CN106948368A - 一种桶形基础和三桶联合辅助组件及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桶形基础和三桶联合辅助组件及施工方法，桶形基础和三桶联合辅助组件，包括桶形基础，桶形基础主体为倒置的桶体，桶体内壁设有沿直径方向两端的、贯穿桶体顶板的定位套管，桶体上端面设有与抽水系统相连接的进出水阀；三桶联合辅助组件包括定位架及利用其竖直打入海床中的七根定位钢桩；桶形基础有三个，三个桶形基础分别活动套装于外围三组定位钢桩上，桶体沉入海中接触海床并贯入至设计深度。本发明把多桶联合基础沉贯过程中的垂直度问题转化为定位钢桩的垂直度问题，只要定位钢桩的垂直度满足要求，则各桶形基础的垂直度自动满足要求，无需后续调平与校正，使得多桶联合基础施工过程大大简化，施工难度大大降低，缩短了海上作业时间，降低了施工成本。

Description

一种桶形基础和三桶联合辅助组件及施工方法

技术领域：

本发明涉及海洋平台和海上风机基础，具体涉及一种吸力式桶形基础，尤其涉及一种桶形基础和三桶联合辅助组件及施工方法。

背景技术：

桶形基础产生于二十世纪九十年代的挪威，是一种带裙的圆板基础，由于其具有减小工程量、节约投资、缩短海上施工时间、可重复使用等特点，逐渐被运用至海洋平台与海上风机基础中。

桶形基础在沉贯过程中需保持竖直贯入，若产生一定程度的倾斜，需通过调平使其保持竖直状态，否则影响其使用功能。参考文献[1]对渤海海域某油田的桶形基础施工进行了介绍，施工过程中桶形基础发生倾斜、桶壁出现过大变形与裂纹、土塞现象严重，导致桶形基础的施工以失败告终。可见，如何有效控制与维持桶形基础沉贯过程中的垂直度，是桶形基础施工过程中的关键技术之一。

特别地，大型海洋工程结构物往往需要多个桶形基础联合形成大型基础。如中国专利公告号CN201593193U、CN205917719U、CN203924092U、CN203924091U、CN103981884B等公开了多个桶形基础组合在一起的联合基础，施工过程中需确保各个桶形基础的垂直度与位置准确，其施工难度更大。现行桶形基础的各类设计构型，对施工过程的方便性、可行性考虑较少。

若在桶形基础的结构上增加一些方便施工的辅助构造，确保桶形基础沉贯的垂直度，并缩短海上施工时间，则可大大降低桶形基础的施工难度与施工成本，进而促进桶形基础在工程中的应用。可见，有必要探讨适应海上施工的桶形基础构型，促进现有桶形基础施工技术的革新与进步。

参考文献

[1] 张翊飞. 筒形基础安装失败案例分析[J]. 造船技术, 2014, 6: 16-19.

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桶形基础和三桶联合辅助组件及施工方法，桶形基础上均匀设置两个定位套管，通过定位架与定位钢桩引导各桶形基础竖直的贯入海床，方便沉贯施工。

本发明的技术方案如下：

桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于， 包括桶形基础，桶形基础主体为倒置的桶体，桶体内壁设有沿直径方向两端的、贯穿桶体顶板的定位套管，桶体上端面设有与抽水系统相连接的进出水阀；

所述三桶联合辅助组件包括定位架及利用其竖直打入海床中的七根定位钢桩，七根定位钢桩以其中一根为中心，外围六根每两根为一组，三组呈品字型分布；

所述的桶形基础有三个，三个桶形基础分别活动套装于外围三组定位钢桩上，桶体沉入海中接触海床并贯入至设计深度。

所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的桶形基础桶体的内壁对称的焊接两个定位套管，定位套管的上部高出桶形基础顶板，定位套管的下端口呈指向桶壁的刀刃状，桶体上端面还设有与抽水系统相连接的进出水阀。

