申请/专利权人：江苏科技大学

申请日：2019-07-26

公开（公告）日：2024-02-27

公开（公告）号：CN110284462B

主分类号：E02B3/06

分类号：E02B3/06;E02D23/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.27#授权;2019.10.29#实质审查的生效;2019.09.27#公开

摘要：本发明公开了一种耐震经济型沉箱码头及其施工方法，所述码头包括隔震基础、沉箱主体、上部结构、减压棱体、减压回填体和混凝土板，隔震基础上设置沉箱主体，沉箱主体内填充钢渣碎块，顶部设置上部结构，沉箱主体靠近岸边的一侧设置减压棱体，减压棱体与原状土之间设置减压回填体，减压回填体上方设置混凝土板，混凝土板分别与上部结构、原状土相连。所述施工方法包括沉箱主体预制，基槽开挖，隔震基础预制，隔震基础施工，沉箱主体运输与安装，沉箱主体钢渣碎块回填，减压棱体施工，减压回填体施工，混凝土板施工，上部结构施工。本发明降低了工程成本，具有经济环保效益，解决了砂石料日渐短缺、废弃钢渣和废旧轮胎循环利用问题。

主权项：1.一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：包括隔震基础（1）、沉箱主体（2）、上部结构（4）、减压棱体（5）、减压回填体（6）和混凝土板（7），所述隔震基础（1）上设置沉箱主体（2），所述沉箱主体（2）内填充钢渣碎块（3），顶部设置上部结构（4），所述沉箱主体（2）靠近岸边的一侧设置减压棱体（5），所述减压棱体（5）与原状土（8）之间设置减压回填体（6），所述减压回填体（6）上方设置混凝土板（7），所述混凝土板（7）分别与上部结构（4）、原状土（8）相连；所述隔震基础（1）包括铅丝笼（9），所述铅丝笼（9）内填充钢渣和废旧轮胎碎片；所述铅丝笼（9）内填充钢渣的粒径为30mm~50mm，所述废旧轮胎碎片的长度为40~100mm，宽度为30~50mm，所述铅丝笼（9）内填充钢渣与废旧轮胎碎片的质量比为1~3:7~9；所述沉箱主体（2）内的钢渣碎块（3）的粒径为0~100mm，不均匀系数Cu5，回填压实度大于80%；所述减压棱体（5）内填充砾钢渣和废旧轮胎颗粒，所述砾钢渣的粒径为2mm~5mm，所述废旧轮胎颗粒的粒径为2mm~5mm，所述废旧轮胎颗粒与砾钢渣的质量比为1~3:7~9，压实度大于90%；所述减压回填体（6）内填充废旧轮胎颗粒，所述废旧轮胎颗粒的粒径为2~5mm，压实度大于90%。

