專利名稱：軟基箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)海上氣浮拖運(yùn)和定位下沉安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種插入到軟土地基中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的海上氣浮拖運(yùn)、定位和下沉安裝方法。屬于近海和港口工程領(lǐng)域中的建筑結(jié)構(gòu)施工方法。
背景技術(shù)：
針對近海和港口工程中的軟土地基，出現(xiàn)了一系列以箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的新結(jié)構(gòu)，如新型防波堤(可移動圓筒基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)，專利號022531467；可移動鋼混箱筒型基礎(chǔ)直立弧形連續(xù)墻防波堤結(jié)構(gòu)，專利號2004200294670)、圍埝和護(hù)岸(可移動輕型箱體基礎(chǔ)擋土擋水隔波結(jié)構(gòu)，專利號012093904)、海底隧道(箱型基礎(chǔ)海底隧道結(jié)構(gòu)，專利號022090614)、碼頭(軟土地基上的筒型基礎(chǔ)深水重力式碼頭結(jié)構(gòu)，專利號021213739)等。這些新結(jié)構(gòu)中的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一般由四個上部帶頂蓋板、下部開口的基礎(chǔ)圓筒體或多邊形筒體呈矩形排列，通過頂板和基礎(chǔ)筒體間的側(cè)板剛性連接而成。這樣的結(jié)構(gòu)如果用鋼材制作，重量約150噸到500噸，如果用混凝土制作，重量約1000噸到3000噸。使用時，將箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)插入到海底軟土地基中作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。
采用傳統(tǒng)的方法安裝這些結(jié)構(gòu)，一般先將預(yù)制好的結(jié)構(gòu)滑移或吊裝到運(yùn)輸駁船上，用運(yùn)輸駁船運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場，然后用大型船吊將結(jié)構(gòu)從運(yùn)輸駁船上吊放到安裝點(diǎn)定位，之后采用抽真空和加壓載的方法將結(jié)構(gòu)下沉到泥土中。這種施工方法一方面需要大型的運(yùn)輸船舶和船吊設(shè)備，而這些設(shè)備的使用成本非常高；另一方面施工過程復(fù)雜，施工效率較低，施工質(zhì)量難以保證，如采用加壓載的方法下沉結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)的偏斜度難以控制，還需要倒運(yùn)大量的壓載塊體或壓載水。
針對箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可氣浮的特點(diǎn)，可以采用一套全新的方法來對其進(jìn)行運(yùn)輸、定位和下沉安裝，即采用氣浮的方法對其進(jìn)行拖運(yùn)，在氣浮狀態(tài)中對其進(jìn)行安裝定位，采用放氣、抽真空和抽水的方法對其進(jìn)行下沉安裝并調(diào)整結(jié)構(gòu)安裝的偏斜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對插入到軟土地基中的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提出一種安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的拖運(yùn)、定位和下沉安裝方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的一種軟基箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)海上氣浮拖運(yùn)和定位下沉安裝方法，所述的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是指多個上端設(shè)置頂蓋板、下端為敞口的圓筒體或多邊形筒體規(guī)則排列成的整體結(jié)構(gòu)，其中各筒體的頂蓋板或上端側(cè)壁設(shè)置帶截門的通氣和抽水孔，這樣的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的海上氣浮拖運(yùn)和定位下沉安裝方法，其特征在于包括以下過程(1)氣浮拖運(yùn)預(yù)制的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下水后，通過各筒體上的通氣孔向筒體內(nèi)充氣，使結(jié)構(gòu)漂浮于水面，調(diào)整筒體內(nèi)的充氣量，使各筒體的入水深度達(dá)到滿足拖航穩(wěn)定性的要求，之后就可以對其進(jìn)行拖運(yùn)；(2)氣浮定位箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮拖運(yùn)至安裝地點(diǎn)后，放出各筒體中的部分氣體，使結(jié)構(gòu)下沉至筒底與泥面之間的距離為0～1.0m，在該氣浮狀態(tài)下，將結(jié)構(gòu)緩慢地靠泊于一已定位好的定位駁船旁，然后通過纜繩調(diào)整結(jié)構(gòu)在駁船邊緣的相對位置，完成氣浮定位；或在箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)周邊布置4至8條錨碇纜繩，利用各錨碇纜繩的收放完成箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的氣浮定位；結(jié)構(gòu)氣浮定位后，繼續(xù)放出各筒體中的氣體，使結(jié)構(gòu)下沉，在筒體底端未與泥面接觸之前，進(jìn)行定位觀測，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移，則停止放氣下沉，按上述方法重新進(jìn)行定位；(3)入泥下沉安裝箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的入泥下沉安裝過程包括1)靠結(jié)構(gòu)自重排氣排水和調(diào)平下沉打開各筒體上的通氣和抽水孔，在結(jié)構(gòu)自重作用下，