所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的定位架由七个套筒之间用钢管相互焊接构成，各焊接处上下设置两个加筋肋，定位架整体呈对称状态，中部的套筒与三个方向的各向两个套筒均处在同一直线上，各向的两个套筒之间的中心距离与桶体上两个定位套管之间的中心距离相等。

所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的定位钢桩由一根定位钢桩底部节与多根定位钢桩标准节自下至上依次连接组装构成，定位钢桩底部节下端设有锥状桩尖，定位钢桩底部节上端设有螺纹连接孔；

定位钢桩标准节一端设有螺纹凸榫，定位钢桩标准节另一端也设有螺纹连接孔，螺纹凸榫与螺纹连接孔相互匹配，通过把定位钢桩标准节的螺纹凸榫拧入底部节或其它标准节的螺纹连接孔实现相互固定与连接。

所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的桶体上定位套管的内径与定位架上套筒的内径相等，二者内径大于定位钢桩外径1~2cm。

一种桶形基础和三桶联合辅助组件的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、打入中心定位钢桩：

根据设计参数，通过螺纹凸榫拧入螺纹连接孔，把一根定位钢桩底部节与多根定位钢桩标准节相互组装而成定位钢桩，在设计指定的海域竖直的打入中心定位钢桩；

2）、打入其它六根定位钢桩：

把定位架的中部套筒套住已打好的中心定位钢桩，再依次、逐个把其它六根定位钢桩基于其它六个套筒的限制与定位作用打入海床，最终使各定位钢桩的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求；

3）、套入桶形基础：

从定位钢桩上取出定位架，逐个起吊桶形基础使两个定位套管套住各向外围两根定位钢桩并逐渐下沉，定位钢桩露出三个桶形基础顶面后再把定位架套在七根定位钢桩上，并使各桶形基础沿着定位钢桩缓慢沉入海中直至接触海床；

4）、桶形基础贯入海床：

打开连接各桶形基础进出水阀上的抽水系统抽取负压，使各桶形基础在自重及负压作用下沿着定位钢桩贯入海床至设计深度；

5）、移除部分定位钢桩：

从定位钢桩上取出定位架，拔出中部定位钢桩，并逐个旋转、拧出、移除桶形基础顶面以上的定位钢桩标准节，并而使各桶形基础顶面以下的定位钢桩继续保留，从而完成三桶联合基础的沉贯施工。

本发明的有益效果是：

1、本发明，在桶体内壁上设置两个竖直、定位套管，定位套管的尺寸较小，该辅助构造不会明显增加桶形基础的制作难度与沉贯难度，具有经济性与实用性。

2、本发明，把桶形联合基础沉贯过程中的垂直度问题转化为定位钢桩的垂直度问题，只要各定位钢桩的垂直度满足要求，则各桶形基础的垂直度自动满足要求，且无需后续的调平与校正。定位钢桩的垂直度较容易实现，从而整体上降低了桶形联合基础的施工难度。

3、桶形基础施工结束后，各桶形基础顶面以下的定位钢桩继续保留，其能持续的为桶形基础进行定位与限制，保证各桶形基础在后续使用过程中的垂直度，显然对工程有利。

附图说明：

图1为本发明的桶形基础俯视图。

图2为本发明的桶形基础仰视图。

图3为本发明的桶形基础横截面剖面图。

图4为本发明的定位钢桩配件及组装示意图。

图5为本发明的三角形定位架结构示意图。

图6为本发明施工中心定位钢桩示意图。

图7为本发明的所有定位钢桩施工完毕示意图。

图8为本发明桶形基础套入定位钢桩示意图。

图9为本发明桶形基础贯入海床示意图。

图10为本发明桶形基础施工完毕示意图。

附图标记说明：1、桶体；2、进出水阀；3、定位套管；4、定位钢桩底部节；5、锥状桩尖；6、螺纹连接孔；7、定位钢桩标准节；8、螺纹凸榫；9、定位架；10、套筒；11、加筋肋；A、海平面；B、海床面。

