本發(fā)明涉及海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，特別是一種環(huán)形分區(qū)水力破土開槽裝置。

背景技術(shù)：

海上風(fēng)電具有風(fēng)場流態(tài)好、不占用土地、年利用小時(shí)高等優(yōu)勢，近年來的開發(fā)形勢十分良好。然而，海上環(huán)境復(fù)雜，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求一般較高。目前，應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)當(dāng)屬樁結(jié)構(gòu)或樁結(jié)構(gòu)的衍伸結(jié)構(gòu)。不過，樁基礎(chǔ)的造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性并不良好。同時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的橫向荷載較大，容易使得樁基礎(chǔ)發(fā)生較大的橫向變形。隨著工程界與學(xué)術(shù)界對海上結(jié)構(gòu)物的不斷探索與研究，人們發(fā)現(xiàn)寬淺式筒形基礎(chǔ)可有效抵抗海上風(fēng)機(jī)在工作過程中的較大橫向荷載。由此，針對海上風(fēng)機(jī)筒形基礎(chǔ)的研究逐步開展并逐漸深入，而筒形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也逐步在我國東部沿海地區(qū)的海上風(fēng)電場建設(shè)當(dāng)中得以應(yīng)用。

現(xiàn)階段，筒形基礎(chǔ)多采用薄壁鋼筒結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單輕便，易于制造，也易于負(fù)壓下沉。不過，對于某些地質(zhì)條件，筒形基礎(chǔ)的下沉作業(yè)需要施加很大的負(fù)壓，而過大的負(fù)壓會(huì)導(dǎo)致筒壁的屈曲變形，最終影響結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。為此，一些學(xué)者建議使用鋼混結(jié)構(gòu)的筒形基礎(chǔ)。但鋼混筒形基礎(chǔ)為厚壁結(jié)構(gòu)，下沉過程的端阻力很大，不能保證快速有效的下沉作業(yè)。為此，學(xué)者們又進(jìn)一步提出了在鋼混筒形基礎(chǔ)底部設(shè)置破土裝置，如開槽破土或高壓噴射破土。然而，目前的破土裝置都是整體結(jié)構(gòu)，整體破土。一旦筒形基礎(chǔ)的不同部位的地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，很容易造成筒形基礎(chǔ)下沉過程中的水平度失衡。另外，目前并未有一種破土裝置具有沖沙或排沙系統(tǒng)，當(dāng)土體擾動(dòng)后，擾動(dòng)的土體依然存在筒形基礎(chǔ)下部，使得基礎(chǔ)的沉放效率不高，并存在擴(kuò)大土體擾動(dòng)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。為此，本申請?zhí)岢鲆环N采用水力作用進(jìn)行破土的環(huán)形分區(qū)的開槽破土裝置，其有效限制了擾動(dòng)土體的區(qū)域范圍，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)控制，保證了水平度的控制，并加設(shè)了沖沙排沙裝置，從而有效保證了筒形基礎(chǔ)快速有效安全的沉放作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提出一種環(huán)形分區(qū)水力破土開槽裝置，該裝置有效限制了擾動(dòng)土體的區(qū)域范圍，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)控制，保證了水平度的控制，并加設(shè)了沖沙排沙裝置，從而有效保證了筒形基礎(chǔ)快速有效安全的沉放作業(yè)，有效提高了破土效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種環(huán)形分區(qū)水力破土開槽裝置，由分區(qū)破土槽、分區(qū)隔板、高壓噴流管、高壓噴流管堵頭、高壓噴頭、防淤堵塊、沖沙管、排沙管構(gòu)成，筒形基礎(chǔ)邊壁底部通過6-10塊分區(qū)隔板分隔成6-10個(gè)分區(qū)破土槽；分區(qū)破土槽為兩圈鋼板結(jié)構(gòu)，鋼板厚度5-10mm，高度為0.5-1.2m，在每個(gè)分區(qū)破土槽內(nèi)的混凝土邊壁內(nèi)部埋設(shè)兩根高壓噴流管、兩根沖沙管與一根排砂管，由中間向兩側(cè)依次布置排沙管、高壓噴流管與沖沙管；高壓噴流管直徑12-15cm，高壓噴流管頂部延伸出筒形基礎(chǔ)邊壁并與高壓噴流裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，然后發(fā)生90°折角，使得管道方向垂直于邊壁并平行于底面；在高壓噴流管橫向端頭設(shè)置高壓噴流管堵頭，阻斷管內(nèi)水體繼續(xù)前行；在平行于底面的高壓噴流管管段的底部設(shè)置5-10個(gè)、直徑0.8-1.5cm的高壓噴頭，噴頭周邊設(shè)置防淤堵塊；沖沙管直徑12-15cm，沖沙管頂部延伸出筒形基礎(chǔ)邊壁并與沖沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區(qū)破土槽聯(lián)通；排沙管直徑15cm，排沙管頂部延伸出筒形基礎(chǔ)邊壁并與排沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區(qū)破土槽聯(lián)通；開槽裝置設(shè)置于分區(qū)破土槽對應(yīng)的筒形基礎(chǔ)的壁內(nèi)，筒形基礎(chǔ)邊壁頂部連接過渡段。

