CN107709669A - 沿码头岸壁的水下底部的冲刷防护结构及提供该防护结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沿码头岸壁水下底部的冲刷防护结构。该冲刷防护结构包括尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石的基础/找平层，以及多个预制钢筋混凝土板，这些钢筋混凝土板相邻地定位在基础/找平层的顶部，并且在板的边缘之间具有间隙，板的横向尺寸至少为3.5 m。还描述了一种提供沿码头岸壁水下底部的冲刷防护的方法。
Description
背景技术
本发明涉及一种沿码头岸壁延伸的水下底部的冲刷防护结构。本发明还涉及提供这种冲刷防护结构的方法。
海运在数量和规模两方面都在不断增加。过去十年，海运业的发展呈现出增长的特点。船舶越来越大，以便能够承载尽可能多的载荷。货船和邮轮规模的不断扩大对港口基础设施产生了重要影响，因为船坞需要被造的更深，并且码头岸壁需要更加坚固。此外，目前正在开发的更大的船舶配备的动力远远高于迄今为止已知的动力。与这些船舶上使用的更大且动力更强的螺旋桨相关联的、作用在码头岸壁和码头岸壁前的港口水下底部的流速预计将增加至可能对码头岸壁、特别是港口水下底部造成严重损害的级别。由于现代船舶倾向于具有诸如船首推进器和船尾推进器的次级推进***，以增加船舶的机动性，因此，特别是在停泊时，这种破坏性作用更是一个问题。
港口水下底部的冲刷防护是广为人知的。现有的在码头岸壁的坡脚的冲刷防护可以包括颗粒防护，在其中可以添加液态沥青胶浆以增加强度。其他已知的冲刷防护包括混凝土块、岩石或者纤维石沥青的沉床。这些沉床易于用在水下底部，并且由于沉床的灵活性，对于大多数应用都能够提供足够的强度。然而，这些材料可能并不总是提供足够的防护，或者可能在现场不可获得。
FR2125826 A5公开了一种用于堤坝的冲刷防护，其包括由互锁的预制混凝土块覆盖的滤层。这些块在一侧具有与设置在相对侧上的锥形腔互锁的锥形突起。根据第2页，第25-28行，这种互锁方式和块的相对较小的尺寸允许块相互枢转并适应凹凸不平的底土。尽管多个互锁块为堤坝提供了防护和透水性，但是鉴于上述讨论的作用在水下底部的力在日益增大，对于沿码头岸壁的水下底部区域的保护将被改进。
本发明的目的是提供一种比已知的冲刷防护更加有效的对于沿码头岸壁延伸的水下底部的冲刷防护。
发明内容
上述的和其他的目的通过根据权利要求1的沿码头岸壁水下底部的冲刷防护结构来提供。本发明的冲刷防护结构包括尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石的基础/找平层，以及多个预制的钢筋混凝土板，这些钢筋混凝土板相邻地定位在基础/找平层的顶部，并且在板的边缘之间具有间隙，板的横向尺寸至少为3.5m。已经证明，根据本发明的基础/找平层为混凝土板提供了可靠和充分的支撑或基础，并且板边缘之间的间隙在本发明提供的长效保护中是有用的。所要求的基础/找平层的尺寸分布为所述层提供了足够的支撑和找平的组合功能，其随着时间的流逝抑制板中的裂纹和/或裂纹的产生。
已知的所使用的典型的沉床或颗粒防护形式的冲刷防护需要高达1-5吨的大而重的岩石，以承受船只产生的典型推力。这些岩石可能不容易获得，并且还需要被应用在相当厚的层中。这降低了沿码头岸壁的最大可用水深。本发明的冲刷防护不具有这种缺点。已知的颗粒防护也可能需要准确的安装和找平。因此所获得的冲刷防护厚度和密度是相当不确定的，并且在一定程度上取决于起重机驾驶员的经验。由客户或承包商完成工程时进行的质量控制测试，特别是最小厚度和密度的测量可能导致广泛而且不希望的变化。本发明的冲刷防护不具有这个问题，并且为冲刷防护提供准确的厚度和密度。这允许精确地定义水下底部的深度，至少超过3.5米的距离。由于板的尺寸，它们的重量在很大程度上防止了板相对于彼此的重新排列。因此，水下底部深度可以精确地维持在比3.5米更大的距离上。
基础/找平层包括具有本发明所要求保护的尺寸分布的岩石，由此该工作岩石可以包括任何颗粒材料，例如天然和/或人造的岩石和/或石头。
