梯形塊堤身結構的製作方法

2023-09-20 00:16:35

梯形塊堤身結構的製作方法
【專利摘要】梯形塊堤身結構，涉及一種堤壩工程的堤身結構。本技術方案堤身結構由橫斷面方向為一整塊的梯形塊安放在基床上並在縱向逐塊連續排列銜接而成，所述梯形塊為一個橫斷面方向為近似梯形、整體呈近似梯形稜柱體的塊體，梯形塊橫向兩側坡面與水平面的夾角不大於60°，波浪較大時大於等於18°且小於等於45°，梯形塊橫向兩側直牆高度不大於梯形塊高度的1/3，梯形塊坡面可設置消浪洩壓孔。技術效果是基底壓力小、波浪抗傾穩定性和抗滑穩定性好、抵禦船舶等漂流物的意外撞擊能力強。本實用新型適用於堤壩工程領域整治建築物、防波堤、防沙堤、護岸等堤壩工程的堤身結構、防浪牆結構、胸牆結構。
【專利說明】梯形塊堤身結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及堤壩工程領域，尤其是堤壩的堤身結構。
【背景技術】
[0002]根據《防波堤設計與施工規範》(JTS 154-1-2011)等技術文獻，與本實用新型較為接近的整治建築物、防波堤、防沙堤、護岸等堤壩的堤身結構【背景技術】如下:
[0003]1、拋填方塊斜坡堤:採用混凝土預製方塊，替代塊石，拋填成梯形斷面，無需護面。其不足有:與塊石類似，在豎向由眾多混凝土預製方塊堆疊而成，為散體結構，其抵禦波浪作用的能力有限，為此規範規定拋填混凝土塊體的斜坡堤在設計高水位處的堤身寬度不宜小於3倍設計波高值，混凝土用量很大。
[0004]2、削角沉箱直立堤、削角方塊直立堤:下部結構分別為沉箱和方塊，上部結構為削角斜面。其不足有:1)牆前主體仍為直牆，立波效應顯著(規範規定仍按立波考慮波壓力)，波浪力大；2)波浪力的合力指向直立堤後趾以外，對直立堤抗傾穩定不利；3)當堤身高度較高時，自重引起的平均基底壓力基本成線形增大，波浪作用引起的基底壓力成梯形分布，兩者疊加後局部基底壓力進一步加大，因而往往在軟土地基上無法採用，在中等承載力地基上也需要較厚的拋石基床。
[0005]3、水平混合式直立堤:背浪側為直立堤，迎浪側採用眾多人工塊體拋填形成斜坡，其不足是需要依託背浪側直立堤，堤身斷面大，背浪側直立堤的不足同沉箱式直立堤。
[0006]4、半圓型堤:包括半圓形構件和半圓形沉箱。其不足有:1)半圓形構件儘管在底板上設洩壓孔以減小波浪浮託力，但寬度基本為高度的2倍，由於重量與高度基本呈平方關係，且屬於空心結構，當用於高基床、矮堤身、大波浪條件時，受高度限制和空心影響，半圓形構件重量較小，抵禦波浪作用能力往往不能滿足需要；2)半圓形沉箱儘管有填料、自重增加，但寬度基本為高度的2倍，由於重量與高度基本呈平方關係，當用於高基床、矮堤身、大波浪條件時，受高度限制，半圓形沉箱重量較小，且不能設洩壓孔，無法減小波浪壓力和波浪浮託力，抵禦波浪作用能力往往不能滿足穩定性需要；3)半圓形構件、半圓形沉箱的拱圈系薄壁結構，抵禦集中力(衝切能力)較差，導致遭遇船舶等漂流物意外撞擊損壞的現象屢屢發生。
[0007]另外，三角形沉箱(CN2011203424411)由側板、底板、兩端的封板整體連接成箱體結構並充填回填料形成，兩側側板之間按節點構造連接，不設頂板，橫斷面呈近似三角形，側板與底板的夾角不大於60°，整體呈近似三角形稜柱體。其特點是:1)基底壓力小且均勻、整體穩定性好，2)當側板與水平面的夾角小於45°時，其波浪力的合力作用線始終指向沉箱底板以內，波浪力對沉箱抗傾穩定是有利的，波浪的豎向分力較大，波浪力對沉箱抗滑穩定的有利作用較大，抗傾穩定性、抗滑穩定性好。但該技術存在以下不足:1)由於三角形沉箱重量與高度基本呈平方關係，當用於高基床、矮堤身、大波浪條件時，受高度限制三角形沉箱重量較小，抵禦波浪作用能力往往不能滿足穩定性需要；2)沉箱側板系薄壁結構，抵禦集中力(衝切能力)較差，若遭遇船舶等漂流物意外撞擊容易損壞；3)頂部基本為尖角，若遭遇船舶等漂流物意外撞擊容易損壞。

