CN104762942B - 水上建筑海洋固定平台软土地基海底固定安装施工法 - Google Patents

Abstract

一种专门针对海上平台在软土层海域作海底固定的安装和施工方法，在厚软土环境中，软土层不能全部挖走。包括以大直径钢筒打入软土层作浮力筒的临时或永久支撑，再将浮力筒以预定的平面和垂直位置准确地支持于钢筒上，再进行打桩，造桩承台，又或利用钢筒作围堰，置换筒内软土或改造筒内软土，使其能承受平台的荷载，把荷载带到海底的持力层，利用浮力筒底部的正锥体和海底预先准备好的混凝土床反锥体耦合为一而解决平台的位置调教问题。根据本发明的海洋平台及其安装及施工法可应用到所有近岸海域的自然地质环境，与填海造地相比，对环境生态的破坏少得多，对比钢浮台，根据本发明的海洋平台更具备显著的经济效益。

Description

水上建筑海洋固定平台软土地基海底固定安装施工法

技术领域

本发明涉及海上建筑、海上风机、海上桥梁等海洋平台在软土地基的海底固定安装及施工法，其中，海洋平台包括由至少一个浮力筒支撑的由梁板系列组成的平台，施工时浮运，服务阶段是固定在海底。本发明的安装及施工法可应用于不同厚度深度软土层的海域，能够大幅提高海洋平台在不同领域的应用。

背景技术

在开发海洋资源的过程中，海上风能、海洋能、海上城市等需要有一依托基地，其可以是浮式基地，也可以是固定于海床的基地。浮式基地在近岸水深不超过50米情况下不易锚固，且一旦锚链断裂，基地会无目的地漂浮，对其他海上使用者构成危险，近岸依托基地宜采用固定式。

近岸海域多有沉积软土层，厚度不一。本申请人的申请号201210034805.9的题为“支撑海上风机，桥梁，海洋建筑物的浮力支撑固定平台”的在先申请以及本申请人的申请号为201210104898.8的题为“海上风电，桥梁和海洋建筑物局部浮力海洋平台及施工方法”的在先申请主要针对软土层浅及软土层可以挖走的海域，优选适用于软土层薄而基岩很浅的海域。

发明内容

本发明主要针对埋深很厚的软土基础海域，尤其针对软土层厚而不能完全挖走的海域。本发明意于，与主要针对软土层浅且软土层可以挖走的海域、优选适用于软土层薄而基岩浅海域的本申请人的两个在先申请一起，使海洋平台的适用范围能够涵盖所有近岸海域。

根据本发明的原理，海床在清泥后，用导管下水下混凝土造混凝土床。利用所述浮力筒或具有以其正锥体的外形仿造的正锥体部分的反锥体钢模具在所述混凝土床上压印一个与正锥体成镜面倒影的混凝土反锥体。利用正反锥体的耦合，可准确定位海洋平台的平面和垂直位置。当浮力筒下沉至预先造好的混凝土床反锥体时，由于两者刚好正反吻合，浮力筒的正锥体很自然地落入反锥体中，所以浮力筒能稳坐于混凝土床上。锥体提供了剪力键的作用，能承受水平荷载。如果混凝土床是灌筑在基岩上，浮力筒可以利用正反锥体组成的剪力键稳固地固定在海床上。在软土层很厚不可能完全挖走软土至基岩的情况下，根据本发明原理的方法是相当有效的。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，所述海洋平台包括由一个或多个浮力筒构成的支撑结构以及由梁板系组成的平台部分，从所述浮力筒底部向下凸出有正锥体，其中，所述安装及施工方法包括：在海床上下水下混凝土床；利用所述浮力筒或具有以浮力筒的正锥体的外形仿造的正锥体部分的正锥体模具将水下混凝土床压印出与所述正锥体成镜面倒影的反锥体，待水下混凝土床强度达标后，移除所述浮力筒或所述正锥体模具；以及使所述海洋平台的浮力筒底部的正锥体与水下混凝土床的反锥体耦合，从而将所述海洋平台固定至所述软土地基海底。

其中，将水下混凝土床压印出反锥体的步骤包括：调整好所述浮力筒或正锥体模具的平面位置及垂直角度，在混凝土床未凝固前，下沉所述浮力筒或所述正锥体模具，使所述浮力筒的正锥体或所述正锥体模具的正锥体部分坐落于水下混凝土床中，令水下混凝土床完全包围所述浮力筒的正锥体或所述正锥体模具的正锥体部分，并维持其平面位置及垂直度，直至水下混凝土床完全凝固，浮起或吊起所述浮力筒或所述正锥体模具将其移走。