板边缘之间的间隙宽度可以根据基础/找平层岩石的选定尺寸分布来选择。本发明的一个特别优选的实施方案提供的冲刷防护，其间隙宽度范围为10-100mm，更优选为20-90mm，最优选为30-60mm。优选的实施例有助于防止在板下方的水下底部层之外的冲刷，并增加冲刷防护的稳定性。混凝土板之间的间隙应沿着至少两个板中的每一个的一个边缘存在，优选为沿至少三个板中的每一个的两个边缘，更优选为沿着至少四个板中的每一个的三个边缘，最优选为沿着至少五个板中的每一个的四个边缘。间隙可以沿着大致平行于码头岸壁的方向延伸的边缘存在，和/或可以沿着大致垂直于码头岸壁的方向延伸的边缘存在。板间的间隙宽度优选为常数，但可沿着两个相邻定位的板的边缘变化，优选为在平均间隙宽度的50％以内，更优选为在平均间隙宽度的20％内，最优选为在平均间隙宽度的10％以内。
根据本发明的冲刷防护的有益效果在于允许沿码头岸壁可用水深最大化。已经证明，例如，基础/找平层特别是混凝土板的平均厚度可以选择为比已知的颗粒冲刷防护小得多。在本发明的一个实施例中，提供了冲刷防护，其中板具有的厚度范围为200-500mm，更优选为275-425mm，最优选为325-375mm。这些优选的厚度提供了所需的侵蚀防护，并且还允许在将板定位在水下底部的同时处理这些板。
本发明的冲刷防护的一个重要优点涉及一种实施例，其中混凝土板被设置在基础/找平层上，而不需要板的相互连接。这有助于用另一块板更换损坏的板。板的相对较大的尺寸（和重量）使得可以通过阻碍它们的相互重新排列来减少甚至避免板的互锁。
根据本发明的冲刷防护需要混凝土板边缘之间的间隙。为了便于正确的定位，该实施例涉及冲刷防护，其中板的边缘设置有距离保持装置或间隔突缘。间隔突缘可以是与板分离的或与板成一体的，并且可以由混凝土、木材、橡胶或其它聚合物、金属和其它合适的材料制成。间隔突缘或距离保持装置有助于维持所需的板边缘之间的间隙。
本发明的冲刷防护包括尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石的基础/找平层。Dn50是指被50％（重量）的岩石超过的标称岩石尺寸。本发明的其它有用的实施例提供的冲刷防护，其中岩石的尺寸分布符合100<Dn50<185mm，更优选为100<Dn50<155mm，最优选为110<Dn50<130mm。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种冲刷防护，其中岩石的尺寸分布被选择为使得至多10％（重量）的岩石具有小于100mm的尺寸，和/或至多10％（重量）的岩石具有大于225mm的尺寸。在特别有用的实施例中，至少80％（重量）的岩石具有在100-225mm之间的尺寸。
基础/找平层用于支撑混凝土板，并将力分配给底层土壤。在本发明的有用的实施例中，提供了一种冲刷防护，其中基础/找平层在200mm以内，更优选为在100mm以内。基础/找平层可以是水平的，但是也可以具有与水平方向成角度的倾斜度，其中该角度可以在0-40度之间，更优选为在0-30度之间，最优选为在0-20度之间。
根据本发明的冲刷防护可以在设置在水下的任何深度。在本发明的优选实施例中，提供了冲刷防护，其中至少一些板被设置在的深度至少为15m，更优选为至少20m，最优选为至少25m。
冲刷防护的混凝土板可以具有任何形状并且可以是弯曲的或扁平的。本发明的一个实施例涉及冲刷防护，其中板是平面的，并且板的边缘是直的并且在垂直于板平面的厚度方向上延伸。本发明的实际实施例提供冲刷防护，其中板具有的横向尺寸为至少5m，更优选为至少6m，最优选为至少7m。优选的冲刷防护包括至少一些尺寸为8×8×0.35m的板，每个尺寸的变化范围为至多40％，更优选为至多30％，最优选为至多20％。
冲刷防护可以在垂直于码头岸壁的1-10m的，或者超过10m的，或者超过100m的横向距离延伸。冲刷防护可以在仅仅几米，优选为超过100m，更优选为超过1km的平行于（沿着）码头岸壁的纵向方向上延伸。
本发明还提供了冲刷防护的实施例，其中板设置有从板的前表面延伸到其后表面的多个孔。这些孔与板间的间隙相互作用，以防止可能使板不稳定的上升力。这些孔还有助于将板置于水下底部。