【發明內容】

[0008]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種梯形塊堤身結構，解決現有技術的不足。
[0009]本實用新型梯形塊堤身結構的技術方案是:梯形塊堤身結構，其特徵在於:堤身結構由橫斷面方向為一整塊的梯形塊安放在基床上(不同於削角胸牆與直立堤的整體連接)並在縱向逐塊連續排列銜接而成，所述梯形塊為一個橫斷面方向為近似梯形、整體呈近似梯形稜柱體的塊體，梯形塊橫向兩側坡面與水平面的夾角不大於60°。
[0010]當堤前波浪Hist接近於0.6^0.78倍水深(破碎波)，梯形塊橫向兩側坡面與水平面的夾角大於等於18°且小於等於45°。
[0011]梯形塊橫向兩側坡面提高穩定性的機理:由于波峰作用在坡面上的波浪力的方向始終與迎浪側坡面垂直，其豎向分力對梯形塊整體穩定有利。當兩側坡度與水平面的夾角不大於45°時，波峰作用在坡面上的波浪力的合力作用線始終指向梯形塊底面以內，見圖16、圖18，對梯形塊的抗傾穩定是有利的，其豎向分力較大，對梯形塊抗滑穩定的有利作用較大；當兩側坡度與水平面的夾角45°~60°時，波峰作用在坡面上的波浪力的合力作用線基本指向梯形塊背浪側趾附近，基本不產生傾覆力矩，考慮梯形塊有效自重引起的穩定力矩後一般不存在抗傾失穩問題，但其豎向分力減小，對梯形塊抗滑的有利作用減小。
[0012]抗滑穩定性驗算按《防波堤設計與施工規範》半圓體抗滑穩定性驗算公式:
YoInpB- Yvpyf)^{?θ°-ΥΛ)Ι(O
[0013]式中:Y。為結構重要性係數,取1.0 ； Yp為水平波浪力分項係數,取1.25 ; Yv為豎向波浪力分項係數，取1.25 ； Yu為波浪浮託力分項係數，取1.25 ; Ye為自重分項係數，取1.0 ;PH為波峰作用在坡面上的波浪力的水平向分力標準值；PV為波峰作用在坡面上的波浪力的豎向分力標準值；PU為作用在底面上的波浪浮託力標準值；G為梯形塊扣除浮力後的有效自重標準值為梯形塊與基床的摩擦係數。
[0014]梯形塊橫向兩側坡面與水平面夾角的確定方法:根據梯形塊橫向兩側坡面提高穩定性的機理，夾角主要根據波浪和堤身高度的對比關係，經抗傾、抗滑穩定計算確定，一般當堤前波浪相對於堤高較小時，梯形塊橫向兩側坡面與水平面夾角可接近於60°，當堤前波浪相對於堤高較大、但Hist小於0.6倍水深時，梯形塊橫向兩側坡面與水平面夾角宜接近於45°，當堤前波浪很大、Htt接近於0.6^0.78倍水深(破碎波)時，梯形塊兩側坡度與水平面夾角宜不大於45°。當水深較大、梯形塊高度較大而波浪較小時，梯形塊橫向兩側坡面也可採用由不同坡度組成的折線坡面，如波浪作用區採用坡度較緩的坡面，而波浪作用區以下採用坡度較陡的坡面，以減少梯形塊材料用量和自重。
[0015]為便於人員上下，梯形塊橫向兩側坡面可設為階梯形，階梯的平均坡度按上述要求確定。
[0016]梯形塊頂寬根據波浪作用下的抗滑穩定性確定，一般不小於lm，最小不小於
0.5m。梯形塊單件長度(即分段長度)一般根據施工條件確定，不宜大於10m。
