CN106120832A - 一种具有抗冰结构的海上大直径桩基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抗冰结构的海上大直径桩基础，包括若干个抗冰标准件，若干个抗冰标准件沿着环形对称、均匀地焊接在钢质桩基础周围，若干个抗冰标准件之间设有主加筋板和上下两道次加筋板，若干个抗冰标准件、主加筋板和上下两道次加筋板连接固定抗冰结构。本发明所提的抗冰标准件带破冰刀刃，使海冰产生应力集中容易破断；破冰刀刃呈向内凹弧形状，也有利于海冰的破断；挡冰凸件迫使海冰翻转、脱落，使海冰无法接触桩基础；抗冰标准件在桩基础周围呈轴对称分布，能抵抗任意方向的海冰作用。

Description

一种具有抗冰结构的海上大直径桩基础

技术领域：

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种具有抗冰结构的海上大直径桩基础。

背景技术：

我国辽东湾、渤海湾和莱州湾冬季结冰，结冰情况根据水深和离岸距离而不同。远岸深水区为流冰，近岸浅水区为固定冰，而在极浅海、潮间带和滩区则会形成堆积冰（冰脊）。辽河滩海冰情较重，50 年重现期固定冰厚度为50cm，流冰最大速度为1.0~1.1m/s。辽东湾2010年1 月11 日浮冰最大外缘线曾达131km，单层海冰厚度超过30cm。2010 年，被称为中国最北部不冻港的营口鲅鱼圈港，局部海冰最厚达1m，大凌河口最厚冰层达到1m，小凌河口近岸冰层平均厚度为30~50cm，冰层比往年平均增加一倍。

海洋结构物（如海上大型风机工程、海洋平台）大多采用大直径桩基础。在高纬度海域，海冰对海上大直径桩基础是个极大的威胁。1963年库克湾两个简易平台被冰推倒；1969年“海二井”钻井平台在巨大的海冰推力作用下倒塌；1977年“海四井”的烽火台也被海冰推倒；2000年JZ20-2中南平台在海冰作用下发生天然气泄漏而被迫停产。2010 年，位于渤海湾的大港滩海油田海区冰情严重，海上设施及平台被冰围困，9口井的海上井口在重冰推压下消失。可见，受海冰威胁的海上大直径桩基础需要有抗冰装置的保护。

通常，桩基础的抗冰结构设计为一个锥形结构，对于大直径桩而言，若采用锥形结构，由于直径较大造成椎体体积大、工程量较大，施工困难。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种具有抗冰结构的海上大直径桩基础，结构简单、用钢量相对较少、成本相对较低，以提高海上大直径桩的抗冰能力。

本发明的技术方案如下：

具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，包括若干个抗冰标准件，若干个抗冰标准件沿着环形对称、均匀地焊接在钢质桩基础周围，若干个抗冰标准件之间设有主加筋板和上下两道次加筋板，若干个抗冰标准件、主加筋板和上下两道次加筋板连接固定形成抗冰结构。

所述的具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，所述的抗冰标准件为金属板，金属板背面为与钢质桩基础外壁焊接的平面，金属板前端面中部呈山峰状，山峰面上设有沿径向朝外的弧形破冰刀刃，金属板上设有两个上下对称设置的三角形孔洞，金属板前端面上下端对称设置有三角形状的挡冰凸件。

所述的具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，所述的主加筋板焊接在两两相邻的抗冰标准件的上下对称轴处，其不与大直径桩外壁相互接触。

所述的具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，所述次加筋板对称地焊接在两两相邻的抗冰标准件的三角形孔洞的外侧，其与大直径桩外壁也相互焊接连接。

本发明的有益效果是：

1、所述抗冰标准件上对称设置了两条破冰刀刃，当海冰与破冰刀刃接触作用时，由于刃口接触面积小，产生应力集中使海冰容易破断，破冰效果好；

2、所述抗冰标准件上对称设置的两条破冰刀刃呈向内凹弧形状，与传统锥状表面的斜面相比，海冰在弧形面上滑动时的接触面积(一般仅前后两端接触)更小，容易产生应力集中而破断；

3、所述抗冰标准件的两端对称地设置挡冰凸件，使海冰在弧形破冰刀刃上滑行、折断后，从挡冰凸件处翻转、脱落，使海冰无法直接接触、损坏大直径桩；

4、所述抗冰标准件上对称设置两个三角形孔洞，使整体用钢量减少；抗冰标准件相互之间设有主加筋板与两道次加筋板，整体刚度大；抗冰标准件均匀地分布在桩基础周围，呈轴对称分布，使海冰从任意方向作用于大直径桩时，一般有1~3个抗冰标准件与海冰正面接触，抗冰效果好。

附图说明：

图1为本发明抗冰标准件的主视图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为本发明抗冰标准件的破冰示意图。