板上的孔的数量可以在较大的范围内选择。在本发明的冲刷防护的优选实施例中，一个板上的孔的数量为10-100，更优选为20-90，最优选为30-80。优选的孔的密度范围为每平方米0.5至5个孔，更优选为每平方米0.8至3个孔，最优选为每平方米0.9至2个孔。孔的截面尺寸（例如圆柱形孔的直径）可以在较大的范围内选择，但优选为在20-200mm之间，更优选为在40-150mm之间，最优选为在50-100mm之间。
为了增加安装的便利性，根据本发明的冲刷防护的实施例的特征在于，板包括起吊支架。起吊支架在板的铸造期间可以集成到混凝土板中，并且起吊支架可以包括例如钢支架。
本发明的冲刷防护的混凝土板优选在必须提供冲刷防护的场所或其附近预先制造。板包括多个加强条（钢筋）形式的钢筋，其数量和性能根据众所周知的计算原理确定。当板放置在水下并且起吊和定位到基础/找平层上时, 钢筋在为板提供必要的强度的方面有重要作用。
在一个实施例中获得了冲刷防护的改进，该实施例还包括优选设置在基础/找平层下方的土工织物层。水下底部可以首先设置可以部分延伸到码头岸壁下方的土壤过滤层。在本实施例中，水下底部覆盖有土工织物层。土工织物层通常彼此平行放置并且具有一定的重叠，并且优选地在其上设置基础/找平层。
本发明还涉及一种用于在沿码头岸壁水地区域提供冲刷防护的方法。本发明的方法包括在水下底部提供尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石基础/找平层，并且将多个预制的钢筋混凝土板相邻地定位在基础/找平层的顶部上，使得在板的边缘之间留下间隙。冲刷防护对于在相当大的至少15m的深度的水下布置是特别有利的，更优选为至少20m，最优选为至少25m。
通过从船舶，优选为具有水落管的船舶，从起重机，或从其他任何合适的工具或装置将岩石倾倒至水中，可以便利地将基础/找平层设置到现有的水下底部。板的起吊和随后将板定位到基础/找平层上可以便利地通过起吊装置来实施，起吊装置优选地设置有起吊框架，板可方便地悬挂在起吊框架上。起吊框架和/或板本身可以设置有定位和/或测量工具，例如声纳等。
本发明的优选实施例涉及一种方法，其中，板被定位成使得板的边缘之间的间隙为20-100mm，更优选为30-90mm; 其中，板具有的厚度范围为200-500mm，更优选为275-425mm，最优选为325-375mm；其中，板的边缘设置有距离保持装置或间隔突缘；其中，岩石的尺寸分布符合110<Dn50<130mm；其中，岩石的尺寸分布被选定为使得至多10％（重量）的岩石小于100毫米，和/或至多10％（重量）的岩石大于 225毫米；其中，基础/找平层在200mm以内; 其中，至少一些板被设置在的深度至少为15m，更优选为至少20m，最优选为至少25m；其中，板是平面的，并且板的边缘是直的并且在垂直于板平面的厚度方向上延伸；其中，板设置有从板的前表面延伸到其后表面的多个孔，其中，所述孔的数量范围为10-100，更优选为20-90，最优选为30-80；其中，板具有的横向尺寸为至少5m，更优选为至少6m，最优选为至少7m；其中，至少一些板具有8×8×0.35m的尺寸，每个尺寸的变化范围为至多40％。其中，至少一些板包括起吊支架，并且板通过连接到该支架的线缆起吊；和/或其中，设置有土工织物层，优选地设置在基础/找平层的下方。
明确地指出，本申请中公开的本发明的实施例能够以这些实施例的任何可能的组合来组合，并且每个实施例分别可以是分案申请的主题。
附图说明
现在将参考附图更详细地阐述本发明，但本发明不限于此。如图所示：
图1示意性地展示了码头岸壁的横截面，在其根部设有根据本发明的冲刷防护结构的实施例；
图2示意性地展示了码头岸壁的横截面，在其根部设有根据本发明的冲刷防护结构的另一个实施例；
图3A示意性地展示了图2中冲刷防护结构的一部分的侧视图；
图3B示意性地展示了图2中冲刷防护结构的一部分的俯视图；
图3C示意性地展示了混凝土板的侧视图，该混凝土板是图2中冲刷防护结构的一部分；
图3D示意性地展示了图3B中冲刷防护结构的A部分的详细的俯视图；和
图4示意性地展示了用于将本发明的实施例的混凝土板放置在沿码头岸壁的水下底部的起吊框架的透视图。
具体实施方式
