一种近海区岩石基坑及建造方法

1.本技术涉及近海区海洋工程建筑技术领域，尤其涉及一种近海区岩石基坑及建造方法。


背景技术：

2.随着对海洋开发技术的日趋丰富，需要在近海区建造建筑，例如海洋隧道桥梁建筑、海港建筑、海上电站建筑、海岸堤坝建筑、海上钻井平台等，在建造前都需要在对应施工位置的近海区海底挖掘建造基坑，以使建筑结构稳定。
3.然而，近海区域海底的一大特点就是上层存在泥沙、下层存在岩石，因此会极大地增加基坑的建造难度。此外，由于近海区存在风浪，海流会影响建造施工过程，尤其是冲刷的泥沙会进入基坑导致基坑被泥沙掩埋，影响后续建筑的建造过程。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本技术旨在提供一种近海区岩石基坑及建造方法，能够简化近海区岩石基坑的建造过程，提高近海区岩石基坑的结构强度。
5.本技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，本技术实施例提供了一种近海区岩石基坑，设置于近海区海底，近海区海底包括下层的岩石层和上层的泥沙层，近海区岩石基坑包括：坑体，贯穿泥沙层，且至少部分地位于岩石层内，以使坑体的底部位于岩石层内；围绕坑体的挡泥结构，贯穿泥沙层，挡泥结构沿垂直坑体的厚度方向的截面形状为纺锤形，且轴线沿第一方向延伸；第一方向与海流方向平行；多个围绕坑体的第一固定桩，位于坑体与挡泥结构之间，至少部分的第一固定桩沿坑体的深度方向穿入岩石层。
6.根据本技术实施例的一方面，挡泥结构包括：多个围绕坑体的第一骨架，至少部分的第一骨架穿入岩石层，以使第一骨架的一部分插设于岩石层，并与岩石层固定；多个与坑体深度方向垂直的第二骨架，第二骨架为环形与所有第一骨架连接；挡泥板，包覆第一骨架和第二骨架形成的曲面的外侧，挡泥板贯穿泥沙层。
7.根据本技术实施例的一方面，挡泥板形成横截面为纺锤形的台体的侧面，台体的横截面的尺寸上小下大。
8.根据本技术实施例的一方面，还包括：泥沙壁，位于泥沙层，形成坑体侧壁的一部分；泥沙壁设有垂直坑体厚度方向向外的第二固定桩，第二固定桩插入泥沙层。
9.根据本技术实施例的一方面，泥沙壁与挡泥板之间填充有碎石。
10.另一方面，本技术实施例还提供一种近海区岩石基坑的建造方法，用于建造根据本技术实施例的一方面的近海区岩石基坑；近海区岩石基坑的建造方法包括：步骤1，将挡泥结构固设于近海区岩石基坑的建造位置的外周；步骤2，将第一固定桩插设于近海区岩石基坑的建造位置的与挡泥结构之间；步骤3，将近海区岩石基坑的建造位置的泥沙层吸出，以暴露岩石层；步骤4，在暴露的岩石层挖掘，以形成坑体；步骤5，加固坑体，以形成结构稳
定的近海区岩石基坑。
11.根据本技术实施例的另一方面，步骤1包括：步骤1.1，确定近海区岩石基坑的建造位置的海流方向为第一方向；步骤1.2，将挡泥结构贯穿泥沙层，穿入岩石层，并使挡泥结构的截面形状为纺锤形，且轴线沿第一方向延伸。
12.根据本技术实施例的另一方面，步骤1还包括：挡泥结构到近海区岩石基坑的建造位置的最小距离与近海区岩石基坑的外接圆半径的比例小于等于第一系数，且挡泥结构到近海区岩石基坑的建造位置的最小距离大于等于第一安全距离。
13.根据本技术实施例的另一方面，步骤2包括：将第一固定桩贯穿泥沙层，穿入岩石层，并使每个第一固定桩到近海区岩石基坑的建造位置的距离均为第一距离，第一距离与近海区岩石基坑的内接圆半径比例小于等于第二系数，且第一距离大于等于第二安全距离。
14.根据本技术实施例的另一方面，步骤3包括：步骤3.1，将近海区岩石基坑的建造位置的泥沙层吸出；步骤3.2，在挡泥结构与第一固定桩之间添加碎石。
