重力式码头基床的铣削成型系统及重力式码头结构的施工方法

技术领域

本发明涉及一种重力式码头结构的施工技术。

背景技术

常规的重力式码头结构为在海床上开挖的基槽、抛石基床、重力式构件、卸荷板、胸 墙等结构组成。基槽的开挖常采用抓扬式挖泥船、绞吸式挖泥船工程船舶进行基槽的开挖。 因地质结构的不同，挖泥量一般都较大，如遇到比较坚硬的地质结构，还需辅以爆破炸礁、 清礁等水上作业。由于开挖基槽的施工设备为水上漂浮式船舶，因此基槽的成型精度比较 低，超宽、超深的量级达0.5m以上，因此即使是比较坚硬地质结构，地基承载能力很强 的情况下，在成型后的基槽上也都设计铺设一层抛填块石的过渡层，形成安装重力式构件 的基床。基槽开挖成型后，在基槽上进行抛填块石、片石或摊铺碎石，为增加石料层的密 实度，还需对基床进行夯实，然后再由潜水员进行水下整平，形成可以安装重力式结构件 的抛石基床表面。

为使抛石基床结构满足承载力的要求，抛填基床选用的石料材质一般较好，并有一定 的级配要求；为减少工后沉降，需对抛石基床进行重力夯实或水下爆破夯实，如基床较厚， 还需进行分层抛填和夯实；为满足重力式码头主体结构物（混凝土方块、沉箱、扶壁、圆 筒等）的安装平整度，在基床夯实后需潜水员在水下对基床面进行粗、细平的整平施工作 业。施工工序多，耗用的地材、人力、船机设备资源多，整个施工期也比较长，特别是基 槽开挖过程，对海床扰动很大，开挖出的废弃物多，对海洋环境污染比较大。并由于重力 构件坐落空隙率较大的抛石基床上，码头完工后仍难以避免一定量工后沉降。

特别是在类似珊瑚礁盘一类的松软“基岩”上，由于这种地质结构本身具有相当高的 强度，并且相比常规的在砂泥质地质地基上开挖后，再抛填一定厚度的块石形成抛石基床 的结构，从承载力上分析，直接作为重力式码头的基床面是完全可行的。

采用常规的挖泥船进行水上开挖比较困难，但采用钻孔灌注桩施工效率比较低、耗用 资源多、施工作业面大，辅助作业工序多、对环境污染大，在海工条件下较少采用，更无 法适应高效、快捷、大范围的施工以及岛礁快速成岛施工的要求。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种在海床上直接进行机械式铣削成型 基床表面的技术，适用于基岩埋深较浅、基岩裸露或珊瑚礁盘上建造重力式码头结构，具 有因地制宜的高效、快捷、低成本的优势。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种重力式码头基床的铣削成型系统，含有如下组成：

架设于待处理海床上方的水上施工作业平台，及

设置于水上施工作业平台表面的纵移轨道，及

行驶于所述纵移轨道的移动台车，及

设置于移动台车表面的横移轨道，及

行驶于所述横移轨道的铣削台车，所述铣削台车底部向海床延伸出铣削机刀杆，铣削 机刀杆底部安装有铣削刀头，所述削机刀杆可以在垂直方向移动。

一种重力式码头基床的铣削成型方法，包括以下步骤：

（1）采用如上所述的系统在待处理海床的基岩上进行铣削加工，形成平整度满足构件 安装的基床平面；

（2）直接在铣削加工的基床表面安装重混凝土预制构件。

为提高基床面与混凝土预制构件底平面的抗滑移能力，可通过铣削可加工出带前趾挡 墙结构的基床，也可在基床面上铣削加工出有凹、凸榫结构的基床，增加了重力式构件底 部与基床面的的配合精度，以增强码头结构的整体抗滑移稳定性。

由于是在有一定强度的岩性地质结构上采用机械铣削成型的基床结构，而不是颗粒松 散状片石抛填形成的基床面，因此可按海床面的地质地貌的实际情况，可灵活的设计成多 阶梯型的基床结构，即可减少基床成型的开挖，又可减少预制重力式构件的混凝土总量。

