吸力樁式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種吸力樁式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法，吸力樁式重力基礎(chǔ)包括配重箱和至少一個(gè)吸力樁。吸力樁為下端開放，上端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)；配重箱安裝于吸力樁的上端。配重箱內(nèi)部為空腔，頂部設(shè)置有混凝土澆筑接口、放氣口，還設(shè)有連通吸力樁內(nèi)腔的泵接口。吸力樁貫入施工地點(diǎn)時(shí)，配重箱內(nèi)注有水；吸力樁完全貫入施工地點(diǎn)后，配重箱內(nèi)澆筑有混凝土。吸力樁和配重箱均為圓形的筒狀結(jié)構(gòu)，配重箱的外徑尺寸大于吸力樁的外徑尺寸。本發(fā)明提供的吸力樁式重力基礎(chǔ)將吸力樁技術(shù)與重力式基礎(chǔ)相結(jié)合，既具有良好的水平承載力、抗壓拔載荷能力，又具有抗傾覆彎矩載荷的能力，方便運(yùn)輸、安裝簡(jiǎn)單、適用范圍更廣泛。
【專利說明】吸力粧式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋結(jié)構(gòu)工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程，特別是涉及一種吸力樁式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]吸力樁技術(shù)是20世紀(jì)60年代提出來的，80年代初才開始在工程世紀(jì)中得到應(yīng)用。由于吸力樁技術(shù)施工簡(jiǎn)單，并且能夠回收重復(fù)使用的特點(diǎn)，備受人們的青睞，因此，國(guó)內(nèi)各個(gè)研究和施工單位對(duì)吸力樁技術(shù)倍加重視。
[0003]吸力樁是一種利用水壓力將樁體壓入土中的剛性短樁，它的基本結(jié)構(gòu)型式是一種上端封閉、下端開口的圓筒，因此吸力樁也稱吸力錨、筒型基礎(chǔ)或桶形基礎(chǔ)。吸力樁的沉樁原理是:吸力樁沉入水中，利用其自重產(chǎn)生一定貫入深度，形成一個(gè)封閉的腔體。吸力樁頂部開有連接泵系統(tǒng)的水孔，使用泵系統(tǒng)抽吸腔內(nèi)的水，使腔內(nèi)產(chǎn)生低于腔外的水壓，利用腔頂內(nèi)、外的負(fù)壓差將樁筒壓入泥中。吸力樁的起樁原理是:通過泵系統(tǒng)向筒內(nèi)注水，利用腔頂內(nèi)、外的正壓差將樁筒頂出泥面。
[0004]吸力樁被廣泛應(yīng)用到許多海洋工程中，除了可以回收重復(fù)使用外，相對(duì)于傳統(tǒng)的打樁技術(shù)而言，吸力樁的安裝不需要打樁錘和浮吊，只需要泵等比較小巧的設(shè)備，是依靠負(fù)壓靜力安裝，沒有打樁施工的振動(dòng)噪音等，因此吸力樁安裝置放比較精確方便。但是吸力樁是一種剛性短樁，施工海底土壤不能太硬，太硬后吸力樁貫入難度增大。雖然吸力樁具有很好的水平承載力、抗壓承載力和抗拔承載力，但是如果外部載荷傾覆力矩太大，就容易導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)發(fā)生起伏的危險(xiǎn)。例如在海上風(fēng)電中，海上風(fēng)機(jī)受到較強(qiáng)的風(fēng)載荷，作用在較高的風(fēng)機(jī)上的傾覆載荷容易使風(fēng)機(jī)安裝塔將水下的吸力樁從軟泥中連根拔起，發(fā)生倒塌的危險(xiǎn)。
[0005]重力式基礎(chǔ)是一種自重大于上拔力的基礎(chǔ)，重量一般地在一千噸甚至幾千噸以上，能夠很好地抵抗傾覆載荷，但運(yùn)輸過程中需要大型浮吊和大型運(yùn)輸船只，因而運(yùn)輸非常困難，特別是在淺水區(qū)使用時(shí)運(yùn)輸困難尤為突出。而且置放重力式基礎(chǔ)時(shí)還需要繁瑣的施工步驟。在置放重力基礎(chǔ)前需要對(duì)海底進(jìn)行預(yù)先的平整處理，鑿開海床表層換以一層沙礫層，之后使用駁船運(yùn)送或漂浮拖駁將重力式基礎(chǔ)運(yùn)送至施工地點(diǎn)，重力式基礎(chǔ)就位之后再用混凝土將其周邊固定。不適于在淺水區(qū)使用。因此，單一的重力基礎(chǔ)在運(yùn)輸、施工、使用區(qū)域等各方面都受到較大的限制，且運(yùn)輸費(fèi)用較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種將吸力樁技術(shù)與重力式基礎(chǔ)相結(jié)合，既具有良好的水平承載力、抗壓拔載荷能力，又具有抗傾覆彎矩載荷的能力，還方便運(yùn)輸、安裝簡(jiǎn)單、施工費(fèi)用低，適用于區(qū)域廣泛的吸力樁式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種吸力樁式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法。吸力樁式重力基礎(chǔ)包括:至少一吸力樁，為下端開放，上端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)；配重箱，安裝于所述吸力樁的上端，所述配重箱內(nèi)部為空腔，頂部設(shè)置有混凝土澆筑接口、放氣口，還設(shè)有連通所述吸力樁內(nèi)腔的泵接口 ；所述吸力樁貫入施工地點(diǎn)時(shí)，所述配重箱內(nèi)注有水；所述吸力樁完全貫入所述施工地點(diǎn)后，所述配重箱內(nèi)澆筑有混凝土。
