钢板桩桶基人工岛护壁结构

摘要

本发明公开了一种钢板桩桶基人工岛护壁结构，它包括围成一封闭空间的多个承载节段和安装节段，承载节段和安装节段相间布置，承载节段包括承载桶、承载节段安装桶及承载节段钢板桩组合壁，连接节段包括连接节段安装桶及连接节段钢板桩组合壁。本发明将钢板桩和桶形基础相互组合，充分发挥了钢板桩加工制作方便，适宜作为大型人工岛护壁的优点，同时，以桶形基础作为受力和安装构件，利用了桶形基础施工快捷，无需大型安装设备，同时适宜作为抗拔结构基础的特点，而采用承载节段和安装节段的组合设计实现了整体装配式施工，是一种施工快捷、适应外海浅水环境和软土地基的人工岛护壁结构。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋施工技术领域，具体地指一种钢板桩桶基人工岛护 壁结构。

背景技术

随着海洋产业的发展，对外海成陆技术的需求日益加大。在外海环 境修建人工岛护壁结构的施工是关键，作为阻水挡土设施，护壁结构是 人工岛后续施工的保障性工程。然而，外海环境人工岛的建设面临风大、 浪高、潮差大、风暴潮频繁的恶劣自然条件；并且，外海环境无全天通 行航道，有效作业时间十分有限；岛礁区域海床表层往往为厚度10m 以上的软弱土层，基岩面埋深普遍较深，而且受运输条件限制和环境保 护的要求，外海环境施工物资转运困难，工程废弃物处理困难。综合上 述制约因素，在外海环境施工人工岛护壁结构是十分困难的。攻克外海 岛礁地区快速成陆技术就成为海洋工程优先要解决的技术难题。

常见的重力式护壁结构，对基础承载力要求高，需要对地基进行处 理，这不仅造成结构尺寸巨大，造价高昂，也无法保证海上施工质量和 工期。并且外海环境材料运输困难，施工地资源匮乏，重力式结构已很 难适用。

钢板桩和钢管桩也是目前普遍采用的挡水挡土结构，其特点是施工 工艺成熟，容易打入坚硬土层，防水性能好；但其适用环境条件有限， 打桩设备作业费用高，施工周期长。在恶劣的外海环境中，有效作业时 间非常有限，这使得施工桩基础变得十分困难，同时也很难保证施工精 度，过大的桩基垂直度偏差将直接影响施工进展。而钻孔桩不仅施工周 期长，难以处理的泥浆还可能对海洋环境造成污染。

大圆筒和格形钢板桩目前也常用于作为大型围水挡土结构，其对深 水厚软基有着较好的适应性。但其施工过程需要大型海洋装备，并且由 于外海环境资源匮乏，材料运输困难，大圆筒和格形钢板桩结构施工速 度慢，难以快速形成稳定。此外，在浅水海域中其也不具备经济优势。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种施工快 捷、适应外海浅水环境和软土地基的钢板桩桶基人工岛护壁结构。

本发明的技术方案为：一种钢板桩桶基人工岛护壁结构，它包括围 成一封闭空间的多个承载节段和安装节段，其特征在于：所述承载节段 和连接节段相间布置，所述承载节段包括承载桶、承载节段安装桶及承 载节段钢板桩组合壁，所述承载节段钢板桩组合壁的底部设有与承载节 段安装桶相匹配的豁口，所述豁口焊接在承载节段安装桶上，位于豁口 两侧的承载节段钢板桩组合壁底部伸入到地基中，所述承载节段安装桶 顶部设有与承载节段安装桶内腔连通的第一抽水管道，所述承载桶位于 承载节段钢板桩组合壁内侧，所述承载桶顶部设有与承载桶内腔连通的 第二抽水管道，所述承载桶与承载节段钢板桩组合壁之间通过支撑杆件 连接；所述连接节段包括连接节段安装桶、连接节段钢板桩组合壁，所 述连接节段钢板桩组合壁的底部设有与连接节段安装桶相匹配的豁口， 所述豁口卡接在连接节段安装桶上，位于豁口两侧的连接节段钢板桩组 合壁底部伸入到地基中，所述连接节段安装桶顶部设有与连接节段安装 桶内腔连通的第三抽水管道；相邻的承载节段钢板桩组合壁与连接节段 钢板桩组合壁固定连接。

