專利名稱：一種海上潛式箱型基礎結構及其施工方法
技術領域：
本發明涉及海洋結構工程的基礎結構體系，具體的說，是涉及ー種可浮運的海上潛式基礎結構及施工方法。
背景技術：
目前在海洋結構工程中，常用的基礎型式包括樁基、支架式基礎、導管架式基礎、重力基礎、筒型基礎和浮動平臺結構等幾種。一般情況下，樁基、支架式基礎或導管架式基礎所用鋼管樁直徑較大，重量較重，因此需要費用較高的打樁設備和海上運輸設備進行施工。重力式基礎需要提前對施工海域的海床設計處理，以使其能夠承受較大的重力式基礎傳遞的荷載，而處理海床需要的費用較高，尤其在水深條件較深時，涉及的機械設備及施工材料成本都比較高。筒型基礎主要為長筒狀的鋼制結構，施工過程雖然對設備要求不高，但其在工作狀態下很容易產生鋼結構屈曲或下沉不到位的情況，往往難以達到基礎上結構物的載荷要求。浮式平臺結構目前有Spar平臺或張カ腿平臺，其設計、建造和施工均比較復雜，成本投入非常高，對海域深度也有特別要求，特別是常見的浮式基礎結構，施工設備要求較高，海域施工時費用較高。綜上所述，現有常見的海上基礎結構形式通常結構重量較大，材料成本較高，施工過程對海洋條件、施工機具和施工周期要求也都比較高。
發明內容
本發明要解決的是傳統海上潛式基礎結構形式通常結構重量較大，材料及施工成本較高的技術問題，提供ー種新型的海上潛式箱型基礎結構及其施工方法。為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現ー種海上潛式箱型基礎結構，包括密封空心且外形為寬扁柱體的基礎主體，所述基礎主體頂部設置有進氣/水孔、排氣/水孔和錨鏈固定結構，所述基礎主體周邊均布設置有由上至下的錨鏈通道，所述錨鏈通道內穿有一端連接于所述錨鏈固定結構的第二錨鏈，各個所述第二錨鏈的另一端連接在一起，并且通過第一錨鏈連接于固定在海床的錨體。所述基礎主體內設置有由鋼板隔成的分艙結構，各個所述分艙結構之間設置有艙 門。所述分艙結構為方格狀或蜂窩狀。所述基礎主體的材料為鋼材或混凝土。所述錨體為樁結構、吸カ錨、平板錨或重力式錨其中的ー種。ー種海上潛式箱型基礎結構的施工方法，包括如下步驟a.根據基礎上部的結構物載荷進行基礎主體浮力設計，預制基礎主體、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作為施工指示標記；
c.干拖或濕拖基礎主體至施工場地，將第二錨鏈的一端在基礎主體的各錨鏈通道由頂部穿入、底部穿出，每個第二錨鏈穿出端連接漂浮在海面的第二浮標；d.借助第一浮標和第二浮標的指示作用，先將各個連接第二浮標的第二錨鏈端部連接在一起，再與連接第一浮標的第一錨鏈端部相互連接成為錨鏈系統，同時拆除第一浮標和第二浮標；e.采用輔助施工船舶上的泵送水系統通過進氣/水孔向基礎主體內打入水體，直至基礎主體下沉潛入水中并到達設計深度，關閉泵送水系統，密封進氣/水孔；f.采用輔助施工船舶上的絞錨機將各個第二錨鏈分別從基礎主體的各錨鏈通道頂部帶出，直至第一錨鏈和各個第二錨鏈在錨鏈通道內的部分呈初步張緊的直立狀態，將各第二錨鏈伸出錨鏈通道頂部以外的部分拆解回收，并將剰余部分的各第二錨鏈端頭與基礎主體頂部的錨鏈固定結構連接固定； g.采用輔助施工船舶上的泵送氣系統通過進氣/水孔向基礎主體內打入氣體，打入的氣體將基礎主體內部的水體通過排氣/水孔置換出基礎主體，基礎主體整體的浮力增加至設計值后，關閉泵送氣系統，密封進氣/水孔和排氣/水孔。