[0017]為提高波浪作用下的抗滑穩定性、減小梯形塊頂寬和自重，在梯形塊上特別是在迎浪側坡面上 設置消浪洩壓孔，或消浪墩、消浪坎。消浪洩壓孔採用圓孔、方孔或矩形孔，迎浪側坡面開孔率Ii1 (迎浪側所有消浪洩壓孔面積合計佔迎浪側坡面面積比例)一般15%~37%，不宜小於10%，不宜大於50%。基床為拋石、砌石、混凝土結構時，消浪洩壓孔可由頂面到底面上下貫通，其直徑或最小邊長不大於基床塊石粒徑。消浪洩壓孔也可只在同一側坡面上上下貫通，或不貫通。
[0018]上下貫通消浪洩壓孔提高梯形塊抗滑穩定性的機理:設置上下貫通消浪洩壓孔後，梯形塊自重有所減小，但消浪洩壓孔處的坡面波峰波浪力和底面波浪浮託力相互抵消，使得迎浪側坡面上的波峰波浪力的作用面積、波浪力和梯形塊底面上的波浪浮託力的作用面積、波浪浮託力相應減小，比梯形塊自重減小幅度更大，從而顯著提高梯形塊的抗滑穩定性，同時顯著節省梯形塊材料用量。為簡便、清晰起見，其效果按以下近似方法大致分析:將迎浪側坡面開孔率Ii1 (迎浪側所有消浪洩壓孔面積合計佔迎浪側坡面面積比例)和全部開孔率H2 (所有消浪洩壓孔面積合計佔坡面和頂面面積比例)代入式(1)，整理後得:
[0019]1-25(1- - (PF - Fil)/]< (1-?2)Gf(2)
[0020]由式(2)可知，若ηι=10%，n2=5% (僅迎浪側開孔情況)，則與不設消浪洩壓孔相比，式(2)的左式數值即滑動力下降1.25*10%=12.5%，右式即抗滑力下降5%，滑動力的下降幅度大大大於抗滑力的下降幅度，抗滑穩定性得到顯著提高，同時梯形塊材料用量節省5% ；若ηι=η2=20% (梯形塊坡面及頂面全部開孔情況)，則與不設消浪洩壓孔相比，左式數值即滑動力下降1.25*20%=25%，右式即抗滑力下降20%，滑動力的下降幅度大於抗滑力的下降幅度，抗滑穩定性也有所提高，同時梯形塊材料用量節省20%。 [0021]迎浪側坡面上設置的消浪洩壓孔只在同一側坡面上相互貫通或不貫通時，對迎浪側坡面上波峰波浪力也有一定的消浪洩壓效果。
[0022]另外，當波浪較小、水深較大、梯形塊高度較大時，梯形塊抗滑穩定性有富餘時，設置消浪洩壓孔同時還有顯著節省梯形塊材料用量、減輕梯形塊自重和基底壓力的作用。
[0023]當波浪較小、水深大、基床高度較小、梯形塊高度較大時，梯形塊橫向兩側直牆高度不大於梯形塊高度的1/2。當波浪較大、梯形塊高度較小時，梯形塊橫向兩側直牆高度不大於梯形塊高度的1/3。
[0024]縱向相鄰梯形塊銜接方式為鉛直平面接觸銜接，或鉛直企口榫接，縫寬一般不大於5cm，或鉛直平面加橡膠止水接觸銜接，均為現有技術，不再贅述。
[0025]梯形塊可以進一步在頂部設置水平截面為矩形或波浪形、矩形槽形、梯形槽形的擋板，或設置豎向截面為反弧形、挑簷形的擋板。
[0026]梯形塊材質一般採用素混凝土或素混凝土加構造配筋，也可採用埋石混凝土、灌砌塊石、漿砌塊石、鋼筋混凝土、鋼套箱混凝土或組合結構，均為現有技術，不再贅述。
[0027]梯形塊堤身結構施工一般採用整體預製、駁船裝載、吊機安放方式，具備條件時，也可採用現澆、現場灌砌、現場砌築、安放鋼套箱後現澆混凝土等方式，均為現有技術，不再贅述。
[0028]本實用新型的技術效果是:
[0029]1、與三角形沉箱(CN2011203424411)類似的技術效果
[0030]I)梯形炔基底壓力分布寬度大，自重作用下基底壓力很小且較為均勻，由于波峰作用在坡面上的波浪力的合力作用線指向梯形塊底面以內，波浪作用下的基底壓力也很小且較為均勻，比現有技術沉箱的基底壓力顯著減小，對於中等承載力的地基，可以減小甚至不設拋石基床，對於軟土地基，設置一定厚度的拋石基床後就可適應。