其中，使所述海洋平台的浮力筒底部的正锥体与水下混凝土床的反锥体耦合的步骤包括：将所述海洋平台浮运至安装地点，令浮力筒底部的正锥体对准海底的反锥体，然后下降海洋平台，令所述海洋平台的浮力筒自然地陷入海底混凝土床的反锥体内；以及利用所述浮力筒内置压力管，向锥体间空隙压浆填充。

其中，在海床上下水下混凝土床的步骤包括：将直径大于浮力筒的钢筒打入海床的软土中；在所述钢筒内侧预设的将建造水下混凝土床反锥体的深度附近焊接钢托架层；当所述钢筒被打入到预定深度时，从所述钢筒内挖走部分顶端软土，再以砂石填料回填；割除所述钢筒内侧将处于水下混凝土床反锥体上方的托架层；在钢筒内侧的最高托架层上放置钢环；以及利用导管下水下混凝土，并且所述固定安装及施工法还包括：在将水下混凝土床压印出反锥体的步骤之后割除位于所述反锥体以上的钢筒部分。

相比填海造地，本发明的海洋平台以及施工方法对环境生态的破坏少得多，并且本发明的海洋平台以及施工方法更具备显著的经济效益。

附图说明

图1a和1b分别示出了根据本发明的单浮力筒海洋平台的平面图和剖视图；

图2a和2b分别示出了根据本发明的多浮力筒海洋平台的平面图和剖视图，图示利用辅助浮箱浮托平台浮运；

图3a为将钢筒振入海底软土内的示意图，其中，钢筒处于纵剖面图中，图3b为钢筒的横截面图，图3c为钢筒内托架横向分布图；

图4a示意出钢筒被振打至预定深度，图4b示意出开挖钢筒内上部淤泥，图4c示意出砂石回填开挖空间；

图5示意出在钢筒内放置钢环的步骤，其中，图5a是钢环的示意图，图5b示意出钢环在托架的位置，图5c为沿图5b中线D-D的截面图；

图6a示意出下混凝土床、定位正锥体模具的步骤，图6b示意出下降正锥体模具以建造水下混凝土床反锥体的步骤，而图6c示意出上升正锥体模具并且割除多余钢筒的步骤；

图7示意出将海洋平台浮运至安装海域；

图8示意出将海洋平台下沉、坐落于海底混凝土床反锥体上的步骤；

图9示意出在浮力筒内安装桩基的步骤；

图10示意出海洋平台安装完成；

图11示出图10的可选实施方式，即采用从海洋平台直接延伸至海底的大直径斜桩；

图12示出海洋平台被支撑于钢筒上；

图13a示出钢筒被振打至预定深度，图13b示出开挖钢筒内淤泥至持力层，图13c示出砂石回填开挖空间，图13d示出建造水下混凝土床反锥体；

图14示出海洋平台被支撑于钢筒内的置换砂石柱上；以及

图15a示出钢筒被振打至预定深度，图15b示出开挖钢筒内表层淤泥至合适改造的土层，图15c示出改造钢筒内土层，图15d示出建造水下混凝土床反锥体；

图16示出海洋平台被支撑于钢筒内经改造的密实柱上。

具体实施方式

本发明公开了一种专门针对厚软土层海域的海洋平台海底固定安装及施工法。

本发明的海洋平台是用于海上建筑、海上风机及桥梁等的局部浮力支撑海底固定海洋平台，应用水深可从3米至50米。本文中，术语“局部浮力”是指海洋平台在海上运输时是可浮的，在使用时则被固定在海底。

本发明的海洋平台11包括由梁板系组成的平台部分和由至少一个浮力筒21组成的支撑结构。浮力筒21包括筒壁22并且在底部形成有向下凸出的锥体，称为正锥体23。

图1a和1b分别示出了本发明的单浮力筒海洋平台的平面图和剖视图。其中海洋平台11的平台部分通过单一浮力筒21支撑。这种海洋平台的稳定性通过连接相邻的单一浮力筒平台而获得，例如参考图16，在各单一浮力筒平台被固定至海底之后，用现场浇铸的方式连接相邻的单一浮力筒平台，形成现场现浇连接段14。

图2a和2b分别示出了本发明的多浮力筒海洋平台的平面图和剖视图。其中海洋平台11通过多个浮力筒21支撑，例如三个、四个(如图所示)或更多个浮力筒。图中所见是平台用辅助浮箱支撑浮运过程中的工况。

