在软土基础上建造海港码头的方法 【技术领域】
本发明涉及建造海港码头的水工建筑物领域。背景技术
海港是国家海上门户， 是航运和贸易的中心， 建设海港具有很大的意义和经济效益。 海港码头是海港建设的最主要水工建筑物， 在软土基础上建造海港码头， 由于软 土基础的含水量大， 形成很厚的淤泥层， 淤泥层的承载力很低， 一般采用高桩梁板结构型 式， 码头桩台用大直径钢管桩或预应力混凝土空心桩支撑， 管桩的深度超过软土层， 达到承 载力高的土层， 海港码头的重量支撑在管桩上。管桩的上部为预制预应力横梁、 连系梁、 面 板和混凝土靠船构件等， 各构件安装好后均采用现浇钢筋混凝土接头将其连接成整体。建 设主要在海上进行， 受风浪影响海上施工难度大。 由于软土基础的承载能力极低， 在软土基 础上建造海港码头困难很多， 成本高， 投资大， 建设周期长。
在一些沙土基础上建造海港码头， 由于沙土基础的承载力高于软土基础， 可以采 用沉箱结构建造海港码头。它首先在沙土基础上开挖港池到设计深度， 并进行抛石等基础 的加固处理。 沉箱是钢筋混凝土结构的箱体， 在海港码头基础上放置沉箱， 并连接成海港码 头。港池的设计深度按码头停靠的船舶设计。例如， 停靠排水量 20 万吨轮船码头的设计水 深不应小于 -18 米， 码头的高程为 +6 米， 沉箱的高度大于 24 米， 其长度和宽度也很大， 所以 体积重量大， 给加工制造、 运输、 定位安装都造成极大困难， 采用沉箱结构建造海港码头成 本高， 投资大， 建设周期长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是， 提供一种在软土基础上建造海港码头的方法， 使 施工效率高， 成本低， 经济效益好。
为了解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是， 建造海港码头的方法步骤包 括：
(1). 在陆上建造沉箱平台 ；
沉箱平台是由四个垂直方向的侧面和水平方向的底面围成的长方形钢筋混凝土 箱体， 沉箱平台长度方向的两侧面为沉箱平台的连接端面， 沉箱平台宽度方向的两侧面， 一 面是临海侧面， 一面是临陆侧面 ； 沉箱平台内有增加沉箱平台强度的垂直方向的复数个筋 板； 筋板将沉箱平台隔成复数个长方形或方形的垂直空间 ； 沉箱平台临海侧面和临陆侧面 的内侧有安放柱状超大断面的空心薄壁桩的复数个垂直方向的柱桩孔 ； 沉箱平台在陆上或 浮坞箱上用大批量流水生产的方法进行生产 ；
(2). 沉箱平台在海上漂浮拖运到预定位置， 下沉并连接成海港码头的临海桩台 ；
将沉箱平台由陆上下水并在海上漂浮拖运到预定位置， 然后在沉箱平台内装入泥 沙石块或支撑加强块， 泥沙石块或支撑加强块的重量使沉箱平台下沉到海底并连接成海港码头的临海桩台 ；
(3). 在沉箱平台上插入超大断面的空心薄壁桩 ；
超大断面的空心薄壁桩是薄壁空心长柱体， 空心薄壁桩内有垂直方向的加强筋 板， 空心薄壁桩的外形与沉箱平台柱桩孔的形状一致， 空心薄壁桩由沉箱平台柱桩孔插入 海底， 使空心薄壁桩达到设计深度， 空心薄壁桩与沉箱平台柱桩孔垂直壁之间的间隙用混 凝土填充， 使空心薄壁桩与沉箱平台形成整体 ；
(4). 沉箱平台顶部建造海港码头混凝土平台 ；
在沉箱平台顶部建造海港码头混凝土平台， 海港码头混凝土平台在顶部封闭空心 薄壁桩， 也使海港码头平整， 海港码头混凝土平台的重量使沉箱平台与空心薄壁桩进一步 下沉 ；
(5). 海港码头混凝土平台加负载重物 ；
在海港码头混凝土平台上加负载重物， 使沉箱平台进一步下降到设计高度， 负载 重物的重量应超过海港码头的最大负载量并有成倍的保险量， 加负载重物后将负载重物去 除；
(6). 吹填陆地并进行陆地加固处理， 挖深港池 ；