[0008]優(yōu)選地，所述吸力樁和所述配重箱均為圓形的筒狀結(jié)構(gòu)，所述配重箱的外徑尺寸大于所述吸力樁的外徑尺寸。
[0009]優(yōu)選地，所述配重箱的頂部均勻布設(shè)有多個(gè)所述混凝土澆筑接口。
[0010]所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置包括一施工船、設(shè)置于所述施工船上的水上監(jiān)控系統(tǒng)和混凝土澆筑裝置，還包括設(shè)置于所述配重箱頂部的水下監(jiān)控系統(tǒng)和注排水動(dòng)力系統(tǒng)；所述水上監(jiān)控系統(tǒng)通過線纜與所述水下監(jiān)控系統(tǒng)和所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)連接，所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)與所述泵接口連接；所述混凝土澆筑裝置通過混凝土澆筑管線連接于所述混凝土澆筑接口。
[0011]優(yōu)選地，所述水上監(jiān)控系統(tǒng)包括控制器、連接于所述控制器的通信模塊和動(dòng)力電源；所述水下監(jiān)控系統(tǒng)包括均連接于所述通信模塊的傾角儀、電羅經(jīng)、內(nèi)壓力傳感器和外壓力傳感器；所述內(nèi)壓力傳感器裝設(shè)在所述泵接口內(nèi)側(cè)，所述外壓力傳感器裝設(shè)在所述泵接口外側(cè)；所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)包括至少一臺(tái)與所述動(dòng)力電源連接的潛水泵，連接于所述潛水泵與所述泵接口之間的換向閥裝置，一端連接于所述控制器的液壓系統(tǒng)，所述換向閥裝置還連接于所述液壓系統(tǒng)的另一端。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述傾角儀和所述電羅經(jīng)放置于一密封艙內(nèi)。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述換向閥裝置包括第一三通球閥、第二三通球閥和兩通球閥；所述第一三通球閥的第一個(gè)端口與所述潛水泵的進(jìn)水端連通，第二個(gè)端口與外界連通，第三個(gè)端口通過所述兩通球閥與所述泵接口連通；所述第二三通球閥的第一個(gè)端口與所述潛水泵的排水端連通，第二個(gè)端口與外界連通，第三個(gè)端口通過所述兩通球閥與所述泵接口連通。
[0014]優(yōu)選地，所述混凝土澆筑裝置包括通過混凝土輸送管線依次連接的混凝土攪拌機(jī)、混凝土儲(chǔ)料罐、混凝土輸送泵、混凝土輸送機(jī)，所述混凝土輸送機(jī)通過混凝土澆筑管線與所述混凝土澆筑接口連接。
[0015]所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝方法先進(jìn)行對(duì)所述吸力樁的安裝，再進(jìn)行對(duì)所述配重箱的混凝土澆筑施工，包括以下步驟:
[0016]I)在陸地碼頭上，密封所述配重箱上的所述泵接口、所述混凝土澆筑接口和所述放氣口，用吊機(jī)將所述吸力樁式重力基礎(chǔ)吊裝至海水中，依靠所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的自身浮力浮在水面上，利用拖船將所述吸力樁式重力基礎(chǔ)拖航至施工地點(diǎn)；
[0017]2)到達(dá)所述施工地點(diǎn)后，通過三只定位船調(diào)整所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的位置坐標(biāo)，所述位置坐標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將注排水動(dòng)力系統(tǒng)與泵接口連接，在配重箱頂部安裝水下監(jiān)控系統(tǒng)，打開所述混凝土澆筑接口、所述放氣口，令水注入所述配重箱內(nèi)；
[0018]3)所述吸力樁式重力基礎(chǔ)隨著所述配重箱中水量的增加逐漸沉入水中，到達(dá)海底泥面形成初始入泥條件，對(duì)所述吸力樁進(jìn)行貫入施工，通過水下監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝參數(shù)，通過水上監(jiān)控系統(tǒng)和注排水動(dòng)力系統(tǒng)調(diào)整所述吸力樁的注水和排水狀態(tài)，直至各所述安裝參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所述吸力樁安裝完成；