图4为本发明抗冰标准件焊接在桩基础四周的主视图。

图5为本发明抗冰标准件焊接在桩基础四周的俯视图。

图6为本发明抗冰标准件焊接成半圆形的结构示意图。

图7为本发明抗冰标准件焊接成圆形的结构示意图。

图8为本发明的结构示意图。

附图标记说明：1、抗冰标准件；2、破冰刀刃；3、挡冰凸件；4、三角形孔洞；5、海冰；6、大直径桩；7、主加筋板；8、次加筋板；A、高潮位；B、平均潮位；C、低潮位。

具体实施方式：

参见附图：

具有抗冰结构的海上大直径桩基础，由一定数量的抗冰标准件1对称、均匀地焊接在钢质桩基础周围而成。焊接在钢质桩基础周围的抗冰标准件相互之间设有主加筋板7与上下两道次加筋板8，以提高抗冰标准件的侧向刚度。抗冰标准件1均匀地分布在桩基础周围，呈轴对称状态，且破冰刀刃2沿径向朝外，从而形成抗冰结构。

抗冰标准件1为上下对称结构，外侧对称设两道向内凹的弧形破冰刀刃2，破冰刀刃2呈刃口状，当海冰与破冰刀刃2接触作用时，由于相互接触面积较小，接触面上产生应力集中使海冰容易破断，从而提高破冰效果。

抗冰标准件1上对称设置的两条破冰刀刃2呈向内凹弧形状，与传统锥状表面的斜面相比，海冰在弧形面上滑动时的接触面积(一般仅前后两端接触)更小，容易产生应力集中而破断；

抗冰标准件1的两端对称地设置挡冰凸件3，使海冰在弧形破冰刀刃2上滑行、折断后，从挡冰凸件3处翻转、脱落，使海冰无法直接接触、损坏大直径桩6。

抗冰标准件1上对称设置两个三角形孔洞4，使整体用钢量减少；抗冰标准件相互之间设有主加筋板7与两道次加筋板8，整体刚度大。

主加筋板7焊接在两两相邻的抗冰标准件1的上下对称轴处，其不与大直径桩6相互接触，对抗冰标准件起横向支撑的作用。

次加筋板8对称地焊接在两两相邻的抗冰标准件1的三角形孔洞4的外侧，其与大直径桩6也相互焊接连接。

抗冰标准件1均匀地分布在桩基础周围，使海冰从任意方向作用于大直径桩6时，一般有1~3个抗冰标准件与海冰正面接触，抗冰效果好。

抗冰标准件1的高度根据拟防护桩所在海域的高潮位与低潮位确定。

优选的，抗冰标准件1的上部挡冰凸件3处在大直径桩6的高潮位，抗冰标准件1的下部挡冰凸件3处在大直径桩6的低潮位，抗冰标准件1的上下对称轴处应在大直径桩6的平均潮位。

优选的，抗冰标准件1上两条破冰刀刃2的交叉点(即最高点)与挡冰凸件3最低点的连线与铅垂线的夹角在20°~60°之间。

优选的，大直径桩6周围对称、均匀地焊接抗冰标准件1的数量在12~24之间。桩径较小时取小值，桩径较大时取大值。

抗冰标准件1、主加筋板7、次加筋板8、大直径桩6之间的连接均采用焊接方式。

抗冰标准件1在大直径桩6上的具体位置，由桩的入土深度、海水深度、高潮位、低潮位等参数共同确定。

抗冰标准件1焊接在大直径桩6周围形成抗冰结构后，其对桩基础的施工无影响；由于抗冰结构具有刃口，桩基施工时应包裹、保护好刃口，防止其碰撞变形。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：抗冰标准件上的破冰刀刃，使海冰产生应力集中容易破断，破冰效果好；破冰刀刃呈向内凹弧形状，也有利于海冰的破断；挡冰凸件迫使海冰翻转、脱落，使海冰无法接触桩基础；抗冰标准件用钢量少，焊接主加筋板与次加筋板后整体刚度大；抗冰标准件在桩基础周围呈轴对称分布，能抵抗任意方向的海冰作用。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，包括若干个抗冰标准件，若干个抗冰标准件沿着环形对称、均匀地焊接在钢质桩基础周围，若干个抗冰标准件之间设有主加筋板和上下两道次加筋板，若干个抗冰标准件、主加筋板和上下两道次加筋板连接固定形成抗冰结构。

2.根据权利要求1所述的具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，所述的抗冰标准件为金属板，金属板背面为与钢质桩基础外壁焊接的平面，金属板前端面中部呈山峰状，山峰面上设有沿径向朝外的弧形破冰刀刃，金属板上设有两个上下对称设置的三角形孔洞，金属板前端面上下端对称设置有三角形状的挡冰凸件。

3.根据权利要求1所述的具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，所述的主加筋板焊接在两两相邻的抗冰标准件的上下对称轴处，其不与大直径桩外壁相互接触。

4.根据权利要求1所述的具有抗冰结构的海上大直径桩基础，其特征在于，所述次加筋板对称地焊接在两两相邻的抗冰标准件的三角形孔洞的外侧，其与大直径桩外壁也相互焊接连接。