在海港码头的临陆侧面内吹填陆地， 形成海港码头的陆域腹地， 进行陆地加固处 理。在海港码头的临海侧面外挖深港池， 达到港池设计深度， 完成建港。
所述的在在沉箱平台的柱桩孔内向海底插入超大断面的空心薄壁桩的不同方法 是；
(1). 空心薄壁桩的上部充填泥沙石块或加负载重物， 泥沙石块负载重物和空心薄 壁桩的重量使空心薄壁桩下沉， 空心薄壁桩插入到海底软土基础的浅层 ； 此法适用于港口 水深较浅的码头 ；
(2). 用压桩机将空心薄壁桩插入海底 ；
用压桩机向空心薄壁桩施加负载， 将空心薄壁桩压入海底， 使空心薄壁桩达到设 计深度 ； 压桩机可放置于沉箱平台上或压桩船上 ；
(3). 在空心薄壁桩内挖出泥沙向下沉桩 ；
将空心薄壁桩内的海底泥沙挖出， 使空心薄壁桩向下沉降， 空心薄壁桩下沉达到 设计深度 ；
(4). 在空心薄壁桩的上部抽真空， 使空心薄壁桩下沉至设计深度 ；
在空心薄壁桩的上部抽真空， 形成负压， 使空心薄壁桩下沉至设计深度 ；
(5). 用通用打桩机将空心薄壁桩打入海底， 使空心薄壁桩达到设计深度， 用于断 面较小的空心薄壁桩。
所述的在空心薄壁桩上部的外侧和沉箱平台柱桩孔的内侧制出复数个环形凹槽， 用混凝土填充空心薄壁桩外侧与沉箱平台柱桩孔内侧之间的间隙时， 在凹槽中的混凝土使 空心薄壁桩与沉箱形成更坚固的整体。
所述的支撑加强块是薄壁空心短柱体， 放置于沉箱平台隔成的复数个长方形或方 形的垂直空间内， 支撑加强块的外形与装入的沉箱平台中被隔成的复数个长方形或方形空 间的形状一致 ； 支撑加强块与沉箱平台垂直壁之间的间隙用混凝土填充， 使支撑加强块与 沉箱平台形成整体， 支撑加强块与沉箱平台的壁厚相加， 增加沉箱平台的整体强度 ； 支撑加强块由复数块叠加而成， 支撑加强块内有垂直方向的筋板。
所述的沉箱平台长度方向的两侧面为沉箱平台的连接端面， 连接端面的一端是向 外凸出的凸出连接部， 另一端是向内凹入的凹入连接部， 沉箱平台连接时凸出连接部插入 凹入连接部， 互相插入的连接方式使沉箱平台连接紧密， 能更好的抵抗波浪的冲击。
本发明的有益效果是 ： 本方法适用于在软土基础上建造海港码头， 投资小， 成本 低， 经济效益好， 施工安全效率高， 建设周期短。 附图说明
1. 图 1 是在软土基础上建造海港码头沉箱平台的正面图。
2. 图 2 是在软土基础上建造海港码头沉箱平台的俯视图。
3. 图 3 是图 1 的 A-A 剖视图。
4. 图 4 是在软土基础上建造围海堤坝的沉箱平台侧剖视图。
在图中 ：
1. 沉箱平台 2. 筋板
3. 空心薄壁桩 4. 支撑加强块
5. 码头混凝土平台 7. 港池底面 9. 凸出连接部 11. 隔板 13. 通气孔 15. 亲海平台6. 吹填陆地 8. 海平面 10. 凹入连接部 12. 充填石块泥沙 14. 挡潮墙 16. 栏杆具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明 ： 图 1、 图 2、 图 3 是本发 明的第一类实施例， 第一类实施例用于建造海港码头。
图 1 是在软土基础上建造海港码头沉箱平台的正面图。图 2 是在软土基础上建造 海港码头沉箱平台的俯视图。图 3 是图 1 的 A-A 剖视图。
由图 1、 图 2、 图 3 中可以看出， 沉箱平台 1 是由四个垂直方向的侧面和水平方向的 底面围成的长方形钢筋混凝土箱体， 沉箱平台长度方向的两侧面为沉箱平台的连接端面， 沉箱平台宽度方向的两侧面， 一面是临海侧面， 一面是临陆侧面 ； 沉箱平台内有增加沉箱 平台强度的垂直方向的复数个筋板 2 ； 筋板将沉箱平台隔成复数个长方形或方形的垂直空 间。 沉箱平台的临海侧面和临陆侧面的内侧有安放柱状超大断面的空心薄壁桩的复数个垂 直方向的柱桩孔。
