CN107675721B - 一种防液化的吸力式筒型基础装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防液化的吸力式筒型基础装置，包括内筒、外筒、周向均布于所述内筒和外筒之间间隙内的多个连接筋、以及排水板及膨胀填充体；所述外筒的筒壁周向贯穿均布有多个通孔，所述内筒的上端口设置有顶盖，所述顶盖贯穿设置有排水口或注水口，所述内筒和外筒的下端口的边缘一体倾斜设置有刃脚。依此结构设计的吸力式筒型基础装置，膨胀填充体遇水后会膨胀，继而可使得排水板与外筒的内壁紧密贴合，从而有效防止海床土颗粒进入吸力内筒的腔室内，继而能够有效地向海水中释放海床内累积的超静孔隙水压力，使得海床中的孔隙水压力保持静水压力的水平，从而有效地防止吸力式筒型基础周围土体的液化，保证海洋工程的基础安全。

Description

一种防液化的吸力式筒型基础装置
技术领域
本发明涉及海洋岩土工程技术领域，尤其涉及一种防液化的吸力式筒型基础装置。
背景技术
单个吸力式筒型基础，及多个吸力式筒型基础组成的导管架是常见的海洋工程基础形式，被广泛应用于石油开采平台、风电塔等海上工程的基础建设中。海洋建筑物或构筑物的基础在长期运营过程中常面临波浪荷载、结构振动、地震等的影响。波浪荷载、结构本身振动等在基础周围的海床中可能形成超静孔隙水压力累积，或地震剪切波作用在基础周围的海床中将直接产生超静孔隙水压力，都可能引起海床液化的海洋工程地质灾害。海床液化将导致海洋工程基础发生滑移或沉陷，甚至导致其上部结构发生整体倾覆破坏，从而可能造成人员伤亡并带来巨大的财产损失。
陆上基础工程中治理液化的方法较为全面有效且技术成熟，但不能直接应用与海洋工程中。目前，常见的针对海洋工程基础周围的海床液化治理方法主要是：向液化区域土体插入排水管，采用自排水或者抽水的方式，降低液化区域的超静孔隙水压力，从而缓减或消除海床液化。但该方法有如下不足：1、不能准确及时地预防海洋工程基础周围的海床液化，一般待海床液化发生后才采取本方法进行海床液化治理；2、本方法不适用于复杂环境的海域或深海区域，此类区域不容易进行排水管的安装及抽水作业。
因此，为预防和治理海床液化对海洋工程基础的危害，急需一种施工简单、且全面有效的适用于海上结构物吸力式筒型基础基础的海床液化防治方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够防止海床液化的吸力式筒型基础装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种防液化的吸力式筒型基础装置，包括内筒、外筒、周向均布于所述内筒和外筒之间间隙内的多个连接筋、以及由外向内设置于相邻连接筋之间腔体内的排水板及膨胀填充体；所述外筒的筒壁周向贯穿均布有多个通孔，所述内筒的上端口设置有顶盖，所述顶盖贯穿设置有排水口或注水口，所述内筒和外筒的下端口的边缘一体倾斜设置有刃脚。
其中，所述顶盖上表面的边缘设置有固定环，所述排水板及膨胀填充体均与所述固定环紧固。
其中，多个所述排水板依次首尾间隔组合后呈圆形设置。
其中，所述内筒设置为钢筒，所述外筒由多个弧形钢板依次焊接组合而成。
其中，所述膨胀填充体设置为膨胀橡胶体。
其中，所述外筒的上端面高于所述内筒的上端面，且所述外筒的上端面与所述固定环的上端面平齐。
其中，周向均布于所述外筒的筒壁的多个通孔呈纵横交错均布。
其中，所述排水板呈弧状设置，且外表面与所述外筒的内侧壁相贴合。
其中，所述排水口或注水口为垂直紧固于所述顶盖上表面的管体，所述管体与所述内筒的腔体贯通设置。
其中，所述连接筋包括上下贯通设置于所述内筒和外筒之间间隙内的主连接筋，以及对称设置于所述主连接筋两侧的副连接筋，所述副连接筋的外弧面低于所述主连接筋的外弧面。
本发明的有益效果：本发明包括内筒、外筒、周向均布于所述内筒和外筒之间间隙内的多个连接筋、以及由外向内设置于相邻连接筋之间腔体内的排水板及膨胀填充体；所述外筒的筒壁周向贯穿均布有多个通孔，所述内筒的上端口设置有顶盖，所述顶盖贯穿设置有排水口或注水口，所述内筒和外筒的下端口的边缘一体倾斜设置有刃脚。依此结构设计的吸力式筒型基础装置，膨胀填充体遇水后会膨胀，继而可使得排水板与外筒的内壁紧密贴合，从而有效防止海床土颗粒进入吸力内筒的腔室内，继而能够有效地向海水中释放海床内累积的超静孔隙水压力，使得海床中的孔隙水压力保持静水压力的水平，从而有效地防止吸力式筒型基础周围土体的液化，保证海洋工程的基础安全。