所述承载桶和承载节段安装桶的桶体的高度相同、底标高相同，承 载桶的直径大于承载节段安装桶的直径。

所述承载桶和承载节段安装桶沿承载节段钢板桩组合壁平面法向 布置。

所述第一抽水管道一端通过承载节段安装桶桶顶预留孔连通承载 节段安装桶内腔，所述第一抽水管道沿承载节段钢板桩组合壁表面竖向 布置，所述第一抽水管道另一端向承载节段钢板桩组合壁顶部延伸。

所述第二抽水管道一端通过承载桶桶顶预留孔连通承载桶内腔，所 述第二抽水管道另一端设置在承载节段钢板桩组合壁上，第二抽水管道 的端部向承载节段钢板桩组合壁的顶部竖向延伸。

所述支撑杆件设有多个，所述各个支撑杆件的一端固定在承载桶 上，所述支撑杆件的另一端固定在承载节段钢板桩组合壁上，位于承载 节段钢板桩组合壁上的支撑杆件的端部具有高度差。

所述支撑杆件、承载桶顶部与承载节段钢板桩组合壁形成三角结 构。

所述第三抽水管道一端通过连接节段安装桶桶顶预留孔连通连接 节段安装桶内腔，所述第二抽水管道沿连接节段钢板桩组合壁表面竖向 布置，所述第二抽水管道另一端向连接节段钢板桩组合壁顶部延伸。

所述承载节段钢板桩组合壁和连接节段钢板桩组合壁的两端设有 相互配合的锁口。

本发明将钢板桩和桶形基础相互组合，充分发挥了钢板桩加工制作 方便，适宜作为大型人工岛护壁的优点，同时，以桶形基础作为受力和 安装构件，并充分利用了桶形基础施工快捷，无需大型安装设备，适宜 作为抗拔结构基础的特点，而采用承载节段和安装节段的组合设计实现 了整体装配式施工，是一种施工快捷、适应外海浅水环境和软土地基的 人工岛护壁结构。

附图说明

图1是本发明整体施工完成后的布置示意图；

图2是本发明中承载节段示意图；

图3是图2中A-A剖面示意图；

图4是图2中B-B剖面示意图；

图5是本发明连接节段示意图；

图6是图5的侧视示意图；

图7是承载节段的安装示意图；

图8是承载节段和连接节段的安装连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参考图1，本实施例的一种钢板桩桶基人工岛护壁结构，它包括多 个承载节段和安装节段，承载节段和连接节段相间布置并相互连接，围 成一封闭施工空间。

参考图2、图3及图4，本实施例的承载节段包括承载桶1、承载 节段安装桶2及承载节段钢板桩组合壁3，承载桶1和承载节段安装桶 2的桶体高度、底标高相同，承载桶1直径大于承载节段安装桶2的直 径约25％，承载桶1和承载节段安装桶2沿承载节段钢板桩组合壁3 平面法向布置，具体为：承载节段钢板桩组合壁3的底部设有与承载节 段安装桶2相匹配的豁口，豁口卡接在承载节段安装桶2上，位于豁口 两侧的承载节段钢板桩组合壁3底部伸入到地基中，承载节段安装桶2 顶部设有与承载节段安装桶2内腔连通的第一抽水管道4，承载桶1位 于承载节段钢板桩组合壁3内侧，承载桶1顶部设有与承载桶1内腔连 通的第二抽水管道5，承载桶1与承载节段钢板桩组合壁3之间通过支 撑杆件6连接。

参考图5及图6，本实施例的连接节段包括连接节段安装桶7、连 接节段钢板桩组合壁9，连接节段钢板桩组合壁9的底部设有与连接节 段安装桶7相匹配的豁口，豁口卡接在连接节段安装桶7上，位于豁口 两侧的连接节段钢板桩组合壁9底部伸入到地基中，连接节段安装桶7 顶部设有与连接节段安装桶7内腔连通的第三抽水管道8。

