CN107268649B - 一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置 - Google Patents

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Abstract

一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置，用于海上风电基础结构辅助施工，包括筒型基础、顶盖锚固块、锚绳、铅锤重块、渗水隔层，筒型基础中部为圆形仓体，周边辐射状分布若干分仓板形成类梯形仓体，顶盖锚固块位于筒型基础顶盖的下侧，下部连接一条锚绳，锚绳的下端连接铅锤重块，铅锤重块上附渗水隔层。本发明有效增强了筒型基础受风浪摇摆下的水体阻抗，迫使筒型基础在晃动时筒内气体不能快速与外界水体交换，保证筒型基础浮运过程中的气密性，增强了浮运水封的稳定性，确保了筒型基础浮运过程中的安全性能；此外，该装置结构简单，设计、制作与安装十分方便，且造价低廉，实用性强。

Description

一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置
技术领域
本发明涉及海上风电基础结构施工辅助装置，是一种可提高筒型基础的浮运能力与负压沉放能力的装置。
背景技术
筒形基础结构简单轻便，易于制作，并可进行快速拖航施工与负压下沉施工。相比于传统的桩基础，宽浅式筒型基础具有良好的抗水平荷载与抗倾覆能力，且制作与施工的成本较低，目前正逐渐使用在海上风电等各类海洋结构物上，取得了良好的经济效益。
然而，筒型基础在施工方面存在两个显著的问题。对于宽浅式筒型基础而言，其多采用筒内充压保压的(气压)方式实现浮运拖航施工作业。由于基础结构沿深度方向尺度较小，为了克服拖航过程中结构的巨大竖向荷载(尤其对于一体化安装的风机结构，其基础与上部结构的重力及外部竖向荷载相当大)，需在筒内部充入大量气体以保证结构具备足够的浮力。而这一措施势必使得筒内水封的高度有所降低。在拖航过程中，基础结构受到较大风、浪作用，若扶正设备反应灵敏度不够或措施不完全，筒体在晃动过程中很容易造成漏气的现象，导致筒型基础突然下沉，严重影响基础及上部结构的安全，并会拖延工期。为此，目前施工部门为了避免筒型基础漏气现象的发生，一般都会选择具有良好天气的条件下进行拖航作业。但由于海上天气变化较快，即便在拖航初始海面条件较好，也可能存在拖航中途或下沉过程中出现不利天气的风险。另一方面，对于筒型基础而言，其中一种快速有效的下沉方法是采用负压下沉法，通过抽取筒内气体和水体迫使筒内压力下降从而实现下沉。但由于土体为松散结构，抽取负压时若压力控制不得当，很容易造成土体的管涌或其他破坏现象，从而影响筒型基础的下沉安全，甚至影响后期结构的安全运行。显然，上述两个问题使得筒型基础快速施工的优势受到极大冲击，并使得其实际工程的适用条件受到极大限制。
为此，本申请提出一种筒型基础的拖航与下沉的辅助施工装置，该装置可有效解决上述两个问题，其既可提高浮运水封的阻抗能力，也可保证筒体下沉过程中土体的整体性，从而提高了筒型基础浮运与下沉的稳定性，保证了结构施工的安全，使得筒型基础的适用范围有所提升。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种筒型基础施工的辅助装置，该装置既可提高筒型基础的浮运水封稳定性也可提高筒型基础下沉的稳定性，且该装置结构简单，易于实现。
本发明的技术方案是：
一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置，包括筒型基础、顶盖锚固块、锚绳、铅锤重块、渗水隔层，筒型基础中部为圆形仓体，周边辐射状分布若干分仓板，每个分仓板两端分别与筒形基础的圆形仓体和外边壁相连接，形成类梯形仓体，设有的若干顶盖锚固块位于筒型基础顶盖的下侧，所述的顶盖锚固块按照筒型基础边壁与分仓板边壁轮廓线进行布设，每个顶盖锚固块下部连接一条锚绳，锚绳的下端连接铅锤重块，铅锤重块整体形状为筒型基础边壁与分仓板构成的轮廓线，铅锤重块上附渗水隔层，渗水隔层的平面轮廓与筒型基础边壁及分仓板构成的轮廓线相同。