附图说明
图1是本发明一种防液化的吸力式筒型基础装置的主视图。
图2是图1中AA截面的剖视图。
图3是图2中B处的局部放大图。
图4是图1的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图4所示，本实施例中一种防液化的吸力式筒型基础装置，包括内筒1、外筒2、周向均布于内筒1和外筒2之间间隙内的多个连接筋3、以及由外向内设置于相邻连接筋3之间腔体内的排水板4及膨胀填充体5；外筒2的筒壁周向贯穿均布有多个通孔21，内筒1的上端口设置有顶盖22，顶盖22贯穿设置有排水口或注水口23，内筒1和外筒2的下端口的边缘一体倾斜设置有刃脚6，刃脚6为连续钢环，具有较好的整体性；刃脚与内筒1和外筒2连接的焊缝强度应满足吸力式筒型基础的强度和刚度要求；
具体的，本实施例中顶盖22上表面的边缘设置有固定环24，排水板4及膨胀填充体5通过螺栓与固定环24紧固，以此对排水板及膨胀填充体5进行定位，本实施例中，膨胀填充体5可设置为膨胀橡胶体，该膨胀橡胶体遇水后可以迅速膨胀，继而可将排水板4牢牢的抵紧至外筒的内壁，从而使得吸力式筒型基础在安装过程中，有效防止海床土颗粒进入内筒的腔体内，本实施例中，为了防止海床土颗粒进入排水板，在排水板3的表面设置有反滤层，以此有效保障该吸力式筒型基础在释放海床中超静孔隙水压力过程中海床土颗粒不会发生流失。
进一步的，本实施例中，多个排水板4依次首尾间隔组合后呈圆形设置，排水板4呈弧状设置，且外表面与外筒2的内侧壁相贴合，且内筒1设置为钢筒，外筒2由多个弧形钢板依次焊接组合而成。以此结构设计，能够方便该吸力式筒型基础的加工和装配。
本实施例中，外筒2的上端面高于内筒1的上端面，且外筒2的上端面与固定环24的上端面平齐，依此能够方便排水板4和膨胀填充体5的安装。
为了提升外筒的强度，本实施例中周向均布于外筒2的筒壁的多个通孔21呈纵横交错均布，以此结构设计一方面将有利于减小通孔21对外筒2强度和刚度的影响，另一方面增加吸力式筒基础与海床沿深度方向的有效接触范围。
此外，排水口或注水口23为垂直紧固于顶盖22上表面的管体，管体与内筒1的腔体贯通设置。
进一步的，结合图1所示，本实施例中连接筋3包括上下贯通设置于内筒1和外筒2之间间隙内的主连接筋31，以及对称设置于主连接筋31两侧的副连接筋32、33，副连接筋32、33的外弧面低于主连接筋31的外弧面，以此结构设计，能够有效提升内筒和外筒的连接强度，并通过主连接筋和副连接筋外弧面之间的段差，方便的对组合为外筒的多个弧形钢板26进行定位焊接，进而有效提升组合后的外筒结构的可靠性。
本发明的工作过程如下：
1、防液化的吸力式筒型基础的安装：
通过驳船将吸力式筒型基础整体吊装至需要进行安装的海域，使用吊机将吸力式筒型基础缓慢浸没在海水中，使得内筒1和外筒2的空腔内、排水板4的排水通道内充满海水，膨胀橡胶5遇海水逐渐膨胀后将填充满吸力筒空腔内的空隙，使得排水板4与外筒2紧密接触，防止吸力式筒型基础下沉安装过程中海床土颗粒进入吸力筒空腔。
待吸力式筒型基础的空腔、排水板4充分饱水，膨胀橡胶5充分吸水膨胀后，缓慢下沉吸力式筒型基础至指定安装的海床上。首先利用吸力式筒型基础的自重缓慢下沉，待基本稳定后，再通过吸力式筒型基础顶部的排水/注水孔23不断地向外抽水抽气形成的负压，使得吸力式筒型基础缓慢进入海床。在吸力式筒型基础进入土体过程中应不断纠偏，保证吸力式筒型基础竖直向下进入海床中，直至完成吸力式筒型基础的安装；最后，完成吸力式筒型基础上方的上部结构安装。
2、吸力式筒型基础的拆除：
吸力式筒型基础的拆除与其安装的步骤相反，首先，拆除吸力式筒型基础上方的上部结构安装，而后通过排水/注水孔23向吸力筒内注气加压，并通过吊机使得吸力式筒型基础逐渐离开海床，直至整个吸力式筒型基础脱离海床。最后，采用吊机起吊吸力式筒型基础，使之缓慢离开海水，排出吸力筒空腔和排水板内的海水，将其吊至驳船后运离。