下面将参考附图3a-16详细描述根据本发明原理的将海洋平台固定安装至软土地基海底的施工方法。

本发明的固定安装和施工方法首先包括将直径比浮力筒21大的钢筒101用振动装置振入海底软土层中，直至到达预设的持力层深度。这里，钢筒可以是整体式的一根，也可以由多个钢筒段焊接而成。例如图3a示意性示出了钢筒段之间的焊接位置102。图3b是沿图3a的线A-A的钢筒的断面图，因为图示绘制比例原因，图3b未示出筒壁的壁厚。

在本发明的固定安装和施工方法中，钢筒的作用根据设计的不同可分为四种：(1)用作海洋平台11在固定安装至海底地基期间的自重和施工荷载的临时支撑，而海洋平台的永久支撑则依靠桩基实现；(2)用作永久支撑，支撑海洋平台11由施工至使用阶段的所有荷载；(3)用作将筒内软土置换成砂石柱10的临时围堰；(4)用作将筒内物料改造成有足够承载能力的改造支柱9的临时围堰，前提是筒内物料能适合改造，例如筒内物料是砂质类土层。

本文将按照钢筒101的不同作用依次分别描述四种本发明的将海洋平台固定安装至软土地基海底的施工方法。

一、钢筒用作临时支撑的施工法

制备钢筒101(图3a)，包括：在钢筒101内在预先计算得到的将制备海底混凝土床107(图6a)的位置附近焊接数层托架103，每个托架层包含沿圆周分布的多个托架103(图3c)。设置托架103的目的在于在随后的步骤中安置用于支撑浮力筒21的钢环104(图5)。由于钢筒101插深长度会有误差，所以需要焊接多于一层的托架103以包容误差。

用振动装置将钢筒101振入105海底软土层4中(图3a)，直至到达预设的持力层5(图4a)深度。所述钢筒101达至此深度时，土层产生的表面摩擦力能有效地支撑海洋平台11施工时的自重和施工荷载。

当钢筒101被插至上述深度(图4a)时，将筒内软土挖走6(图4b)，同时也将钢筒101外顶部软土也挖走，形成一坡度。在钢筒101内回填一层砂石垫层7(图4c)，在钢筒101外侧回填一层防冲刷用的砾石层。

现场决定在哪一层托架103上支撑钢环104，然后将该层托架上方的托架103割除，再将钢环104放至该层托架(即余下的最高层托架103)上，参见图5。其中，钢环104及钢托架103的强度要能抵御海洋平台11自重及施工荷载。优选地，钢环104的内径是浮力筒21的内径加上一误差值，钢环104的外径应是钢筒101的内径减小一误差值。

采用水下导管在钢筒101内砂石垫层7上灌注水下混凝土床107(图6a)，使其厚度足以构造反锥体108。

调整水下正锥体模具106的平面位置与垂直度(图6a)。本文中，所述水下正锥体模具106可以是带有底部正锥体23的浮力筒21或以它的外形仿造的模具。

在水下混凝土床107凝固前，下沉水下正锥体模具106使其坐落于水下混凝土床107上，令水下混凝土床107完全包围正锥体模具106的正锥体部分；以及保持正锥体模具106的位置及垂直度，直至水下混凝土床107完全凝固，(图6b)。

上升正锥体模具106将其移走，反锥体108形成，并且将高于水下混凝土床107反锥体的钢筒割除109(图6c)。若上升有困难，可通过正锥体模具106底部预埋的管道向两锥体间的缝隙压水使两者分开，或先在正锥体模具106的表面上涂一层去除混凝土黏附力的涂层，例如模板油类。

利用辅助浮箱31浮运海洋平台11至安装现场，将浮力筒21底部正锥体23对准水下混凝土床反锥体108(图7)。

下沉海洋平台11，即使浮力筒21的位置有误差，浮力筒21仍得以自然地落于反锥体108中，直到浮力筒21底部的正锥体23完全陷入海床2上的反锥体108(图8)，并且利用所述浮力筒21内置压力管向锥体间缝隙压浆填充。

此时，海洋平台11的载荷经由浮力筒21的壁底传至水下混凝土床107，由混凝土床107传至钢环104，由钢环104再传至托架103，然后由托架103传至钢筒101，钢筒101通过作用在筒壁上的软土层摩擦力支撑，而正反锥体结构的耦合提供对水平荷载的抗力。

将桩机15置于海洋平台11的平台部分上浮力筒21的位置，向浮力筒21底部钻桩，包括斜桩42和垂直桩41(图9)。

桩基安装完成后，向浮力筒21底部构建一层止水混凝土44，继而抽干浮力筒21内的积水，由操作人员下至筒底割除多余的桩长并处理桩头48，使桩头能与桩承台钢筋联接，另外使钢筋接驳至筒壁22预埋的套管，绑扎承台钢筋，下承台混凝土形成固结基础50(图10)。