另外，承载节段钢板桩组合壁3和连接节段钢板桩组合壁9的两端 设有相互配合的锁口10，相邻的承载节段钢板桩组合壁3与连接节段 钢板桩组合壁9固定连接成一体。

本实施例中：

第一抽水管道4一端通过承载节段安装桶2桶顶预留孔连通承载节 段安装桶2内腔，第一抽水管道4沿承载节段钢板桩组合壁3表面竖向 布置，第一抽水管道4另一端向承载节段钢板桩组合壁3顶部延伸，即 第一抽水管道4贴设在钢板桩组合壁3表面上，由于承载节段钢板桩组 合壁3表面的支撑作用，使第一抽水管道4的布置方位固定，具有结构 布置合理，安装有条理的特点。

第二抽水管道5一端通过承载桶1桶顶预留孔连通承载桶1内腔， 第二抽水管道5另一端设置在承载节段钢板桩组合壁3上，第二抽水管 道5的端部向承载节段钢板桩组合壁3的顶部竖向延伸，即第二抽水管 道5在于承载节段钢板桩组合壁3接触时向上弯曲，并贴设在承载节段 钢板桩组合壁3表面上。

支撑杆件6可以设有多个，各个支撑杆件6的一端固定在承载桶1 上，支撑杆件6的另一端固定在承载节段钢板桩组合壁3上，位于承载 节段钢板桩组合壁3上的支撑杆件6的端部具有高度差，这样可对钢板 桩组合壁3进行不同高度的支撑，以维护钢板桩组合壁3的稳固性，另 外，各个支撑杆件6、承载桶1顶部与承载节段钢板桩组合壁3均可形 成一个稳定的三角形桁架支撑体系。

第三抽水管道8一端通过连接节段安装桶7桶顶预留孔连通连接节 段安装桶7内腔，第二抽水管道8沿连接节段钢板桩组合壁9表面竖向 布置，第二抽水管道8另一端向连接节段钢板桩组合壁9顶部延伸，即 第三抽水管道8也贴设在连接节段钢板桩组合壁9表面上。

本实施例的各个安装桶、承载桶、钢板桩组合壁、各个抽水管道、 支撑杆件均为钢质结构，可采用大节段岸上预制，减少大量现场施工工 序，施工速度快，可在短时间内达到结构稳定，有效地利用了外海有限 的作业时间。

参考图7、图8，施工时，先吊放一个承载节段，通过抽水实现桶 体和相应的钢板桩组合壁入泥。施工中可通过调整承载节段安装桶2 和承载桶1不同的抽水速度，完成沉入形态的条件，以保障结构沉放的 垂直度。

完成首节承载节段施工后，采用相同的方法进行第二节的承载节段 施工，然后在两节承载节段中间插入连接节段，同样采用连接节段中的 连接节段安装桶7依靠抽水进行沉放。相邻节段依靠钢板桩组合壁边缘 相对应的锁口10完成连接即可。

本发明的安装桶和承载桶采用抽水施工负压下沉，安装快捷，无需 大型海上施工装备，并通过安装桶与承载桶适合的抽水速度可调整预制 节段沉入海床形态，精确调整沉放垂直度。

本实施例将护壁结构分成承载节段和连接节段，安装便捷，受力合 理，它以承载节段为受力结构，以安装节段为连接结构，并以安装桶传 递环境荷载，通过后置的承载桶提供抗拔力并与安装桶共同承受水平荷 载，整体力学性能优秀，适合作为外海浅水环境下人工岛护壁及围堰等 挡土挡水结构。

本发明将桶形基础与钢板桩组合起来，既发挥了钢板桩加工制作方 便，结构形式简单，适合作为大型围水挡土的优点，又以桶形基础作为 承载和安装装置，利用了桶形基础施工快捷，无需大型安装设备的特点， 完成其自身和钢板桩的入泥，并将钢板桩受到的水平荷载转移到承载桶 上来，充分发挥了桶形基础抗拔能力强的特点。在护壁内部吹填泥沙后， 承载桶盖上受到吹填物竖向压力，更增大了其抗拔能力，提高了结构的 可靠性。

本发明结构安全可靠，施工快速便捷，无需大型辅助安装设备，可 迅速实现初始稳定，采用承载节段和安装节段的组合设计实现了整体装 配式施工，充分有效利用了海上有限的作业时间，适合作为外海软土海 域10m水深以内的浅水环境人工岛、防波堤及围堰的施工，在外海环 境围礁造陆工程和桥梁施工中均可应用。