[0019]4)拆除所述水下監(jiān)控系統(tǒng)和所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)，密封所述泵接口 ；對(duì)所述配重箱進(jìn)行混凝土澆筑施工，將混凝土澆筑管線的一端連接于混凝土澆筑裝置，另一端連接到所述混凝土澆筑接口上，通過所述混凝土澆筑接口向所述配重箱內(nèi)澆筑混凝土，混凝土逐漸將所述配重箱內(nèi)的水通過所述放氣口排出，直至所述配重箱內(nèi)完全注滿混凝土 ；
[0020]5)拆除所述混凝土澆筑管線，密封所述混凝土澆筑接口、所述放氣口。
[0021]優(yōu)選地，在設(shè)計(jì)階段計(jì)算空的所述配重箱是否能夠提供滿足拖航所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的浮力，如果滿足，執(zhí)行所述步驟I);如果不滿足，在執(zhí)行所述步驟I)時(shí)，在所述吸力樁內(nèi)注氣以增加浮力。
[0022]如上所述，本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)及其安裝裝置和安裝方法，具有以下有益效果:
[0023]1.通過將吸力樁與重力式基礎(chǔ)合理地結(jié)合，既發(fā)揮了吸力樁水平承載力、抗壓承載力和抗拔承載力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，又充分利用了重力式基礎(chǔ)良好的抗傾覆彎矩載荷的能力，使整個(gè)基礎(chǔ)更為牢固；
[0024]2.將空的配重裝置作為浮箱與吸力樁一起浮拖至施工地點(diǎn)，無需大型浮吊和大型運(yùn)輸船只，運(yùn)輸方便，節(jié)約費(fèi)用，可適用于淺水區(qū)域，應(yīng)用范圍更廣；
[0025]3.通過采用吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置和安裝方法，安裝簡(jiǎn)單，施工時(shí)間短，便于在海上比較惡劣的天氣間隙施工；施工安裝的位置度、傾斜度、水平度等安裝參數(shù)容易精確調(diào)整，安裝精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的主視圖。
[0027]圖2顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)浮拖拖航時(shí)的主視圖。
[0028]圖3顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)浮拖拖航時(shí)的俯視圖。
[0029]圖4顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的吸力樁的安裝示意圖。
[0030]圖5顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的配重箱內(nèi)澆筑混凝土的安裝示意圖。
[0031]圖6顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的水上監(jiān)控系統(tǒng)、水下監(jiān)控系統(tǒng)、注排水動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖7顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)在排水狀態(tài)下?lián)Q向閥裝置的示意圖。
[0033]圖8顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)在注水狀態(tài)下?lián)Q向閥裝置的示意圖。
[0034]圖9顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的混凝土澆筑裝置的示意圖。
[0035]圖10顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的三船定位的示意圖。
[0036]圖11顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)安裝完成后的示意圖。
[0037]元件標(biāo)號(hào)說明
[0038]I吸力樁
[0039]2配重箱
[0040]21混凝土澆筑接口
[0041]22放氣口
[0042]23人孔
[0043]24泵接口
[0044]241泵連接通道
[0045]3水上監(jiān)控系統(tǒng)
[0046]31控制器
[0047]32通信模塊
[0048]33動(dòng)力電源
[0049]4水下監(jiān)控系統(tǒng)