15.与现有技术相比，本技术至少具有如下有益效果之一：（a）本技术的近海区岩石基坑，通过设置贯穿泥沙层并穿入岩石层的第一固定桩来固定基坑周围的岩石层和泥沙层，从而保证本技术的近海区岩石基坑的结构强度；（b）本技术的近海区岩石基坑，在第一固定桩的外侧设置围绕坑体的挡泥结构，能够抵抗海流的对泥沙的冲刷，从而减少因海流冲砂而进入坑体的泥沙，以方便对本技术的近海区岩石基坑的后续利用；（c）本技术的近海区岩石基坑，将挡泥结构设置为沿海流方向的纺锤形，使得海流能够顺利地流经挡泥结构的两侧，减少海流对挡泥结构的迎流面的冲击，减少泥沙在挡泥结构的影流面的囤积，进而减少海流对基坑的影响。
16.本技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
17.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；图1为本技术实施例的近海区岩石基坑的一种结构示意图；图2为本技术实施例的近海区岩石基坑的一种俯视图；图3为图2中本技术实施例的近海区岩石基坑的a-a截面的一种剖视图；图4为本技术实施例的近海区岩石基坑的建造方法的一种流程示意图。
18.附图标记：11、岩石层；12、泥沙层；2、坑体；3、第一固定桩；4、挡泥结构；41、第一骨架；42、第二骨架；43、挡泥板；
5、泥沙壁；x、第一方向。
具体实施方式
19.下面结合附图来具体描述本技术的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本技术的实施例一起用于阐释本技术的原理，并非用于限定本技术的范围。
20.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
21.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
22.申请人发现：在建造水下基坑时，通常会采用隔离排水建造或水下直接建造两种方式。水下直接建造基坑的方式可以简化建造过程。但是如果在近海区进行水下基坑建造，那么地质的结构和海流都会影响基坑的建造。近海区的海底的一种典型地质结构就是，上层为泥沙层，下层为岩石层。在建造基坑时，泥沙会流动，从而影响坑体的挖掘。因此固定坑体周围。此外，由于海流的冲刷，泥沙的流动性会加强，在完成基坑建造后，随着海流的往复运动，泥沙甚至会逐渐掩埋基坑。无论哪种情况，都会影响基坑的后续利用。
23.鉴于上述分析，申请人提出了一种近海区岩石基坑及建造方法，近海区岩石基坑包括坑体、挡泥结构和第一固定桩。第一固定桩围绕坑体，挡泥结构围绕第一固定桩，形成由内到外的多层结构。第一固定桩能够固定坑体周围的海底，以保证海底周围的结构强度，从而保证近海区岩石基坑的结构物强度。同时，还能够减少基坑建造过程中泥沙进入近海区岩石基坑的建造位置，从而提高基坑的建造效率。挡泥结构能够抵抗海流的对泥沙的冲刷，从而减少因海流冲砂而进入坑体的泥沙，以方便对本技术的近海区岩石基坑的后续利用。此外，将挡泥结构设置为沿海流方向的纺锤形，使得海流能够顺利地流经挡泥结构的两侧，减少海流对挡泥结构的迎流面的冲击，减少泥沙在挡泥结构的影流面的囤积，进而减少海流对近海区岩石基坑的影响。
24.图1为本技术实施例的近海区岩石基坑的一种结构示意图。
25.具体地，参考图1本技术实施例提供了一种近海区岩石基坑，设置于近海区海底，近海区海底包括下层的岩石层11和上层的泥沙层12，近海区岩石基坑包括：坑体2，贯穿泥沙层12，且至少部分地位于岩石层11内，以使坑体2的底部位于岩石层11内；围绕坑体2的挡泥结构4，贯穿泥沙层12，挡泥结构4沿垂直坑体2的厚度方向的截面形状为纺锤形，且轴线沿第一方向x延伸；第一方向x与海流方向平行；多个围绕坑体2的第一固定桩3，位于坑体2与挡泥结构4之间，至少部分的第一固定桩3沿坑体2的深度方向穿入岩石层11。