全文数据：一种耐震经济型沉箱码头及其施工方法技术领域本发明涉及港口码头工程技术领域，具体为一种耐震经济型沉箱码头及其施工方法。背景技术沉箱码头结构作为港口工程水工建筑物的一种常用结构形式，其结构通常由墙身、基床和墙后填料组成。具有很强的生命力，其施工技术也不断得到更大的改进和发展。它的施工方法主要包括基槽开挖、基床抛石、沉箱安装、沉箱内回填、码头后方棱体回填等。传统的沉箱码头结构需要大量的砂石料回填，而随着国内建筑行业的不断发展，市场对于砂石料的需求量越来越大，从而导致砂石料的价格一再攀升，某些地区甚至出现了砂石料日益短缺的问题。随着我国环保政策的收紧，天然砂石料日渐干涸，寻求新型的可替代砂石料的沉箱码头回填料是不可避免的新趋势。随着经济的不断飞速发展，工业废弃物越来越多，其中存在一些可循环利用的废弃物，如废弃钢渣与废旧轮胎。废弃钢渣作为现代冶金工业的副产品，全国每年产量2000万吨以上，如得不到有效利用，会大量堆弃，占用场地，污染环境。如果密度大且极易压实的钢渣被利用来替代碎石或者砂成为沉箱中的回填料，将会产生很大的环保和经济效益。废旧轮胎是汽车工业的固体废弃物，随着汽车工业发展，我国每年产生的废旧轮胎是全球第一，并每年以两位数的速度急剧增加，成了一种新的“黑色污染”，一旦引发火灾或非法焚烧，污染极其严重。发明内容发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高废弃钢渣和废旧轮胎资源循环利用的耐震经济型沉箱码头，本发明的另一目的是提供一种成本低、环保的耐震经济型沉箱码头的施工方法。技术方案：本发明所述的一种耐震经济型沉箱码头，包括隔震基础、沉箱主体、上部结构、减压棱体、减压回填体和混凝土板，隔震基础上设置沉箱主体，沉箱主体内填充钢渣碎块，有利于增加沉箱主体的自重，将产生较大的地震惯性力，提高沉箱主体的自稳能力，顶部设置上部结构，沉箱主体靠近岸边的一侧设置减压棱体，能够充分减小对沉箱箱体产生的侧向土压力，从而提高整个码头结构的稳定性，减压棱体与原状土之间设置减压回填体，减压回填体上方设置混凝土板，混凝土板分别与上部结构、原状土相连。隔震基础包括热镀锌铅丝笼，铅丝笼内填充钢渣和废旧轮胎碎片。钢渣的粒径为30mm～50mm，废旧轮胎碎片的长度为40～100mm，宽度为30～50mm，钢渣与废旧轮胎碎片的质量比为1～3∶7～9。铅丝笼的孔径为15～20mm，高度为沉箱主体高度的0.2～0.3倍，宽度为沉箱主体宽度的3～4倍，前趾和后趾的坡比为1∶2～3。优选地，铅丝笼的孔径为20mm，高度为沉箱主体高度的0.2倍，宽度为沉箱主体宽度的3倍，前趾和后趾的坡比为1∶2。沉箱主体内回填料由密度大、易压实的粒径为0～100mm的钢渣碎块，不均匀系数Cu＞5，1＜Cu＜3，回填压实度大于80％。减压棱体内填充砾钢渣和废旧轮胎颗粒。砾钢渣的粒径为2mm～5mm，废旧轮胎颗颗粒的粒径为2mm～5mm，废旧轮胎颗粒与砾钢渣的质量比为1～3∶7～9，压实度大于90％。隔震基础内填充的钢渣和减压棱体内填充的砾钢渣均由热闷法制得，陈化时间超过6个月，化学学分稳定，对海水、土壤无污染且不易被海水锈蚀。钢渣和砾钢渣中的f-CaO含量低于8wt％，MgO含量低于3wt％，MnO含量低于1wt％，P2O5含量低于1wt％，FeO含量低于8wt％，Fe2O3含量低于5wt％。减压回填体内填充废旧轮胎颗粒，废旧轮胎颗粒的粒径为2～5mm，与减压棱体内废旧轮胎颗粒粒径相同，压实度大于90％。减压回填体顶层覆盖的混凝土板的厚度为80mm，用于限制废旧轮胎颗粒的反弹，利用废旧轮胎颗粒质轻减小墙外土压力的作用，提高整个码头结构的稳定性。混凝土板采用混凝土强度等级不低于C30，厚度不低于0.08m。