該裝置的破土原理是：1)當(dāng)筒形基礎(chǔ)9下沉?xí)r，每個(gè)分區(qū)破土槽1內(nèi)的土體與外界相互獨(dú)立；2)高壓水體通過高壓噴流管3流至筒形基礎(chǔ)9邊壁底部，并通過高壓噴頭5噴射而出，隨即高壓射流擾動(dòng)土體，使得土體產(chǎn)生較大流動(dòng)性；3)沖沙管7內(nèi)水體沖至分區(qū)破土槽1內(nèi)，進(jìn)一步增強(qiáng)擾動(dòng)土體的流動(dòng)性，并攜帶土體沖至排沙管8內(nèi)，隨即土體通過排沙管8與相應(yīng)排沙裝置排至筒外，完成破土工作。

該開槽裝置適用于厚壁鋼筋混凝土筒形基礎(chǔ)下沉施工。

本發(fā)明的有益效果是：

該開槽裝置通過設(shè)置環(huán)形分區(qū)可有效縮小土體的擾動(dòng)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)間破土工作的獨(dú)立進(jìn)行，從而有效提升筒形基礎(chǔ)下沉過程中的水平度控制能力；分區(qū)內(nèi)的高速噴流射流系統(tǒng)可快速擾動(dòng)分區(qū)內(nèi)部土體，保證土體的流動(dòng)性，克服水下壓力；分區(qū)內(nèi)的沖沙、排沙裝置可快速將擾動(dòng)后的土體快速排出，提高筒形基礎(chǔ)的下沉效率；噴頭周圍的防淤堵塊可有效避免噴頭在工作過程中發(fā)生淤堵；噴流、射流、沖沙、排沙等裝置之間可交互應(yīng)用也可聯(lián)合應(yīng)用，從而達(dá)到控制下沉過程中的水頭與流量的綜合控制，進(jìn)而保證了下沉過程中筒形基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為該環(huán)形分區(qū)水力破土開槽裝置縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為加裝該開槽裝置的筒形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為加裝該開槽裝置的筒形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1、分區(qū)破土槽；2、分區(qū)隔板；3、高壓噴流管；4、高壓噴流管堵頭；5、高壓噴頭；6、防淤堵塊；7、沖沙管；8、排沙管；9、筒形基礎(chǔ)；10、過渡段。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

一種環(huán)形分區(qū)水力破土開槽裝置，由分區(qū)破土槽1、分區(qū)隔板2、高壓噴流管3、高壓噴流管堵頭4、高壓噴頭5、防淤堵塊6、沖沙管7、排沙管8構(gòu)成，筒形基礎(chǔ)9邊壁底部通過8塊分區(qū)隔板2分隔成8個(gè)分區(qū)破土槽1；分區(qū)破土槽1為兩圈鋼板結(jié)構(gòu)，鋼板厚度8mm，高度為0.5m，在每個(gè)分區(qū)破土槽1內(nèi)的混凝土邊壁內(nèi)部埋設(shè)兩根高壓噴流管3、兩根沖沙管7與一根排砂管8，由中間向兩側(cè)依次布置排沙管8、高壓噴流管3與沖沙管7；高壓噴流管3直徑12cm，高壓噴流管3頂部延伸出筒形基礎(chǔ)9邊壁并與高壓噴流裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，然后發(fā)生90°折角，使得管道方向垂直于邊壁并平行于底面；在高壓噴流管3橫向端頭設(shè)置高壓噴流管堵頭4，阻斷管內(nèi)水體繼續(xù)前行；在平行于底面的高壓噴流管3管段的底部設(shè)置6個(gè)、直徑0.8cm的高壓噴頭5，噴頭周邊設(shè)置防淤堵塊6；沖沙管7直徑12cm，沖沙管7頂部延伸出筒形基礎(chǔ)9邊壁并與沖沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區(qū)破土槽1聯(lián)通；排沙管8直徑15cm，排沙管8頂部延伸出筒形基礎(chǔ)9邊壁并與排沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區(qū)破土槽1聯(lián)通；開槽裝置設(shè)置于分區(qū)破土槽1對應(yīng)的筒形基礎(chǔ)9的壁內(nèi)，筒形基礎(chǔ)9邊壁頂部連接過渡段10。該實(shí)施例中：筒形基礎(chǔ)1外徑20m，頂蓋厚0.7m，壁厚1m，壁高6m；過渡段10頂部外徑6m，壁厚0.6m，高度10m。