專利名稱：一種人工島抗冰新型異性護面塊體—傘型體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于淺海采油的人工島抗冰新型異性護面塊體-傘形體，主要是抵抗溫度很低情況下的大型平整冰。
背景技術：
目前，在淺海中，國內進行海底采油時一部分通過采用人工島進行。砂石人工島則是人工島系列中最簡易、最常用的結構形式。公知的砂石人工島主要由護面、島面、護底、棱體、墊層以及防浪胸墻組成。一般情況下，其主要受到的沖擊來自波浪、海流、自身的載荷以及運行載荷，海冰的沖擊不是主要沖擊力。但在北方冬季，淺海由于溫度下降結冰形成大范圍的海冰冰塊，冰塊在風和波浪的作用下會產生移動沖擊人工島護面并在護面上產生上爬，嚴重的情況下，冰塊上爬到島面沖擊和破壞島面上的工作和生活區域。此時，海冰的沖擊力是主要沖擊力，其破壞遠遠大于波浪和海流等海況引起的破壞，但現有的國內砂石人工島護面中，其抗冰異性塊體結構形式設計主要是考慮波浪為控制載荷來設計，再根據設計人員的經驗進行改進，這種設計對嚴寒地區不能滿足環境要求，且設計不夠合理，護面經常會出現大大小小范圍崩堤的情況，嚴重危及了島面上工作人員作業的安全環境。為了解決這個問題，國內通用的方法是采用比設計更大的異性塊體，使得冰塊在上爬過程中產生破壞，這種設計成本高，異性塊體體積和重量大，且施工難度大。
發明內容
本發明的目的是為了有效減弱冰塊對護面和島面的沖擊，使得冰塊不能上爬到島面，保護工作人員的安全，且大面積的冰塊在上爬過程中自動斷裂并墜入海底，達到保護人工島安全，特提出一種人工島抗冰新型異性護面塊體-傘型體。
為了達到上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種人工島抗冰新型異性護面塊體-傘型體，其結構特征是，塊體由混凝土鑄成，整個砂石人工島的護面由n塊這種異性塊體相連，如圖1所示；單塊是一種新型的異性塊體-傘型體，每個異性塊體有兩個接觸冰板的工作面，兩工作面的邊不在同一水平面上，兩邊之間的角度差為傾角b，b最大不超過10°；塊體中間有一通孔，塊體中H為工作面上的寬邊，R為工作面的長邊，V為塊體相互連接的邊，尺寸H和V之間的關系為V＝2/5H，尺寸R和H的關系為R＝1.5H；當兩個異性塊體互相嵌固相連時，則護面上部的頂邊4和下部的底邊5之間角度則相差2b，如果有n個異性塊體相連，則有護面最下部塊體的底邊和最上部塊體的頂邊相差角度為nb，nb小于或等于90°，最大不大于95°，最小不小于80°。當大范圍的冰塊先接觸護面最底部塊體的底邊時，由于坡角和環境驅動力的作用，冰板產生上爬，當上爬到最底部的頂邊時，由于兩邊有一定角度差，冰板不能直線上爬，并且冰面不能全部接觸到異性塊體的表面，隨著接觸塊體的增加，冰板與護面的角度也隨之加大，最終冰塊先后在護面上發生并完成斷裂和傾覆兩個過程，從而達到保護護面和島面的目的。
本發明的有益效果是本異性塊體組成的人工島護面可以防止大型固定平整冰塊直接沖擊和破壞人工島島面上的工作和生活區域，同時能有效的斷冰和覆冰；而且結構設計方便、簡單、效果好、價格不高，能廣泛用于淺海鉆井、采油的人工島抗冰護面，也可用于其它島嶼、海岸工程的抗冰護面。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為由異性塊體組成的人工島抗冰護面結構，塊體之間的連接方式為互相嵌固。圖中2為異性塊體；3為冰板。每個塊體之間的角度差為b。
圖2、圖3為異性塊體的特征尺度圖。圖中1為通孔，H為塊體的抗冰的工作面，其中邊4為工作面上的頂邊，邊5為工作面上的底邊；a為坡角；b為傾角，即邊5與邊4之間的角度差；V為異性塊體互相連接的邊；R為異性塊體的工作面上的長邊。
圖4、圖5、圖6為異性塊體組成的護面結構抗冰爬坡接觸和冰塊斷裂過程示意圖。
圖7、圖8為異性塊體的三維效果圖
具體實施例方式
按照圖1所示，將n塊異性塊體按人工島抗冰護面結構形式從底向上逐步互相嵌固連接組裝而成，塊體與塊體應連接緊密，最大間隙不超過2cm。由于一個異性塊體上下兩邊有b的角度差，b＜10°，當n個異性塊體相連接時，則這個結構的最底部和最頂部有nb之間的角度差，一般情況下nb最大90°，根據設計需要看放大5°，最小不小于80°。
