專(zhuān)利名稱(chēng)：一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋結(jié)構(gòu)工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，具體的說(shuō)，是涉及一種可浮運(yùn)的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及施工方法。
背景技術(shù)：
目前在海洋結(jié)構(gòu)工程中，常用的基礎(chǔ)型式包括樁基、支架式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、重力基礎(chǔ)、筒型基礎(chǔ)和浮動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)等幾種。一般情況下，樁基、支架式基礎(chǔ)或?qū)Ч芗苁交A(chǔ)所用鋼管樁直徑較大，重量較重，因此需要費(fèi)用較高的打樁設(shè)備和海上運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行施工。重力式基礎(chǔ)需要提前對(duì)施工海域的海床設(shè)計(jì)處理，以使其能夠承受較大的重力式基礎(chǔ)傳遞的荷載，而處理海床需要的費(fèi)用較高，尤其在水深條件較深時(shí)，涉及的機(jī)械設(shè)備及施工材料成本都比較高。筒型基礎(chǔ)主要為 長(zhǎng)筒狀的鋼制結(jié)構(gòu)，施工過(guò)程雖然對(duì)設(shè)備要求不高，但其在工作狀態(tài)下很容易產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)屈曲或下沉不到位的情況，往往難以達(dá)到基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)物的載荷要求。浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)目前有Spar平臺(tái)或張力腿平臺(tái)，其設(shè)計(jì)、建造和施工均比較復(fù)雜，成本投入非常高，對(duì)海域深度也有特別要求，特別是常見(jiàn)的浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，施工設(shè)備要求較高，海域施工時(shí)費(fèi)用較高。綜上所述，現(xiàn)有常見(jiàn)的海上基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式通常結(jié)構(gòu)重量較大，材料成本較高，施工過(guò)程對(duì)海洋條件、施工機(jī)具和施工周期要求也都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是傳統(tǒng)海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式通常結(jié)構(gòu)重量較大，材料及施工成本較高的技術(shù)問(wèn)題，提供一種新型的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括密封空心的基礎(chǔ)主體，所述基礎(chǔ)主體下部為錐體，上部為與錐體一體連接的柱體、錐體或球冠體，所述基礎(chǔ)主體頂部設(shè)置有進(jìn)氣/水孔、排氣/水孔和錨鏈固定結(jié)構(gòu)，所述基礎(chǔ)主體中心設(shè)置有由上至下的錨鏈通道，所述錨鏈通道內(nèi)穿有一端連接于所述錨鏈固定結(jié)構(gòu)的錨鏈，所述錨鏈的另一端連接于固定在海床的錨體。所述基礎(chǔ)主體內(nèi)設(shè)置有由鋼板隔成的分艙結(jié)構(gòu)，各個(gè)所述分艙結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有艙門(mén)。所述分艙結(jié)構(gòu)為方格狀或蜂窩狀。所述基礎(chǔ)主體的材料為鋼材或混凝土。所述錨體為樁結(jié)構(gòu)、吸力錨、平板錨或重力式錨其中的一種。一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括如下步驟a.根據(jù)基礎(chǔ)上部的結(jié)構(gòu)物載荷進(jìn)行基礎(chǔ)主體浮力設(shè)計(jì)，預(yù)制基礎(chǔ)主體、錨體、第一錨鏈和第二錨鏈；b.將錨體沉入海底并固定于海床，錨體與第一錨鏈連接，第一錨鏈末端連接第一浮標(biāo)作為施工指示標(biāo)記；