进一步的，以上所述的铅锤重块主体为钢结构，外边缘设有一圈橡胶材料，保证其在与筒型基础边壁及分仓板贴合的时候具备一定的防水能力。
进一步的，所述的铅锤重块的高度5cm～10cm，厚度10cm～20cm，距筒型基础底面5cm～20cm。
进一步的，所述的顶盖锚固块布设间距为50cm～200cm。
进一步的，所述的筒形基础外径20m，顶盖厚10cm，壁厚10cm，壁高6m。
进一步的，所述的渗水隔层为内部设有钢筋、钢绞线或迪尼玛绳骨架的多层低透水幕布材料。
本发明的有益效果是：本发明采用铅锤重块、渗水隔层联合挡水的方式，有效增强了筒型基础受风浪摇摆下的水体阻抗，迫使筒型基础在晃动时筒内气体不能快速与外界水体交换，保证筒型基础浮运过程中的气密性，增强了浮运水封的稳定性，确保了筒型基础浮运过程中的安全性能；另外，采用渗水隔层会有效增大土体孔隙水的水力梯度，从而增大筒型基础土体在负压过程中的渗径，并保证了土体的完整性，避免了管涌等土体破坏现象的发生；此外，该装置结构简单，设计、制作与安装十分方便，且造价低廉，实用性强。
附图说明
图1一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置纵剖面图；
图2一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置横剖面图。
图3一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置在辅助筒型基础抗风浪摇摆示意图；
图4一种提高筒型基础的浮运水封与负压下沉稳定性的装置在辅助筒型基础下沉示意图。
图中1、顶盖锚固块；2、锚绳；3、铅锤重块；4、渗水隔层；5、筒形基础；6、分仓板。
具体实施方式
参见附图1和附图2，本发明包括筒型基础5、顶盖锚固块1、锚绳2、铅锤重块3、渗水隔层4，筒型基础5中部为圆形仓体，周边辐射状分布若干分仓板6，每个分仓板6两端分别与筒形基础的圆形仓体和外边壁相连接，形成类梯形仓体，其中，顶盖锚固块1位于筒型基础5顶盖的下侧，其按照筒型基础5边壁与分仓板6边壁轮廓线进行布设，每隔50cm～200cm布设一个顶盖锚固块1；每个顶盖锚固块1下部连接一条锚绳2，锚绳2材料无特殊要求，具有较大抗拉性能即可；锚绳2的下端连接铅锤重块3，铅锤重块3主体为钢结构，外边缘设有一圈橡胶材料，保证其在与筒型基础5边壁及分仓板6贴合的时候具备一定的防水能力，铅锤重块3整体形状为筒型基础5边壁与分仓板6构成的轮廓线，根据筒型基础5的分仓差异，铅锤重块3的形状有所不同，高度5cm～10cm，厚度10cm～20cm，距筒型基础5底面5cm～20cm；铅锤重块3上附渗水隔层4，渗水隔层的平面轮廓亦与筒型基础5边壁及分仓板6构成的轮廓线相同，其材料为内部设有钢筋、钢绞线或迪尼玛绳骨架的多层低透水幕布材料。
该装置提高浮运水封稳定性的原理参见附图3：当风浪来临时，筒型基础5会在某一时刻向某一方向倾斜，筒型基础5各仓内的水体也会随之发生位移。但由于渗水隔层4的透水性不高，筒体晃动过程中，外界水体并不会突然进入筒型基础5内部，而筒型基础5内部的气体也不会突然大量排出，从而增强了水封结构的阻抗，提高了水封稳定性。
该装置提高负压下沉稳定性的原理参见附图4：在下沉过程中，锚绳2不再受力，土体与渗水隔层4紧密贴合，由于负压作用土内水体迫使通过渗水隔层4进入筒型基础5内部。渗水隔层4的透水性能较低，增强了土体的渗径，且保证了土体的完整性，避免了土体在负压过程中的管涌或其他破坏现象，提高了下沉的稳定性。
该装置的在浮运与下沉过程中的实施方法：(1)在预制筒型基础5的船坞中充水，并将锚绳2、铅锤重块3、渗水隔层4自然垂放；(2)随着水位的上升，将筒内充气，筒内水体逐渐通过渗水隔层4排出，当筒内水位达到1m左右时停止充气；(3)打开船坞进行拖航作业；(4)将筒型基础5拖航到制定地点，筒内开始排气，开始下沉作业。
本实施例中：筒形基础5外径20m，共设置7个分仓。顶盖厚10cm，壁厚10cm(包括分仓板6)，壁高6m；顶盖锚固块1每隔2m布设一个。铅锤重块3高度10cm，厚度20cm，距筒型基础5底面10cm。