优选地，如图11所示，浮力筒21底部只钻垂直桩41，大型斜桩42可以从海洋平台11的平台部分直接向海底打插，而承台51就浇筑在海洋平台11的平台部分内。这种斜桩42布置对抵抗巨大的水平推力有帮助，例如用于码头等建筑物。

另外，优选地，在浮力筒21底部钻孔桩时，为避免底部正锥体23被钻破而引发海水涌入浮力筒21内阻碍施工，可考虑在浮力筒21底部正锥体23上每一桩基位置处都预埋钢套管，所述钢套管从所述浮力筒21底部正锥体23沿桩基的走线延伸至高出海平面的平台部分上，钢套管相隔一段距离设一临时支架支撑于浮力筒壁。钻孔桩安装时的钢护筒沿钢套管放下，钻头钻穿筒底正锥体23。这样，海水入侵时被钢套管阻隔，只能进入套管不能进入筒内。在完成桩基安装后，只需在套管与护筒之间压浆，便可将漏水的地方封死，筒底仍是干的工作环境。这样，操作人员下至筒底进行割除多余的套管长、护筒长和桩长、处理桩头48、绑扎承台钢筋、下混凝土浇筑承台50等操作都能在干的环境下工作。

在本实施例方式中，钢筒101用于在施工过程中在浮力筒21的预定位置处临时支撑海洋平台和钻桩设备的重量，施工完成后，海洋平台11服务期间的全部载荷由桩基承载。

二、钢筒用作永久支撑的施工法

制备钢筒101，包括：在预先计算得到的将制备海底混凝土床107的位置附近焊接数层托架103，每个托架层包含沿圆周分布的多个托架103。设置托架103的目的在于在随后的步骤中安置用于支撑浮力筒21的钢环104。由于钢筒101插深长度会有误差，所以需要焊接多于一层的托架103以包容误差。

利用振动装置将钢筒101振入105软土层4至预设的持力层5深度，此深度以其陷入段土层与钢筒101表面摩擦力的容许强度等于或大于所述浮力筒21由安装至使用全过程中的荷载为准，即，所述钢筒101达至此深度时，软土层4作用于钢筒101的表面摩擦力能有效地支撑海洋平台11施工时至使用期的荷载。

当钢筒101被插深至预定深度时，挖走6筒内表面的软土，同时挖走钢筒101外顶部软土，形成一坡度。在钢筒101内回填一层砂石垫层7，在钢筒101外侧回填一层防冲刷用的石砾层。

现场决定在哪一层托架103上支撑钢环104，然后该托架层上方的托架103割除，再放下钢环104至该该托架层(即至余下的最高层托架103上)。所述钢环104及钢托架103的强度要能抵御海洋平台11施工及全服务期施加的荷载

采用水下导管在钢筒101内砂石垫层7上灌注水下混凝土床107，使其厚度足以构造反锥体108。

调整水下正锥体模具106的平面位置与垂直度，在水下混凝土床107凝固前，下沉水下正锥体模具106使其坐落于水下混凝土床107上，令水下混凝土床107完全包围正锥体模具106的正锥体部分，保持模具106的位置及垂直度，直至水下混凝土床107完全凝固；上升模具106，反锥体108形成，将高于水下混凝土床107反锥体的钢筒割除109。若上升有困难，可通过模具106底部预埋的管道向两锥体间的缝隙压水使两者分开，或先在模具106表面涂一层去除混凝土黏附力的涂层，例如模板油类。

浮运海洋平台11至安装现场，将浮力筒21底部正锥体23对准水下混凝土床反锥体108，下沉平台11，即使浮力筒21的位置有误差，浮力筒21仍得以自然地落于反锥体108中，直到浮力筒21底部的正锥体23完全陷入海床2上的反锥体108，并且利用所述浮力筒21内置压力管向锥体间缝隙压浆填充。

此时，海洋平台11的载荷经由浮力筒21的壁底传至水下混凝土床107，由混凝土床107传至钢环104，由钢环104传至托架103，然后由托架103传至钢筒101，钢筒101由软土层4与钢筒101之间的表面摩擦力支撑，而正反锥体108的耦合提供对水平荷载的抗力。参考图12。

在本实施例方式中，钢筒101用于在浮力筒的预定位置处支撑海洋平台11由安装至投入服务整个过程中的全部载荷。所以钢筒101、钢环104、托架103等钢物料的设计年限需要与海洋平台11相同或更长，并且要作防腐处理，预留锈蚀量，以保证设计寿命满足要求。