筒內(nèi)氣體排出，筒體入泥下沉，通過控制排氣速度來控制結(jié)構(gòu)的下沉速度；下沉過程中觀測結(jié)構(gòu)的側(cè)傾情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的氣體放出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的氣體放出，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)水平，然后繼續(xù)均衡放氣下沉，直至箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自重和土體阻力平衡，結(jié)構(gòu)不再下沉為止；如果結(jié)構(gòu)自重比較大或水深比較大，筒體內(nèi)的氣體全排出后，結(jié)構(gòu)在自重作用下還繼續(xù)下沉，則筒內(nèi)水體會從通氣和抽水孔中排出，直至結(jié)構(gòu)自重和土體阻力平衡，結(jié)構(gòu)不再下沉為止；2)靠抽氣施加壓力調(diào)平下沉結(jié)構(gòu)靠自重停止下沉后，如果筒內(nèi)還有氣體存在，則利用射流真空泵從通氣孔或抽水孔中將筒內(nèi)氣體抽出，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉；下沉過程中觀測結(jié)構(gòu)的側(cè)傾情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的氣體抽出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的氣體抽出，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)水平，.然后繼續(xù)均衡抽氣下沉，直至箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)各筒體內(nèi)的氣體全部抽出為止；3)靠抽水施加壓力調(diào)平下沉當(dāng)箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)筒體內(nèi)的氣體全部排出后，利用潛水排污泵或射流泵從抽水孔中將筒內(nèi)水體抽出，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉；下沉過程中觀測結(jié)構(gòu)的側(cè)傾情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的水體抽出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的水體抽出，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)水平，然后繼續(xù)均衡抽水下沉，直至各筒內(nèi)的水體全部抽出為止，箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的下沉安裝完畢。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸不需要大型運(yùn)輸船舶，現(xiàn)場安裝不需要大型起吊船舶和倒運(yùn)大量的壓載塊體或壓載水，定位下沉設(shè)備簡單，施工簡便，下沉速度快，偏斜度容易控制，綜合施工費(fèi)用低。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明加以說明。
圖1為以箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)的防波堤結(jié)構(gòu)斷面示意圖。
圖2為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的平面仰視圖。
圖3為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于氣浮漂浮狀態(tài)。
圖4為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于氣浮拖運(yùn)狀態(tài)。
圖5為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)靠泊于定位駁船旁進(jìn)行氣浮定位示意圖。
圖6為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)利用錨碇纜繩進(jìn)行氣浮定位示意圖。
圖7為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于靠結(jié)構(gòu)自重排氣下沉狀態(tài)。
圖8為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于抽氣下沉狀態(tài)。
圖9為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于抽水下沉狀態(tài)。
圖10為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉安裝到位狀態(tài)。
圖中1為基礎(chǔ)筒體，2為筒頂蓋板，3為筒頂蓋板上的通氣和抽水孔，4為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的直立圓筒防波堤，5為基礎(chǔ)筒體間的連接板，6為四個基礎(chǔ)筒體和連接板圍成的中間筒艙，7為氣浮漂浮狀態(tài)基礎(chǔ)筒體內(nèi)的空氣處于受壓狀態(tài)，8為氣浮拖運(yùn)的拖纜繩，
9為氣浮拖運(yùn)狀態(tài)前側(cè)筒體內(nèi)的空氣壓力略大于后側(cè)筒體內(nèi)的空氣壓力，10為定位駁船，11為定位駁船的錨碇纜繩，12為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)靠泊于定位駁船的系纜繩，13為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的氣浮定位錨碇纜繩，14為排出筒內(nèi)空氣，15為排氣下沉狀態(tài)筒體內(nèi)的空氣壓力略高于大氣壓力，16為抽出筒內(nèi)空氣，17為抽氣下沉狀態(tài)筒體內(nèi)的空氣壓力小于大氣壓力，18為抽出筒內(nèi)水體，19為抽水下沉狀態(tài)筒體內(nèi)的水壓力小于筒外同深度處的水壓力，20為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉到位后基礎(chǔ)筒頂板下側(cè)和地基土面接觸。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一個實(shí)施例如下如圖1和圖2所示的箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)，其中箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的4個基礎(chǔ)筒體均為直徑10.5m，高8m，壁厚0.25m的混凝土圓筒，相鄰兩筒體的筒壁間距2.5m，相鄰兩筒體用0.5m厚的連接墻連接，連接墻與筒體高度相同，四個基礎(chǔ)筒的頂蓋板為一正方形圓角板，厚0.50m，其下設(shè)有肋梁，該箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重約1500噸，安裝地點(diǎn)的高潮位水深約5～6m。
該箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在陸地上預(yù)制好后，采用滑道或潛水駁船將其移于水中。結(jié)構(gòu)下水之前，在4個基礎(chǔ)筒和中間筒艙的頂蓋板上的通氣孔處均連接充氣和排氣閥及管道、在4個基礎(chǔ)筒的頂蓋板上各安裝一臺潛水排污泵。
箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下水過程中，當(dāng)基礎(chǔ)筒壁底端被水淹沒后，向四個基礎(chǔ)筒艙和中間筒體內(nèi)充氣。當(dāng)基礎(chǔ)筒壁底端入水約4.0m，各筒體內(nèi)氣壓達(dá)到35.0kPa時，結(jié)構(gòu)即可漂浮于水中，如圖3示。
將充氣漂浮的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)緩慢拖帶離開滑道或潛水駁船，放出各筒體中的部分空氣，使基礎(chǔ)筒壁底端入水約4.5～5.0m，各筒體內(nèi)的封氣水柱約1.0～1.5m，這樣以防止拖運(yùn)過程中結(jié)構(gòu)搖擺時筒體內(nèi)的空氣溢出，另外使氣浮拖運(yùn)行進(jìn)中前側(cè)基礎(chǔ)筒體內(nèi)的空氣壓力大于后側(cè)基礎(chǔ)筒體內(nèi)的空氣壓力，這樣以便在拖運(yùn)行進(jìn)中結(jié)構(gòu)整體保持水平。在該浮態(tài)下，可將結(jié)構(gòu)氣浮拖運(yùn)到安裝現(xiàn)場，如圖4示。
當(dāng)箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮拖運(yùn)到安裝地點(diǎn)后，將箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)靠泊于定位駁船旁，放出筒中部分氣體，使結(jié)構(gòu)下沉，筒體底部接近于泥面；在氣浮漂浮狀態(tài)下，通過箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和定位駁船之間的纜繩調(diào)整結(jié)構(gòu)的平面位置，將結(jié)構(gòu)精確定位于安裝地點(diǎn)，如圖5示。
在適當(dāng)?shù)某彼磺闆r下，均勻放出箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各筒體中的空氣，結(jié)構(gòu)在自重作用下隨各筒體中的空氣排出而緩慢下沉，如圖7示。此時的下沉過程中，通過調(diào)整各筒體中的放氣量，使結(jié)構(gòu)保持水平，當(dāng)結(jié)構(gòu)下沉過程中出現(xiàn)傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的空氣放出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的空氣放出，當(dāng)結(jié)構(gòu)水平后，再均勻放出各筒體中的空氣。在較軟的地基上，放氣后結(jié)構(gòu)在自重作用下基礎(chǔ)筒壁可下沉到地基土中4～5m。
對于該箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)安裝地點(diǎn)的潮水位情況，當(dāng)靠自重排氣停止下沉后，各筒體中的空氣已全部排出，筒體內(nèi)充滿水。關(guān)閉各筒頂上的放氣閥門，開啟各筒體上的抽水泵，將筒體內(nèi)的水抽出，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉，如圖9示。此時的下沉過程中，通過調(diào)整各筒體的抽水量，使結(jié)構(gòu)保持水平，當(dāng)結(jié)構(gòu)下沉過程中出現(xiàn)傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體抽水，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體抽水，當(dāng)結(jié)構(gòu)水平后，再均勻抽出各筒體中的水，直至各筒體中的水被完全抽出，筒體頂板下側(cè)和地基上面接觸，則該箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安裝到位，如圖10示。若每個基礎(chǔ)筒頂安裝一臺效率為60m3/h的抽水泵，則用1個小時靠自重排氣下沉，用6～8個小時抽水下沉將結(jié)構(gòu)安裝到位。
箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用本發(fā)明方法進(jìn)行運(yùn)輸和定位下沉安裝施工時，僅需要一艘1500馬力的拖輪，一艘中小型定位駁船，4臺7.5kW的潛水排污泵和相應(yīng)的發(fā)電系統(tǒng)，拖運(yùn)及定位下沉設(shè)備簡單，施工簡便，下沉速度快，偏斜度容易控制，綜合施工費(fèi)用低。
權(quán)利要求
