本發(fā)明涉及港口土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工領(lǐng)域，特別是涉及一種裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)及其施工方法。
背景技術(shù)：
我國在上世紀60年代前，建成板樁碼頭40座左右，絕大部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，小部分為鋼板樁結(jié)構(gòu)，碼頭總岸壁長5958m。結(jié)構(gòu)型式均為拉錨式板樁碼頭，板樁碼頭均為千噸級以下中小型碼頭。通過本階段建設(shè)，我國板樁式碼頭初具規(guī)模，并在施工方面取得了豐富的經(jīng)驗。
上世紀70年代又建設(shè)了39座板樁碼頭，其中31座為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，8座為鋼板樁結(jié)構(gòu)，岸壁長6754m。由于板樁斷面抵抗矩較小，不能承受很大的彎矩，從而限制了板樁碼頭向大型化、深水化方向發(fā)展。上世紀80年代和90年代建成板樁碼頭47座，其中21座為鋼筋混凝土板樁結(jié)構(gòu)，16座為鋼板樁結(jié)構(gòu)，10座為地下連續(xù)墻板樁結(jié)構(gòu)，碼頭岸壁總長15793m。地下連續(xù)墻技術(shù)的發(fā)展，使得板樁碼頭向前邁進了一大步，板樁墻的厚度可在1m以上，于是，1989年在京唐港建成了3.5萬噸級的單錨板樁碼頭。
近十年來，我國板樁碼頭建設(shè)技術(shù)又取得新的進展，主要是在板樁碼頭大型化、深水化方面取得了突破性的成果，相繼推出了遮簾式(半遮簾式、全遮簾式)、卸荷式(整體卸荷式、分離卸荷式)等新的結(jié)構(gòu)形式，使得板樁碼頭由主要建設(shè)中小型碼頭的狀況發(fā)展到建設(shè)了一大批10萬噸級深水碼頭
與我國相比，國外的情況卻大不相同，譬如歐洲和日本，碼頭大部分采用鋼板樁結(jié)構(gòu)。他們認為板樁結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)型式便宜且施工簡單，歐洲幾乎所有的碼頭都采用板樁結(jié)構(gòu)。我國經(jīng)過了60年的建港，目前水深條件和地基條件好的港址已經(jīng)所剩很少了，我們現(xiàn)在面臨的將是大量在灘涂、近岸淺灘、粉砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸建港的時代，可以預言，今后板樁碼頭結(jié)構(gòu)在我國會應(yīng)用的越來越廣。
因此急需一種結(jié)構(gòu)更為合理，能克服傳統(tǒng)板樁碼頭無法克服的環(huán)境條件，應(yīng)用范圍更廣，性能更優(yōu)越的板樁碼頭結(jié)構(gòu)，進一步提高我國板樁碼頭的施工技術(shù)水平。
另外泡沫輕質(zhì)土技術(shù)已經(jīng)非常成熟，已廣泛應(yīng)用于公路、橋梁、高鐵等大型施工項目，泡沫輕質(zhì)土性能優(yōu)越，施工費用合理。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中回填料自重大、碼頭前墻承受的側(cè)壓力大、容易發(fā)生碼頭整體失穩(wěn)、碼頭面不均勻沉降嚴重等問題。
一種裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)，包括前墻、地基、胸墻、錨桿、填料、卸荷板和碼頭面層；所述填料為泡沫輕質(zhì)土，其包括第一層填料和第二層填料；所述第一層填料澆筑于所述地基上方至前墻頂部；所述胸墻澆筑于所述前墻頂部，所述錨桿一端與所述前墻頂端固接并鋪設(shè)于所述第一層填料上；所述第二層填料澆筑于所述第一層填料上方至所述胸墻頂部；所述卸荷版和碼頭面層澆筑于所述第二層填料上方，并與所述前墻和胸墻一同包裹于所述填料外部。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種全新碼頭結(jié)構(gòu)形式，該裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)適用于灘涂、近岸淺灘、粉砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸建港，其結(jié)構(gòu)合理、施工工期短，泡沫輕質(zhì)土填料容重小、承載能力高、整體性好。
