一种装配式防波堤及其施工方法

技术领域

本发明涉及防波堤及其施工方法，具体为一种装配式防波堤及其施工方法。

背景技术

防波堤主要包括靠自身重量来保持堤身稳定的重型防波堤、依靠特殊结构形式悬浮于水体表层的轻型防波堤。传统的重型防波堤材料利用率低，耗费大量砂石和混凝土材料，在一些优质港口几乎开发完成，要往更远更深海域开发的现状下，传统的重型防波堤造价高，同时得不到良好的防波效果，所以几乎被社会所淘汰。而且根据对波浪的理论研究中发现，波浪的能量大量集中于水体表层，即水面以下三倍波高的水深范围内集中了98％的波浪能。所以采用轻型浮式防波堤，一方面节约了造价，另一方面相比结构全部没入水中的防波堤来说，对资源的利用率增加，同时对海洋环境的破坏相对较小，有很好的两侧水体交换。但是大多数的浮式防波堤尺寸小，在水深及波高较大的海域消浪效果不是特别理想，同时整体结构强度不高，抗海水腐蚀能力不强，使用年限低，造价成本偏高。

随着经济的发展，汽车产业的也在不断扩张，废旧轮胎成为令人头疼的“黑色污染”，为了防治这一“黑色污染”，考虑到废旧轮胎造价低，耐海水腐蚀性强等诸多优点的情况下，将废旧轮胎使用到本发明中，更加环保。尽管废旧轮胎在防波堤中早已使用，例如申请号为201720247543.2的中国专利，公开了一种废旧式轮胎半潜式消浪装置，仅仅依靠轮胎来做消波过程中的受力构件。申请号为201811342382.0的中国专利公开了一种极端海况下具备可沉浮功能的浮箱-轮胎型浮式防波堤单元及防波堤系统，申请号为202010135346.8的中国专利公开了一种带有废旧轮胎的梯形浮式防波堤，均存在施工工序复杂、采用大量钢材的问题，这使得在海水环境施工有许多不便，钢材的大量使用在增加造价的同时也不能很好的抵抗海水腐蚀，结构易破坏，并且为了满足消波性能采用大型结构，需要使用到大型船只及设备，提高了造价。

因此，需要提供一种造价更低、经济性更好，耐海水腐蚀，满足消波性能的同时能够确保结构强度、提高使用周期、施工便捷的浮式防波堤。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种强度高、耐海水腐蚀性好、使用周期较长、消浪功能好、有效利用废弃资源的装配式防波堤，本发明的另一目的是提供一种工程造价低，施工周期短、快捷方便的装配式防波堤的施工方法。

技术方案：本发明所述的一种装配式防波堤，包括浮式防波堤单元和锚固装置，浮式防波堤单元包括外部预制板和中间预制板，外部预制板围合成一个整体，中间预制板设置在外部预制板围合而成的空间内。

外部预制板由废旧轮胎嵌入珊瑚混凝土制成，废旧轮胎在外部预制板表面形成阵列。珊瑚混凝土质量轻、强度高、抗海水腐蚀性强，废旧轮胎的良好力学性能和抗海水腐蚀能力强，轮胎胎面的凹凸处可以与珊瑚混凝土良好的结合，具有较好的强度。外部预制板的侧面形成台阶状，台阶的踏步宽相同。外部预制板靠近连接处面处设置孔洞。孔洞间隔为20～40cm。外部预制板通过穿过孔洞的土工扎带相连。土工扎带为自锁式尼龙扎带，实际宽度为2.5～3.5cm，捆扎围径不小于65mm，抗拉强度大于80kg。

中间预制板由废旧轮胎嵌入珊瑚混凝土制成，废旧轮胎在中间预制板表面形成阵列。中间预制板设置在外部预制板围合而成的空间的对角线上。

锚固装置包括锚链和配重块，配重块通过锚链与浮式防波堤单元相连，配重块重量大于三块浮式防波堤单元重量。

上述装配式防波堤的施工方法，包括以下步骤：

a、根据防波堤区域的波长、波高、周期涨潮及退潮时的海水深度，确定浮式防波堤单元的边长、厚度、废旧轮胎数量和锚链长度；

b、向废旧轮胎内填充气泡膜，依次用土工扎带进行绑扎，形成一个整体，放入模具中，废旧轮胎的中心嵌套在模具的凸起上，倒入均匀搅拌后的珊瑚混凝土，在外部预制板的边缘预留孔洞，固化成型，得到外部预制板和中间预制板；

