重力式碼頭基床的銑削成型系統及重力式碼頭結構的施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種重力式碼頭基床的銑削成型系統，其含有如下組成：架設于待處理海床上方的水上施工作業平臺，及設置于水上施工作業平臺表面的縱移軌道，及行駛于所述縱移軌道的移動臺車，及設置于移動臺車表面的橫移軌道，及行駛于所述橫移軌道的銑削臺車，所述銑削臺車底部向海床延伸出銑削機刀桿，銑削機刀桿底部安裝有銑削刀頭，所述銑削機刀桿可以在垂直方向移動。本發明提供一種在海床上直接進行機械式銑削成型基床表面的技術，適用于基巖埋深較淺、基巖裸露或珊瑚礁盤上建造重力式碼頭結構，具有因地制宜的高效、快捷、低成本的優勢。
【專利說明】重力式碼頭基床的銑削成型系統及重力式碼頭結構的施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種重力式碼頭結構的施工技術。
【背景技術】
[0002]常規的重力式碼頭結構為在海床上開挖的基槽、拋石基床、重力式構件、卸荷板、胸墻等結構組成。基槽的開挖常采用抓揚式挖泥船、絞吸式挖泥船工程船舶進行基槽的開挖。因地質結構的不同，挖泥量一般都較大，如遇到比較堅硬的地質結構，還需輔以爆破炸礁、清礁等水上作業。由于開挖基槽的施工設備為水上漂浮式船舶，因此基槽的成型精度比較低，超寬、超深的量級達0.5m以上，因此即使是比較堅硬地質結構，地基承載能力很強的情況下，在成型后的基槽上也都設計鋪設一層拋填塊石的過渡層，形成安裝重力式構件的基床。基槽開挖成型后，在基槽上進行拋填塊石、片石或攤鋪碎石，為增加石料層的密實度，還需對基床進行夯實，然后再由潛水員進行水下整平，形成可以安裝重力式結構件的拋石基床表面。
[0003]為使拋石基床結構滿足承載力的要求，拋填基床選用的石料材質一般較好，并有一定的級配要求；為減少工后沉降，需對拋石基床進行重力夯實或水下爆破夯實，如基床較厚，還需進行分層拋填和夯實；為滿足重力式碼頭主體結構物(混凝土方塊、沉箱、扶壁、圓筒等)的安裝平整度，在基床夯實后需潛水員在水下對基床面進行粗、細平的整平施工作業。施工工序多，耗用的地材、人力、船機設備資源多，整個施工期也比較長，特別是基槽開挖過程,對海床擾動很大,開挖出的廢棄物多,對海洋環境污染比較大。并由于重力構件坐落空隙率較大的拋石基床上，碼頭完工后仍難以避免一定量工后沉降。
[0004]特別是在類似珊瑚礁盤一類的松軟“基巖”上，由于這種地質結構本身具有相當高的強度，并且相比常規的在砂泥質地質地基上開挖后，再拋填一定厚度的塊石形成拋石基床的結構，從承載力上分析，直接作為重力式碼頭的基床面是完全可行的。
[0005]采用常規的挖泥船進行水上開挖比較困難，但采用鉆孔灌注樁施工效率比較低、耗用資源多、施工作業面大，輔助作業工序多、對環境污染大，在海工條件下較少采用，更無法適應高效、快捷、大范圍的施工以及島礁快速成島施工的要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于彌補現有技術的不足，提供一種在海床上直接進行機械式銑削成型基床表面的技術，適用于基巖埋深較淺、基巖裸露或珊瑚礁盤上建造重力式碼頭結構，具有因地制宜的高效、快捷、低成本的優勢。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0008]一種重力式碼頭基床的銑削成型系統，含有如下組成:
[0009]架設于待處理海床上方的水上施工作業平臺，及
[0010]設置于水上施工作業平臺表面的縱移軌道，及[0011]行駛于所述縱移軌道的移動臺車，及
[0012]設置于移動臺車表面的橫移軌道，及