[0050]41傾角儀
[0051]42電羅經(jīng)
[0052]43內(nèi)壓力傳感器
[0053]44外壓力傳感器
[0054]5注排水動(dòng)力系統(tǒng)
[0055]51潛水泵
[0056]511進(jìn)水端
[0057]512排水端
[0058]52換向閥裝置
[0059]521第一三通球閥
[0060]522 第二三通球閥
[0061]523 兩通球閥
[0062]53液壓系統(tǒng)
[0063]531液壓缸
[0064]54線纜
[0065]6混凝土燒筑裝置
[0066]61混凝土攪拌機(jī)
[0067]62混凝土儲(chǔ)料罐
[0068]63混凝土輸送泵
[0069]64混凝土輸送機(jī)
[0070]65混凝土燒筑管線
[0071]66混凝土輸送管線
[0072]7拖船
[0073]8定位船
[0074]9施工船

【具體實(shí)施方式】
[0075]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0076]請(qǐng)參閱圖1至圖11。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0077]圖1至圖3顯示了本發(fā)明提供的吸力樁式重力基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。如圖1至圖3所示，該吸力樁式重力基礎(chǔ)包括吸力樁I和配重箱2。吸力樁I為下端開放，上端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，配重箱2安裝于吸力樁I的上端。配重箱2的內(nèi)部為空腔，配重箱2的頂部設(shè)置有混凝土澆筑接口 21、放氣口 22。為安裝方便，配重箱2的頂部還設(shè)有泵接口 24，泵接口 24通過泵連接通道241連通吸力樁I的內(nèi)腔。泵接口拖船7將空的配重箱2作為浮箱與吸力樁I一起浮拖至施工地點(diǎn)，無需大型浮吊和大型運(yùn)輸船只，降低了運(yùn)輸成本，施工費(fèi)用。
[0078]吸力樁I分為單樁或多樁的型式，吸力樁I的數(shù)量多少根據(jù)承受載荷的大小確定。于實(shí)施例中，吸力樁式重力基礎(chǔ)采用三個(gè)相同的吸力樁I。吸力樁I和配重箱2均為圓形的筒狀結(jié)構(gòu)，且配重箱2的外徑尺寸大于吸力樁I的外徑尺寸。為方便混凝土的澆筑施工，配重箱2的頂端均勻布設(shè)有多個(gè)混凝土澆筑接口 21。為配合檢測(cè)維修，配重箱2的頂端還設(shè)置有人孔23。實(shí)際應(yīng)用中，吸力樁式重力基礎(chǔ)上還設(shè)有與其他設(shè)備連接的其他接口(未在圖中顯示)，如與海上風(fēng)機(jī)的安裝塔架和基礎(chǔ)的連接接口等，這些接口可根據(jù)實(shí)際工程的需要增設(shè)。
[0079]吸力樁I在施工地點(diǎn)處沉向水下、貫入泥面時(shí)，配重箱2內(nèi)注有水；吸力樁I完全貫入施工地點(diǎn)的泥面后，配重箱2內(nèi)澆筑有混凝土以增加重量形成配重。
[0080]在施工地點(diǎn)安裝整個(gè)吸力樁式重力基礎(chǔ)需要專用的安裝裝置。圖4和圖5分別顯示為吸力樁I安裝和向配重箱2內(nèi)澆筑混凝土的安裝示意圖。如圖4和圖5所示，吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置包括施工船9、水上監(jiān)控系統(tǒng)3、水下監(jiān)控系統(tǒng)4、注排水動(dòng)力系統(tǒng)5和混凝土澆筑裝置6。水上監(jiān)控系統(tǒng)3和混凝土澆筑裝置6設(shè)置于施工船9上。為便于安裝，水下監(jiān)控系統(tǒng)4和注排水動(dòng)力系統(tǒng)5設(shè)置于配重箱2的頂部。水上監(jiān)控系統(tǒng)3通過線纜54與水下監(jiān)控系統(tǒng)4和注排水動(dòng)力系統(tǒng)5連接，注排水動(dòng)力系統(tǒng)5與泵接口 24連接，混凝土燒筑裝置6通過混凝土燒筑管線65與混凝土燒筑接口 21連接。
[0081]圖6顯示為本發(fā)明的吸力樁式重力基礎(chǔ)的水上監(jiān)控系統(tǒng)3、水下監(jiān)控系統(tǒng)4、注排水動(dòng)力系統(tǒng)5的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0082]水上監(jiān)控系統(tǒng)3安裝在施工船9的控制間內(nèi)，如圖6所示，水上監(jiān)控系統(tǒng)3包括控制器31、連接于控制器31的通信模塊32和動(dòng)力電源33。水下監(jiān)控系統(tǒng)4包括均連接于通信模塊32的傾角儀41、電羅經(jīng)42、內(nèi)壓力傳感器43和外壓力傳感器44。傾角儀41和電羅經(jīng)42用于測(cè)量吸力樁式重力基礎(chǔ)的位置度、傾斜度和方位角。內(nèi)壓力傳感器43裝設(shè)在泵接口 24內(nèi)側(cè)，外壓力傳感器44裝設(shè)在泵接口 24外側(cè)，兩者用于測(cè)量吸力樁I內(nèi)外的壓力差。傾角儀41采用高精度傾角儀，傾角儀41和電羅經(jīng)42放置在一個(gè)密閉艙內(nèi)。