上述耐震经济型沉箱码头的施工方法，包括以下步骤：a、沉箱主体预制：由于沉箱主体的施工工期的较长，在码头基床施工前，首先预制沉箱主体，预制过程中，做好相关的模板计算及模板加固工作，对规格较大的沉箱主体进行分层浇筑，并做好相应的施工方案；b、基槽开挖：根据当地的地理条件安排机械进场施工，在条件较好的施工环境中，采用抓斗船、绞吸船、耙吸船等方式进行基槽开挖，对于较硬的地质，如开挖较为困难时，可采用炸礁船进行炸礁后再采用抓斗船进行基槽开挖；c、隔震基础预制：按实际码头尺寸要求固定成型铅丝笼，将钢渣和废旧轮胎碎片混合，并填满热镀锌铅丝笼，形成铅丝笼固定的混合体结构；d、隔震基础施工：对开挖的基槽进行验收，可采取海测或者是点水方式进行验收，验收合格后平铺一层10～12cm厚的砂土，经整平后采用吊装的方式将铅丝笼固定的混合体结构逐段安置在码头基床上，形成隔震基础；e、沉箱主体运输、安装：隔震基础安装完成后，组织进场半潜驳及拖轮进行沉箱出运、安装，进行，沉箱主体出坞按照浮稳进行注水，施工中注意船只调度，留好施工倒坡；f、沉箱主体回填：用宽木板拦护沉箱主体的外表面，钢渣碎块距离沉箱主体0.5m～1.0m时进行回填，并且船舷设置轮胎防护以免碰撞，钢渣碎块按每层25～30cm回填并夯实，确保钢渣碎块回填达到规定的压实度，即大于80％；g、减压棱体施工：砾钢渣与废旧轮胎颗粒混合，按每层15～20cm的方式碾压回填混合料，采用碾压法填筑砾钢渣与废旧轮胎颗粒形成的混合料，确保减压棱体回填达到规定的压实度，即大于90％，并采用细砂铺撒平整时产生的嵌缝，完成减压棱体施工；h、减压回填体施工：配好废旧轮胎颗粒，按每层15～20cm的方式碾压回填废旧轮胎颗粒，采用碾压法填筑，确保废旧轮胎颗粒回填达到规定的压实度，即大于90％，保证减压回填的废旧轮胎颗粒与原状土紧密相连；i、混凝土板施工：压实的废弃轮胎颗粒顶部平铺一层2～4cm厚的砂土，压实平整后在砂土顶部浇筑一层8～10cm厚的混凝土板，有利于废弃轮胎颗粒的紧实牢固，消除其向上反弹；j、上部结构施工：码头上部结构的施工需要大量的混凝土，且部分处于潮差段，按照传统沉箱码头结构施工方法进行，合理安排浇注时间，并适当的推迟拆模时间，设置冷却水管防止大体积混凝土开裂并及时养护，浇筑上部结构，上部结构的表面与混凝土板、减压回填体的表面齐平。有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：1、利用工业废弃钢渣和废旧轮胎碎片替代日渐干涸的砂石料，降低了工程成本，具有经济环保效益，并解决了砂石料日渐短缺、废弃钢渣和废旧轮胎循环利用问题；2、隔震基础中的废旧轮胎碎片大大增加了隔震基础的阻尼比，对于沉箱箱体起到了隔震作用；3、沉箱主体里的钢渣碎块质重增加了箱体的自重，将产生较大的地震惯性力，提高沉箱箱体的自稳能力；4、砾钢渣拥有与砂砾土相似的性质，其颗粒多为规则的球状，且级配良好，通过与废旧轮胎颗粒混合可以降低其密度，减少码头墙体的土压力，且机械碾压易压实。5、墙后减压回填体中的轻质废旧轮胎颗粒，能够有效减少码头墙体的土压力，从而提高整个码头结构的稳定性。附图说明图1为本发明的主视图；图2位本发明的俯视剖视图；图3为本发明铅丝笼9的结构示意图。具体实施方式以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。以下实施例中原料的具体参数详见表1和表2，钢渣的f-CaO含量均低于8wt％，MgO含量均低于3wt％，MnO含量均低于1wt％，P2O5含量均低于1wt％，FeO含量均低于8wt％，Fe2O3含量均低于5wt％。表1各填充材料的阻尼比表2各种材料的密度和颗粒特征系数如图1，沉箱主体2固定在隔震基础1上，沉箱主体2靠近岸边一侧固定减压棱体5，沉箱主体2和减压棱体5的顶端浇筑上部结构4，减压棱体5斜上方铺设与原状土8相连的减压回填体6，减压回填体6表面浇筑混凝土板7，上部结构4、混凝土板7和原状土8的上表面压平。如图2，隔震基础1为填充钢渣和废旧轮胎碎片的热镀锌铅丝笼9，沉箱主体2内填充钢渣碎块，减压棱体5内填充砾钢渣和废旧轮胎颗粒，减压回填体6内填充废旧轮胎颗粒。如图3，铅丝笼9的孔径为20mm，高度h为0.2倍的码头墙身高度H沉箱主体2的高度，宽度b为3倍的码头墙身宽度B沉箱主体2的宽度，单元长度L为1米，前趾和后趾的坡比i为1∶2。