26.本技术实施例的近海区岩石基坑建造于近海区的海底，海底的结构包括位于上层的泥沙层12和位于下层的岩石层11，岩石层11的结构强度较大，结构稳定，泥沙层12的结构强度较低，在海流的作用下呈现出一定的流动性。本技术实施例的近海区岩石基坑贯穿泥沙层12，且穿入岩石层11，以保证本技术实施例的近海区岩石基坑具备一定的结构强度。
27.坑体2是本技术实施例的近海区岩石基坑的主体结构，后续在本技术实施例的近海区岩石基坑内可以建造其他的建筑，例如，海洋桥梁的桥墩、海港码头的桩体、海上平台的支架。坑体2的顶部的开口位于泥沙层12的上表面，坑体2的一部分位于岩石层11，也就是说，坑体2的底部位于岩石层。
28.第一固定桩3设有多个，围绕坑体2的外侧设置。第一固定桩3贯穿泥沙层12并穿入岩石层11，并与岩石层11相互固定，从而固定坑体2周围的海底。多个第一固定桩3的排列形状与坑体2的形状相同，使得每个第一固定桩3到坑体2的距离基本相等，从而使多个第一固定桩3对坑体2的固定效果一致。此外，第一固定桩3也能够对泥沙层12起到一定的固定作用，从而减少坑体2周围的泥沙进入坑体2，方便本技术实施例的近海区岩石基坑的后续使用。在挖掘建造坑体2时，也能够减少进入本技术实施例的近海区岩石基坑的建造区域的泥沙，从而提高坑体2的挖掘效率。
29.挡泥结构4为围绕多个第一固定桩3的外周侧面，能够抵挡海流的冲击。因此，在本技术实施例的近海区岩石基坑完成建造后，挡泥结构4能够减少泥沙随海流进入坑体2，从而方便本技术实施例的近海区岩石基坑的后续使用。此外，挡泥解结构的横截面形状为沿第一方向x设置的纺锤形，第一方向x与海流的方向平行，使得海流能够次从挡泥结构4的两侧流过，减少海流对挡泥结构4的冲击，海流对挡泥结构4的冲击容易引起泥沙的堆积，因此，纺锤形的挡泥结构4能够有效地减少泥沙在本技术实施例的近海区岩石基坑的周围堆积，也能够减少泥沙进入坑体2。
30.需要说明的是，海流的方向在全年内很难一成不变，通常会在一定角度的范围内变化，此时可以以该角度范围的中线对应方向为海流的方向。此时，海流对挡泥结构4的冲击也能够维持在较低的范围内。
31.此外，第一固定桩3、挡泥结构4，都无需从海面伸出，只需要从海底伸出一定高度即可。
32.图2为本技术实施例的近海区岩石基坑的一种俯视图。图3为图2中本技术实施例的近海区岩石基坑的a-a截面的一种剖视图。
33.进一步地，参考图2和图3，挡泥结构4包括：多个围绕坑体2的第一骨架41，至少部分的第一骨架41穿入岩石层11，以使第一骨架41的一部分插设于岩石层11，并与岩石层11固定；多个与坑体2深度方向垂直的第二骨架42，第二骨架42为环形与所有第一骨架41连接；挡泥板43，包覆第一骨架41和第二骨架42形成的曲面的外侧，挡泥板43贯穿泥沙层12。
34.第一骨架41沿坑体2的深度方向贯穿泥沙层12，且穿入岩石层11，相当于，第一骨架41的一部分插入岩石层11，使得第一骨架41与岩石层11固定连接。同时，第一骨架41与岩石层11固定，用以为挡泥结构4提供沿坑体2的深度方向上的支撑。第二骨架42为环形，每个第二骨架42与每个第一骨架41都固定连接，且第二骨架42相对第一骨架41倾斜。第一骨架41和第二骨架42能够形成稳定的网状结构，从而支撑挡泥结构4，并在一定程度上提供足以抵抗海流冲击的支撑力。挡泥板43包覆第一骨架41和第二骨架42形成的结构，使得挡泥板43形成横截面为纺锤形的曲面外周面。挡泥板43用于抵抗海流，减少泥沙进入坑体2，因此，挡泥板43只需贯穿泥沙层12，可以与岩石层11抵接，也可以穿入岩石层11。
35.进一步地，挡泥板43形成横截面为纺锤形的台体的侧面，台体的横截面的尺寸上小下大。