[0083]吸力樁I向海底下沉，其自重和配重箱2內(nèi)水的重力使吸力樁I在海底泥面上產(chǎn)生一定的貫入深度，令吸力樁I與海底泥面之間形成一個(gè)封閉的腔體。注排水動(dòng)力系統(tǒng)5在排水狀態(tài)下從吸力樁I的腔內(nèi)向腔外排水，使吸力樁I腔內(nèi)的壓力低于腔外的壓力，通過吸力樁I腔體的內(nèi)外壓差將吸力樁I壓入泥中，從而實(shí)現(xiàn)吸力樁I的負(fù)壓沉貫。注排水動(dòng)力系統(tǒng)5在注水狀態(tài)下從吸力樁I的腔外向腔內(nèi)注水，使吸力樁I腔內(nèi)壓力高于腔外壓力，從而實(shí)現(xiàn)吸力樁I的頂升。
[0084]在吸力樁I沉貫入泥的過程中，通過水上監(jiān)控系統(tǒng)3和水下監(jiān)控系統(tǒng)4測(cè)量整個(gè)吸力樁式重力基礎(chǔ)的位置度、傾斜度、方位角及吸力樁I腔內(nèi)腔外的壓力，通過注排水動(dòng)力系統(tǒng)5調(diào)整各個(gè)吸力樁I的注水和排水狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)節(jié)吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝參數(shù)。
[0085]注排水動(dòng)力系統(tǒng)5包括至少一臺(tái)與動(dòng)力電源33連接的潛水泵51、連接于潛水泵51與泵接口 24之間的換向閥裝置52，還包括控制換向閥裝置內(nèi)水流換向的液壓系統(tǒng)53。液壓系統(tǒng)53 —端連接于控制器31，另一端連接于換向閥裝置52。于實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)53可包括液壓缸531和液壓控制電磁閥。
[0086]圖7和圖8所示分別為排水狀態(tài)和注水狀態(tài)下注排水動(dòng)力系統(tǒng)5中的換向閥裝置52的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7和圖8所示，換向閥裝置52包括第一三通球閥521、第二三通球閥522和兩通球閥523 ;第一三通球閥521的第一個(gè)端口與潛水泵51的進(jìn)水端511連通，第二個(gè)端口與外界連通，第三個(gè)端口通過兩通球閥523與泵接口 24連通；第二三通球閥522的第一個(gè)端口與潛水泵51的排水端512連通，第二個(gè)端口與外界連通，第三個(gè)端口通過兩通球閥523與泵接口 24連通。
[0087]兩通球閥523的數(shù)目根據(jù)泵接口 24的數(shù)目而定，泵接口 24的數(shù)目根據(jù)吸力樁I的數(shù)目而定。于實(shí)施例中，吸力樁式重力基礎(chǔ)具有三個(gè)吸力樁I，因而換向閥裝置52中有三個(gè)兩通球閥523。
[0088]第一三通球閥521、第二三通球閥522和兩通球閥523各由一個(gè)液壓缸531控制，液壓缸531與液壓控制電磁閥相連接，液壓控制電磁閥連接于控制器31，并與傾角儀41、電羅經(jīng)42放置于同一密封艙內(nèi)。水下監(jiān)控系統(tǒng)4將采集到的吸力樁式重力基礎(chǔ)的位置度、傾斜度、方位角及吸力樁I內(nèi)外的水壓差等測(cè)量信號(hào)傳送到通信模塊32，通信模塊32再傳送到控制器31，控制器31根據(jù)獲得的測(cè)量信號(hào)控制液壓控制電磁閥和動(dòng)力電源33。液壓控制電磁閥控制液壓缸531的動(dòng)作，動(dòng)力電源33控制潛水泵51的動(dòng)作。
[0089]如圖7所示，在排水狀態(tài)下，液壓缸531動(dòng)作使第一三通球閥521與外界連通的端口關(guān)閉，第二三通球閥522與外界連通的端口開啟。吸力樁I腔內(nèi)的水經(jīng)泵接口 24和兩通球閥523進(jìn)入換向閥裝置52，流經(jīng)第一三通球閥521和潛水泵51，在潛水泵51的動(dòng)力作用下從第二三通球閥522與外界連通的端口排出。吸力樁I腔內(nèi)的水壓逐漸小于腔外的水壓，吸力樁I逐漸貫入泥中。
[0090]如圖8所示，在注水狀態(tài)下，液壓缸531動(dòng)作使第一三通球閥521與外界連通的端口開啟，第二三通球閥522與外界連通的端口關(guān)閉。吸力樁I腔外的水經(jīng)第一三通球閥521進(jìn)入換向閥裝置52，流經(jīng)潛水泵51和第二三通球閥522，在潛水泵51的動(dòng)力作用下經(jīng)兩通球閥523和泵接口 24泵入吸力樁I腔內(nèi)。吸力樁I腔內(nèi)的水壓逐漸增加，當(dāng)腔內(nèi)的水壓大于腔外的水壓時(shí)，吸力樁I逐漸頂升，從泥中拔起。