c.干拖或濕拖基礎(chǔ)主體至施工場(chǎng)地，將第二錨鏈的一端在基礎(chǔ)主體中心的錨鏈通道由頂部穿入、底部穿出，第二錨鏈穿出端連接漂浮在海面的第二浮標(biāo)；d.借助第一浮標(biāo)和第二 浮標(biāo)的指示作用，將連接第一浮標(biāo)的第一錨鏈端部和連接第二浮標(biāo)的第二錨鏈端部相互連接，同時(shí)拆除第一浮標(biāo)和第二浮標(biāo)，使第一錨鏈和第二錨鏈連接為一根新的錨鏈，稱(chēng)為第三錨鏈；e.采用輔助施工船舶上的泵送水系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣/水孔向基礎(chǔ)主體內(nèi)打入水體，直至基礎(chǔ)主體下沉潛入水中并到達(dá)設(shè)計(jì)深度，關(guān)閉泵送水系統(tǒng)，密封進(jìn)氣/水孔；f.采用輔助施工船舶上的絞錨機(jī)將第三錨鏈從基礎(chǔ)主體的錨鏈通道頂部帶出，直至第三錨鏈呈初步張緊的直立狀態(tài)，將第三錨鏈伸出錨鏈通道頂部以外的部分拆解回收，并將剩余部分的第三錨鏈端頭與基礎(chǔ)主體頂部的錨鏈固定結(jié)構(gòu)連接固定；g.采用輔助施工船舶上的泵送氣系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣/水孔向基礎(chǔ)主體內(nèi)打入氣體，打入的氣體將基礎(chǔ)主體內(nèi)部的水體通過(guò)排氣/水孔置換出基礎(chǔ)主體，基礎(chǔ)主體整體的浮力增加至設(shè)計(jì)值后，關(guān)閉泵送氣系統(tǒng)，密封進(jìn)氣/水孔和排氣/水孔。當(dāng)基礎(chǔ)主體設(shè)置分艙結(jié)構(gòu)時(shí)，基礎(chǔ)主體中分艙結(jié)構(gòu)之間的艙門(mén)在施工過(guò)程中全部打開(kāi)，在施工之后的工作狀態(tài)下全部關(guān)閉。本發(fā)明的有益效果是(一)本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思完整巧妙，核心技術(shù)原理明確，使用結(jié)構(gòu)自身的浮力所提供的恢復(fù)力矩來(lái)抵抗使用過(guò)程中出現(xiàn)的傾覆力矩，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)物傳來(lái)彎矩等荷載時(shí)，基礎(chǔ)的浮心與錨點(diǎn)之間的力臂可有效恢復(fù)基礎(chǔ)的穩(wěn)定狀態(tài)，能夠保證基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)使用的穩(wěn)定條件。(二)本發(fā)明的基礎(chǔ)主體為中空結(jié)構(gòu)，材料用量較少；錨體為海洋工程中較為通用的錨體形式，施工簡(jiǎn)單，成本較低；錨鏈也為普通錨泊系統(tǒng)的錨鏈，目前國(guó)產(chǎn)的錨鏈即可滿足要求，不需進(jìn)口昂貴的張力腿系統(tǒng)所需的錨鏈，因此整體基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)材料成本很低。(三)本發(fā)明的施工方法僅需較為通用的設(shè)備即可完成，基礎(chǔ)主體運(yùn)輸也可自浮拖航，安裝過(guò)程通過(guò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自身的浮力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)下沉和錨鏈張緊，所需施工設(shè)備較少，并且涉及的都是較為常見(jiàn)的海上施工設(shè)備，施工過(guò)程簡(jiǎn)便、快速，大幅度降低了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的海上安裝成本和現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)用，能夠顯著節(jié)省綜合造價(jià)。