三、钢筒用作置换筒内软土层的临时围堰的施工法

利用振动装置把钢筒101振入105海床软土层4中(图13a-b)直至预定的软土开挖深度加一富余深度，所述预定的软土开挖深度是指到达重力地基的持力层5深度。当钢筒101插至该深度时(图13b)，从顶部开始挖走6钢筒101内的软土至预设深度，同时挖走钢筒101外的软土顶层，形成一坡度。

在筒内回填具有足够承载力的砂石层，形成深至持力层5的砂石柱10(图13c)。在筒外则回填一层防冲刷用的砾石层。

采用水下导管在筒内砂石层顶部灌注一水下混凝土床107，厚度足以构造反锥体108。

调整水下正锥体模具106的平面位置与垂直度，在水下混凝土107凝固前，下沉水下正锥体模具106使其坐落于水下混凝土床107上，至水下混凝土107完全包围正锥体模具106的正锥体部分；保持模具106的位置及垂直度，直至水下混凝土107完全凝固；上升模具106，反锥体108形成，将高于水下混凝土床107反锥体108的钢筒割除109(图13d)。若上升有困难，可通过模具106底部预埋的管道向两锥体间缝隙压水使两者分开，或先在模具106表面涂一层去除混凝土黏附力的涂层，例如模板油类。

浮运海洋平台11至安装现场，将浮力筒21底部的正锥体23对准水下混凝土床反锥体108，下沉平台11，浮力筒21即使位置有误差，亦可以自然地落于反锥体108中，令浮力筒底部的正锥体23完全陷入海床2上的反锥体108。藉预埋在浮力筒21底部正锥体23中的压浆管向两锥体间的空隙压水泥沙浆，使两锥体合而为一。

此时，海洋平台11的载荷经由浮力筒21的壁底传至水下混凝土床107，由混凝土床107传至其覆盖的砂石柱10再传至持力层5。另外，正反锥体的耦合提供对水平荷载的抗力。参考图14。

在本实施例方式中，钢筒101在浮力筒21的预定位置作为开挖钢筒101内软土的围堰元件。

四、钢筒用作改造筒内物料的承载力的临时围堰的施工法

用振动装置将钢筒101振入105软土层4至预设的持力层5深度，该深度以海床的设计持力层5为目标，再加一富余深度(图15a-b)。

当钢筒101插至预定深度时(图15b)，将筒内表面最弱的一层软土挖走6，同时也将钢筒101外的相同软土层也挖走，形成一坡度。在筒内回填一层砂石垫层7(图15c)，在筒外侧回填一层防冲刷用的石砾层。

采用至少一根压浆管8插入浮力筒21内，向筒内物料灌浆，形成一密实支柱9，支承于持力层5上(图15c)。灌浆应从钢筒101底部持力层5开始，逐渐向上灌注该密实支柱9。

采用水下导管在筒内顶部灌注一水下混凝土床107，厚度足够造反锥体108。

调整水下正锥体模具106的平面位置与垂直度，在水下混凝土107凝固前，下沉水下正锥体模具106坐于水下混凝土床107上，令水下混凝土107完全包围正锥体模具106的正锥体部分；保持模具106的位置及垂直度，直至水下混凝土107完全凝固；上升模具106，反锥体108形成，将高于水下混凝土床107反锥体108的钢筒割除109(图15d)。若上升有困难，可通过模具106底部预埋的管道向两锥体间缝隙压水使两者分开，或先在模具106面涂一层去除混凝土黏附力的涂层，例如模板油类。

浮运海洋平台11至安装现场，将浮力筒21底部正锥体23对准水下混凝土床反锥体108，下沉海洋平台11，浮力筒21即使位置有误差，亦可以自然地落于反锥体108中，令浮力筒底部的正锥体23完全陷入海床2上的反锥体108。

至此，荷载的传递途径是浮力筒21底部正锥体23将荷载传至水下混凝土床107，混凝土床107将荷载传至被其覆盖的经过处理且具有足够承载力的密实支柱9。正反锥体结构的耦合则提供对水平荷载的抗力。应用此方法时，钢筒101内的软土层4应是可合适改造的，一般以砂质土为目标。参考图16。

在第二至第四实施方式中，因为不使用桩基，只靠浮力筒底部的正锥体与海底混凝土床反锥体耦合来承载荷载，所以可以在所述海洋平台服务期满时或任何提早退役的情况下，先将所述平台上部建筑拆除，然后利用辅助浮箱托起所述海洋平台，浮运回收。再根据需求在原址安装新的平台。也就是说，海洋平台是可更换的。

下面为针对同一海洋平台，相同安装地点的不同计算示例。

示例一

一平台50m×50m，由4个8.8m直径的浮力筒支撑，共重8,500ton，平台预计支撑的建筑荷载及活载等共12,000ton。以嵌岩桩支承，安装地点水深8米，地质资料见表一：