[0031]2)靜力分析和波浪斷面物模試驗表明，在波浪作用下，部分波浪水流沿坡面越過堤頂，從而避免了立波效應，大大減小了波峰作用在坡面上的波浪力；同時當兩側坡度與水平面的夾角不大於45°時，波峰作用在坡面上的波浪力的合力作用線始終指向梯形塊底面以內，見圖16、圖18，對梯形塊的抗傾穩定是有利的，其豎向分力較大，對梯形塊抗滑穩定的有利作用較大；當兩側坡度與水平面的夾角45°飛0°時，波峰作用在坡面上的波浪力的合力作用線基本指向梯形塊背浪側趾附近，基本不產生傾覆力矩，考慮梯形塊有效自重引起的穩定力矩後一般不存在抗傾失穩問題，因此，抗傾穩定性、抗滑穩定性大大提高。在同等波浪、水深、水壓力條件下，斷面面積要明顯小於現有技術直立式沉箱。
[0032]2、其他技術效果
[0033]I)梯形塊堤身結構在橫斷面方向為一個塊體，整體承受波浪力作用，克服了拋填方塊心斜坡堤由眾多混凝土預製方塊堆疊而成的為散體結構抵禦波浪作用的能力有限、需要加大堤身寬度、混凝土用量大的問題。
[0034]2)梯形塊頂寬可以根據波浪作用確定，當用於高基床、矮堤身、大波浪條件時，可以通過加大梯形塊頂寬來增加自重，滿足波浪穩定性。而三角形沉箱有效重量受制於堤身高度，抵禦波浪作用能力不足，無法適應高基床、矮堤身、大波浪條件。
[0035]3)靜力分析和波浪斷面物模試驗表明，迎浪側坡面上消浪洩壓孔特別是上下貫通的消浪洩壓孔可使波峰作用在坡面上的波浪力和作用在底面上的波浪浮託力顯著減小，從而提高穩定性、節省材料用量。而三角形沉箱沒有消浪洩壓孔，波峰作用在坡面上的波浪力和作用在底板上的波浪浮託力大，波浪作用下穩定性差。
[0036]4)梯形塊為大體積實心結構，且有一定頂寬，抵禦集中力(衝切能力)強，可以承受船舶等漂流物的意外撞擊而不容易損壞。而三角形沉箱側板薄壁結構抵禦集中力(衝切能力)較差，遭遇船舶等漂流物意外撞擊容易損壞，頂部尖角結構強度低，遭遇船舶等漂流物意外撞擊容易損壞。
[0037]本實用新型適用於堤壩工程領域導堤、順壩、丁壩、格壩、齒壩、魚骨壩、分流堤、潛堤等整治建築物、防波堤、防沙堤、護岸、圍堤、圍堪、引堤、防訊大堤、海堤、海塘、海擋、海上路基、進海路等堤現工程的堤身結構、防浪牆結構、胸牆結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為現有技術半圓形沉箱堤現實例斷面圖；
[0039]圖2為現有技術半圓形沉箱堤壩實例波壓力分布圖；
[0040]圖3為現有技術三角形沉箱堤壩實例斷面圖；
[0041]圖4為現有技術三角形沉箱堤壩實例波壓力分布圖；
[0042]圖5為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔)平面圖；
[0043]圖6為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔)立面圖(A向)；
[0044]圖7為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔上下貫通)斷面圖；
[0045]圖8為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔同一側坡面上貫通)斷面圖；
[0046]圖9為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔不貫通)斷面圖；
[0047]圖10為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪墩)斷面圖；[0048]圖11為本實用新型梯形塊堤身結構(階梯形坡面)斷面圖；