1.一種軟基箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)海上氣浮拖運(yùn)和定位下沉安裝方法，所述的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是指多個上端設(shè)置頂蓋板、下端為敞口的圓筒體或多邊形筒體規(guī)則排列成的整體結(jié)構(gòu)，其中各筒體的頂蓋板或上端側(cè)壁設(shè)置帶截門的通氣和抽水孔，這樣的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的海上氣浮拖運(yùn)和定位下沉安裝方法，其特征在于包括以下過程(1)氣浮拖運(yùn)預(yù)制的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下水后，通過各筒體上的通氣孔向筒體內(nèi)充氣，使結(jié)構(gòu)漂浮于水面，調(diào)整筒體內(nèi)的充氣量，使各筒體的入水深度達(dá)到滿足拖航穩(wěn)定性的要求，之后就可以對其進(jìn)行拖運(yùn)；(2)氣浮定位箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮拖運(yùn)至安裝地點(diǎn)后，放出各筒體中的部分氣體，使結(jié)構(gòu)下沉至筒底與泥面之間的距離為0～1.0m，在該氣浮狀態(tài)下，將結(jié)構(gòu)緩慢地靠泊于一已定位好的定位駁船旁，然后通過纜繩調(diào)整結(jié)構(gòu)在駁船邊緣的相對位置，完成氣浮定位；或在箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)周邊布置4至8條錨碇纜繩，利用各錨碇纜繩的收放完成箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的氣浮定位；結(jié)構(gòu)氣浮定位后，繼續(xù)放出各筒體中的氣體，使結(jié)構(gòu)下沉，在筒體底端未與泥面接觸之前，進(jìn)行定位觀測，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移，則停止放氣下沉，按上述方法重新進(jìn)行定位；(3)入泥下沉安裝箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的入泥下沉安裝過程包括1)靠結(jié)構(gòu)自重排氣排水和調(diào)平下沉打開各筒體上的通氣和抽水孔，在結(jié)構(gòu)自重作用下，筒內(nèi)氣體排出，筒體入泥下沉，通過控制排氣速度來控制結(jié)構(gòu)的下沉速度；下沉過程中觀測結(jié)構(gòu)的側(cè)傾情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的氣體放出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的氣體放出，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)水平，然后繼續(xù)均衡放氣下沉，直至箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自重和土體阻力平衡，結(jié)構(gòu)不再下沉為止；如果結(jié)構(gòu)自重比較大或水深比較大，筒體內(nèi)的氣體全排出后，結(jié)構(gòu)在自重作用下還繼續(xù)下沉，則筒內(nèi)水體會從通氣和抽水孔中排出，直至結(jié)構(gòu)自重和土體阻力平衡，結(jié)構(gòu)不再下沉為止；2)靠抽氣施加壓力調(diào)平下沉結(jié)構(gòu)靠自重停止下沉后，如果筒內(nèi)還有氣體存在，則利用射流真空泵從通氣孔或抽水孔中將筒內(nèi)氣體抽出，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉；下沉過程中觀測結(jié)構(gòu)的側(cè)傾情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的氣體抽出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的氣體抽出，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)水平，然后繼續(xù)均衡抽氣下沉，直至箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)各筒體內(nèi)的氣體全部抽出為止；3)靠抽水施加壓力調(diào)平下沉當(dāng)箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)筒體內(nèi)的氣體全部排出后，利用潛水排污泵或射流泵從抽水孔中將筒內(nèi)水體抽出，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉；下沉過程中觀測結(jié)構(gòu)的側(cè)傾情況，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，停止或減少下沉量大側(cè)的筒體中的水體抽出，保持或加大下沉量小側(cè)的筒體中的水體抽出，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)水平，然后繼續(xù)均衡抽水下沉，直至各筒內(nèi)的水體全部抽出為止，箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的下沉安裝完畢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟土地基箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的海上氣浮拖運(yùn)和定位下沉安裝方法。預(yù)制的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下水后，向筒體內(nèi)充氣，使結(jié)構(gòu)漂浮于水面，將其拖運(yùn)至安裝地點(diǎn)；在氣浮狀態(tài)下，通過定位駁船或錨碇纜繩進(jìn)行定位；下沉?xí)r，首先放出筒內(nèi)氣體，在結(jié)構(gòu)自重作用下筒體入泥下沉，通過控制各筒的放氣速度和放氣量來控制結(jié)構(gòu)的下沉速度和偏斜情況，然后通過真空泵抽出筒內(nèi)氣體施加壓力，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉；再后通過潛水泵抽出筒內(nèi)水體施加壓力，結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉，直至各筒內(nèi)的水體全部被抽出，箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉安裝完畢。該方法不需要大型起吊和運(yùn)輸船舶，設(shè)備簡單，下沉速度快，偏斜度容易控制，綜合費(fèi)用低。
文檔編號E02D23/00GK1730842SQ20051001501
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者別社安, 齊越, 賀立, 蘇永生, 只紅茹 申請人:天津大學(xué)