阶梯式沉箱结构的制作方法

本实用新型属于海岸工程、港口工程、内河工程领域中的水工建筑物结构技术领域，特别是涉及一种阶梯式沉箱结构。

背景技术：

近年来，随着生态环境不断恶化，国家对海洋生态环境的保护力度不断升级，对海洋构筑物的透水性能提出了严格要求，并尽量减少砂石等材料的使用。

透空式结构的主要功能是保证构筑物建设范围内海洋水体的交换，降低对原为水动力条件的改变。桩基结构是传统的透空式结构，受施工条件的限制，此类结构在软土地区使用的优势较明显。在良好地基区域，尤其是以岩基为主的区域内，桩基需采用嵌岩形式，结构造价较高，施工难度加大，施工效率降低。为适应岩基地区的地质条件，可选择重力沉箱墩式透空结构。在水深、浪大、上部工艺使用荷载较大的恶劣情况下，沉箱的稳定性及地基应力成为限制重力墩式结构透空率的关键因素。此外，有些港区周边的沉箱预制场能力限制了沉箱的最大重量，施工能力与沉箱稳定性要求相冲突。采用沉箱和桩基的组合结构形式是一种新型的透空结构，两种结构即可分离施工，即先安放沉箱后水下施工桩基部分，也可整体预制安装。但以上两种形式的施工难度都较大，分离施工的结构形式水下施工难度大，造价高。整体预制的结构形式在沉箱下水浮运的施工过程中，上部桩柱结构悬臂较大，对浮运过程中的安全措施要求较高，此外上部桩柱结构在增加沉箱自重的同时又无法提供较大的浮力，增加沉箱浮运的难度。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种适合于较好地质条件的阶梯式沉箱结构，能适应水深、浪大、上部工艺使用荷载较大的恶劣情况，在满足沉箱稳定性要求的同时，通过阶梯形断面，减小上部波流作用，保证正常的水体交换和还有环境，并降低沉箱重量来满足施工能力的限制，以更简单的结构形式，降低施工难度和成本。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种阶梯式沉箱结构，包括由四周外墙、中间隔墙和底板包围形成的若干个沉箱仓格，所述沉箱仓格高度沿水平方向呈阶梯式变化，从沉箱底部至最小高度仓格范围内为沉箱下部，剩余为沉箱上部，沉箱上、下部仓格位置对应贯通为整体。

所述断面箱体形成为正方形、长方形、圆形、椭圆形或以上形状组合形状的沉箱。

所述断面箱体在相邻仓格间形成阶梯，或间隔1个或多个仓格形成阶梯。

所述上部箱体的阶梯位置选择四周仓格或中间任意仓格位置。

所述沉箱上在面向波浪、水流方向的外墙、隔墙上设置开孔增加结构的透水性，减小波浪力和波浪反射效应。

所述沉箱底板设或不设趾。

所述沉箱上部与沉箱下部连接处设或不设加强肋。

沉箱结构的材质为钢质或者钢筋混凝土材料。

所述沉箱在顶部浇筑有胸墙、安放梁板等的上部结构，形成码头、引桥结构。

本实用新型的有益效果：保留了传统沉箱结构适合较好地基条件的特点的同时，通过减少上部箱体面积，增加了沉箱的透空率，对原位水动力条件的影响较小，具有很好的生态环保性能，适应新形势下国家生态环保政策的要求。

上部箱体迎浪面积减小，降低了沉箱上的波浪力作用，同时保留下部全断面箱体，使结构具有良好的整体性，并保证沉箱的不损失抗滑和抗倾覆能力，从而提高沉箱的整体稳定性能，使得结构更加适应水深、浪大、上部工艺使用荷载较大的恶劣情况。

通过减少上部箱体面积，降低沉箱结构自重，解决了施工能力与沉箱稳定性要求相冲突的问题。

阶梯式沉箱采用整体预制、出运、安装的施工方法，结构简单，避免水下施工带来的困难，沉箱上部仍保持四周封闭仓格形式，保证沉箱浮运过程中的沉箱自重和浮力相匹配的特点，降低了施工难度和造价，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型的由中间向两侧的双向单阶梯沉箱立体图；