圖I是本發(fā)明所提供的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的基礎(chǔ)主體的橫向剖切圖；圖3是本發(fā)明所提供的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工方法中第二步和第三步的施工示意圖；圖4是本發(fā)明所提供的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工方法中第四步的施工示意圖；圖5是本發(fā)明所提供的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工方法中第五步的施工示意圖。圖中1，錨體；21，第一錨鏈；22，第二錨鏈；23，第三錨鏈；31，第一浮標(biāo)；32，第二浮標(biāo)；4，基礎(chǔ)主體；5，分艙結(jié)構(gòu)；6，錨鏈通道；7，進(jìn)氣/水孔；8，排氣/水孔。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下如圖I所示，本實(shí)施例披露了一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要由錨體I、錨鏈和基礎(chǔ)主體4構(gòu)成。錨體I是直徑為3m、長(zhǎng)度為20m的鋼管樁錨體1，用于沉入海底，固定于海床。錨體I可以選用樁結(jié)構(gòu)、吸力錨、平板錨或重力式錨等?；A(chǔ)王體4為可提供IOOOt有效浮力的鋼制S閉空心結(jié)構(gòu)，共15m聞，基礎(chǔ)王體4可選用由鋼板焊接而成或者混凝土澆筑而成?；A(chǔ)主體4外形分兩部分一體式構(gòu)成，下部為底端聚攏的錐體，包括圓錐體和棱錐體；上部為能夠與圓錐體相接的圓柱體、圓錐體或球冠體，或者能夠與棱錐體相接的棱柱體或棱錐體，從而使基礎(chǔ)主體4外形呈豎向紡錘狀或水滴狀的形式。如圖2所示，基礎(chǔ)主體4的空心結(jié)構(gòu)中最好能夠設(shè)有分艙結(jié)構(gòu)5，分艙結(jié)構(gòu)5由鋼板組成，可以為方格狀或蜂窩狀。各個(gè)分艙結(jié)構(gòu)5之間留有可以相互貫通的艙門(mén)，艙門(mén)的開(kāi)·啟和關(guān)閉可以由手動(dòng)控制，也可以由電動(dòng)閥門(mén)控制?；A(chǔ)主體4在投入使用時(shí)，艙門(mén)是關(guān)閉·的，以保證在基礎(chǔ)主體4受到一定破壞而有部分分艙結(jié)構(gòu)5進(jìn)水時(shí)，其余的分艙結(jié)構(gòu)5不會(huì)進(jìn)水。基礎(chǔ)主體4的頂部設(shè)置有可以密封的進(jìn)氣/水孔I和排氣/水孔8，進(jìn)氣/水孔7用于向基礎(chǔ)主體4通入水或氣體，排氣/水孔8用于將基礎(chǔ)主體4內(nèi)部的水或氣體排出?；A(chǔ)主體4頂部還設(shè)置有用于固定錨鏈的錨鏈固定結(jié)構(gòu)，錨鏈固定結(jié)構(gòu)具體可以采用卡環(huán)連接、鉸鏈連接、鎖緊連接等各種方式，只要是能夠?qū)㈠^鏈固定牢固的均可?；A(chǔ)主體4中心設(shè)置有錨鏈通道6，錨鏈通道6由基礎(chǔ)主體4頂部豎直的貫通到其底部，用于使錨鏈從中穿過(guò)，并可在錨鏈通道6中自由滑動(dòng)。在錨體I和基礎(chǔ)主體4之間連接有破斷力為1500t的第三錨鏈23，第三錨鏈23由基礎(chǔ)主體4的錨鏈通道6中穿過(guò)并固定于其頂部的錨鏈固定結(jié)構(gòu)。上述海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括如下步驟第一步，根據(jù)基礎(chǔ)上部的結(jié)構(gòu)物載荷進(jìn)行基礎(chǔ)主體4所需提供的浮力設(shè)計(jì)，浮力大小決定了基礎(chǔ)主體4的結(jié)構(gòu)大小以及第三錨鏈23破斷力的大小，根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)制基礎(chǔ)主體4、錨體I、第一錨鏈21和第二錨鏈21，第一錨鏈21和第二錨鏈21的破斷力大小同第三錨鏈23。第二步，安裝錨體1，錨體I沉入海底并固定于海床，錨體I與第一錨鏈21連接，第一錨鏈21的末端與第一浮標(biāo)31連接，第一浮標(biāo)31漂浮于海面，作為施工指示標(biāo)記，如圖3所示。