表一：安装地点地质标贯击数(SPTN-Value)

深度(m)	岩土名称	实测贯入量(cm)	平均实测击数(N)
				5-10.75	淤泥	30	1
12.30-22.70	粉质粘土	30	10
				26.10-30.2	粉砂	30	49
32.4-36.65	粉质粘土	30	17
				38.6-51.25	细－中砂	30	58
53.05-58	砾砂	10	150

由表一可知，海床5m内为淤泥，不能承受平台安装时的自重。采用钢筒作临时支撑，在忽略表面淤泥的情况下，10m直径的钢筒容许承载力计算如下：

土层与钢板之间的容许摩擦力采用公式：fs＝1.0N(kPa)

其中，N为标贯击数。

钢筒，直径10m；全长2+8+(51.25-5)+3＝59.25m，其中2m高出水面，8m浸在水中，其余49m嵌在海床中；承载力为11738ton，其中平台自重8,500ton，由上述可知钢筒可承载3238ton施工荷载，应该足够。

钢环尺寸设置为外经：10-0.2＝9.8m，内径：7.8+0.2＝8.0m。

安装及施工方法参考“钢筒用作临时支撑的施工法”部分实施。

示例二

不采用桩基，采用钢筒内置换承载物料方法实施。其中，荷载由浮力筒壁底直接传至置换物料柱再传至海底的持力层。

首先根据地质资料查找持力层。强风化岩层深度58m，标贯击数>200。

以此强风化岩层深度作为钢筒振入深度，得到钢筒全长为2+8+(58-5)＝63m，其中，水面上2m，水中8m，埋入海床53m。

由于埋深较大，筒内物料被挖走后，钢筒要承受外围土层对钢筒生成的压力。所以钢筒应被设计为能够承受此压力。另外，钢筒最大受压区是靠近底部，钢筒可根据不同水深，配不同厚度的钢筒单元，优选地，底部较上部厚。

土层深56m，在水中重10kN/m³，土层的横向压力系数Ko＝0.5，可知土层压向钢筒的最大压力是P＝10×0.5×56＝280kPa。

假设：底部钢筒取t＝30mm厚，半径R＝5m，则钢筒所受的环向压力为：

fc＝(P*2*R)/t＝(280*2*5)/0.03＝93000kPa

即，环向压力fc为93MPa。此应力钢筒可以承受。

此外，持力层5以强风化层为基础，容许承载力(单位kPa)按式Q＝5N计算，其中，Q为容许承载力，N为标贯击数。

此处，N＝200；Q＝5×200＝1000kPa。

按照“钢筒用作置换筒内软土层的临时围堰的施工法”与“钢筒用作改造筒内物料的承载力的临时围堰的施工法”部分的方法改造筒内物料，令其能承受平台浮力筒传来的荷载，荷载最大值为：

(8500+12000)＝20,500ton。

其中，筒内被置换的物料可按设计需要配置砂石混合比以达到荷载和位移的设计要求，最后检查持力层。

砂石柱面积为：3.1416×10²/4＝78.54m²

持力层5能提供的容许承载力＝筒内物料柱载面积×Q，

总承载力为：4×1000×78.54＝314,160kN＝31,460ton

31,460ton>8500+12000＝20500ton

由此可知，安装及施工方法可行。

社会及经济效益

海洋平台为透水建筑物，应用水深由3m至50m，范围涵盖近岸海域，对开发海洋先从近岸开始有重要意义，它可代替填海造地，提供一透水的陆基。没有填海带来的大规模生态破坏，包括彻底由填土取代红树林，湿地，彻底取代海床，绝杀近岸鱼类产卵繁殖的浅海，彻底破坏湿地红树林固碳功能。透水平台只占用少部分海床，且平台可离开湿地红树林等一定距离而建，在海洋开发与生态保育两大矛盾中取得平衡。

与浮式平台比较，本固定平台具有永久性陆基生活模式等好处。混凝土结构设计寿命超过100年，比钢结构浮台约20年寿命长得多。

浮式平台在风暴潮中摇动皆超越一般市民可承受能力，而本固定平台可按风暴潮的设计要求配置结构，令平台能如陆上建筑一样，抵御风暴潮。固定平台距海面高度可根据所处海域的有可能发生的海啸浪高而设计，或据此浪高设计逃生避难特别加强平台。

海洋平台能实现大规模工厂化、模块化、组合化、预制化，现场施工工序少、施工进度快等特点，与上部建筑多元化结合，可作城市、码头、机场、跑道、观测站、补给站、风机基础、海洋能发电基础等，用途广泛，经济及环保效益都比填海造地显著。海洋平台是开发近岸海域的当然首选。