在圖2、圖3中，異性塊體主要的工作面為上邊4和下邊5，邊4和邊5之間有一角度差為b，最大不超過10°。在塊體中間有一直通孔1，R為異性塊體的工作面上的長邊，此邊一般情況下取值為1.5H；H為異性塊體的工作面上的寬邊，對于15-20米水深，其值在1.8-2.2米；水深為10-15米，其值在1.5-2米；水深為5-10米，其值在1-1.5米。V是異性塊體互相連接的邊，此邊為護面設計厚度的一半，根據計算和經驗得出此邊長為2/5H。α坡角，根據<灘海斜坡式砂石人工島結構設計與施工技術規范>進行選取；b傾角，根據水位深度的不同來選擇，水深在15-20米，取值為2-4°；對于15-10米，取值為4-7°；對于10-5米，取值為7-10°；對于5米以下，一般情況取10-11°，最大不超過12°，以上取值僅為參考值，其值需要根據異性塊體具體的長寬不同而變化。
從圖4、圖5、圖6中可看出，護面有坡角a和傾角b兩個參數，其中坡角a根據<灘海斜坡式砂石人工島結構設計與施工技術規范>進行選擇，一般情況下小于45度。傾角b為塊體自有的角度，應小于10°，其值根據水深和塊體工作面上的邊H的不同而不同.由于每塊塊體之間有一傾角b，如果有n塊異性塊體互相這樣連接，則最底部的塊體的邊與最頂部上面的塊體的兩邊的傾角為nb，nb大于或者等于90°，但不大于95°。由于異性塊體上下邊之間有角度差和坡角的關系，冰塊上爬到一定程度時發生斷裂，在后繼冰的推動下，斷裂后的冰塊繼續上爬，當爬到一定程度時，作用于斷裂冰塊上的力有其自身的重力、接觸結構的摩擦力以及后繼冰的驅動力，如果坡角以及傾角的設計合理，當上爬到一定高度的時，斷裂冰塊自身的重量和摩擦力的合力大于后繼冰的驅動力，大的冰塊發生傾覆墜入海底。
權利要求
1.一種人工島抗冰新型異性護面塊體-傘型體，其特征在于塊體由混凝土鑄成，整個砂石人工島的護面由n塊異性塊體互相嵌固連接而成；單塊是一種新型的異性塊體-傘型體，每個異性塊體有兩個接觸冰塊的工作面，兩工作面的邊不在同一水平面上，兩邊之間的角度差為傾角b，b最大不超過10°；塊體中間有一通孔，異性塊體中H為工作面上的寬邊，直接與冰塊接觸，R為工作面的長邊，V為塊體相互連接的邊，尺寸H與V之間的關系為V＝2/5H，尺寸R與H的關系為R＝1.5H；當兩個異性塊體互相嵌固連接時，則護面上部的頂邊4和下部的底邊5之間角度則相差2b，如果有n個異性塊體相連接，則護面最下部的塊體底邊和最上部的塊體的頂邊相差角度為nb，nb小于或等于90°，最大不大于95°，最小不小于80°。
2.根據權利要求1所述的人工島抗冰新型異性護面塊體-傘型體，其特征是異性塊體的工作面上的寬邊H，對于15-20米水深，其值為1.8-2.2；水深為10-15米，其值為1.5-2米；水深為5-10米，其值為1-1.5米。
3.根據權利要求1所述的人工島抗冰新型異性護面塊體-傘型體，其特征是兩邊之間的夾角為傾角b，根據水位深度的不同來選擇，水深在15-20米，取值為2-4°；對于15-10米，取值為4-7°；對于10-5米，取值為7-10°；對于5米以下，一般情況下取值為10-11°，最大不超過12°。
全文摘要
本發明涉及一種用于淺海采油的人工島抗冰新型異性護面塊體—傘型體。它可以組合成一種簡易的斷冰、覆冰的特殊的人工島護坡抗冰護面，特別適用于抵抗極端冰況下的大型平整冰塊。人工島的整體結構形式由n塊異性塊體相互嵌固連接組成，單個塊體是一種異性塊體—傘型體；每個異性塊體有兩個接觸冰板的工作面，兩邊之間有不超過10°的夾角；當n個異性塊體相連接時，則護面塊體中的最下部的底邊與最上部的頂邊相差角度最大不大于90°，最小不小于80°。當冰塊接觸護坡上的塊體的工作邊時，隨著角度加大，冰塊在護面上會發生斷裂和傾覆，達到保護護面和島面。本發明結構設計方便、簡單、效果好，能廣泛用于淺海鉆井、采油的人工島抗冰護面。
文檔編號E02B3/14GK101067298SQ20071004923
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月1日 優先權日2007年6月1日
發明者艾志久, 舒仕勇 申請人:西南石油大學