CN106703069A - 一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置及其沉放方法 - Google Patents

Abstract

一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置，由筒形基础、箭头破土减阻环、外部防渗保压膜、筒壁锚固环、土体锚固环、排气管和排水管组成，筒壁底部设置箭头破土减阻环，筒形基础下沉过程中，箭头破土减阻环上部筒形基础边壁两侧形成边壁空腔区；筒形基础边壁外设有侧环向放射状外部防渗保压膜，外部防渗保压膜为多层土工布材料，其内缘通过筒壁锚固环与筒形基础边壁上部密封锚固，而外缘则通过土体锚固环与土体密封锚固；筒形基础顶盖分别设置排气管与排水管。本发明的优点是：该装置采用箭头破土减阻环与外部防渗保压膜实现减阻保压能力，既能减小沉放过程中的土体阻力又可保证沉放过程中的负压要求，特别适用于薄壁筒形基础的沉放。

Description

一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置及其沉放方法

技术领域

本发明涉及海上风电基础结构施工，特别是一种破土减阻保压的筒形基础装置及其沉放方法。

背景技术

近年来，海上风电开发脚步逐渐加快，我国已相继建成了多个海上风电场。而对于海上风电开发而言，基础结构的设计与施工是一个最为关键的技术难题。

目前，海上风电基础结构形式多样，其中宽浅式筒形基础因其良好的经济性、结构特性及承载能力越来越广泛地运用于实际工程当中。不过，由于海上环境条件复杂，风电场址地质条件多样，使得筒形基础的施工作业存在诸多挑战。其中，最为突出的挑战体现在筒形基础的沉放作业。由于风电场址地质条件复杂，常遇到分层土体，且上层土体通常为透水性不强的粘土。这使得筒形基础在负压沉放过程中存在较大的端阻力与侧摩阻力，从而极大降低筒形基础的沉放效率。为此，一些学者建议在筒形基础底部安装破土装置，如在底部安装箭头式的破土环。不过，在土体下沉过程中由于破土装置对土体的破坏作用，使得土体无法有效接触筒形基础壁面，容易形成壁面空腔区。而一旦抽取负压，则水体会沿着壁面空腔区快速流入筒形基础内部，从而造成失压，无法维持负压状态，进而无法保证筒形基础的负压下沉作业。可见，设置破土装置与负压沉放之间存在一个显著的矛盾，而这一矛盾至今无法得以有效解决。为此，本申请提出了一种破土减阻保压的筒形基础沉放方法，该方法采用箭头破土减阻环，有效降低端阻并减免测阻；另外，该方法采用外部防渗保压膜迫使筒形基础在负压下沉过程中的渗径增大，保证沉放压力，实现了筒形基础的快速有效沉放。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提出一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置及其沉放方法，该装置采用箭头破土减阻环与外部防渗保压膜实现减阻保压能力，既能减小沉放过程中的土体阻力又可保证沉放过程中的负压要求，特别适用于薄壁筒形基础的沉放。

本发明的技术方案：

一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置，由筒形基础、箭头破土减阻环、外部防渗保压膜、筒壁锚固环、土体锚固环、排气管和排水管组成，筒形基础为薄壁钢筒结构，筒壁底部设置箭头破土减阻环，箭头破土减阻环为钢结构，其外缘距离筒形基础边壁为5-10mm，箭头顶角不大于40°；筒形基础下沉过程中，箭头破土减阻环上部筒形基础边壁两侧形成边壁空腔区；筒形基础边壁外设有侧环向放射状外部防渗保压膜，外部防渗保压膜为多层土工布材料，其内缘通过筒壁锚固环与筒形基础边壁上部密封锚固，而外缘则通过土体锚固环与土体密封锚固；土体锚固环距离筒形基础边壁7-10m；筒形基础顶盖分别设置排气管与排水管，排气管底部高于排水管底部，筒形基础沉放时，排气管底部高于筒形基础内的水面，排水管底部则伸筒形基础内的水面以下，以保证水、气独立排出的能力。

一种利用所述破土减阻保压的筒形基础沉放装置的沉放方法，具体步骤如下：

1)将已安装箭头破土减阻环的筒形基础拖航或运输到指定场址，开始沉放作业；

2)筒形基础由于自重原因开始下沉，并在其边壁内、外侧形成边壁空腔区；

3)待筒形基础自重下沉稳定后，加装外部防渗保压膜，并确保外部防渗保压膜与筒形基础边壁及锚固土体的密封性，随后进行筒形基础的负压下沉；

4)通过控制排气管对筒内气体的抽取速率，调控筒内负压水平，保证筒形基础持续下沉，此时筒内水位逐渐升高，同时外部防渗保压膜逐渐紧贴筒壁与土体表面；

5)当水位升高超过排水管部并接近排气管底部时，停止抽取气体，打开排水管，开始排水作业，此时筒形基础暂停下沉保持不动；

6)当水位降低至远离排气管底部时，重复步骤4)，筒形基础继续下沉；

7)循环重复步骤4)、5)、6)直至筒形基础1沉放到指定深度，完成沉放作业。

本发明的有益效果是：

该筒形基础沉放方法通过在筒形基础底部加装箭头破土减阻环，使得筒形基础在下沉过程中的端阻力有效降低且侧摩阻力有效减免；但箭头破土减阻环在下沉过程中必然形成边壁空腔区，使得筒形基础无法有效维持负压状态；而外部防渗保压膜可迫使筒形基础负压渗径增长，有效避免负压流失，保证沉放压力；另外，分别设置排气管与排水管可使得水、气交替排出，保证沉放工作持续进行。该方法实现了筒形基础的快速沉放，并保证的了沉放条件，极大提高了筒形基础下沉作业的保障性。