[0049]圖12為本實用新型梯形塊堤身結構(無消浪洩壓孔)平面圖；
[0050]圖13為本實用新型梯形塊堤身結構(無消浪洩壓孔)立面圖(B向)；
[0051]圖14為本實用新型梯形塊堤身結構(無消浪洩壓孔)斷面圖；
[0052]圖15為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔上下貫通)實例斷面圖；
[0053]圖16為本實用新型梯形塊堤身結構(消浪洩壓孔上下貫通)實例波壓力分布圖；
[0054]圖17為本實用新型梯形塊堤身結構(無消浪洩壓孔)實例斷面圖；
[0055]圖18為本實用新型梯形塊堤身結構(無消浪洩壓孔)實例波壓力分布圖；
[0056]圖19為本實用新型梯形塊堤身結構(折線坡面)斷面圖。
[0057]附圖中表示的I是半圓形沉箱，2是三角形沉箱，3是梯形塊，4是梯形塊橫向兩側坡面，5是梯形塊迎浪側坡面，6是消浪洩壓孔，7是消浪墩，8是基床，9是地基，10是波峰作用在坡面上的波浪力，11是波峰作用在坡面上的波浪力的合力作用線，12是作用在底面上的波浪浮託力，13是灌砂，14、是橫向兩側直牆，15、是梯形塊縱向銜接縫，16是已有斜坡堤，17是階梯形坡面。
【具體實施方式】
[0058]下面結合【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的實施方式:
[0059]實施例一:在已建斜坡堤上安放梯形塊堤身結構(無消浪洩壓孔)形成導堤。
[0060]I)某導堤設計條件為:已有斜坡堤16為拋填大塊石結構，塊石最小粒徑0.6m,頂高程2.3m，頂寬5.2m。需要在已有斜坡堤16基礎上加高至堤頂高程4.5m，堤前灘面高程-2m,設計低水位0.08m,設計高水位4.1lm,波浪H1%=3.5m, T=7.6s, L=58m。
[0061]2)若在已建斜坡堤16上安放現有技術半圓形沉箱形成導堤，參見圖1、圖2，在已有斜坡堤16堤頂(作為基床)上預製安放半圓形沉箱1，半圓形沉箱I由拱圈、底板、兩端的封板、縱隔牆、橫隔牆整體連接成箱體結構並灌砂13形成，橫斷面呈近似半圓形，單件長度5m,堤頂高程為4.5m,底板寬度4.4m,拱圈厚度為0.35m,底板厚度為0.5m,兩端封板厚度
0.2m。抗滑穩定性驗算按《防波堤設計與施工規範》半圓體抗滑穩定性驗算公式(無拋石壓肩的被動土壓力):
[0062]
【權利要求】
1.梯形塊堤身結構，其特徵在於:堤身結構由橫斷面方向為一整塊的梯形塊安放在基床上並在縱向逐塊連續排列銜接而成，所述梯形塊為一個橫斷面方向為近似梯形、整體呈近似梯形稜柱體的塊體，梯形塊橫向兩側坡面與水平面的夾角不大於60°。
2.根據權利要求1所述的梯形塊堤身結構，其特徵在於:梯形塊橫向兩側坡面與水平面的夾角大於等於18°且小於等於45°。
3.根據權利要求1或2所述的梯形塊堤身結構，其特徵在於:梯形塊迎浪側坡面設置由坡面到底面上下貫通的消浪洩壓孔，或設置不貫通的消浪洩壓孔、消浪墩、消浪坎、只在同一側坡面上相互貫通的消浪洩壓孔。
4.根據權利要求1或2所述的梯形塊堤身結構，其特徵在於:梯形塊橫向兩側直牆高度不大於梯形塊高度的1/3。
5.根據權利要求3所述的梯形塊堤身結構，其特徵在於:梯形塊橫向兩側直牆高度不大於梯形塊高度的1/3。
【文檔編號】E02B3/06GK203782639SQ201420022869
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】馬興華, 陳喆, 周海, 張忱, 陳琳 申請人:中交上海航道勘察設計研究院有限公司