参考图1，巨型船舶沿码头岸壁停靠。船舶1可以是任何尺寸相当大的船舶，并且其包括用于说明目的的马拉卡卡马克（Malaccamax）集装箱船。马拉卡卡马克（Malaccamax）船具有仍然允许通过马六甲海峡的限航区的最大尺寸。马拉卡卡马克（Malaccamax）集装箱船通常具有约21m的吃水深度，其与例如VLCC（超大型原油运输船）相当。马拉卡卡马克（Malaccamax）集装箱船通常具有以下特征：
满载吃水 - 21m
船舶总长度（Loa） - 470m
梁（B） - 61.5m
干舷（F） - 14m
型长（Lbp） - 437.5m
排水量（Md） - 435000t
载重量（Dwt） - 435000t
方形系数 0.751
受风面积 - 18600m2
船舶1在满载状态下的推进细节可概括如下：
主螺旋桨（双）直径 - 10m
主发动机功率 - 螺旋桨90000kW
船尾/船首推进器直径 - 3.5米
3船尾/3船首推进器功率 - 螺旋桨3700kW
其产生了相当大的流速冲击码头岸壁和码头岸壁坡脚之前的水下底部。全功率下的典型射流速度对于主螺旋桨为约14m/s，对于组合推进器大约为6m/s。根据本发明的冲刷防护足以防护这些部件免受侵蚀。
船舶1具有约21m的吃水部11，并且在水10上方延伸约14m的距离12。水位是0.3mCD（海图基准面）。码头岸壁2的坡脚为-23.5m CD，而沿码头岸壁2的水域的最大深度为-26.5m CD。船舶1在其船尾配备有两个主螺旋桨13。船尾推进器未展示。
如图1所示，码头岸壁本身包括填充有疏浚材料21的多个沉箱20（仅为示例性目的，不限制本发明）。该多个沉箱20设置有钢顶板22，并且在沿码头岸壁2的方向上延伸数公里。沉箱20搁置在压实的砂槽23基础层上，该砂槽23基础层上设置有岩石堆24的顶层。砂槽23优选地被压实并且已经设置在底部材料25的疏浚容积中。沉箱20在顶部设置有由沿码头岸壁1延伸的保持脊部件27保持的额外的砂堆26。
在图2中示出了沿码头岸壁1的水下底部25的冲刷防护结构3的实施例，其包括岩石的基础/找平层4，该基础/找平层4的尺寸分布符合Dn50=120mm，至多10wt％的岩石小于100mm，至多10 wt％的岩石大于225mm，多个预制的钢筋混凝土板5，这些混凝土板5相邻的定位在基础/找平层4的顶部，并且在板5的边缘51之间留有间隙50。板5包括8×8m宽和0.35m厚的多个平面方形板5a。在码头岸壁2的坡脚设有多个矩形的钢筋混凝土板，尺寸为长4m，宽8m，厚0.5m。冲刷防护结构3的另一端包括多个矩形钢筋混凝土板，尺寸为长3.5m，宽8m，厚0.35m。基础/找平层4的厚度40为约0.5m，并且其厚度朝向码头岸壁2的方向逐渐增加，在靠近码头岸壁坡脚约1.5m的位置增加到厚度41。基础/找平层4的坡度42约为11度。
图2所示的冲刷防护结构3还包括设置在基础/找平层4和底部25之间的土工织物层6。土工织物层包括PP土工织物，并且土工织物层从码头岸壁2的坡脚延伸到水域10的加深区域60的相对端。
如图3A至3D所示，根据本发明的实施例的冲刷防护结构3包括厚度40为约0.5m的基础/找平层4和多个厚度50为约0.35mm的钢筋混凝土板5a。板5a之间的间隙宽度51的范围为40-80mm。如图3B和图3D的俯视图中所示，其展示了图3B的板5的细节A，板5a的边缘58设置有间隔突缘53以提供间隙宽度51。在每个板5a的角部都设置有加强条53。
板5a还设置有多个从板5的前表面55a延伸到其后表面55b的孔54。大约64个孔被规则地分布在表面（55a，55b）上。板5还包括起吊支架56，如图3C的侧视图所示。
参考图4，展示了用于提供沿码头岸壁2的水下底部25的冲刷防护结构3的方法的实施例。该方法包括在水下底部25提供尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石基础/找平层4，并且将多个预制的钢筋混凝土板5相邻地定位在基础/找平层4的顶部上，使得在板5的边缘58之间留下间隙。通过合适的起吊装置，例如从岸上、从船舶或者从浮筒操作的起重机（未展示），可以便利地将板5放置在基础/找平层4的顶部上。起吊框架7悬挂在起重机吊钩的线缆71上。在起吊框架7的四个角部附着悬挂线缆72，该悬挂线缆72可由设置在框架7上的合适的机构73来释放或缩回。板5上连接有线缆72，通过降低起重机悬臂和/或释放线缆（71,72）将板5送入水下。间隔突缘52允许将板5定位在基础/找平层4上，使得在相邻定位的板5的边缘58之间维持适当的间隙宽度。框架7还可以设置有用于板5的精确定位的声纳或其他定位***。板5中的孔54允许在入水的同时，水能从板5的下面排出，这进一步有助于板5的精确放置。