當基礎主體設置分艙結構時，基礎主體中分艙結構之間的艙門在施工過程中全部打開，在施工之后的工作狀態下全部關閉。本發明的有益效果是(一)本發明設計構思完整巧妙，核心技術原理明確，使用結構自身的浮力所提供的恢復カ矩來抵抗使用過程中出現的傾覆カ矩，當上部結構物傳來彎矩等荷載時，基礎的浮心與錨點之間的カ臂可有效恢復基礎的穩定狀態，能夠保證基礎上部結構系統使用的穩定條件。(ニ)本發明的基礎主體為中空結構，材料用量較少；錨體為海洋工程中較為通用的錨體形式，施工簡單，成本較低；錨鏈也為普通錨泊系統的錨鏈，目前國產的錨鏈即可滿足要求，不需進ロ昂貴的張カ腿系統所需的錨鏈，因此整體基礎的結構材料成本很低。(三)本發明的施工方法僅需較為通用的設備即可完成，基礎主體運輸也可自浮拖航，安裝過程通過箱型基礎結構自身的浮力調節實現下沉和錨鏈張緊，所需施工設備較少，并且涉及的都是較為常見的海上施工設備，施工過程簡便、快速，大幅度降低了基礎結構的海上安裝成本和現場施工費用，能夠顯著節省綜合造價。
圖I是本發明所提供的海上潛式箱型基礎結構的示意圖；圖2是本發明所提供的基礎主體的橫向剖切圖；圖3是本發明所提供的海上潛式箱型基礎結構施工方法中第二步和第三步的施エ不意圖；圖4是本發明所提供的海上潛式箱型基礎結構施工方法中第四步的施工示意圖；圖5是本發明所提供的海上潛式箱型基礎結構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；31，第一浮標；32，第二浮標；4，基礎主體；5,分艙結構；6，錨鏈通道；7，進氣/水孔；8，排氣/水孔。
具體實施例方式為能進一歩了解本發明的發明內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下如圖I所示，本實施例披露了ー種海上潛式箱型基礎結構，主要由錨體I、第一錨鏈21、第二錨鏈22和基礎主體4構成。錨體I是直徑為4m、長度為30m的鋼管樁錨體1，用于沉入海底，固定于海床。錨體I可以選用樁結構、吸カ錨、平板錨或重力式錨等。基礎主體4為可提供1500t有效浮力的鋼制密閉空心結構，形狀為長方體，長度為10m、寬度為6m、高度為5m，基礎主體4可選用由鋼板焊接而成或者混凝土澆筑而成。基礎主體4外形為寬扁柱體，也可以理解為箱型結構，即其整體橫向尺寸大于其整體縱向尺寸的規則形體，而橫截面可以是多邊形、如三角形、矩形、五邊形、六邊形等，也可以是圓形、橢圓形等。 如圖2所示，基礎主體4的空心結構中最好能夠設有將其內部空間隔成多個不同的長方體的分艙結構5，分艙結構5由鋼板組成，可以為方格狀或蜂窩狀。各個分艙結構5之間留有可以相互貫通的艙門，艙門的開啟和關閉可以由手動控制，也可以由電動閥門控制。基礎主體4在投入使用吋，艙門是關閉的，以保證在基礎主體4受到一定破壞而有部分分艙結構5進水時，其余的分艙結構5不會進水。基礎主體4的頂部設置有可以密封的進氣/水孔7和排氣/水孔8，進氣/水孔7用于向基礎主體4通入水或氣體，排氣/水孔8用于將基礎主體4內部的水或氣體排出。基礎主體4頂部還設置有用于固定第二錨鏈22的錨鏈固定結構，錨鏈固定結構具體可以采用卡環連接、鉸鏈連接、鎖緊連接等各種方式，只要是能夠將第二錨鏈22固定牢固的均可。