图2为本实用新型的由中间向两侧的双向单阶梯沉箱立面图；

图3为本实用新型的由中间向两侧的双向单阶梯沉箱平面图；

图4为本实用新型的由中间向两侧的双向多阶梯沉箱立体图；

图5为本实用新型的由中间向两侧的双向多阶梯沉箱立面图；

图6为本实用新型的由中间向两侧的双向多阶梯沉箱平面图；

图7为本实用新型的由两侧向中间的双向单阶梯沉箱立体图；

图8为本实用新型的由两侧向中间的双向单阶梯沉箱立面图；

图9为本实用新型的由两侧向中间的双向单阶梯沉箱平面图；

图10为本实用新型的由两侧向中间的双向多阶梯沉箱立体图；

图11为本实用新型的由两侧向中间的双向多阶梯沉箱立面图；

图12为本实用新型的由两侧向中间的双向多阶梯沉箱平面图。

图中：

1、外墙2、隔墙3、趾

4、底板5、填料

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1至12所示，阶梯沉箱主要分沉箱下部和沉箱上部两部分，沉箱下部为全断面箱体，沉箱上部为阶梯式变断面箱体，沉箱上下部整体连接，均由外墙1、隔墙2、趾3和底板4组成。

对于透空式结构，通过减少沉箱上部仓格数量及局部仓格高度，形成阶梯型透空式沉箱断面形式，增加沉箱的透空率，减小沉箱波浪力和自身重量。沉箱下部保持全断面沉箱不变，以保证沉箱的抗倾覆能力，总体上提高沉箱的稳定性，降低对施工能力的要求。上部箱体中，直接受外部水平力作用的墙体均设置为外墙1，其余箱体为中间隔墙2。为保证沉箱各墙体刚度的协调性，与沉箱上部相对应的下部墙体的厚度也视为外墙1进行设计。沉箱根据结构稳定性需求设置趾3。在外部水平荷载较大情况下，可设置过渡台阶或加强肋，以加强变断面处仓格刚度和外墙的强度。沉箱下部与沉箱上部的高程分界点根据工程透空率要求和结构自身受力特点进行设置。沉箱内可根据稳定性需求设置散体回填料5。阶梯沉箱采用陆上整体预制，下水后浮运至现场，沉放至指定位置的基床上。根据稳定和受力要求，在沉箱仓格中回填块石、砂等填料。最后施工上部梁、板等结构形成码头、栈桥或护岸的整体结构。

技术特征：

1.一种阶梯式沉箱结构，包括由四周外墙、中间隔墙和底板包围形成的若干个沉箱仓格，其特征是：所述沉箱仓格高度沿水平方向呈阶梯式变化，从沉箱底部至最小高度仓格范围内为沉箱下部，剩余为沉箱上部，沉箱上、下部仓格位置对应贯通为整体。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述沉箱下部为全断面箱体，沉箱上部为阶梯式变断面箱体；上下部箱体仓格位置对应且整体连接；所述断面箱体形成为正方形、长方形、圆形、椭圆形或以上形状组合形状的沉箱。

3.根据权利要求2所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述断面箱体在相邻仓格间形成阶梯，或间隔仓格形成阶梯。

4.根据权利要求2所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述沉箱上部的阶梯位置选择四周仓格或中间任意仓格位置。

5.根据权利要求1所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述沉箱上在面向波浪、水流方向的外墙、隔墙上设置开孔增加结构的透水性，减小波浪力和波浪反射效应。

6.根据权利要求1所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述沉箱下部箱体设有底板，所述底板设趾。

7.根据权利要求1所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述沉箱上部与沉箱下部连接处设加强肋。

8.根据权利要求1所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：沉箱结构的材质为钢质或者钢筋混凝土材料。

9.根据权利要求1所述的一种阶梯式沉箱结构，其特征是：所述沉箱在顶部浇筑有胸墙、安放梁板的上部结构，形成码头、引桥结构。

技术总结
本实用新型提供了一种阶梯式沉箱结构，包括下部全断面的沉箱和上部阶梯式变断面的沉箱两部分，沉箱上下部均由四周外墙和中间隔墙组成，箱体底部设置整体底板；沉箱上下部整体预制完成；沉箱内可根据设计需求填充散体性填料；沉箱上部结构可通过大跨度梁板或现浇承台等方式连接。本实用新型有益效果是：通过减少沉箱上部的仓格数，来实现沉箱的透水性，减少沉箱上的波浪力，降低沉箱自重，节省原材料用量；与此同时，相对较大的沉箱下部底面积能保证在外荷载作用下沉箱的稳定性。在满足水下结构基础的基本功能下，保证结构周围的水体交换，减少结构对海洋生态环境的影响；沉箱采用整体预制、出运、安装的方式，结构简单、施工方便，易于推广。

技术研发人员：刘进生;高杨;李颖;李梅;林子淳
受保护的技术使用者：中交第一航务工程勘察设计院有限公司
技术研发日：2019.11.18
技术公布日：2020.09.11