第三步，干拖或濕拖基礎(chǔ)主體4至施工場(chǎng)地，將第二錨鏈22的一端在基礎(chǔ)主體4中心的錨鏈通道6由頂部穿入、底部穿出，第二錨鏈22的穿出端連接第二浮標(biāo)32，第二浮標(biāo)32在浮力的作用下漂浮至海面，如圖3所示。第四步，借助第一浮標(biāo)31和第二浮標(biāo)32的指示作用，將連接第一浮標(biāo)31的第一錨鏈21端部和連接第二浮標(biāo)32的第二錨鏈22端部相互連接，同時(shí)拆除第一浮標(biāo)31和第二浮標(biāo)31，使第一錨鏈21和第二錨鏈22連接為一根新的錨鏈，稱(chēng)為第三錨鏈23，如圖4所
/Jn o第五步，在基礎(chǔ)主體4中分艙結(jié)構(gòu)5之間的艙門(mén)全部打開(kāi)的狀態(tài)下，采用輔助施工船舶上的泵送水系統(tǒng)，通過(guò)基礎(chǔ)主體4頂部的進(jìn)氣/水孔7向基礎(chǔ)主體4內(nèi)打入一定量的水體，使基礎(chǔ)主體4全部沒(méi)入海水中；進(jìn)一步打水入基礎(chǔ)主體4，直至基礎(chǔ)主體4下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度，關(guān)閉泵送水系統(tǒng)，密封進(jìn)氣/水孔7，如圖5所示。第六步，采用輔助施工船舶上的絞錨機(jī)將第三錨鏈23從基礎(chǔ)主體4的錨鏈通道6頂部帶出，直至第三錨鏈23呈不吃力或者說(shuō)初步張緊的直立狀態(tài)。將第三錨鏈23伸出錨鏈通道6頂部的部分與基礎(chǔ)主體4的錨鏈固定結(jié)構(gòu)連接固定，即將第三錨鏈23與基礎(chǔ)主體4連接為一體。而第三錨鏈23與基礎(chǔ)主體4的錨鏈固定結(jié)構(gòu)連接以上的部分在拆解后可以通過(guò)絞錨機(jī)回收。第七步，采用輔助施工船舶上的泵送氣系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣/水孔7向基礎(chǔ)主體4內(nèi)打入一定量的氣體，打入的氣體將基礎(chǔ)主體4內(nèi)部的水體由通過(guò)排氣/水孔8置換出基礎(chǔ)主體4，基礎(chǔ)主體4整體的浮力增加至設(shè)計(jì)值后，關(guān)閉泵送氣系統(tǒng)，密封進(jìn)氣/水孔7與排氣/水孔8，如圖I所示?；A(chǔ)主體4整體的浮力是否達(dá)到設(shè)計(jì)值，可以通過(guò)第三錨鏈23上的傳 感器測(cè)定，第三錨鏈23的張緊力與基礎(chǔ)主體4的浮力為平衡狀態(tài)。至此，海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工完畢，關(guān)閉在基礎(chǔ)主體4中分艙結(jié)構(gòu)5之間的艙門(mén)，可以在基礎(chǔ)主體4頂部安裝上部結(jié)構(gòu)物，如海上風(fēng)機(jī)、海上測(cè)風(fēng)塔，燈塔等。
權(quán)利要求
1.一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括密封空心的基礎(chǔ)主體，所述基礎(chǔ)主體下部為錐體，上部為與錐體一體連接的柱體、錐體或球冠體，所述基礎(chǔ)主體頂部設(shè)置有進(jìn)氣/水孔、排氣/水孔和錨鏈固定結(jié)構(gòu)，所述基礎(chǔ)主體中心設(shè)置有由上至下的錨鏈通道，所述錨鏈通道內(nèi)穿有一端連接于所述錨鏈固定結(jié)構(gòu)的錨鏈，所述錨鏈的另一端連接于固定在海床的錨體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基礎(chǔ)主體內(nèi)設(shè)置有由鋼板隔成的分艙結(jié)構(gòu)，各個(gè)所述分艙結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有艙門(mén)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分艙結(jié)構(gòu)為方格狀或蜂窩狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),其特征在于,所述基礎(chǔ)主體的材料為鋼材或混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨體為樁結(jié)構(gòu)、吸力錨、平板錨或重力式錨其中的一種。