進一步，所述前墻采用鋼板樁插設(shè)形成。鋼板樁應(yīng)選用止水效果較好的鋼板樁，鋼板樁鎖扣采取有效的止水措施有利于后續(xù)施工。
進一步，所述地基采用水泥土攪拌樁復合地基。由于水泥土攪拌樁和泡沫輕質(zhì)土均采用水泥作為主要材料，有利于施工統(tǒng)籌安排，且兩者兼容性好，因此優(yōu)先選用水泥土攪拌樁進行復合地基處理。也可以采用真空預壓、強夯置換等其他地基處理方法。
進一步，所述胸墻由鋼筋混凝土澆筑形成。采用鋼筋混凝土澆筑胸墻可有效提高胸墻的強度，對填料起到良好的保護作用。
進一步，所述填料為泡沫輕質(zhì)土，其為通過發(fā)泡機的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機的泵送系統(tǒng)進行現(xiàn)澆施工，經(jīng)自然養(yǎng)護所形成的，其內(nèi)部含有大量封閉氣孔。泡沫輕質(zhì)土屬于氣泡狀輕質(zhì)保溫材料，突出特點是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化，其干體積密度一般為300-1600Kg/m3，相當于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可減輕建筑物整體荷載且抗壓強度約為0.6-25.0MPa，通過碼頭面層和卸荷板分散應(yīng)力后完全可以滿足碼頭使用要求。由于泡沫輕質(zhì)土遠輕于其他傳統(tǒng)的填料，同時固結(jié)為一個整體，固結(jié)后泡沫輕質(zhì)土對碼頭胸墻和鋼板樁前墻幾乎沒有側(cè)壓力，大大減少鋼板樁的側(cè)壓力和彎矩，在使用相同規(guī)格的鋼板樁條件下裝甲式泡沫輕質(zhì)土板樁碼頭結(jié)構(gòu)具有更大的承載能力和更好的穩(wěn)定性。實際設(shè)計施工中考慮碼頭的荷載調(diào)整泡沫輕質(zhì)土的容重和抗壓強度指標，以達到經(jīng)濟指標合理。
進一步，所述錨桿為設(shè)有多處錨墊板的螺紋錨桿。錨桿和錨墊板完全澆筑于泡沫輕質(zhì)土內(nèi)部，使錨桿整體被牢牢錨固，可省去傳統(tǒng)板樁碼頭錨碇的施工，減少錨桿的長度。
本發(fā)明還公開了一種裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：
1)施工前準備：設(shè)置擋水圍堰，然后進行場地平整；
2)插設(shè)鋼板樁前墻，形成止水的維護結(jié)構(gòu)；
3)在前墻后方進行地基處理；
4)地基處理完畢后進行基坑開挖，同時設(shè)置排水井；
5)在經(jīng)過地基處理后的地基上澆筑第一層泡沫輕質(zhì)土至鋼板樁前墻的樁頂附近；
6)在鋼板樁前墻頂部施工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的胸墻；
7)把鋼板樁前墻的錨桿和錨墊板鋪設(shè)于第一層泡沫輕質(zhì)土上方，錨桿末端臨時固定錨緊；
8)澆筑第二層泡沫輕質(zhì)土至胸墻頂部，并把錨桿完全澆筑于泡沫輕質(zhì)土內(nèi)部，使錨桿整體被錨固；
9)在泡沫輕質(zhì)土頂部施工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的卸荷板和碼頭面層結(jié)構(gòu)以及其余碼頭設(shè)施；
10)碼頭前方進行港池開挖和航道疏浚。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明所公開的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)的施工方法得到的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)適用于灘涂、近岸淺灘、粉砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸建港，其結(jié)構(gòu)合理、施工工期短，泡沫輕質(zhì)土填料容重小、承載能力高、整體性好。
進一步，步驟3)中采用水泥土攪拌樁進行復合地基處理。由于水泥土攪拌樁和泡沫輕質(zhì)土均采用水泥作為主要材料，有利于施工統(tǒng)籌安排，且兩者兼容性好，因此優(yōu)先選用水泥土攪拌樁進行復合地基處理。也可以采用真空預壓、強夯置換等其他地基處理方法。