[0013]行駛于所述橫移軌道的銑削臺車，所述銑削臺車底部向海床延伸出銑削機刀桿，銑削機刀桿底部安裝有銑削刀頭，所述削機刀桿可以在垂直方向移動。
[0014]一種重力式碼頭基床的銑削成型方法，包括以下步驟:
[0015](I)采用如上所述的系統在待處理海床的基巖上進行銑削加工，形成平整度滿足構件安裝的基床平面；
[0016](2)直接在銑削加工的基床表面安裝重混凝土預制構件。
[0017]為提高基床面與混凝土預制構件底平面的抗滑移能力，可通過銑削可加工出帶前趾擋墻結構的基床，也可在基床面上銑削加工出有凹、凸榫結構的基床，增加了重力式構件底部與基床面的的配合精度，以增強碼頭結構的整體抗滑移穩定性。
[0018]由于是在有一定強度的巖性地質結構上采用機械銑削成型的基床結構，而不是顆粒松散狀片石拋填形成的基床面，因此可按海床面的地質地貌的實際情況，可靈活的設計成多階梯型的基床結構，即可減少基床成型的開挖，又可減少預制重力式構件的混凝土總量。
[0019]具體來說，步驟2中的混凝土預制構件包括混凝土實心方塊、空心方塊、沉箱、沉管隧道管節中的一種或多種。
[0020]進一步地，步驟I可先采用漂浮式絞吸式挖泥船對海床進行預處理后，再采用如上所述的系統進行銑削加工處理。
[0021]對于待處理海床的原始基巖面高差較大的情況，所述步驟I還包括對基巖進行分層銑削加工的處理。
[0022]銑削刀頭通過銑削臺車在橫移軌道的移動、移動臺車在縱移軌道的移動及銑削刀桿的垂直上下運動，實現銑削刀頭的三維運動。
[0023]由于機械銑削加工設備是安裝于剛性支撐在海床(河床)上的水上平臺，有別于鉸吸式挖泥船的絞刀架安裝在漂浮式的船體上，因此可在基巖上銑削出平面度達到相當高的一個基床表面(可以達到:±10mm以上的精度)，能夠滿足構件可以直接安裝平整度要求的基床表面。本發明特別適用于在非堅硬基巖地質結構上建造重力式碼頭的一種新穎的基床成型技術。配合水上施工平臺、縱橫移動軌道、回旋銑削刀頭，采用機械銑削技術，在基巖上進行分層(當原始基巖面高差較大，可采用分層銑削)銑削加工成型，基床面達到標高要求后，就可直接在基床面上進行重力式碼頭的混凝土預制構件的安裝。
[0024]基床表面采用銑削成型技術特別適合于基巖埋深較淺、基巖裸露、基巖強度較低的如:珊瑚礁盤、砂巖等強度不高，壓縮性較大的地質結構上建造重力式碼頭。應用該技術進行基床表面的成型，機械化程度高，基床面平整精度高，構件安裝質量好，施工周期短，耗用資源少；由于施工中不需大量的開挖土石方量廢棄后，再進行拋填石方成型基床，極大的減少了對海洋環境以及水域的污染，節約了能源。該項施工技術能夠快速優質地成型重力式碼頭的基床，滿足海洋施工環境下，特別是在“地材”比較奇缺的島礁進行快速成島施工，并可最大限度的保護海洋環境、島礁生態。
[0025]重力式碼頭設計規范，拋石基床的極限承載力一般在0.15?0.3MPa，而在珊瑚礁盤上銑削成型的基床的極限承載力就接近珊瑚礁本身的極限承載力，因此這種基床面承載能力比前者高出一兩個數量級。并且在常規的碼頭載荷作用下，珊瑚礁基床基本無工后沉降的因素存在。因此極大的提高了碼頭整體結構的承載能力。
[0026]本發明由于基床成型的工序少，機械作業效率高，比傳統的基床施工:開挖、骨料拋填、夯實、粗平、細平的工藝簡單，因此耗費資源少，水上施工需要的工程船舶數量少，施工作業效率高。
[0027]傳統的基床施工中，即使基床位置部分的地質已經是巖性結構，但為滿足整體基床平整的要求，不得以仍需采用炸礁作業的方式，清除這部分堅硬的結構。而本發明則可采用機械銑削加工方式，根據需要，直接在巖性結構上銑削加工成型基床面。
[0028]當基床平面在水下較深時，人工深潛進行基床的整平作業不但效率低、成本高，而且作業風險較大。由于本發明的重力式構件安裝的基床面是采用機械銑削加工方式成型，因此無需潛水員在水下進行整平作業。