具体实施方式：

参见附图：

一种桶形基础和三桶联合辅助组件，包括桶体1与定位套管3，在桶形基础桶体1的内壁对称的焊接两个定位套管3，三桶联合基础施工时先基于定位架9打设七根定位钢桩，再逐个把各桶形基础的两个定位套管3套住相应两根定位钢桩沉入海中接触海床，在自重及桶内外压力差作用下把各桶形基础贯入海床至设计深度，整个过程各桶形基础的垂直度能自动满足，由此构成联合基础。

桶形基础桶体1的内壁对称的焊接两个定位套管3，定位套管3的上部透过、高出桶形基础顶板，定位套管3的下部呈指向桶壁的刀刃状，方便桶形基础的下沉，如图1与图2所示。

桶体1上两个定位套管3与中心轴的连线互成直线，如图3所示。定位套管3与桶体内壁焊接相连，其下部呈刀刃状，可减少沉贯的阻力，便于施工。定位套管3的顶部高出桶形基础的顶板，其对桶体内部的封闭性无影响。对于多桶联合基础，每个桶形基础设计两个定位套管3，利用多桶之间的相互制衡与固定，能维持每个桶形基础的垂直度与稳定性，使后续各桶形基础的整体稳定性满足施工要求。

定位钢桩由一根定位钢桩底部节4与多根定位钢桩标准节7组装而成，定位钢桩底部节4的一端为锥状桩尖5，定位钢桩底部节4的另一端为内部带螺纹连接孔6的中空段，定位钢桩标准节7的一端为螺纹凸榫8，定位钢桩标准节7的另一端为内部带螺纹连接孔6的中空段，螺纹凸榫8与螺纹连接孔6相互匹配，通过把定位钢桩标准节7的螺纹凸榫8拧入底部节4或其它标准节7的螺纹连接孔6实现相互固定与连接，如图4所示。

一般定位钢桩底部节4与定位钢桩标准节7的长度相同。定位钢桩标准节7可进行标准化、规格化、规模化制作，满足不同情况下不同深度的需求。通过螺纹凸榫8与螺纹连接孔6相互拧入连接，实现定位钢桩的延长与续接。

定位钢桩的作用主要是引导桶形基础垂直贯入海床，施工过程中其受到的水平荷载与竖向荷载均较小，故其截面尺寸不需要太大，只要其能维持桶形基础的垂直度即可。虽称其为“定位钢桩”，实际上属于“定位钢棒”。优选地，定位钢桩的外径取10~25cm。

定位架9为七个套筒10之间用钢管相互焊接而成，各焊接处上下设置两个加筋肋11，定位架9整体呈对称状态，中部的套筒10与三个方向的各向两个套筒10均处在同一直线上，各向的两个套筒10之间的中心距离与桶体1上两个定位套管3之间的中心距离相等，如图5所示。桶体1上定位套管3的内径与定位架9上套筒10的内径相等，桶体1上定位套管3的内径大于定位钢桩外径1~2cm。

定位架9的作用是准确定位与限制各定位钢桩的位置，使各定位钢桩铅垂状态的插入海床。三桶联合基础中各桶呈对称分布，故定位架9上中部的套筒10处于三个桶形基础的对称轴上，其余六个套筒10是为定位三个桶形基础而设置。定位架9上三个方向各向的两个套筒10之间的中心距离与桶体1上两个定位套管3之间的中心距离相等，使两个套筒10能套入桶形基础上两个定位套管3内的定位钢桩。故定位架9的作用实际上是确定联合基础中三个桶形基础之间的位置关系。

事实上，以所提带定位套管的桶形基础为基本构件可制作其它构型的联合基础，如两桶、四桶、五桶联合基础，或非对称分布的联合基础。这些不同构型的联合基础，其区别仅在于各定位钢桩的位置与数量不相同，进而体现在定位架9的不相同。故可设计不同构型的定位架9，以满足不同工况下联合基础的需要。本实施方式仅以对称状态的三桶联合基础进行介绍，其它情况可通过简单变更、替换得到。