c、依靠外部预制板、中间预制板自身就能浮在水面上的特点，依靠小型船将外部预制板和中间预制板浮运到预设防波堤处；

d、外部预制板两两搭接，中间预制板放在外部预制板围合而成的空间的对角线上，土工扎带通过预留的孔洞进行绑扎，形成一个装配式防波堤单元；

e、将组装好的装配式防波堤单元通过预留的孔洞进行绑扎连接；

f、配重块通过锚链与装配式防波堤单元的底部连接，定位沉入相应位置，形成潜式或半潜式的装配式结构；

g、每间隔2～3个装配式防波堤单元，重复f步骤。

进一步地，步骤a中，当采用潜式防波堤时0.8H

工作原理：浮式防波堤单元用土工扎带榫接绑扎两两连接，浮式防波堤单元包括七块嵌入废旧轮胎的珊瑚混凝土预制板和土工扎带，嵌入废旧轮胎的珊瑚混凝土预制板包括多个废旧轮胎整体绑扎后在预制的模具上浇注珊瑚混凝土，最后用锚链装置固定在所需区域，形成潜式或半潜式的装配式结构。利用珊瑚混凝土质量轻、强度高、抗海水腐蚀性强的特点，同时废旧轮胎的良好力学性能和抗海水腐蚀能力强，轮胎事先进行绑扎成整体有自身有良好稳定，轮胎胎面的凹凸处可以与珊瑚混凝土良好的结合，具有较好的强度。海水从前侧及上顶面进入浮式防波堤单元，一部分波浪能被外板面及内板面反射，另一部分在两面侧进入时交汇相互扰乱，同时倾斜放置的中间预制板能进一步反射消减残余波浪能，并由倾斜放置的中间预制板分为两个区域，在左上和右下两个区域波浪互相扰乱，从而破坏水质点运动，从而达到良好的消波效果。同时采用预制板工艺并且在海上现场拼装，施工工序快捷简单，减少施工周期，单块板通过浮运至指定区域，无需大型船只，依靠每块板自身的浮力浮于海上，仅需小型船只即可浮运到指定地方，经济的同时环保。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、采用废旧轮胎作为上浮结构，保证结构处于悬浮状态，同时轮胎胎面的纹理能与珊瑚混凝土更好地咬合成为一个整体，保证强度且大大降低了成本；

2、使用珊瑚混凝土作为主要受力构件，以瑚碎屑为粗骨料、珊瑚砂为细骨料、海水代替淡水，在砂石及淡水资源紧张的现状下减少对其使用，就地取材，更加有效地利用资源，减少成本；

3、采用浮式防波堤单元并在内部插入一块倾斜放置的中间预制板，进一步地反射削减波浪能的作用，同时在中间形成两个小区域扰乱水质点运动，确保良好的消波性能的同时结构稳定；

4、能够在陆上完成单个中间预制板、外部预制板的制作，所需模具种类少，能够重复利用，有利于提高其利用率，相比在海上施工混凝土更好地保证其强度，在海上施工不需要大型机械，绑扎施工简单方便，施工周期短；

5、浮式防波堤单元的边长可达到10m，适用范围广，对于波高较大的区域也能在波浪能集中区域消耗波浪能，更好的达到消波要求；

6、预制后的浮式防波堤单元可依靠自身浮力悬浮于海上，不需要依靠大型船只进行运输，仅需小型船只拖运至指定地点，更加便捷且节约成本；

7、采用的材料都为抗海水腐蚀性强的废旧轮胎、珊瑚混凝土、自锁式尼龙扎带，使得防波堤的使用周期更长。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明浮式防波堤单元1的主视图；

图3是本发明浮式防波堤单元1的爆炸图；

图4是本发明外部预制板101的结构示意图；

图5是本发明外部预制板101的绑扎示意图；

图6是本发明外部预制板模具7的结构示意图；

图7是本发明外部预制板模具7的结构俯视图；

图8是本发明卡扣9处的局部放大图；

图9是本发明合页8的结构示意图；

图10是本发明中间预制板102的结构示意图；

图11是本发明中间预制板模具10的结构示意图；

图12是本发明中间预制板模具10的结构俯视图；

图13是本发明浮式防波堤单元1的绑扎示意图。

具体实施方式

以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。

实施例1

如图1～3，根据防波堤放置海域的具体情况采用潜式防波堤，潜入海水面6以下20cm。六块外部预制板101围合成一个浮式防波堤单元1，一块中间预制板102倾斜卡在浮式防波堤单元1的内部对角线上。浮式防波堤单元1为立方体，边长为4360*4360mm，具体根据消浪需求确定单元体的尺寸，组合成小(4～6m)、中(6～8m)、大(8～10m)三种规格。锚固装置2包括锚链201和配重块202，浮式防波堤单元1通过锚链201与配重块202固连。锚链201采用钢制锚链，根据涨潮及退潮时海水深度来确定长度，当采用潜式防波堤时0.8H

如图4～5，外部预制板101由废旧轮胎3嵌入珊瑚混凝土4制成，废旧轮胎3在外部预制板101表面形成阵列。废旧轮胎3厚度为205mm，扁平比为60％，外径为650mm。废旧轮胎3的个数为6*6个，前后左右间隔为2cm，相互之间用土工扎带5连接固定。废旧轮胎3中间填充有气泡膜。前、后、左、右四块外部预制板101底部尺寸为4248*4155mm，上部尺寸为4155*3950mm。上、下外部预制板101底部尺寸为4360*4360mm，上部尺寸为4155*4155mm。两种外部预制板101的侧面均为2踏步阶梯状，踏步高及踏步宽都为板厚的一半。