[0029]本發明充分利用了碼頭選址的原始地貌和地質條件，取消了松散、承載能力有限的可壓縮的片石層，極大的增強了碼頭的承載能力，特別適用于非堅硬巖石的地質結構上構建重力碼頭。由于施工中減少基床的開挖量，廢棄物較少，也不需二次拋填基床骨料，最大限度的保護海洋環境、島礁生態。因施工工序簡單，投入的大型水上施工船機設備少，工序機械化程度、作業效率高，能耗較少。
[0030]本發明特別適合于基巖強度較低的如:珊瑚礁盤、砂巖、鈣質巖等地質結構上修建重力式碼頭結構。該技術機械化程度高，施工工序少，耗用的水上工程船舶少，基床平整度高，能夠快速優質的成型重力式碼頭基床，滿足海洋施工環境下，特別是在地材比較奇缺的外海珊瑚島礁盤進行快速、大面積的成島施工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是重力式碼頭基床銑削成型系統立面示意圖。
[0032]圖2是重力式碼頭基床統削成型系統平面不意圖。
[0033]圖3a?3d是銑削成型的重力式碼頭斷面示意圖，其中圖3a中的是混凝土方塊或沉箱；圖3b中的是混凝土實心方塊；圖3c中的是帶前趾檔邊的基床；圖3d中的是帶凹、凸榫結構的基床。
[0034]圖4是銑削成型的階梯式基床結構示意圖。
[0035]圖5是銑削刀頭工作軌跡線示意圖。
[0036]其中，1、水上施工平臺2、支撐樁腿3、縱移軌道4、銑削機頭5、銑削臺車6、移動臺車7、銑削機刀桿8、銑削刀頭9、橫移軌道10、銑削臺車進刀絲桿11、锪銑成型基床平面12、混凝土方塊或沉箱13、混凝土實心方塊14、前趾擋邊15、凹、凸榫結構16、階梯式基床17、統削刀頭軌跡線18、銑削刀中心回銑軌跡線19、銑削刀中心軌跡線20、月牙殘留邊
【具體實施方式】
[0037]現結合附圖，對本發明的重力式碼頭基床銑削成型系統及重力式碼頭基床的銑削成型方法加以說明。
[0038]首先安裝如圖1及圖2所示的重車式碼頭基床銑削成形系統。水上施工平臺I通過支撐樁腿2在待進行銑削加工的基床位置上進行定位，水上施工平臺I上安裝有縱移軌道3供移動臺車6進行縱向移動，移動臺車6上安裝橫移軌道9，供銑削臺車5可進行橫向移動銑削進刀。銑削臺車5底部向海床延伸出銑削機刀桿7，銑削機刀桿7底部安裝有銑削刀頭8，所述銑削機刀桿7可以在垂直方向移動。銑削刀頭8通過銑削臺車5在橫移軌道9的移動、移動臺車6在縱移軌道3的移動及銑削機刀桿的垂直上下運動，實現銑削刀頭的三維運動。
[0039]銑削臺車5通過GPS或全站儀引導定位、先進行一個刀位的縱向進刀銑削，之后鎖位于縱移軌道3上，然后銑削臺車5沿移動臺車上的橫移軌道，在進刀絲桿的驅動下，進行橫向銑削一個條帶的基床平面，完成第一條帶的基巖銑削后，再按上述的步驟進入下一個循環，直到銑削出一個工位的基床平面。由于一般的碼頭岸線比較長，整個的基床平面比較大，完成一個工位的作業后，再移動水上施工平臺，重復進行下一個工位的定位、銑削作業，直到完成整個的基床平面的銑削。
[0040]當原地貌與設計的基床高差較大，覆蓋層厚度較大時，可在一個工位上進行分層銑削或對基床上的深厚覆蓋層采用其他的施工方式:如鉸吸船、液壓挖掘機、爆破等工藝進行預處理，然后在用本銑削成型技術進行基床的精細加工，滿足直接安裝重力式構件的平面精度要求。
[0041]如圖3a為一般情況下，安裝在銑削成型的基床上的沉箱或混凝土空心方塊12。圖中圖3b為一般情況下，安裝在銑削成型的基床上的混凝土實心方塊13的示意圖。圖3c為銑削成型并帶有前趾擋邊14的基床結構，該結構可有效的增加安裝的混凝土結構件的抗滑移能力，提高碼頭結構的承載能力。圖3d為銑削成型并帶有凹、凸榫結構15的基床，該結構也可有效的增加安裝的混凝土結構件的抗滑移能力，提高碼頭結構的承載能力。