事实上，施工过程中可根据需要使用多个定位架9，对各定位钢桩在不同位置进行定位约束，确保定位钢桩的垂直度与位置准确。只有各定位钢桩的垂直度与间距满足要求，才能确保后续各桶形基础的垂直度满足要求。定位钢桩应有足够的强度与刚度，在施工过程中能维持各桶形基础的铅垂特性。

可见，本技术把确保各桶形基础的垂直度要求转化为各定位钢桩的垂直度要求，而各类钢桩施工经验丰富，定位钢桩的垂直度较容易实现，从而达到降低桶形基础施工难度的目的。

定位套管3的内径大于定位钢桩外径1~2cm，是为了使桶形基础能够套在定位钢桩上顺利的滑入海床。为了减少相互摩擦，甚至可以在定位套管3的内壁及定位钢桩的外壁上涂抹润滑剂。

桶形基础和三桶联合辅助组件及施工方法，详细描述如下：

1）、打入中心定位钢桩：

根据设计参数，通过螺纹凸榫8拧入螺纹连接孔6，把一根定位钢桩底部节4与多根定位钢桩标准节7相互组装而成定位钢桩。在设计指定的海域竖直的打入中心定位钢桩，如图6所示。

中心定位钢桩位于三个桶形基础的对称轴上，其具有定位、约束其它定位钢桩的作用。定位钢桩的铅垂度、入土深度等参数满足设计要求。一般地，定位钢桩的入土深度应大于桶形基础的沉贯深度。

2）、打入其它六根定位钢桩：

把定位架9的中部套筒10套住已打好的中心定位钢桩，再依次、逐个把其它六根定位钢桩基于其它六个套筒10的限制与定位作用打入海床，最终使各定位钢桩的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求，如图7所示。

桶形基础的沉贯姿态依靠定位钢桩的引导与约束，故定位钢桩应能抵抗施工过程中的各类荷载而不发生侧移与倾斜，各构件的强度应能承受复杂工况下组合荷载的作用而不发生屈曲与变形，仍能保持铅垂状态。

3）、套入桶形基础：

从定位钢桩上取出定位架9，逐个起吊桶形基础使两个定位套管3套住各向外围两根定位钢桩并逐渐下沉，定位钢桩露出三个桶形基础顶面后再把定位架9套在七根定位钢桩上，并使各桶形基础沿着定位钢桩缓慢沉入海中直至接触海床，如图8所示。

及时把定位架9套住定位钢桩，是为了维护定位钢桩的垂直度，各定位钢桩组装在一起整体刚度更大，避免过程中个别定位钢桩受到局部荷载而发生倾斜。

4）、桶形基础贯入海床：

打开连接各桶形基础进出水阀2上的抽水系统抽取负压，使各桶形基础在自重及负压作用下沿着定位钢桩贯入海床至设计深度，如图9所示。

在各定位钢桩垂直度满足要求的情况下，各桶形基础沿着定位钢桩贯入海床，其垂直度自动满足要求，施工过程无需调平与反复校核。施工过程大大简化，施工难度大大降低，缩短了海上作业时间，从而降低了施工成本。

5）、移除部分定位钢桩：

从定位钢桩上取出定位架9，拔出中部定位钢桩，并逐个旋转、拧出、移除桶形基础顶面以上的定位钢桩标准节7，并而使各桶形基础顶面以下的定位钢桩继续保留，从而完成三桶联合基础的沉贯施工，如图10所示。

桶形基础沉贯就位后，高出桶形基础顶面的定位钢桩影响后续施工，也影响该区域的航道，故需移除。定位钢桩的设计过程中，需考虑后续的解除、移除需要，通过螺纹凸榫8反向拧出螺纹连接孔6实现定位钢桩标准节7的移除。但桶形基础顶面以下的定位钢桩无需移除，其不影响后续施工，且保留该段对维持桶形基础在后续工作过程中的垂直度有利。

