条状支撑固定，然后将数个条状拼接成块状，形成完整的防冲刷块。
[0066]
钢筋笼包括用于条状支撑固定的框架71和箍筋713。如图3所示，空心混凝土单体21按列排成条状空心混凝土结构，框架71包括纵向箍筋711和横向箍筋712；纵向箍筋711箍住所述条状空心混凝土结构的长度方向；横向箍筋712箍在各空心混凝土单体21连接端面处；纵向箍筋711和横向箍筋712相交处绑扎固定。
[0067]
如图4所示，数条状空心混凝土结构通过箍筋713绑扎成块状，箍筋713与纵向箍筋711垂直。完成防冲刷块的整体拼接后，混凝土单位21在各个方向均得到有效约束，可保证运输过程中不发生相对移动。
[0068]
在本实施例中，参见图4，为了保证空心混凝土单体21拼接完成后接触面贴合，空心混凝土单体21的表面的纵向箍筋711、横向箍筋712、箍筋713不能凸出空心混凝土单体21表面。参见图5，空心混凝土单体21的四条竖向棱边需进行倒角处理，且防冲刷块的拼接面7上的空心混凝土单体21在箍筋713位置处进行挖槽处理，槽口8深度略大于钢筋直径。纵向箍筋711与空心混凝土单体21表面，同样进行挖槽处理。
[0069]
在本实施例中，参见图3～4，由于空心混凝土单体21四条竖向棱边进行倒角处理，阵列相邻的四块空心混凝土单体21拼接完成后，中间相交处出现一个竖直的空隙9，为保证防冲刷效果，可根据需要，在空心混凝土单位21顶面固定一块钢筋网盖住该空隙9，起到水流消能作用。空隙9的平面投影总面积小于或等于防冲刷块平面的20％，保证防冲刷装置平稳坐底于泥面6上。
[0070]
在本实施例中，防冲刷块采用浮拖法进行海上运输时，可使用钢筋笼作为施拖牵引装置的着力结构。着力结构也可采用设置在防冲刷块的钩子或其它便于绑扎拖牵绳索的着力构件。
[0071]
作为优选设计，在本实施例中，参见图6，为了保证防冲刷块可浮力拖运并能进行
自充水依靠自重完成安装，空心混凝土单位21的顶面和底面均设置开孔3，且顶面和底面的开孔3在水平面的投影不重合，防止水流向下冲刷。在运输过程中，采用孔口封闭结构4将开孔3封闭，保防冲刷块的浮力大于重力以实现浮力拖运。
[0072]
在本实施例中，参见图6，为了实现开孔3的孔口封闭结构4自动开启，在孔口密闭结构4正对面埋设塑料或其它轻质材料管子，作为混凝土内部联通支管54，并将一列空心混凝土单体21的侧面打通，用于铺设混凝土内部联通总管51，将开孔3的孔口封闭结构4正对面的混凝土内部联通支管54连成一个整体。孔口封闭结构4可为软木塞、橡皮塞等，材料不限，保证密闭性和易开启性即可。
[0073]
在本实施例中，为了保证防冲刷块的沉放效果，须将防冲刷块运输到位且精确定位后方能开启开孔。为了保证开孔3的孔口封闭结构4的开启效果，每一个拼接成条状的空心混凝土结构单独采用一套开孔开启装置5，且要求混凝土内部联通总管51的充气口52位于船体一侧以方便充气。
[0074]
在本实施例中，参见图7，多个混凝土内部联通总管51汇总至一个或多个大的充气泵连接管道53中，定位完成后采用充气泵进行充气，当气压达到一定阈值时会将孔口密闭结构4冲出，实现开孔3开启、防冲刷块充水后自沉到位完成安装。
[0075]
下面以另外一个具体实施例对本技术的新型防冲刷装置和施工方法进行进一步说明。
[0076]
在实施例中，参见图8，本方案中基础防冲刷装置由四块防冲刷块对接而成，防冲刷块为一个混凝土整体预制块22。
[0077]
在本实施例中，参见图8，相邻防冲刷块的交界面均为竖直平面、防冲刷块与基础1接触的外轮廓须与基础1外形相匹配，以保证相邻防冲刷块之间、防冲刷块与基础1紧密贴合，防止水流沿缝隙向下掏刷土体。
[0078]
在本实施例中，为了减少对运输船舶的限制、降低混凝土工程量、降低运输费用，防冲刷块应可进行浮力拖运，故混凝土整体预制块22应采用空心壳体形式。为保证混凝土整体预制块22制造运输过程中结构强度安全并限制结构变形，如图9所示，混凝土整体预制块22内部设置多道纵横隔墙221。在本实施例中，混凝土整体预制块22整体高度为1m，纵横隔墙221间距2m。
[0079]
在本实施例中，参见图10，防冲刷块端部与泥面6高差控制在500mm范围内，防冲刷块外围端部设置1:3左右的坡度斜面，保证泥面与防冲刷块平缓过渡，减弱水流冲刷作用。
[0080]
作为优选设计，在本实施例中，防冲刷装置采用浮拖法进行海上运输时，可在防冲刷装置端面预埋挂钩作为施拖牵引装置的着力结构。
[0081]
作为优选设计，与实施例1相似，在本实施例中，为了保证防冲刷装置可浮力拖运并能进行自充水依靠自重完成安装，混凝土整体预制块22的顶面和底面均设置开孔3，且顶面和底面的开孔3在水平面的投影不重合，防止水流向下冲刷。在运输过程中，采用孔口封闭结构4将开孔3封闭，保证防冲刷块的浮力大于重力以实现浮力拖运。
[0082]
与第一个实施例相似，在本实施例中，为了实现开孔3的孔口封闭结构4自动开启，在开孔3的孔口封闭结构4正对面埋设塑料或其它轻质材料管子，作为混凝土内部联通支管54，混凝土内部联通总管51穿过纵横隔墙，将混凝土整体预制块22的各空腔舱室联通，将开孔3下的混凝土内部联通支管54连成一个整体。
[0083]
在本实施例中，为了保证防冲刷装置的沉放效果，须将防冲刷装置运输到位且精确定位后方能开启开孔3。为了保证开孔3的孔口封闭结构4的开启效果，混凝土内部联通总管51的充气口52应位于船体一侧以方便充气。
[0084]
作为优选设计，在本实施例中，定位完成后采用充气泵进行充气，当气压达到一定阈值时会将开孔3的孔口封闭结构4冲出，实现开孔3开启、防冲刷块充水后自沉到位完成安装。
[0085]
综合上述两个实施例，海上浮力托运防冲刷装置时，使用孔口封闭结构4将所述开孔3封闭，保证混凝土结构可漂浮于海面上；防冲刷装置运输到位并精确定位后，通过开启装置5将孔口封闭结构4去除，防冲刷装置自动充水、依靠自重下沉至所述泥面处，完成所述防冲刷装置的安装。
[0086]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。