36.将挡泥结构4设计成上小下大台体，使得海流冲击挡泥结构4时产生的反射流朝向背离海底的方向，即使反射流与入射流在远离海底的位置叠加形成湍流，湍流也不会在靠近海底的位置扰动起泥沙层12的泥沙。因此，有利于进一步减少海流对挡泥结构4的冲击，减少泥沙进入坑体2，进一步保护坑体2，以及坑体2后续会建造的建筑。
37.此外，挡泥结构4从海底伸出的高度应当不高于第一固定桩3。当海流经由挡泥结构4的顶部开口流动时，海流会在挡泥结构4的开口处产生湍流。由于第一固定桩3的高度高于挡泥结构4，第一固定桩3会从挡泥结构4的顶部开口伸出，从而阻碍海流产生湍流，进而减弱海流在挡泥结构4内部对泥沙的扰动，进一步减少进入坑体2的泥沙。挡泥结构4插入岩石层11的深度应当不深于第一固定桩3插入岩石层11的深度，从而降低当地结构穿入岩石层11对第一固定桩3对海底的固定效果的影响。第一固定桩3沿竖直方向插入岩石层11，使得多个第一固定桩3形成圆柱形，从而提高对泥沙层12和岩石层11的固定效果。
38.进一步地，本技术实施例的近海区岩石基坑还包括：泥沙壁5，位于泥沙层12，形成坑体2侧壁的一部分；泥沙壁5设有垂直坑体2厚度方向向外的第二固定桩，第二固定桩插入泥沙层12。
39.泥沙壁5为坑体2的侧壁的一部分，泥沙壁5用于阻碍位于挡泥结构4内侧的泥沙进入坑体2，从而方便本技术实施例的近海区岩石基坑的后续使用。也就是说，泥沙壁5作为坑体2在泥沙层12的侧壁使用。第二固定桩用于保证泥沙壁5的结构强度。第二固定桩插入岩石层11，以提高泥沙壁5的结构强度。第二固定桩插入岩石层11的深度小于第一固定桩3插入岩石层11的深度，从而减小第二固定桩插入对第一固定桩3固定周围海底的效果。
40.进一步地，泥沙壁5与挡泥板43之间填充有碎石。由于泥沙层12在海流作用下呈现出一定的流动性，因此，在泥沙壁5与挡泥板43之间填充碎石，能够使泥沙位于碎石之间的孔隙，从而削弱泥沙因海流而产生的流动性，进而减少进入坑体2的泥沙。此外，碎石也能够削弱泥沙层12附近的海流，进一步减少因海流而进入坑体2的泥沙。
41.图4为本技术实施例的近海区岩石基坑的建造方法的一种流程示意图。
42.参考图4，本技术实施例还提供了一种近海区岩石基坑的建造方法，用于建造本技术前述实施例的近海区岩石基坑。
43.具体的，本技术实施例的近海区岩石基坑的建造方法包括：步骤1，将挡泥结构4固设于近海区岩石基坑的建造位置的外周。
44.挡泥结构4不仅在近海区岩石基坑建造完成后能够抵抗海流冲击，减少泥沙进入近海区岩石基坑，在建造近海区岩石基坑的过程中，也能够抵抗海流冲击，提高建造的作业效率。
45.挡泥结构4到近海区岩石基坑的建造位置的最小距离与近海区岩石基坑的外接圆半径的比例小于等于第一系数，且挡泥结构4到近海区岩石基坑的建造位置的最小距离大于等于第一安全距离。挡泥结构4与近海区岩石基坑的建造位置之间的距离不宜过大，过大的距离会导致海流会经由挡泥结构4的顶部开口进入挡泥结构4内侧，依然会使泥沙进入近海区岩石基坑的坑体2内。挡泥结构4与近海区岩石基坑的建造位置之间的距离不宜过小，过小的距离会导致挡泥结构4影响坑体2周围海底的结构强度。其中，第一系数可以为0.2-0.3，第一安全距离可以为1-2m。
46.步骤1.1，确定近海区岩石基坑的建造位置的海流方向为第一方向x。
47.在建造近海区岩石基坑的过程以及近海区岩石基坑建造完成后，都会受到海流的冲击，因此，需要确定海流方向，以降低海流的负面影响。
48.此外，在建造近海区岩石基坑之前需要预先确定近海区岩石基坑的建造位置以及设计参数，包括但不限于深度和横截面尺寸。
49.步骤1.2，将挡泥结构4贯穿泥沙层12，穿入岩石层11，并使挡泥结构4的截面形状为纺锤形，且轴线沿第一方向x延伸。