附图说明

图1为该破土减阻保压的筒形基础沉放装置的剖面结构示意图。

图2为2破土减阻保压的筒形基础沉放装置的俯视结构示意图。

图中1、筒形基础；2、箭头破土减阻环；3、外部防渗保压膜；4、筒壁锚固环；5、土体锚固环；6、排气管；7、排水管；8、边壁空腔区。

具体实施方式

实施例：

一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置，由筒形基础1、箭头破土减阻环2、外部防渗保压膜3、筒壁锚固环4、土体锚固环5、排气管6和排水管7组成，筒形基础1为薄壁钢筒结构，筒壁底部设置箭头破土减阻环2，箭头破土减阻环2为钢结构，其外缘距离筒形基础1边壁为7mm，箭头顶角为30°；筒形基础1下沉过程中，箭头破土减阻环2上部筒形基础1边壁两侧形成边壁空腔区8；筒形基础1边壁外设有侧环向放射状外部防渗保压膜3，外部防渗保压膜3为多层土工布材料，其内缘通过筒壁锚固环4与筒形基础1边壁上部密封锚固，而外缘则通过土体锚固环5与土体密封锚固；土体锚固环5距离筒形基础1边壁8m；筒形基础1顶盖分别设置排气管6与排水管7，排气管6与排水管7内径均为40cm，排气管6底部高于排水管7底部，筒形基础沉放时，排气管6底部高于筒形基础1内的水面，排水管7底部则伸筒形基础1内的水面以下，以保证水、气独立排出的能力。该实施例中：筒形基础1外径20m，顶盖厚0.7m，壁厚10mm，壁高8m。

利用所述破土减阻保压的筒形基础沉放装置的沉放方法，具体步骤如下：

1)将已安装箭头破土减阻环的筒形基础拖航或运输到指定场址，开始沉放作业；

2)筒形基础由于自重原因开始下沉，并在其边壁内、外侧形成边壁空腔区；

3)待筒形基础自重下沉稳定后，加装外部防渗保压膜，并确保外部防渗保压膜与筒形基础边壁及锚固土体的密封性，随后进行筒形基础的负压下沉；

4)通过控制排气管对筒内气体的抽取速率，调控筒内负压水平，保证筒形基础持续下沉，此时筒内水位逐渐升高，同时外部防渗保压膜逐渐紧贴筒壁与土体表面；

5)当水位升高超过排水管部并接近排气管底部时，停止抽取气体，打开排水管，开始排水作业，此时筒形基础暂停下沉保持不动；

6)当水位降低至远离排气管底部时，重复步骤4)，筒形基础继续下沉；

7)循环重复步骤4)、5)、6)直至筒形基础1沉放到指定深度，完成沉放作业。

Claims (2)

1.一种破土减阻保压的筒形基础沉放装置，其特征在于：由筒形基础、箭头破土减阻环、外部防渗保压膜、筒壁锚固环、土体锚固环、排气管和排水管组成，筒形基础为薄壁钢筒结构，筒壁底部设置箭头破土减阻环，箭头破土减阻环为钢结构，其外缘距离筒形基础边壁为5-10mm，箭头顶角不大于40°；筒形基础下沉过程中，箭头破土减阻环上部筒形基础边壁两侧形成边壁空腔区；筒形基础边壁外设有侧环向放射状外部防渗保压膜，外部防渗保压膜为多层土工布材料，其内缘通过筒壁锚固环与筒形基础边壁上部密封锚固，而外缘则通过土体锚固环与土体密封锚固；土体锚固环距离筒形基础边壁7-10m；筒形基础顶盖分别设置排气管与排水管，排气管底部高于排水管底部，筒形基础沉放时，排气管底部高于筒形基础内的水面，排水管底部则伸筒形基础内的水面以下，以保证水、气独立排出的能力。

2.一种利用权利要求1所述破土减阻保压的筒形基础沉放装置的沉放方法，其特征在于具体步骤如下：

1)将已安装箭头破土减阻环的筒形基础拖航或运输到指定场址，开始沉放作业；

2)筒形基础由于自重原因开始下沉，并在其边壁内、外侧形成边壁空腔区；

3)待筒形基础自重下沉稳定后，加装外部防渗保压膜，并确保外部防渗保压膜与筒形基础边壁及锚固土体的密封性，随后进行筒形基础的负压下沉；

4)通过控制排气管对筒内气体的抽取速率，调控筒内负压水平，保证筒形基础持续下沉，此时筒内水位逐渐升高，同时外部防渗保压膜逐渐紧贴筒壁与土体表面；

5)当水位升高超过排水管部并接近排气管底部时，停止抽取气体，打开排水管，开始排水作业，此时筒形基础暂停下沉保持不动；

6)当水位降低至远离排气管底部时，重复步骤4)，筒形基础继续下沉；

7)循环重复步骤4)、5)、6)直至筒形基础1沉放到指定深度，完成沉放作业。