附图标记列表

1海平面

2海床面

3基岩面

4软土层

5持力层

6开挖淤泥

7砂石回填

8压浆管

9经改造的土层

10置换的砂石层

11平台

14现场现浇连接段

15桩机

21浮力筒

22浮力筒壁

23浮力筒底部的正锥体

31辅助浮箱/半潜式驳船

32平台支撑结构

33平台下沉

41垂直桩

42斜桩

44止水混凝土层

48桩头处理

50承台(浮力筒内)

51承台(平台上)

101钢筒

102钢筒单元间连接缝

103钢托架

104钢环

105外加振动力

106正锥体模具

107水下混凝土床

108水下混凝土床反锥体

109钢筒切割面。

Claims (11)

1.一种海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，所述海洋平台(11)包括由一个或多个浮力筒(21)构成的支撑结构以及由梁板系组成的平台部分，从所述浮力筒(21)底部向下凸出有正锥体(23)，

其中，所述安装及施工方法包括：

在海床上下水下混凝土床(107)；

利用所述浮力筒(21)或具有以浮力筒(21)的正锥体(23)的外形仿造的正锥体部分的正锥体模具(106)将水下混凝土床(107)压印出与所述正锥体(23)成镜面倒影的反锥体(108)，待水下混凝土床(107)强度达标后，移除所述浮力筒(21)或所述正锥体模具(106)；以及

使所述海洋平台的浮力筒(21)底部的正锥体(23)与水下混凝土床(107)的反锥体(108)耦合，从而将所述海洋平台(11)固定至所述软土地基海底，

其中，在海床上下水下混凝土床的步骤包括：

将直径大于浮力筒(21)的钢筒(101)打入海床的软土中；

在所述钢筒(101)内侧预设的将建造水下混凝土床反锥体的深度附近焊接钢托架(103)层；

当所述钢筒(101)被打入到预定深度时，从所述钢筒(101)内挖走部分顶端软土，再以砂石填料回填；

割除所述钢筒(101)内侧将处于水下混凝土床反锥体(108)上方的钢托架(103)层；

在钢筒(101)内侧的最高钢托架(103)层上放置钢环(104)；以及

利用导管下水下混凝土(107)，并且

所述固定安装及施工法还包括：在将水下混凝土床压印出反锥体的步骤之后割除位于所述反锥体(108)以上的钢筒部分。

2.根据权利要求1所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，

其中，钢筒被打入的深度以其陷入段土层与钢筒(101)之间的表面摩擦力的容许强度等于或大于所述浮力筒(21)或浮力筒连同平台(11)安装时施工荷载总重量为准；

其中，钢环(104)及钢托架(103)的强度要能抵御海洋平台（11）自重及施工荷载；并且

所述固定安装及施工法还包括安装固定至海底的桩基用于在海洋平台服务期间承受所有载荷。

3.根据权利要求2所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，安装固定至海底的桩基的步骤包括：

向浮力筒底部钻孔安装垂直桩(41)桩基和斜桩(42)桩基；

所述桩基安装好后，先向所述浮力筒(21)底部下一层水下混凝土止水层(44)，抽干所述浮力筒(21)内积水，割除多余的桩长及处理桩头(48)，绑扎桩承台钢筋，下混凝土浇筑桩承台(50)。

4.根据权利要求2所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，安装固定至海底的桩基的步骤包括：

向浮力筒底部钻孔安装垂直桩(41)桩基，之后，向所述浮力筒(21)底部下一层水下混凝土止水层(44)，抽干所述浮力筒(21)内积水，割除多余的桩长及处理桩头(48)，绑扎桩承台钢筋，下混凝土浇筑桩承台(50)；以及

安装斜桩(42)桩基，所述斜桩被设置为由平台部分的表面打至海底的基岩独立桩，所述斜桩的桩承台(51)设置在平台部分上。

5.根据权利要求3或4所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，还包括：在浮力筒底部的桩基位置预埋由所述浮力筒(21)底部正锥体(23)沿桩基的走线延伸至平台部分的表面的钢导管，钢导管相隔一段距离设一临时支架支撑于浮力筒壁上。

6.根据权利要求1所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，

其中，钢筒被打入的深度以其陷入段土层与钢筒(101)之间的表面摩擦力的容许强度等于或大于所述浮力筒(21)由安装至使用全过程中的荷载为准；并且

其中，钢环(104)及钢托架(103)的强度要能抵御平台(11)施工及全服务期施加的荷载；并且

其中，所述钢筒(101)，钢环(104)，钢托架(103)组成的钢物料具有与海洋平台(11)相同或更长的设计年限，并且均作防腐处理。

7.一种海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，所述海洋平台(11)包括由一个或多个浮力筒(21)构成的支撑结构以及由梁板系组成的平台部分，从所述浮力筒(21)底部向下凸出有正锥体(23)，