[0042]由于銑削成型工藝是在有一定強度的巖性地質結構上采用機械銑削成型的基床結構，基巖的直立性良好。基床不是顆粒松散狀片石拋填形成，因此可按海床面的地質地貌的實際情況，可靈活的設計成多階梯式基床16，如圖4所示，即可減少基床成型的開挖，又可減少預制重力式構件的混凝土總量。
[0043]如圖5所示為銑削刀中心工作軌跡線如示意圖，按“之”形軌跡對基床進行銑削加工。由于銑削刀具為圓柱形，按上述的“之”形切削后，會在基床的兩邊緣上留下月牙弧段。因此采用銑刀“回銑” 一個刀具半徑長度的軌跡線，消除牙弧殘留邊。
[0044]應用領域
[0045]南海島礁有相當一部分都是有千萬年來由珊瑚礁盤形成，珊瑚礁盤屬非堅硬的碳酸鈣沉積而成。珊瑚礁的抗壓強度在10?25MPa左右，最適合采用銑削成型的技術建造重力式碼頭結構的碼頭。該技術的碼頭基床，一次加工成型，工序減化，可直接安放重力式的方塊、沉箱結構件，工效高，碼頭結構穩定性好，無工后沉降的因素。建造成本低，耗用資源少，施工期間的廢棄物少，減少對施工環境的污染。
【權利要求】
1.一種重力式碼頭基床的銑削成型系統，其特征在于含有如下組成: 架設于待處理海床上方的水上施工作業平臺，及 設置于水上施工作業平臺表面的縱移軌道，及 行駛于所述縱移軌道的移動臺車，及 設置于移動臺車表面的橫移軌道，及 行駛于所述橫移軌道的銑削臺車，所述銑削臺車底部向海床延伸出銑削機刀桿，銑削機刀桿底部安裝有銑削刀頭，所述銑削機刀桿可以在垂直方向移動。
2.一種重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于包括以下步驟: (1)采用如權利要求1所述的系統在待處理海床的基巖上進行銑削加工，形成平整度滿足構件安裝的基床表面； (2)直接在銑削加工的基床平面安裝重力式混凝土預制構件。
3.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:步驟I中所述基床表面具有通過銑削加工而形成的前趾擋墻結構。
4.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:步驟I中所述基床表面具有通過銑削加工而形成的凹、凸榫結構。
5.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:步驟I中對基床平面通過銑削加工形成多階梯型的基床表面結構。
6.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:步驟2中的混凝土預制構件包括混凝土實心方塊、空心方塊、沉箱、沉管隧道管節中的一種或多種。
7.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:當需要清除基巖厚度較大，所述步驟I可在先采用漂浮式絞吸式挖泥船、挖掘設備對海床進行預處理后，再采用權利要求1所述的系統進行銑削加工處理。
8.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:對于待處理海床的原始基巖面高差較大的情況，所述步驟I還包括對基巖進行分層銑削加工的處理。
9.根據權利要求2所述的重力式碼頭結構的施工方法，其特征在于:銑削刀頭通過銑削臺車在橫移軌道的移動、移動臺車在縱移軌道的移動及銑削機刀桿的垂直上下運動，實現銑削刀頭的三維運動。
【文檔編號】E02B3/06GK103806409SQ201410050411
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2014年2月13日
【發明者】陸紅, 胡利文, 鄭遠斌, 揚文軍, 董勇, 何志敏 申請人:中交第四航務工程局有限公司