[0091]圖9為混凝土澆筑裝置6的構(gòu)成圖，混凝土澆筑裝置6包括通過混凝土輸送管線66依次連接的混凝土攪拌機(jī)61、混凝土儲(chǔ)料罐62、混凝土輸送泵63、混凝土輸送機(jī)64?；炷凛斔蜋C(jī)64通過混凝土燒筑管線65與配重箱2頂端的混凝土燒筑接口 21連接?；炷翝仓b置6還包括吊機(jī)等輔助設(shè)備。
[0092]以下介紹吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝方法，本發(fā)明提供的安裝方法先進(jìn)行吸力樁I的安裝，再進(jìn)行對(duì)配重箱2的混凝土澆筑施工，包括以下步驟:
[0093]I)在陸地碼頭上，用盲板法蘭等密封配重箱2上的泵接口 24、混凝土澆筑接口 21、放氣口 22和人孔23等與外界連通的接口，用吊機(jī)將吸力樁式重力基礎(chǔ)吊裝至海水中，依靠吸力樁式重力基礎(chǔ)的自身浮力浮在水面上，利用拖船7將吸力樁式重力基礎(chǔ)拖航至施工地點(diǎn)。
[0094]在設(shè)計(jì)階段計(jì)算空的配重箱2是否能夠提供滿足拖航所需的浮力，如果滿足，可直接執(zhí)行步驟1)，如果浮力足夠大，還可以不密封配重箱2上與外界連通的接口 ；如果浮力不足，在執(zhí)行步驟I)時(shí)，需要向吸力樁I內(nèi)注氣以增加浮力。
[0095]2)如圖10所示，拖船7將吸力樁式重力基礎(chǔ)托航到施工地點(diǎn)后，通過三只定位船8調(diào)整吸力樁式重力基礎(chǔ)的位置坐標(biāo)。位置坐標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將注排水動(dòng)力系統(tǒng)5與泵接口 24連接，將水下監(jiān)控系統(tǒng)4中的內(nèi)壓力傳感器43和外壓力傳感器44分別裝設(shè)在泵接口24的內(nèi)外兩側(cè)，傾角儀41、電羅經(jīng)42等裝設(shè)在配重箱2頂端。打開混凝土澆筑接口 21、放氣口 22、人孔23等接口，令水注入配重箱2內(nèi)。如果水不能直接進(jìn)入配重箱2，需要從配重箱2外部連接管路，向配重箱2內(nèi)注水。
[0096]3)如圖4所示，隨著配重箱2中水量的增加，吸力樁式重力基礎(chǔ)逐漸沉入水中，到達(dá)海底泥面形成初始入泥條件，開始對(duì)吸力樁I進(jìn)行貫入施工。通過水下監(jiān)控系統(tǒng)4中的傾角儀41、電羅經(jīng)42、內(nèi)壓力傳感器43、外壓力傳感器44等裝置測(cè)量吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝參數(shù)，通過水上監(jiān)控系統(tǒng)3和注排水動(dòng)力系統(tǒng)5調(diào)整吸力樁I的注水和排水狀態(tài)，直至各安裝參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，吸力樁I完全貫入泥中，吸力樁I的安裝完成。
[0097]吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝參數(shù)包括:位置度、傾斜度、方位角和吸力樁I腔體內(nèi)外的水壓等。吸力樁式重力基礎(chǔ)安裝前由于重量較輕，不需要進(jìn)行地基處理等施工環(huán)節(jié)。如果必要，只需進(jìn)行海底浮泥的吹泥施工，吹走海底表面的浮泥，以提高海底泥面的承載力和水平度。施工安裝的位置度、傾斜度、水平度等安裝參數(shù)容易精確調(diào)整，具有較高的安裝精度。
[0098]4)吸力樁I的安裝完成后，潛水員下水拆除配重箱2頂部的水下監(jiān)控系統(tǒng)4和注排水動(dòng)力系統(tǒng)5，密封泵接口 24，并協(xié)助回收安裝裝置。接下來對(duì)配重箱2進(jìn)行混凝土澆筑施工。如圖5所示，混凝土澆筑管線65的一端連接于施工船9上的混凝土澆筑裝置6，另一端連接于配重箱2頂端的混凝土澆筑接口 21，連接好后啟動(dòng)混凝土澆筑裝置6，通過混凝土澆筑接口 21向配重箱2內(nèi)澆筑混凝土。
[0099]為了能實(shí)現(xiàn)快速澆筑，防止混凝土凝固，并使配重箱2內(nèi)澆筑的混凝土應(yīng)分布均勻，因此澆筑時(shí)通過均勻分布在配重箱2頂端的多個(gè)混凝土澆筑接口 21同時(shí)進(jìn)行澆筑。這樣可以縮短施工時(shí)間，因此可以在海上比較惡劣的天氣間隙進(jìn)行施工，節(jié)省了施工成本，還降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。由于混凝土只是起到配重的作用，不承受任何載荷，因此澆筑時(shí)無需普通混凝土澆筑過程中的震蕩設(shè)備和工序。為了增加重量，混凝土中砂石的比重可以增加。隨著澆筑量的增加，澆筑的混凝土逐漸將配重箱2內(nèi)的水通過放氣口 22、人孔23等接口排出，直至配重箱2內(nèi)完全注滿混凝土。