具体来说，步骤2中的混凝土预制构件包括混凝土实心方块、空心方块、沉箱、沉管 隧道管节中的一种或多种。

进一步地，步骤1可先采用漂浮式绞吸式挖泥船对海床进行预处理后，再采用如上所 述的系统进行铣削加工处理。

对于待处理海床的原始基岩面高差较大的情况，所述步骤1还包括对基岩进行分层铣 削加工的处理。

铣削刀头通过铣削台车在横移轨道的移动、移动台车在纵移轨道的移动及铣削刀杆的 垂直上下运动，实现铣削刀头的三维运动。

由于机械铣削加工设备是安装于刚性支撑在海床（河床）上的水上平台，有别于铰吸 式挖泥船的绞刀架安装在漂浮式的船体上，因此可在基岩上铣削出平面度达到相当高的一 个基床表面（可以达到：±10mm以上的精度），能够满足构件可以直接安装平整度要求 的基床表面。本发明特别适用于在非坚硬基岩地质结构上建造重力式码头的一种新颖的基 床成型技术。配合水上施工平台、纵横移动轨道、回旋铣削刀头，采用机械铣削技术，在 基岩上进行分层（当原始基岩面高差较大，可采用分层铣削）铣削加工成型，基床面达到 标高要求后，就可直接在基床面上进行重力式码头的混凝土预制构件的安装。

基床表面采用铣削成型技术特别适合于基岩埋深较浅、基岩裸露、基岩强度较低的如： 珊瑚礁盘、砂岩等强度不高，压缩性较大的地质结构上建造重力式码头。应用该技术进行 基床表面的成型，机械化程度高，基床面平整精度高，构件安装质量好，施工周期短，耗 用资源少；由于施工中不需大量的开挖土石方量废弃后，再进行抛填石方成型基床，极大 的减少了对海洋环境以及水域的污染，节约了能源。该项施工技术能够快速优质地成型重 力式码头的基床，满足海洋施工环境下，特别是在“地材”比较奇缺的岛礁进行快速成岛 施工，并可最大限度的保护海洋环境、岛礁生态。

重力式码头设计规范，抛石基床的极限承载力一般在0.15～0.3MPa，而在珊瑚礁盘上 铣削成型的基床的极限承载力就接近珊瑚礁本身的极限承载力，因此这种基床面承载能力 比前者高出一两个数量级。并且在常规的码头载荷作用下，珊瑚礁基床基本无工后沉降的 因素存在。因此极大的提高了码头整体结构的承载能力。

本发明由于基床成型的工序少，机械作业效率高，比传统的基床施工：开挖、骨料抛 填、夯实、粗平、细平的工艺简单，因此耗费资源少，水上施工需要的工程船舶数量少， 施工作业效率高。

传统的基床施工中，即使基床位置部分的地质已经是岩性结构，但为满足整体基床平 整的要求，不得以仍需采用炸礁作业的方式，清除这部分坚硬的结构。而本发明则可采用 机械铣削加工方式，根据需要，直接在岩性结构上铣削加工成型基床面。

当基床平面在水下较深时，人工深潜进行基床的整平作业不但效率低、成本高，而且 作业风险较大。由于本发明的重力式构件安装的基床面是采用机械铣削加工方式成型，因 此无需潜水员在水下进行整平作业。

本发明充分利用了码头选址的原始地貌和地质条件，取消了松散、承载能力有限的可 压缩的片石层，极大的增强了码头的承载能力，特别适用于非坚硬岩石的地质结构上构建 重力码头。由于施工中减少基床的开挖量，废弃物较少，也不需二次抛填基床骨料，最大 限度的保护海洋环境、岛礁生态。因施工工序简单，投入的大型水上施工船机设备少，工 序机械化程度、作业效率高，能耗较少。

本发明特别适合于基岩强度较低的如：珊瑚礁盘、砂岩、钙质岩等地质结构上修建重 力式码头结构。该技术机械化程度高，施工工序少，耗用的水上工程船舶少，基床平整度 高，能够快速优质的成型重力式码头基床，满足海洋施工环境下，特别是在地材比较奇缺 的外海珊瑚岛礁盘进行快速、大面积的成岛施工。

附图说明

图1是重力式码头基床铣削成型系统立面示意图。

图2是重力式码头基床铣削成型系统平面示意图。

图3a～3d是铣削成型的重力式码头断面示意图，其中图3a中的是混凝土方块或沉箱； 图3b中的是混凝土实心方块；图3c中的是带前趾档边的基床；图3d中的是带凹、凸榫结 构的基床。