拆除后的吸力式筒型基础强度和刚度仍满足海洋工程基础作业要求的，进行结构完整性检查后，若排水板4和膨胀橡胶5未损坏可正常使用的吸力式筒型基础，可直接用于其他海洋工程的基础施工中；若排水板4和膨胀橡胶5不能正常使用的吸力式筒型基础，可替换新的排水板4和膨胀橡胶5后，继续用于其他海洋工程的基础施工中，从而实现吸力式筒型基础的循环利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过吸力筒的内筒1和外筒2之间空腔内的排水板4形成排水通道，使得吸力式筒型基础周围的海床土体和海水水力连通，能够及时消散因波浪荷载、结构振动或地震在海床土体产生的超静孔隙水压力，从而科学有效地预防和治理双壁吸力式筒型基础周围海床土体的液化灾害。
2、本发明在外筒2上均匀排布通孔21，相邻竖向通孔21列是交错排列的，一方面将有利于减小开孔对外筒2强度和刚度的不利影响，另一方面增加排水板4与海床土体沿深度方向的有效水力连通范围，有利于全面有效地预防和治理整个双壁吸力式筒型基础深度范围内的海床土体的液化灾害。
3、本发明中的膨胀橡胶5遇水会膨胀，将顶紧吸力筒空腔内的排水板4，使得排水板4贴紧外筒2，在吸力式筒型基础安装过程中防止海床土颗粒进入吸力筒空腔。同时，排水板4表面为反滤层，使得吸力式筒型基础在安装过程中海床土颗粒不会进入排水板4内。以上两种措施保证吸力式筒型基础在释放海床中超静孔隙水压力过程中海床土颗粒不会发生流失，且避免排水板通道被土颗粒堵塞。
4、本发明为双壁吸力式筒型基础，由吸力筒的内筒1和外筒2组成了双壁结构，加之连接筋3的加固作用，使得吸力式筒型基础的整体强度和刚度均提高，有利于吸力式筒型基础长期运营过程中的稳定性和耐久性。
5、本发明的吸力式筒型基础顶部为排水/注水孔23，通过排水/注水孔23向外抽水抽气形成的负压，使得吸力式筒型基础缓慢进入海床，完成吸力式筒型基础的安装；通过排水/注水孔23向吸力筒内注气加压，使得吸力式筒型基础逐渐离开海床，完成吸力式筒型基础的拆除工作，可将拆除后的吸力式筒型基础用于其他海洋工程的基础施工中，实现循环利用。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：包括内筒、外筒、周向均布于所述内筒和外筒之间间隙内的多个连接筋、以及由外向内设置于相邻连接筋之间腔体内的排水板及膨胀填充体；所述外筒的筒壁周向贯穿均布有多个通孔，所述内筒的上端口设置有顶盖，所述顶盖贯穿设置有排水口或注水口，所述内筒和外筒的下端口的边缘一体倾斜设置有刃脚。
2.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述顶盖上表面的边缘设置有固定环，所述排水板及膨胀填充体均与所述固定环紧固。
3.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：多个所述排水板依次首尾间隔组合后呈圆形设置。
4.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述内筒设置为钢筒，所述外筒由多个弧形钢板依次焊接组合而成。
5.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述膨胀填充体设置为膨胀橡胶体。
6.根据权利要求2所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述外筒的上端面高于所述内筒的上端面，且所述外筒的上端面与所述固定环的上端面平齐。
7.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：周向均布于所述外筒的筒壁的多个通孔呈纵横交错均布。
8.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述排水板呈弧状设置，且外表面与所述外筒的内侧壁相贴合。
9.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述排水口或注水口为垂直紧固于所述顶盖上表面的管体，所述管体与所述内筒的腔体贯通设置。
10.根据权利要求1所述的一种防液化的吸力式筒型基础装置，其特征在于：所述连接筋包括上下贯通设置于所述内筒和外筒之间间隙内的主连接筋，以及对称设置于所述主连接筋两侧的副连接筋。
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