本发明在桶体内壁上设置两个竖直、定位套管，定位套管的尺寸较小，该辅助构造不会明显增加桶形基础的制作难度与沉贯难度，具有经济性与实用性；把桶形基础沉贯过程中的垂直度问题转化为定位钢桩的垂直度问题，只要各定位钢桩的垂直度满足要求，则桶形基础的垂直度自动满足要求，且无需后续的调平与校正。定位钢桩的垂直度较容易实现，从而整体上降低了桶形基础的施工难度。

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 (6)

1.一种桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于， 包括桶形基础，桶形基础主体为倒置的桶体，桶体内壁设有沿直径方向两端的、贯穿桶体顶板的定位套管，桶体上端面设有与抽水系统相连接的进出水阀；

所述三桶联合辅助组件包括定位架及利用其竖直打入海床中的七根定位钢桩，七根定位钢桩以其中一根为中心，外围六根每两根为一组，三组呈品字型分布；

所述的桶形基础有三个，三个桶形基础分别活动套装于外围三组定位钢桩上，桶体沉入海中接触海床并贯入至设计深度。

2.根据权利要求1所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的桶形基础桶体的内壁对称的焊接两个定位套管，定位套管的上部高出桶形基础顶板，定位套管的下端口呈指向桶壁的刀刃状，桶体上端面还设有与抽水系统相连接的进出水阀。

3.根据权利要求1所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的定位架由七个套筒之间用钢管相互焊接构成，各焊接处上下设置两个加筋肋，定位架整体呈对称状态，中部的套筒与三个方向的各向两个套筒均处在同一直线上，各向的两个套筒之间的中心距离与桶体上两个定位套管之间的中心距离相等。

4.根据权利要求1所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的定位钢桩由一根定位钢桩底部节与多根定位钢桩标准节自下至上依次连接组装构成，定位钢桩底部节下端设有锥状桩尖，定位钢桩底部节上端设有螺纹连接孔；

定位钢桩标准节一端设有螺纹凸榫，定位钢桩标准节另一端也设有螺纹连接孔，螺纹凸榫与螺纹连接孔相互匹配，通过把定位钢桩标准节的螺纹凸榫拧入底部节或其它标准节的螺纹连接孔实现相互固定与连接。

5.根据权利要求1所述的桶形基础和三桶联合辅助组件，其特征在于，所述的桶体上定位套管的内径与定位架上套筒的内径相等，二者内径大于定位钢桩外径1~2cm。

6.一种桶形基础和三桶联合辅助组件的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、打入中心定位钢桩：

根据设计参数，通过螺纹凸榫拧入螺纹连接孔，把一根定位钢桩底部节与多根定位钢桩标准节相互组装而成定位钢桩，在设计指定的海域竖直的打入中心定位钢桩；

2）、打入其它六根定位钢桩：

把定位架的中部套筒套住已打好的中心定位钢桩，再依次、逐个把其它六根定位钢桩基于其它六个套筒的限制与定位作用打入海床，最终使各定位钢桩的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求；

3）、套入桶形基础：

从定位钢桩上取出定位架，逐个起吊桶形基础使两个定位套管套住各向外围两根定位钢桩并逐渐下沉，定位钢桩露出三个桶形基础顶面后再把定位架套在七根定位钢桩上，并使各桶形基础沿着定位钢桩缓慢沉入海中直至接触海床；

4）、桶形基础贯入海床：

打开连接各桶形基础进出水阀上的抽水系统抽取负压，使各桶形基础在自重及负压作用下沿着定位钢桩贯入海床至设计深度；

5）、移除部分定位钢桩：

从定位钢桩上取出定位架，拔出中部定位钢桩，并逐个旋转、拧出、移除桶形基础顶面以上的定位钢桩标准节，并而使各桶形基础顶面以下的定位钢桩继续保留，从而完成三桶联合基础的沉贯施工。