Claims (16)
1.一种沿码头岸壁的水下底部的冲刷防护结构，其特征在于，包括：尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石的基础/找平层，以及多个预制钢筋混凝土板，这些钢筋混凝土板相邻地定位在基础/找平层的顶部上，并且在板的边缘之间留有间隙，板的横向尺寸至少为3.5m。
2.根据权利要求1所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述间隙的宽度为10-100mm，更优选为20-90mm，最优选为30-60mm。
3.根据权利要求1或2所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述板具有的厚度为200-500mm，更优选为275-425mm，最优选为325-375mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述板的边缘设置有距离保持装置或间隔突缘。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述岩石的尺寸分布符合110<Dn50<130mm。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述岩石的尺寸分布被选择为使得至多10wt％的所述岩石具有小于100mm的尺寸，和/或至多10 wt％的所述岩石具有大于225mm的尺寸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述基础/找平层达到200mm以内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，至少一些所述板被设置在深度至少为15m处，更优选为至少20m处，最优选为至少25m处。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述板是平面的，且所述板的边缘是直的并在垂直于所述板的平面的厚度方向上延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述板设置有从所述板的前表面延伸到其后表面的多个孔。
11.根据权利要求10所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述孔的数量为10-100，更优选为20-90，最优选为30-80。
12.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述板具有的横向尺寸为至少5m，更优选为至少6m，最优选为至少7m。
13.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，至少一些所述板具有8×8×0.35m的尺寸，每个尺寸的变化范围为至多20%。
14.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，所述板包括起吊支架。
15.根据前述权利要求中任一项所述的冲刷防护结构，其特征在于，还包括土工织物层，该土工织物层优选设置在所述基础/找平层的下方。
16.一种提供沿码头岸壁的水下底部的冲刷防护结构的方法，其特征在于，包括在水下底部提供尺寸分布符合100<Dn50<225mm的岩石基础/找平层，并且将多个预制的钢筋混凝土板相邻地定位在基础/找平层的顶部上，使得在板的边缘之间留有间隙。
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