沉箱平台在陆上或浮坞箱上用大批量流水生产的方法进行生产， 将制造工程尽量 在陆上进行， 尽量减少海上施工， 可以提高生产效率、 降低成本、 生产更加安全。
将现代造船技术用于类似船舶的沉箱平台， 设计制造出尽可能大而重的沉箱平 台， 沉箱平台越大越重， 在海上固定越稳定， 且沉箱平台生产效率高。沉箱平台能下水并在 海上漂浮拖运到预定位置， 然后在沉箱平台内充填泥沙或装入支撑加强块 4， 沉箱平台充填 泥沙或支撑加强块的重量使沉箱平台下沉到海底并连接成海港桩台。 沉箱平台下沉前不对原有海底进行处理， 去掉了抛石填沙等基础处理工作， 省时省钱省力。
由海底支撑的沉箱平台可以作为施工平台使用， 放置施工机械按陆上施工方法施 工， 尽量减少船舶海上施工， 减少海上风浪的影响， 降低施工成本。
为支撑沉箱平台， 在沉箱平台的柱桩孔中插入超大断面的空心薄壁桩 3， 超大断面 的空心薄壁桩是薄壁空心长柱体， 断面的尺寸很大， 空心薄壁桩内有垂直方向的加强筋板， 空心薄壁桩的外形与沉箱平台柱桩孔的形状一致， 空心薄壁桩由沉箱平台的柱桩孔插入海 底达到设计深度。
空心薄壁桩与沉箱平台柱桩孔垂直壁之间的间隙用现浇混凝土填充， 使空心薄壁 桩与沉箱平台形成整体， 空心薄壁桩承载沉箱平台的重量。
在空心薄壁桩上部的外侧和沉箱平台柱桩孔的内侧制出复数个环形凹槽， 用混凝 土填充空心薄壁桩外侧与沉箱平台柱桩孔内侧间隙时， 凹槽使空心薄壁桩与沉箱形成更坚 固的整体。
超大断面的空心薄壁桩插入海底深而且断面大， 与周围地基土的接触面积大， 空 心薄壁桩的筒壁与土体的侧摩擦阻力以及较大的截面面积矩提高了空心薄壁桩的承载能 力和稳定性， 也就提高了海港码头的承载能力和稳定性。 在沉箱平台的柱桩孔内向海底插入超大断面的空心薄壁桩的方法有 ：
(1). 空心薄壁桩的上部充填泥沙石块或加负载重物， 泥沙石块负载重物和空心薄 壁桩的重量使空心薄壁桩下沉到海底软土基础的浅层 ； 此法适用于港口水深较浅的码头。
(2). 用压桩机将空心薄壁桩插入海底。
用压桩机向空心薄壁桩施加负载， 将空心薄壁桩压入海底， 使空心薄壁桩达到设 计深度 ； 压桩机可放置于沉箱平台或船上。
(3). 在空心薄壁桩内挖出泥沙向下沉桩。
将空心薄壁桩内的海底泥沙挖出， 使空心薄壁桩向下沉降， 使空心薄壁桩达到设 计深度。
(4). 在空心薄壁桩的上部抽真空， 下沉至设计深度。
在空心薄壁桩的上部抽真空， 形成负压， 下沉至设计深度。 以上可按需要选用不同 的方法。
沉箱平台的柱桩孔位于沉箱平台的临海侧面和临陆侧面， 超大断面的空心薄壁桩 插入沉箱平台的柱桩孔后， 临海侧面和临陆侧面的钢筋混凝土厚度为柱桩孔壁、 空心薄壁 桩壁之和， 强度成倍增加， 足以耐受最大风暴潮的冲击。这样， 可以在设计制造沉箱平台时 减少沉箱平台壁的厚度和重量， 在不增加沉箱平台总重量的情况下， 尽量增大沉箱平台的 体积， 还能保持沉箱平台自身的强度要求。
在沉箱平台顶部建造码头混凝土平台 5， 使其成为平整的海港码头。 码头混凝土平 台在顶部封闭空心薄壁桩， 泥沙和海港码头混凝土平台的重量使沉箱平台与空心薄壁桩进 一步下沉。
在海港码头混凝土平台上加负载重物， 加负载重物是对沉箱平台进行预加负载， 负载重物的重量应超过海港码头的最大负载量并有成倍的保险量， 空心薄壁桩也达到最大 负载量， 使沉箱平台进一步下降到设计高度， 加负载重物后将负载重物去除。
在海港码头的临陆侧面内吹填陆地， 形成海港码头的陆域腹地。海港的地基应进
行软基加固处理， 打设塑料排水板。在海港码头的临海侧面外挖深港池， 达到港池设计深 度， 完成建港。
本方法的特点是 ：
1. 海港码头不支撑在海底面上， 而是支撑在空心薄壁桩上， 所以不必对海底面进 行大量的抛石填沙等基础处理， 省时、 省料、 省工， 。