基礎主體4各個頂角處，即矩形各邊與邊交接處設置有錨鏈通道6。錨鏈通道6由基礎主體4頂部豎直的貫通到其底部，用于使第二錨鏈22從中穿過，并可在錨鏈通道6中自由滑動。錨鏈通道6根據基礎主體4的橫截面形狀不同而選擇適合的位置，一般要均勻分布在基礎主體4周邊；對于多邊形的基礎主體4，錨鏈通道6最好設置在各個頂角處。第一錨鏈21和第二錨鏈22的破斷カ為2000t。多個第二錨鏈22分別穿過基礎主體4各頂角處的錨鏈通道6，頂端固定于錨鏈固定結構，底端相互連接在一起。多個第二錨鏈22的底端共同連接于第一錨鏈21的頂端，第一錨鏈21的底端連接于錨體I。上述海上潛式基礎結構的施工方法，包括如下步驟第一歩，根據基礎上部的結構物載荷進行基礎主體4所需提供的浮力設計，浮力大小決定了基礎主體4的結構大小以及錨鏈系統破斷力的大小，根據設計預制基礎主體4、錨體I、第一錨鏈21和第二錨鏈21。第二歩，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，第ー錨鏈21的末端與第一浮標31連接，第一浮標31漂浮于海面，作為施工指示標記，如圖3所示。第三步，干拖或濕拖基礎主體4至施工場地，將第二錨鏈22在基礎主體4各個頂角處的錨鏈通道6由頂部穿入、底部穿出，每個第二錨鏈22的穿出端分別連接有ー個第二浮標32，第二浮標32在浮力的作用下均漂浮至海面，如圖3所示。第四步，借助第一浮標31和第二浮標32的指示作用，先將各個連接第二浮標32的第二錨鏈22端部連接在一起，然后再將所有的第二錨鏈22底端共同與第一錨鏈21連接第一浮標31的端部相連，同時拆除第一浮標31和第二浮標31，使第一錨鏈21和所有的第ニ錨鏈22構成錨鏈系統。第五步，在基礎主體4中分艙結構5之間的艙門全部打開的狀態下，采用輔助施工船舶上的泵送水系統，通過基礎主體4頂部的進氣/水孔7向基礎主體4內打入一定量的水體，使基礎主體4全部沒入海水中；進ー步打水入基礎主體4，直至基礎主體4下沉到達設計深度，關閉泵送水系統，密封進氣/水孔7，如圖5所示。第六歩，采用輔助施工船舶上的絞錨機將各個第二錨鏈22從基礎主體4的錨鏈通道6頂部帶出，直至第一錨鏈21和各個第二錨鏈22在錨鏈通道6內的部分呈不吃力，或者說初步張緊的直立狀態。將第二錨鏈22伸出錨鏈通道6頂部的部分與基礎主體4的錨鏈固定結構連接固定，即將第一錨鏈21和第二錨鏈22構成的錨鏈系統與基礎主體4連接為一體。而第二錨鏈22與基礎主體4的錨鏈固定結構連接以上的部分在拆解后可以通過絞錨機回收。第七歩，采用輔助施工船舶上的泵送氣系統通過進氣/水孔7向基礎主體4內打入一定量的氣體，打入的氣體將基礎主體4內部的水體由通過排氣/水孔8置換出基礎主體4，基礎主體4整體的浮力増加至設計值后，關閉泵送氣系統，密封進氣/水孔7與排氣/水孔8，如圖I所示。基礎主體4整體的浮力是否達到設計值，可以通過錨鏈系統上的傳感 器測定，錨鏈系統的張緊カ與基礎主體4的浮力為平衡狀態。至此，海上潛式箱型基礎結構施工完畢，關閉在基礎主體4中分艙結構5之間的艙門，可以在基礎主體4頂部安裝上部結構物，如海上風機、海上測風塔，燈塔等。
權利要求
1.ー種海上潛式箱型基礎結構，其特征在于，包括密封空心且外形為寬扁柱體的基礎主體，所述基礎主體頂部設置有進氣/水孔、排氣/水孔和錨鏈固定結構，所述基礎主體周邊均布設置有由上至下的錨鏈通道，所述錨鏈通道內穿有一端連接于所述錨鏈固定結構的第二錨鏈，各個所述第二錨鏈的另一端連接在一起，并且通過第一錨鏈連接于固定在海床的錨體。