進一步，所述泡沫輕質(zhì)土是通過發(fā)泡機的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機的泵送系統(tǒng)進行現(xiàn)澆施工，經(jīng)自然養(yǎng)護所形成的，其內(nèi)部含有大量封閉氣孔。泡沫輕質(zhì)土屬于氣泡狀輕質(zhì)保溫材料，突出特點是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化，其干體積密度一般為300-1600Kg/m3，相當于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可減輕建筑物整體荷載且抗壓強度約為0.6-25.0MPa，通過碼頭面層和卸荷板分散應(yīng)力后完全可以滿足碼頭使用要求。由于泡沫輕質(zhì)土遠輕于其他傳統(tǒng)的填料，同時固結(jié)為一個整體，固結(jié)后泡沫輕質(zhì)土對碼頭胸墻和鋼板樁前墻幾乎沒有側(cè)壓力，大大減少鋼板樁的側(cè)壓力和彎矩，在使用相同規(guī)格的鋼板樁條件下裝甲式泡沫輕質(zhì)土板樁碼頭結(jié)構(gòu)具有更大的承載能力和更好的穩(wěn)定性。實際設(shè)計施工中考慮碼頭的荷載調(diào)整泡沫輕質(zhì)土的容重和抗壓強度指標，以達到經(jīng)濟指標合理。
為了更好地理解和實施，下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明以達成預定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及其技術(shù)效果，以下結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明提出的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)及其施工方法的具體實施方式進行說明，詳細說明如下。
請參閱圖1，其為本發(fā)明所述的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提供的一種裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)，包括前墻10、地基20、胸墻30、錨桿40、填料50、卸荷板和碼頭面層60；所述前墻10位于所述地基20外側(cè)，所述胸墻30澆筑于所述前墻10頂部，所述填料50澆筑于所述地基20上方，所述錨桿40一端與所述前墻10頂端固接，被埋設(shè)于所述填料50內(nèi)部；所述卸荷板和碼頭面層60澆筑于所述填料50上方。
具體的，所述填料50為泡沫輕質(zhì)土，其包括第一層填料51和第二層填料52；所述第一層填料51澆筑于所述地基20上方至前墻10頂部；所述胸墻30澆筑于所述前墻10頂部，所述錨桿40一端與所述前墻10頂端固接并鋪設(shè)于所述第一層填料51上；所述第二層填料52澆筑于所述第一層填料51上方至所述胸墻30頂部；所述卸荷版和碼頭面層60澆筑于所述第二層填料52上方，并與所述前墻10和胸墻30一同包裹于所述填料外部，從而形成一裝甲式的新型碼頭結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，本實施例中，所述前墻10采用鋼板樁插設(shè)形成。鋼板樁應(yīng)選用止水效果較好的鋼板樁，鋼板樁鎖扣采取有效的止水措施有利于后續(xù)施工。所述地基20采用水泥土攪拌樁復合地基。由于水泥土攪拌樁21和泡沫輕質(zhì)土均采用水泥作為主要材料，有利于施工統(tǒng)籌安排，且兩者兼容性好，因此優(yōu)先選用水泥土攪拌樁進行復合地基處理。在其他實施例中，也可以采用真空預壓、強夯置換等其他地基處理方法。
優(yōu)選地，本實施例中，所述胸墻30由鋼筋混凝土澆筑形成。采用鋼筋混凝土澆筑胸墻可有效提高胸墻的強度，對填料起到良好的保護作用。