实施例11预制沉箱主体2，做好相关的模板计算及模板加固工作，对规格较大的沉箱主体2进行分层浇筑，并做好相应的施工方案；2采用抓斗船、绞吸船、耙吸船等方式进行基槽开挖；3固定成型铅丝笼9，将粒径为30mm的钢渣和长度为40mm，宽度为30mm的废旧轮胎碎片按质量比1∶9混合，并填满热镀锌铅丝笼9，形成铅丝笼9固定的混合体结构；4采取海测方式对开挖的基槽进行验，验收合格后平铺一层10em厚的砂土，经整平后采用吊装的方式将铅丝笼9固定的混合体结构逐段安置在码头基床上，形成隔震基础1；5隔震基础1安装完成后，组织进场半潜驳及拖轮进行沉箱出运、安装，进行，沉箱主体2出坞按照浮稳进行注水，留好施工倒坡；6用宽木板拦护沉箱主体2的外表面，粒径为1mm的钢渣碎块3与沉箱主体2距离0.5m时进行回填，并且船舷设置轮胎防护以免碰撞，钢渣碎块3按每层25cm回填并夯实，确保钢渣碎块3回填达到规定的压实度大于80％，不均匀系数为2；7粒径为2mm的砾钢渣与粒径为2mm的废旧轮胎颗粒混合，按每层15cm的方式碾压回填混合料，采用碾压法填筑砾钢渣与废旧轮胎颗粒形成的混合料，确保减压棱体5回填达到规定的压实度大于90％，并采用细砂铺撒平整时产生的嵌缝，完成减压棱体5施工；8配好废旧轮胎颗粒，按每层15cm的方式碾压回填粒径为2mm的废旧轮胎颗粒，采用碾压法填筑，确保废旧轮胎颗粒回填达到规定的压实度大于90％，保证减压回填的废旧轮胎颗粒与原状土8紧密相连；9压实的废弃轮胎颗粒顶部平铺一层2cm厚的砂土，压实平整后在砂土顶部浇筑一层8cm厚的混凝土板7；10浇筑上部结构4，上部结构4的表面与混凝土板7、减压回填体6的表面齐平。实施例21预制沉箱主体2，做好相关的模板计算及模板加固工作，对规格较大的沉箱主体2进行分层浇筑，并做好相应的施工方案；2采用炸礁船进行炸礁后再采用抓斗船进行基槽开挖；3固定成型铅丝笼9，将粒径为50mm的钢渣和长度为100mm，宽度为50mm的废旧轮胎碎片按质量比3∶9混合，并填满热镀锌铅丝笼9，形成铅丝笼9固定的混合体结构；4采取点水方式对开挖的基槽进行验，验收合格后平铺一层12cm厚的砂土，经整平后采用吊装的方式将铅丝笼9固定的混合体结构逐段安置在码头基床上，形成隔震基础1；5隔震基础1安装完成后，组织进场半潜驳及拖轮进行沉箱出运、安装，进行，沉箱主体2出坞按照浮稳进行注水，留好施工倒坡；6用宽木板拦护沉箱主体2的外表面，粒径为100mm的钢渣碎块3与沉箱主体2距离1.0m时进行回填，并且船舷设置轮胎防护以免碰撞，钢渣碎块3按每层30cm回填并夯实，确保钢渣碎块3回填达到规定的压实度大于80％，不均匀系数为7；7粒径为5mm的砾钢渣与粒径为5mm的废旧轮胎颗粒混合，按每层20cm的方式碾压回填混合料，采用碾压法填筑砾钢渣与废旧轮胎颗粒形成的混合料，确保减压棱体5回填达到规定的压实度大于90％，并采用细砂铺撒平整时产生的嵌缝，完成减压棱体5施工；8配好废旧轮胎颗粒，按每层20cm的方式碾压回填粒径为5mm的废旧轮胎颗粒，采用碾压法填筑，确保废旧轮胎颗粒回填达到规定的压实度大于90％，保证减压回填的废旧轮胎颗粒与原状土8紧密相连；9压实的废弃轮胎颗粒顶部平铺一层4cm厚的砂土，压实平整后在砂土顶部浇筑一层10cm厚的混凝土板7；10浇筑上部结构4，上部结构4的表面与混凝土板7、减压回填体6的表面齐平。实施例31预制沉箱主体2，做好相关的模板计算及模板加固工作，对规格较大的沉箱主体2进行分层浇筑，并做好相应的施工方案；2采用抓斗船、绞吸船、耙吸船等方式进行基槽开挖；3固定成型铅丝笼9，将粒径为40mm的钢渣和长度为70mm，宽度为40mm的废旧轮胎碎片按质量比3∶7混合，并填满热镀锌铅丝笼9，形成铅丝笼9固定的混合体结构；4采取海测方式对开挖的基槽进行验，验收合格后平铺一层11cm厚的砂土，经整平后采用吊装的方式将铅丝笼9固定的混合体结构逐段安置在码头基床上，形成隔震基础1；5隔震基础1安装完成后，组织进场半潜驳及拖轮进行沉箱出运、安装，进行，沉箱主体2出坞按照浮稳进行注水，留好施工倒坡；6用宽木板拦护沉箱主体2的外表面，粒径为50mm的钢渣碎块3与沉箱主体2距离0.8m时进行回填，并且船舷设置轮胎防护以免碰撞，钢渣碎块3按每层27cm回填并夯实，确保钢渣碎块3回填达到规定的压实度大于80％，不均匀系数为9；7粒径为4mm的砾钢渣与粒径为4mm的废旧轮胎颗粒混合，按每层18cm的方式碾压回填混合料，采用碾压法填筑砾钢渣与废旧轮胎颗粒形成的混合料，确保减压棱体5回填达到规定的压实度大于90％，并采用细砂铺撒平整时产生的嵌缝，完成减压棱体5施工；8配好废旧轮胎颗粒，按每层17cm的方式碾压回填粒径为4mm的废旧轮胎颗粒，采用碾压法填筑，确保废旧轮胎颗粒回填达到规定的压实度大于90％，保证减压回填的废旧轮胎颗粒与原状土8紧密相连；9压实的废弃轮胎颗粒顶部平铺一层3cm厚的砂土，压实平整后在砂土顶部浇筑一层9cm厚的混凝土板7；10浇筑上部结构4，上部结构4的表面与混凝土板7、减压回填体6的表面齐平。