2.根據權利要求I所述的ー種海上潛式箱型基礎結構,其特征在于,所述基礎主體內設置有由鋼板隔成的分艙結構，各個所述分艙結構之間設置有艙門。
3.根據權利要求2所述的ー種海上潛式箱型基礎結構，其特征在于，所述分艙結構為方格狀或蜂窩狀。
4.根據權利要求I所述的ー種海上潛式箱型基礎結構，其特征在于，所述基礎主體的材料為鋼材或混凝土。
5.根據權利要求I所述的ー種海上潛式箱型基礎結構，其特征在于，所述錨體為樁結構、吸カ錨、平板錨或重力式錨其中的ー種。
6.一種如權利要求I所述海上潛式箱型基礎結構的施工方法，其特征在于，包括如下步驟 a.根據基礎上部的結構物載荷進行基礎主體浮力設計，預制基礎主體、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作為施工指示標記； c.干拖或濕拖基礎主體至施工場地，將第二錨鏈的一端在基礎主體的各錨鏈通道由頂部穿入、底部穿出，每個第二錨鏈穿出端連接漂浮在海面的第二浮標； d.借助第一浮標和第二浮標的指示作用，先將各個連接第二浮標的第二錨鏈端部連接在一起，再與連接第一浮標的第一錨鏈端部相互連接成為錨鏈系統，同時拆除第一浮標和第二浮標； e.采用輔助施工船舶上的泵送水系統通過進氣/水孔向基礎主體內打入水體，直至基礎主體下沉潛入水中并到達設計深度，關閉泵送水系統，密封進氣/水孔； f.采用輔助施工船舶上的絞錨機將各個第二錨鏈分別從基礎主體的各錨鏈通道頂部帶出，直至第一錨鏈和各個第二錨鏈在錨鏈通道內的部分呈初步張緊的直立狀態，將各第ニ錨鏈伸出錨鏈通道頂部以外的部分拆解回收，并將剰余部分的各第二錨鏈端頭與基礎主體頂部的錨鏈固定結構連接固定； g.采用輔助施工船舶上的泵送氣系統通過進氣/水孔向基礎主體內打入氣體，打入的氣體將基礎主體內部的水體通過排氣/水孔置換出基礎主體，基礎主體整體的浮力増加至設計值后，關閉泵送氣系統，密封進氣/水孔和排氣/水孔。
7.根據權利要求6所述的海上潛式基礎結構的施工方法，其特征在干，當基礎主體設置分艙結構時，基礎主體中分艙結構之間的艙門在施工過程中全部打開，在施工之后的エ作狀態下全部關閉。
全文摘要
本發明公開了一種海上潛式箱型基礎結構以及施工方法，基礎結構包括密封空心且外形為寬扁柱體的基礎主體，基礎主體周邊均布設置有錨鏈通道，錨鏈通道內穿有一端固定于基礎主體頂部、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主體運至施工場地；錨體與基礎主體通過錨鏈相連接；向基礎主體內打入水體，直至基礎主體下沉至設計深度，將錨鏈從錨鏈通道頂部帶出直至呈初步張緊的直立狀態，將錨鏈與基礎主體頂部固定；向基礎主體內打入氣體，將其內部水體置換出來，基礎主體整體的浮力增加至設計值后，密封基礎主體。本發明核心技術原理明確，基礎結構運行可靠穩定，材料成本較低，施工簡單、快速，所需施工設備少，施工成本低，節省綜合造價。
文檔編號E02D27/20GK102704502SQ20121017338
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者丁紅巖, 張浦陽, 練繼建 申請人:天津大學