50.沿海流方向建造挡泥结构4，在后续的近海区岩石基坑建造过程及近海区岩石基坑建造后，挡泥结构4都能够抵抗海流的冲击，从而降低海流对建造近海区岩石基坑的过程的影响，也方便近海区岩石基坑完成建造后的后续使用。由于挡泥结构4采用纺锤形，大部分海流会经由挡泥结构4的两侧流走，从而减少海流对挡泥结构4的冲击，降低海流对挡泥结构4内侧的影响。
51.步骤2，将第一固定桩3插设于近海区岩石基坑的建造位置的与挡泥结构4之间。
52.第一固定桩3能够固定近海区岩石基坑的建造位置周围的海底结构，在后续挖掘坑体2时，减少泥沙进入挖掘区域，从而使后续挖掘坑体2的过程的作业效率更高。此外，在近海区岩石基坑完成建造后，也能够保证坑体2周围的结构强度，降低坑体2发生形变的可能性，从而方便近海区岩石基坑的后续使用。
53.将第一固定桩3贯穿泥沙层12，穿入岩石层11，并使每个第一固定桩3到近海区岩石基坑的建造位置的距离均为第一距离，第一距离与近海区岩石基坑的内接圆半径比例小于等于第二系数，且第一距离大于等于第二安全距离。第一距离不宜过大，过大的第一距离会导致第一固定桩3远离坑体2，降低了第一固定桩3对坑体2周围海底的固定效果，削弱了坑体2的结构强度。第一距离也不宜过小，过小的第一距离会导致第一固定桩3影响近海区岩石基坑的后续使用。其中，第二系数可以为0.05-0.1，第二安全距离可以为0.5-1m，步骤3，将近海区岩石基坑的建造位置的泥沙层12吸出，以暴露岩石层11。
54.由于挡泥结构4和第一固定桩3的设置，在抽吸泥沙的过程中，可以减少外界进入近海区岩石基坑的建造位置的泥沙，从而提高作业效率。
55.步骤3.1，将近海区岩石基坑的建造位置的泥沙层12吸出。
56.可以先对泥沙层12进行一定程度的挖掘，再通过抽吸设备将泥沙层12剩余的泥沙抽吸出来，从而实现岩石层11的暴露。
57.步骤3.2，在挡泥结构4与第一固定桩3之间添加碎石。
58.使泥沙位于碎石之间的孔隙，从而削弱泥沙因海流而产生的流动性，进而减少进入坑体2的泥沙，进一步提高作业效率。
59.步骤4，在暴露的岩石层11挖掘，以形成坑体2。
60.当岩石层11已经暴露出来后，可以直接采用挖掘设备对岩石层11进行挖掘以形成坑体2。
61.步骤5，加固坑体2，以形成结构稳定的近海区岩石基坑。
62.可以在坑体2的侧壁设置泥沙壁5，以进一步减少进入坑体2的泥沙。在加固坑体2时，可以预先对近海区岩石基坑进行形变预测，针对更容易发生形变的位置进行加固。示例性地，可以采用msd方法来对近海区岩石基坑进行形变预测。其中，通过分析近海区岩石基坑挖掘后坑体2周围的应力与挖掘前的应力变化，来分析近海区岩石基坑建造完成后，坑体
2周围的应力应变变化。根据能量守恒定律，坑体2周围的应变能、坑体2周围的泥沙和岩石的重力势能、第一固定桩3受力弯曲的应变能，三者能量守恒，能够获得坑体2周围可能发生的位移和形变，从而判断容易发生明显形变的区域，并针对容易发生明显形变的区域进行重点加固。
63.此外，在近海区岩石基坑完成建造后，到近海区岩石基坑的后续使用之间，可能存在一段时间间隔。因此，可以对近海区岩石基坑进行检测，以及时发现近海区岩石基坑的过度形变，以保证近海区岩石基坑的后续使用能够顺利进行。
64.综上所述，本技术实施例提供了一种近海区岩石基坑及建造方法，通过设置贯穿泥沙层并穿入岩石层的第一固定桩来固定基坑周围的岩石层和泥沙层，从而保证本技术的近海区岩石基坑的结构强度；在第一固定桩的外侧设置围绕坑体的挡泥结构，能够抵抗海流的对泥沙的冲刷，从而减少因海流冲砂而进入坑体的泥沙，以方便对本技术的近海区岩石基坑的后续利用；将挡泥结构设置为沿海流方向的纺锤形，使得海流能够顺利地流经挡泥结构的两侧，减少海流对挡泥结构的迎流面的冲击，减少泥沙在挡泥结构的影流面的囤积，进而减少海流对基坑的影响。
65.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。