Claims (6)

1.筒型基础的稳定性装置在浮运与下沉过程中的实施方法，其特征是：该稳定性装置包括筒型基础（5）、顶盖锚固块（1）、锚绳（2）、铅锤重块（3）、渗水隔层（4），筒型基础（5）中部为圆形仓体，周边辐射状分布若干分仓板（6），每个分仓板（6）两端分别与筒型基础的圆形仓体和外边壁相连接，形成类梯形仓体，设有的若干顶盖锚固块（1）位于筒型基础（5）顶盖的下侧，所述的顶盖锚固块（1）按照筒型基础（5）边壁与分仓板（6）边壁轮廓线进行布设，每个顶盖锚固块（1）下部连接一条锚绳（2），锚绳（2）的下端连接铅锤重块（3），铅锤重块（3）整体形状为筒型基础（5）边壁与分仓板（6）构成的轮廓线，铅锤重块（3）上附渗水隔层（4），渗水隔层的平面轮廓与筒型基础（5）边壁及分仓板（6）构成的轮廓线相同；所述的筒型基础（5）各仓内充有水体；
该实施方法是：
1）在预制筒型基础（5）的船坞中充水，并将锚绳（2）、铅锤重块（3）、渗水隔层（4）自然垂放；
2）随着水位的上升，将筒内充气，筒内水体逐渐通过渗水隔层（4）排出，当筒内水位达到1m左右时停止充气；
3）打开船坞进行拖航作业；
4）将筒型基础（5）拖航到指定地点，筒内开始排气，开始下沉作业。
2.根据权利要求1所述的筒型基础的稳定性装置在浮运与下沉过程中的实施方法，其特征是：铅锤重块（3）主体为钢结构，外边缘设有一圈橡胶材料，保证其在与筒型基础（5）边壁及分仓板（6）贴合的时候具备一定的防水能力。
3.根据权利要求1所述的筒型基础的稳定性装置在浮运与下沉过程中的实施方法，其特征是：铅锤重块（3）的高度5cm~10cm，厚度10cm~20cm，距筒型基础（5）底面5cm~20cm。
4.根据权利要求1所述的筒型基础的稳定性装置在浮运与下沉过程中的实施方法，其特征是：顶盖锚固块（1）布设间距为50cm~200cm。
5.根据权利要求1所述的筒型基础的稳定性装置在浮运与下沉过程中的实施方法，其特征是：筒型基础（5）外径20m，顶盖厚10cm，壁厚10cm，壁高6m。
6.根据权利要求1所述的筒型基础的稳定性装置在浮运与下沉过程中的实施方法，其特征是：渗水隔层（4）为内部设有钢筋、钢绞线或迪尼玛绳骨架的多层低透水幕布材料。
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