2. 沉箱平台在其上的柱桩孔中插入超大断面的空心薄壁桩， 并将空心薄壁桩和沉 箱平台方便的浇铸混凝土连接成整体， 用空心薄壁桩支撑沉箱平台， 使海港码头的稳定性 好。 与一般沉箱码头结构不同， 沉箱平台不做支撑使用， 也与高桩梁板结构型式的海港码头 建造方法不同。
3. 沉箱平台可以作为施工平台使用， 能安排施工作业， 可以尽量减少海上作业， 即 安全又成本低。
4. 沉箱平台是钢筋混凝土的超大超重的轻薄壳体构件， 可借用类似的造船技术进 行制造、 下水、 拖运， 采用工厂化流水生产方式生产。
5. 沉箱平台下沉到海底后， 在沉箱平台轻薄壳体内装入支撑加强块、 空心薄壁桩 等内部支撑件， 用混凝土灌注间隙使其成为整体， 也使沉箱平台的壁厚与强度成倍增加。 6. 直接在浅海建设海港码头， 不必先建设围捻， 省去建设围捻的成本。
在沉箱平台的柱桩孔内向海底插入超大断面的空心薄壁桩是使沉箱平台在海上 固定的关键步骤， 必需在海况较好的情况下， 尽快完成插入超大断面的空心薄壁桩。
由图 1、 图 2、 图 3 的实施例中可以看出， 在空心薄壁桩的中部有隔板 11， 在隔板上 部充填泥沙石块 12 或加负载重物， 泥沙石块、 负载重物和空心薄壁桩的重量使空心薄壁桩 下沉到海底软土基础的浅层 ； 空心薄壁桩下沉时， 海底泥沙进入空心薄壁桩的空心部分， 空 心部分的空气、 水、 稀泥由空心薄壁桩隔板处的通气孔 13 排出。此法空心薄壁桩的下沉较 浅， 适用于港口水深较浅的码头。
支撑加强块 4 是薄壁空心短柱体， 放置于沉箱平台隔成的复数个长方形或方形的 垂直空间内， 支撑加强块的外形与装入的沉箱平台中被隔成的复数个长方形或方形空间的 形状一致 ； 支撑加强块与沉箱平台垂直壁之间的间隙用混凝土填充， 使支撑加强块与沉箱 平台形成整体， 支撑加强块与沉箱平台的壁厚相加， 增加沉箱平台的整体强度 ； 支撑加强块 由复数块叠加而成， 支撑加强块内有垂直方向的筋板。
沉箱平台长度方向的两侧面为沉箱平台的连接端面， 连接端面的一端是向外凸出 的凸出连接部 9， 另一端是向内凹入的凹入连接部 10， 沉箱平台连接时凸出连接部插入凹 入连接部， 互相插入的连接方式使沉箱平台连接紧密， 能更好的抵抗波浪的冲击。
图 4 是本发明的第二类实施例， 第二类实施例用于建造围海堤坝。图 4 表示在软 土基础上建造围海堤坝的沉箱平台侧剖视图。
当建造围海堤坝时， 也采用相同构造的沉箱平台和空心薄壁桩， 因围海堤坝只用 于挡住海水， 在沉箱平台的临海外侧不开挖港池， 所以沉箱平台的稳定性更好。 为阻挡风暴 潮的冲击， 沉箱平台的上部设立高度更高的挡潮墙 14， 挡潮墙 14 高度应超过百年一遇的风 暴潮。在沉箱平台上部的临海处有高度较低的亲海平台 15， 亲海平台 15 方便游人游览， 亲 海平台 15 有保护游人安全的栏杆 16， 亲海平台还可以做道路使用。 亲海平台的高度高于年 平均高潮位， 例如渤海的年平均高潮位是 +3.74 米， 亲海平台的高度可设定为 +4 米。
本发明的第三类实施例用于建造防波堤。 本发明的建造海港码头的结构可直接用 于建造防波堤， 不必开挖港池， 不必对海底面进行大量的抛石填沙等基础处理， 也不必在另 一侧填海造陆， 用沉箱平台隔开海水两边， 即是防波堤。
图中件号 8 表示海平面。
在沉箱平台上向海底插入超大断面的空心薄壁桩， 空心薄壁桩插入海底深而且断 面大， 与周围地基土的接触面积大， 超大断面的空心薄壁桩的筒壁与土体的侧摩擦阻力以 及较大的截面面积矩提高了承载能力和稳定性， 能极好的支撑沉箱平台， 也就提高了海港 码头的承载能力和稳定性。
本方法适用于在软土基础上建造海港码头， 投资小， 成本低， 经济效益好， 施工安 全效率高， 建设周期短， 还同时适用于围海堤坝、 防波堤的建设。