其中，所述安装及施工方法包括：

在海床上下水下混凝土床(107)；

利用所述浮力筒(21)或具有以浮力筒(21)的正锥体(23)的外形仿造的正锥体部分的正锥体模具(106)将水下混凝土床(107)压印出与所述正锥体(23)成镜面倒影的反锥体(108)，待水下混凝土床(107)强度达标后，移除所述浮力筒(21)或所述正锥体模具(106)；以及

使所述海洋平台的浮力筒(21)底部的正锥体(23)与水下混凝土床(107)的反锥体(108)耦合，从而将所述海洋平台(11)固定至所述软土地基海底，

其中，在海床上下水下混凝土床的步骤包括：

将直径大于所述浮力筒(21)的钢筒(101)振打入海床的软土层中，钢筒被打入的深度为预定的软土开挖深度加一富余深度，所述预定的软土开挖深度是指重力地基的持力层深度；

所述钢筒(101)插入到预定深度时，从所述钢筒内挖走所需要挖走的软土，再以砂石填料回填形成砂石层(7)，其中，所述砂石回填料须能承受浮力筒(21)传来的海洋平台(11)荷载；

利用水下导管在所述砂石层(7)上方下水下混凝土(107)，

所述固定安装及施工法还包括在反锥体(108)形成后，将位于反锥体(108)以上方的钢筒割除(109)。

8.一种海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，所述海洋平台(11)包括由一个或多个浮力筒(21)构成的支撑结构以及由梁板系组成的平台部分，从所述浮力筒(21)底部向下凸出有正锥体(23)，

其中，所述安装及施工方法包括：

在海床上下水下混凝土床(107)；

利用所述浮力筒(21)或具有以浮力筒(21)的正锥体(23)的外形仿造的正锥体部分的正锥体模具(106)将水下混凝土床(107)压印出与所述正锥体(23)成镜面倒影的反锥体(108)，待水下混凝土床(107)强度达标后，移除所述浮力筒(21)或所述正锥体模具(106)；以及

使所述海洋平台的浮力筒(21)底部的正锥体(23)与水下混凝土床(107)的反锥体(108)耦合，从而将所述海洋平台(11)固定至所述软土地基海底，

其中，在海床上下水下混凝土床的步骤包括：

将直径大于所述浮力筒(21)的钢筒(101)振打入海床中，钢筒被插入的深度以海床(2)的设计持力层(5)为目标，再加一富余深度；

所述钢筒(101)到达预定深度后，置换顶部软土，回填砂石；

插入导管(8)，以压浆填充钢筒(101)内物料空隙，待压浆硬化后，形成一坚实圆柱(9)，支承于海床(2)深处的持力层(5)，其中，所述物料需适合改造；

在所述坚实圆柱的顶端，利用导管下水下混凝土(107)，

所述固定安装及施工法还包括在反锥体(108)完成浇筑后割除所述反锥体(108)上方的钢筒(109)。

9.根据权利要求1-8中任一所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，在所述海洋平台(11)服务期满时或任何提早退役的情况下，先将所述平台(11)上部建筑拆除，然后利用辅助浮箱托起所述平台(11)，浮运回收，再在原址安装新的平台。

10.根据权利要求9所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，将水下混凝土床压印出反锥体的步骤包括：

调整好所述浮力筒(21)或正锥体模具(106)的平面位置及垂直角度，在混凝土床(107)未凝固前，下沉所述浮力(21)筒或所述正锥体模具(106)，使所述浮力筒(21)的正锥体(23)或所述正锥体模具(106)的正锥体部分坐落于水下混凝土床(107)中，令水下混凝土床(107)完全包围所述浮力筒(21)的正锥体(23)或所述正锥体模具(106)的正锥体部分，并维持其平面位置及垂直度，直至水下混凝土床(107)完全凝固，浮起或吊起所述浮力筒(21)或所述正锥体模具(106)将其移走。

11.根据权利要求10所述的海洋平台在软土地基海底固定安装及施工法，其中，使所述海洋平台的浮力筒(21)底部的正锥体(23)与水下混凝土床(107)的反锥体(108)耦合的步骤包括：将所述海洋平台(11)浮运至安装地点，令浮力筒(21)底部的正锥体(23)对准海底的反锥体(108)，然后下降海洋平台(11)，令所述海洋平台(11)的浮力筒(21)自然地陷入海底混凝土床(107)的反锥体(108)内；以及利用所述浮力筒(21)内置压力管，向锥体间空隙压浆填充。