6.一種如權(quán)利要求I所述海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包括如下步驟 a.根據(jù)基礎(chǔ)上部的結(jié)構(gòu)物載荷進(jìn)行基礎(chǔ)主體浮力設(shè)計(jì)，預(yù)制基礎(chǔ)主體、錨體、第一錨鏈和第二錨鏈； b.將錨體沉入海底并固定于海床，錨體與第一錨鏈連接，第一錨鏈末端連接第一浮標(biāo)作為施工指示標(biāo)記； c.干拖或濕拖基礎(chǔ)主體至施工場(chǎng)地，將第二錨鏈的一端在基礎(chǔ)主體中心的錨鏈通道由頂部穿入、底部穿出，第二錨鏈穿出端連接漂浮在海面的第二浮標(biāo)； d.借助第一浮標(biāo)和第二浮標(biāo)的指示作用，將連接第一浮標(biāo)的第一錨鏈端部和連接第二浮標(biāo)的第二錨鏈端部相互連接，同時(shí)拆除第一浮標(biāo)和第二浮標(biāo)，使第一錨鏈和第二錨鏈連接為一根新的錨鏈，稱(chēng)為第三錨鏈； e.采用輔助施工船舶上的泵送水系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣/水孔向基礎(chǔ)主體內(nèi)打入水體，直至基礎(chǔ)主體下沉潛入水中并到達(dá)設(shè)計(jì)深度，關(guān)閉泵送水系統(tǒng)，密封進(jìn)氣/水孔； f.采用輔助施工船舶上的絞錨機(jī)將第三錨鏈從基礎(chǔ)主體的錨鏈通道頂部帶出，直至第三錨鏈呈初步張緊的直立狀態(tài)，將第三錨鏈伸出錨鏈通道頂部以外的部分拆解回收，并將剩余部分的第三錨鏈端頭與基礎(chǔ)主體頂部的錨鏈固定結(jié)構(gòu)連接固定； g.采用輔助施工船舶上的泵送氣系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣/水孔向基礎(chǔ)主體內(nèi)打入氣體，打入的氣體將基礎(chǔ)主體內(nèi)部的水體通過(guò)排氣/水孔置換出基礎(chǔ)主體，基礎(chǔ)主體整體的浮力增加至設(shè)計(jì)值后，關(guān)閉泵送氣系統(tǒng)，密封進(jìn)氣/水孔和排氣/水孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，當(dāng)基礎(chǔ)主體設(shè)置分艙結(jié)構(gòu)時(shí)，基礎(chǔ)主體中分艙結(jié)構(gòu)之間的艙門(mén)在施工過(guò)程中全部打開(kāi)，在施工之后的工作狀態(tài)下全部關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海上潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及施工方法，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括密封空心并且下部為錐體的基礎(chǔ)主體，基礎(chǔ)主體中心設(shè)置有錨鏈通道，錨鏈通道內(nèi)穿有一端固定于基礎(chǔ)主體頂部、另一端連接于錨體的錨鏈，其施工方法是安裝錨體并將基礎(chǔ)主體運(yùn)至施工場(chǎng)地；錨體與基礎(chǔ)主體通過(guò)錨鏈相連接；向基礎(chǔ)主體內(nèi)打入水體，直至基礎(chǔ)主體下沉至設(shè)計(jì)深度，將錨鏈從錨鏈通道頂部帶出直至呈初步張緊的直立狀態(tài)，將錨鏈與基礎(chǔ)主體頂部固定；向基礎(chǔ)主體內(nèi)打入氣體，將其內(nèi)部水體置換出來(lái)，基礎(chǔ)主體整體的浮力增加至設(shè)計(jì)值后，密封基礎(chǔ)主體。本發(fā)明核心技術(shù)原理明確，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，材料成本較低，施工簡(jiǎn)單、快速，所需施工設(shè)備少，施工成本低，節(jié)省綜合造價(jià)。
文檔編號(hào)E02D27/42GK102677693SQ201210173390
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者丁紅巖, 張浦陽(yáng), 練繼建 申請(qǐng)人:天津大學(xué)