優(yōu)選地，本實施例中，所述填料50為泡沫輕質(zhì)土，其為通過發(fā)泡機的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機的泵送系統(tǒng)進行現(xiàn)澆施工，經(jīng)自然養(yǎng)護所形成的，其內(nèi)部含有大量封閉氣孔。泡沫輕質(zhì)土屬于氣泡狀輕質(zhì)保溫材料，突出特點是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化，其干體積密度一般為300-1600Kg/m3，相當于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可減輕建筑物整體荷載且抗壓強度約為0.6-25.0MPa，通過卸荷板和碼頭面層60分散應(yīng)力后完全可以滿足碼頭使用要求。由于泡沫輕質(zhì)土遠輕于其他傳統(tǒng)的填料，同時固結(jié)為一個整體，固結(jié)后泡沫輕質(zhì)土對碼頭胸墻30和鋼板樁前墻10幾乎沒有側(cè)壓力，大大減少鋼板樁的側(cè)壓力和彎矩，在使用相同規(guī)格的鋼板樁條件下裝甲式泡沫輕質(zhì)土板樁碼頭結(jié)構(gòu)具有更大的承載能力和更好的穩(wěn)定性。實際設(shè)計施工中考慮碼頭的荷載調(diào)整泡沫輕質(zhì)土的容重和抗壓強度指標，以達到經(jīng)濟指標合理。
優(yōu)選地，本實施例中，所述錨桿40為設(shè)有多處錨墊板41的螺紋錨桿。錨桿40和錨墊板41完全澆筑于泡沫輕質(zhì)土內(nèi)部，使錨桿40整體被牢牢錨固，可省去傳統(tǒng)板樁碼頭錨碇的施工，減少錨桿40的長度。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種全新碼頭結(jié)構(gòu)形式，該裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)適用于灘涂、近岸淺灘、粉砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸建港，其結(jié)構(gòu)合理、施工工期短，泡沫輕質(zhì)土填料容重小、承載能力高、整體性好。
本實施例還提供了一種上述裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：
1)施工前準備：設(shè)置擋水圍堰，然后進行場地平整；
2)插設(shè)鋼板樁前墻10，形成止水的維護結(jié)構(gòu)；鋼板樁應(yīng)選用止水效果較好的鋼板樁(如AZ系列鋼板樁)，鋼板樁鎖扣采取有效的止水措施有利于后續(xù)施工。
3)在前墻10后方進行地基處理；優(yōu)選地，采用水泥土攪拌樁進行復合地基處理。由于水泥土攪拌樁和泡沫輕質(zhì)土均采用水泥作為主要材料，有利于施工統(tǒng)籌安排，且兩者兼容性好，因此優(yōu)先選用水泥土攪拌樁進行復合地基處理。在其他實施例中也可以采用真空預壓、強夯置換等其他地基處理方法；
4)地基處理完畢后進行基坑開挖，同時設(shè)置排水井；
5)在經(jīng)過地基處理后的地基20上澆筑第一層泡沫輕質(zhì)土51至鋼板樁前墻的樁頂附近；
6)在鋼板樁前墻10頂部施工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的胸墻30；
7)把鋼板樁前墻10的錨桿40和錨墊板41鋪設(shè)于第一層泡沫輕質(zhì)土51上方，錨桿40末端臨時固定錨緊；
8)澆筑第二層泡沫輕質(zhì)土52至胸墻30頂部，并把錨桿40完全澆筑于泡沫輕質(zhì)土內(nèi)部，使錨桿40整體被錨固；
9)在泡沫輕質(zhì)土50頂部施工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的卸荷板和碼頭面層結(jié)構(gòu)60以及其余碼頭設(shè)施(如門機軌道、系船柱等)；
10)碼頭前方進行港池開挖和航道疏浚。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明所公開的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)的施工方法得到的裝甲式輕質(zhì)碼頭結(jié)構(gòu)適用于灘涂、近岸淺灘、粉砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸建港，其結(jié)構(gòu)合理、施工工期短，造價合理，泡沫輕質(zhì)土填料容重小、承載能力高、整體性好。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。