[0100]5)潛水員下水拆除混凝土澆筑管線65，用盲板法蘭密封混凝土澆筑接口 21、放氣口 22、人孔23等接口。圖11所示為安裝完成的吸力樁式重力基礎(chǔ)，吸力樁I完全貫入泥中，配重箱2內(nèi)完全注滿混凝土。
[0101]吸力樁和重力式基礎(chǔ)各自具有顯著的特點(diǎn)，吸力樁具有良好的水平承載力和抗壓拔承載力，重力式基礎(chǔ)依靠自重具有很好的抗傾覆彎矩載荷的能力。本發(fā)明提供的吸力式重力基礎(chǔ)將吸力樁技術(shù)與重力式基礎(chǔ)相結(jié)合，不但具有更好的抗壓拔載荷和承受水平載荷的能力，同時(shí)還能夠抵抗風(fēng)浪流等對(duì)海上平臺(tái)、海上風(fēng)機(jī)等設(shè)備造成的傾覆彎矩載荷，整個(gè)基礎(chǔ)更為牢固可靠。利用空的配重箱和吸力樁自身提供的浮力實(shí)現(xiàn)海上浮拖，不需要調(diào)用大型浮吊和運(yùn)輸船只，運(yùn)輸方便，節(jié)省了人力物力。在安裝過程中省去了傳統(tǒng)重力式基礎(chǔ)安裝時(shí)地基處理的施工環(huán)節(jié)，通過采用吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置和安裝方法，安裝參數(shù)可精確調(diào)整，安裝簡(jiǎn)便、施工時(shí)間短。本發(fā)明提供的吸力式重力基礎(chǔ)可適用于小于70米淺水區(qū)域，適合做海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)，海上測(cè)風(fēng)塔，采油平臺(tái)等的基礎(chǔ)。
[0102]綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0103]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種吸力樁式重力基礎(chǔ)，其特征在于，包括: 至少一吸力樁(1)，為下端開放，上端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)； 配重箱(2)，安裝于所述吸力樁(I)的上端，所述配重箱(2)內(nèi)部為空腔，頂部設(shè)置有混凝土澆筑接口(21 )、放氣口(22)，還設(shè)有連通所述吸力樁(I)內(nèi)腔的泵接口(24);所述吸力樁(I)貫入施工地點(diǎn)時(shí)，所述配重箱(2)內(nèi)注有水；所述吸力樁(I)完全貫入所述施工地點(diǎn)后，所述配重箱(2)內(nèi)澆筑有混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)，其特征在于:所述吸力樁(I)和所述配重箱(2)均為圓形的筒狀結(jié)構(gòu)，所述配重箱(2)的外徑尺寸大于所述吸力樁(I)的外徑尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)，其特征在于:所述配重箱(2)的頂部均勻布設(shè)有多個(gè)所述混凝土澆筑接口(21)。
4.一種權(quán)利要求1所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置，其特征在于:所述安裝裝置包括一施工船(9)、設(shè)置于所述施工船(9)上的水上監(jiān)控系統(tǒng)(3)和混凝土澆筑裝置(6)，還包括設(shè)置于所述配重箱(2)頂部的水下監(jiān)控系統(tǒng)(4)和注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5);所述水上監(jiān)控系統(tǒng)(3)通過線纜(54)與所述水下監(jiān)控系統(tǒng)(4)和所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5)連接，所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5)與所述泵接口(24)連接；所述混凝土澆筑裝置(6)通過混凝土澆筑管線(65)連接于所述混凝土澆筑接口(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置，其特征在于:所述水上監(jiān)控系統(tǒng)(3)包括控制器(31)、連接于所述控制器(31)的通信模塊(32)和動(dòng)力電源(33);所述水下監(jiān)控系統(tǒng)(4)包括均連接于所述通信模塊(32)的傾角儀(41)、電羅經(jīng)(42)、內(nèi)壓力傳感器(43)和外壓力傳感器(44);所述內(nèi)壓力傳感器(43)裝設(shè)在所述泵接口(24)內(nèi)側(cè)，所述外壓力傳感器(44)裝設(shè)在所述泵接口(24)外側(cè)；所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5)包括至少一臺(tái)與所述動(dòng)力電源(33)連接的潛水泵(51)，連接于所述潛水泵(51)與所述泵接口(24)之間的換向閥裝置(52)，一端連接于所述控制器(31)的液壓系統(tǒng)(53)，所述換向閥裝置(52)還連接于所述液壓系統(tǒng)(53)的另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置，其特征在于:所述傾角儀(41)和所述電羅經(jīng)(42 )放置于一密封艙內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置，其特征在于:所述換向閥裝置(52)包括第一三通球閥(521)、第二三通球閥(522)和兩通球閥(523);所述第一三通球閥(521)的第一個(gè)端口與所述潛水泵(51)的進(jìn)水端(511)連通，第二個(gè)端口與外界連通，第三個(gè)端口通過所述兩通球閥(523)與所述泵接口(24)連通；所述第二三通球閥(522)的第一個(gè)端口與所述潛水泵(51)的排水端(512)連通，第二個(gè)端口與外界連通，第三個(gè)端口通過所述兩通球閥(523)與所述泵接口(24)連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝裝置，其特征在于:所述混凝土澆筑裝置(6)包括通過混凝土輸送管線(66)依次連接的混凝土攪拌機(jī)(61)、混凝土儲(chǔ)料罐(62)、混凝土輸送泵(63)、混凝土輸送機(jī)(64)，所述混凝土輸送機(jī)(64)通過混凝土澆筑管線(65 )與所述混凝土澆筑接口( 21)連接。
9.一種權(quán)利要求1所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝方法，其特征在于:先進(jìn)行對(duì)所述吸力樁(I)的安裝，再進(jìn)行對(duì)所述配重箱(2)的混凝土澆筑施工，包括以下步驟: I)在陸地碼頭上，密封所述配重箱(2)上的所述泵接口(24)、所述混凝土澆筑接口(21)和所述放氣口(22)，用吊機(jī)將所述吸力樁式重力基礎(chǔ)吊裝至海水中，依靠所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的自身浮力浮在水面上，利用拖船(7)將所述吸力樁式重力基礎(chǔ)拖航至施工地占.2)到達(dá)所述施工地點(diǎn)后，通過三只定位船(8)調(diào)整所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的位置坐標(biāo)，所述位置坐標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5 )與泵接口( 24)連接，在配重箱(2 )頂部安裝水下監(jiān)控系統(tǒng)(4)，打開所述混凝土澆筑接口(21)、所述放氣口(22)，令水注入所述配重箱(2)內(nèi)； 3)所述吸力樁式重力基礎(chǔ)隨著所述配重箱(2)中水量的增加逐漸沉入水中，到達(dá)海底泥面形成初始入泥條件，對(duì)所述吸力樁(I)進(jìn)行貫入施工，通過水下監(jiān)控系統(tǒng)(4)測(cè)量所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝參數(shù)，通過水上監(jiān)控系統(tǒng)(3)和注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5)調(diào)整所述吸力樁(I)的注水和排水狀態(tài)，直至各所述安裝參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所述吸力樁(I)安裝完成； 4)拆除所述水下監(jiān)控系統(tǒng)(4)和所述注排水動(dòng)力系統(tǒng)(5)，密封所述泵接口(24);對(duì)所述配重箱(2)進(jìn)行混凝土澆筑施工，將混凝土澆筑管線(65)的一端連接于施工船(9)上的混凝土澆筑裝置(6)，另一端連接到所述混凝土澆筑接口(21)上，通過所述混凝土澆筑接口(21)向所述配重箱(2)內(nèi)澆筑混凝土，混凝土逐漸將所述配重箱(2)內(nèi)的水通過所述放氣口(22)排出，直至所述配重箱(2)內(nèi)完全注滿混凝土 ；5 )拆除所述混凝土澆筑管線(65 )，密封所述混凝土澆筑接口( 21)、所述放氣口( 22 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸力樁式重力基礎(chǔ)的安裝方法，其特征在于: 在設(shè)計(jì)階段計(jì)算空的所述配重箱(2)是否能夠提供滿足拖航所述吸力樁式重力基礎(chǔ)的浮力，如果滿足，執(zhí)行所述步驟I);如果不滿足，在執(zhí)行所述步驟I)時(shí)，在所述吸力樁(I)內(nèi)注氣以增加浮力。
【文檔編號(hào)】E02D27/12GK104343127SQ201310330532
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】劉愛永, 范會(huì)渠, 繆泉明 申請(qǐng)人:上海利策海洋工程技術(shù)有限公司