权利要求：1.一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：包括隔震基础1、沉箱主体2、上部结构4、减压棱体5、减压回填体6和混凝土板7，所述隔震基础1上设置沉箱主体2，所述沉箱主体2内填充钢渣碎块3，顶部设置上部结构4，所述沉箱主体2靠近岸边的一侧设置减压棱体5，所述减压棱体5与原状土8之间设置减压回填体6，所述减压回填体6上方设置混凝土板7，所述混凝土板7分别与上部结构4、原状土8相连。2.根据权利要求1所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述隔震基础1包括铅丝笼9，所述铅丝笼9内填充钢渣和废旧轮胎碎片。3.根据权利要求2所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述钢渣的粒径为30mm～50mm，所述废旧轮胎碎片的长度为40～100mm，宽度为30～50mm，所述钢渣与废旧轮胎碎片的质量比为1～3∶7～9。4.根据权利要求3所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述铅丝笼9的孔径为15～20mm，高度为沉箱主体2高度的0.2～0.3倍，宽度为沉箱主体2宽度的3～4倍，前趾和后趾的坡比为1∶2～3。5.根据权利要求1所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述沉箱主体2内的钢渣碎块3的粒径为0～100mm，不均匀系数Cu＞5，1＜Cu＜3，回填压实度大于80％。6.根据权利要求1所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述减压棱体5内填充砾钢渣和废旧轮胎颗粒。7.根据权利要求6所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述砾钢渣的粒径为2mm～5mm，所述废旧轮胎颗颗粒的粒径为2mm～5mm，所述废旧轮胎颗粒与砾钢渣的质量比为1～3∶7～9，压实度大于90％。8.根据权利要求2或6所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述钢渣和砾钢渣中，f-CaO含量低于8wt％，MgO含量低于3wt％，MnO含量低于1wt％，P2O5含量低于1wt％，FeO含量低于8wt％，Fe2O3含量低于5wt％。9.根据权利要求1所述的一种耐震经济型沉箱码头，其特征在于：所述减压回填体6内填充废旧轮胎颗粒，所述废旧轮胎颗粒的粒径为2～5mm，压实度大于90％。10.一种耐震经济型沉箱码头的施工方法，其特征在于包括以下步骤：a在码头基床施工前，预制沉箱主体2；b进行基槽开挖；c固定成型铅丝笼9，将钢渣和废旧轮胎碎片混合，并填满铅丝笼9，形成铅丝笼9固定的混合体结构；d对开挖的基槽进行验收，合格后平铺一层10～12cm厚的砂土，经整平后将铅丝笼9固定的混合体结构逐段安置在码头基床上，形成隔震基础1；e隔震基础1安装完成后，进行沉箱主体2出运、安装，沉箱主体2出坞按照浮稳进行注水，留好施工倒坡；f用宽木板拦护沉箱主体2的外表面，钢渣碎块3距离沉箱主体0.5m～1.0m时进行回填，并且船舷设置轮胎防护，钢渣碎块3按每层25～30cm回填并夯实，压实度大于80％；g砾钢渣与废旧轮胎颗粒混合，按每层15～20cm的方式碾压回填混合料，压实度大于90％，并采用细砂铺撒平整时产生的嵌缝，完成减压棱体施工；h配好废旧轮胎颗粒，按每层15～20cm的方式碾压回填废旧轮胎颗粒，压实度大于90％，减压回填废旧轮胎颗粒与原状土紧密相连；i压实的废弃轮胎颗粒顶部平铺一层2～4cm厚的砂土，压实平整后在砂土顶部浇筑一层8～10cm厚的混凝土板；j浇筑上部结构4，上部结构4的表面与混凝土板7、减压回填体6的表面齐平。

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