图4是铣削成型的阶梯式基床结构示意图。

图5是铣削刀头工作轨迹线示意图。

其中，1、水上施工平台2、支撑桩腿3、纵移轨道4、铣削机头5、铣削台车6、 移动台车7、铣削机刀杆8、铣削刀头9、横移轨道10、铣削台车进刀丝杆11、锪 铣成型基床平面12、混凝土方块或沉箱13、混凝土实心方块14、前趾挡边15、凹、 凸榫结构16、阶梯式基床17、铣削刀头轨迹线18、铣削刀中心回铣轨迹线19、铣 削刀中心轨迹线20、月牙残留边

具体实施方式

现结合附图，对本发明的重力式码头基床铣削成型系统及重力式码头基床的铣削成型 方法加以说明。

首先安装如图1及图2所示的重车式码头基床铣削成形系统。水上施工平台1通过支 撑桩腿2在待进行铣削加工的基床位置上进行定位，水上施工平台1上安装有纵移轨道3 供移动台车6进行纵向移动，移动台车6上安装横移轨道9，供铣削台车5可进行横向移 动铣削进刀。铣削台车5底部向海床延伸出铣削机刀杆7，铣削机刀杆7底部安装有铣削 刀头8，所述铣削机刀杆7可以在垂直方向移动。铣削刀头8通过铣削台车5在横移轨道9 的移动、移动台车6在纵移轨道3的移动及铣削机刀杆的垂直上下运动，实现铣削刀头的 三维运动。

铣削台车5通过GPS或全站仪引导定位、先进行一个刀位的纵向进刀铣削，之后锁位 于纵移轨道3上，然后铣削台车5沿移动台车上的横移轨道，在进刀丝杆的驱动下，进行 横向铣削一个条带的基床平面，完成第一条带的基岩铣削后，再按上述的步骤进入下一个 循环，直到铣削出一个工位的基床平面。由于一般的码头岸线比较长，整个的基床平面比 较大，完成一个工位的作业后，再移动水上施工平台，重复进行下一个工位的定位、铣削 作业，直到完成整个的基床平面的铣削。

当原地貌与设计的基床高差较大，覆盖层厚度较大时，可在一个工位上进行分层铣削 或对基床上的深厚覆盖层采用其他的施工方式：如铰吸船、液压挖掘机、爆破等工艺进行 预处理，然后在用本铣削成型技术进行基床的精细加工，满足直接安装重力式构件的平面 精度要求。

如图3a为一般情况下，安装在铣削成型的基床上的沉箱或混凝土空心方块12。图中 图3b为一般情况下，安装在铣削成型的基床上的混凝土实心方块13的示意图。图3c为 铣削成型并带有前趾挡边14的基床结构，该结构可有效的增加安装的混凝土结构件的抗滑 移能力，提高码头结构的承载能力。图3d为铣削成型并带有凹、凸榫结构15的基床，该 结构也可有效的增加安装的混凝土结构件的抗滑移能力，提高码头结构的承载能力。

由于铣削成型工艺是在有一定强度的岩性地质结构上采用机械铣削成型的基床结构， 基岩的直立性良好。基床不是颗粒松散状片石抛填形成，因此可按海床面的地质地貌的实 际情况，可灵活的设计成多阶梯式基床16，如图4所示，即可减少基床成型的开挖，又可 减少预制重力式构件的混凝土总量。

如图5所示为铣削刀中心工作轨迹线如示意图，按“之”形轨迹对基床进行铣削加工。 由于铣削刀具为圆柱形，按上述的“之”形切削后，会在基床的两边缘上留下月牙弧段。 因此采用铣刀“回铣”一个刀具半径长度的轨迹线，消除牙弧残留边。

应用领域

南海岛礁有相当一部分都是有千万年来由珊瑚礁盘形成，珊瑚礁盘属非坚硬的碳酸钙沉 积而成。珊瑚礁的抗压强度在10～25MPa左右，最适合采用铣削成型的技术建造重力式码 头结构的码头。该技术的码头基床，一次加工成型，工序减化，可直接安放重力式的方块、 沉箱结构件，工效高，码头结构稳定性好，无工后沉降的因素。建造成本低，耗用资源少， 施工期间的废弃物少，减少对施工环境的污染。