如图6～9，外部预制板模具7用来预制前、后、左、右四块外部预制板101，以及上、下外部预制板101。外部预制板模具7的内部尺寸为相应两种外部预制板101的尺寸。外部预制板模具7厚度为30mm，转角处设置旋转合页8，每边等间距设置三个。外部预制板模具7的下部连接处用卡扣9锁住固定。卡扣9包括固定部901和旋转部902，分别设置在相邻的两个外部预制板模具7下部侧面的边缘处。外部预制板模具7上间隔均匀的设置36个凸起，分别用于固定废旧轮胎3。

如图10，中间预制板102由废旧轮胎3嵌入珊瑚混凝土4制成，废旧轮胎3在中间预制板102表面形成阵列，轮胎中间填充有气泡膜。中间预制板102上废旧轮胎3的数量为5*8个，前后间隔为12cm，左右间隔为2cm。中间预制板102与外部预制板101相接触的左右侧面为凸出的等腰直角三角形，前后上下侧面为平面。中间区域预制板102的上下面尺寸为5347*3950mm，中间尺寸(凸起的尖部对应的截面尺寸)为5570*3950mm。

如图11～12，中间预制板模具10的内部尺寸为相应的中间预制板102的尺寸，中间预制板模具10的厚度为30mm，转角处设置旋转合页8，每边等间距设置三个

如图13，在外部预制板101的边缘预留距边缘5cm的直角孔洞1011，大小为4*4cm，深度为10cm，间隔30cm，相互之间用土工扎带5连接固定。

本实施例的施工方法，包括以下步骤：

(a)波浪参数调研：调研防波堤放置区域的波浪参数，包括波长、波高、周期涨潮及退潮时海水深度，由此来确定防波堤的整体尺寸，以确定浮式防波堤单元1的尺寸(包括边长、厚度)及废旧轮胎3的数量，其中厚度为废旧轮胎3断面高度，边长为max[L

(b)预制板模具制备：根据(a)所确定的浮式防波堤单元1的构造尺寸，分别确定前、后、左、右面外部预制板101尺寸参数，上、下面外部预制板101尺寸参数，中间预制板102的尺寸参数，分别预制两种不同尺寸的外部预制板模具7和中间预制板模具10；

(c)预制板制备：先将所需要的废旧轮胎3内填充气泡膜，根据设计的轮胎位置及间距依次用土工扎带5进行绑扎，使其形成一个整体，然后放入(b)中预制好的外部预制板模具7和中间预制板模具10中，按一定比例将珊瑚碎屑、珊瑚砂、水泥、海水、外加剂和掺和料充分搅拌后，珊瑚混凝土倒入外部预制板模具7和中间预制板模具10中，除中间区预制板102外，在其连接处预留直角形孔洞1011，待所预制的嵌入废旧轮胎3的珊瑚混凝土单元板达到设计强度后取出，每个单元分别预制七块板；

(d)海上运输：将(c)中预制好的外部预制板101和中间预制板102运到海水中，依靠每块板自身就能浮在水面上的特点，依靠小型船只拖运到预定设置防波堤处即可；

(e)组装浮式防波堤单元1：浮运到指定地点后，将其中六块外部预制板101两两搭接，先将前、后、左、右四块外部预制板101通过预留的直角型孔洞1011用土工扎带6进行绑扎，剪去多余部分，然后将下面的外部预制板101按照同样的方法进行绑扎，放入倾斜放置的中间预制板102，最后将上面的外部预制板101用土共扎带5绑扎封顶，形成一个嵌入废旧轮胎的浮式防波堤单元1；

(f)组装防波堤；将组装好的浮式防波堤单元1同样的通过预留的孔洞1011进行绑扎连接，达到设计长度后停止；

(g)锚链201固定装置设置：将带有锚链201的混凝土配重块202与浮式防波堤单元1的底部连接，连接后将混凝土配重块202定位沉入相应的位置；

(h)每隔2～3个浮式防波堤单元1重复(g)步骤。

实施例2

本实施例其余结构及施工方法与实施例1均相同，区别仅在于：防波堤采用半潜式，浮出海水面以上30mm，浮式防波堤单元1的尺寸为5010*5010mm，前、后、左、右、上、下六块外部预制板101上废旧轮胎3的数量为7*7个，中间预制板102上废旧轮胎3的数量为6*8个。前、后、左、右四块外部预制板101底部尺寸为4908*4805mm，上部尺寸为4703*4600mm。上、下外部预制板101的底部尺寸为5010*5010mm，上部尺寸为4600*4600mm。中间预制板102的尺寸为上下6284*4600mm，中间尺寸为6486*4600mm。