CN108374430A - 一种海上全潜式基础与辅浮设备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上全潜式基础与辅浮设备及施工方法，基体为长方体，各端角设有纵向的悬筒，连接段通过支座置于基体的顶部中心；悬筒为空心圆筒，设有进气/水孔和排气/水孔，顶部设有锚链固定结构；沿周长方向，悬筒外壁纵向设有若干等间距的锚链通道，锚链通道内穿有一端连接锚链固定结构的第二锚链，第二锚链另一端连接在一起，并且通过第一锚链连接锚体；连接段的中部设有楔体。通过匹配的辅浮设备实现下沉、调平及锚链张紧，辅助施工完成安装。本发明所需施工设备较少，且都是较为常见的海上施工设备，施工过程简便、快速，大幅度降低了基础结构的海上安装成本和现场施工费用，能够显著节省综合造价。

Description

一种海上全潜式基础与辅浮设备及施工方法

技术领域

本发明涉及一种海上全潜式基础，具体涉及一种海上全潜式基础与辅浮设备及施工方法。

背景技术

目前在海洋结构工程中，常用的基础型式包括桩基、支架式基础、导管架时基础、重力基础、筒型基础和浮动平台结构等几种。

一般情况下，桩基、支架式基础或导管架式基础所用钢管直径较大，重量较重，因此需要费用较高的打桩设备和海上运输设备进行施工。

重力式基础需要提前对施工海域的海床进行处理，以使其能够承受较大的重力式基础传递的荷载，而处理海床需要的费用较高，尤其在深水条件较深时，涉及的机械设备及施工材料成本都比较高。

筒型基础主要为长筒状的钢制结构，施工过程虽然对设备要求不高，但其在工作状态下很容易产生钢结构屈曲或下沉不到位的情况，往往难以达到基础上结构物的荷载要求。

浮式平台结构目前有Spar平台或张力腿平台，其设计、建筑和施工均比较复杂，成本投入非常高，对海域深度也有特别要求，特别是常见的浮式基础结构，施工设备要求较高，海域施工时费用较高。

综上所述，现有常见的海上基础结构形式通常结构重量较大，材料成本较高，施工过程对海域、海洋条件、施工机具和施工周期要求也都比较高。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种施工过程简便、快速，大幅度降低了基础结构的海上安装成本和现场施工费用的海上全潜式基础与辅浮设备及施工方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

本发明解决的是传统海上潜式基础结构型式通常结构重量较大，材料及施工成本较高的技术问题，提供一种新型的海上全潜式基础—风机系统结构的整机施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种海上全潜式基础，基体为长方体，各端角设有纵向的悬筒，连接段通过支座置于基体的顶部中心；

所述悬筒为空心圆筒，设有进气/水孔和排气/水孔，顶部设有锚链固定结构；

沿周长方向，悬筒外壁纵向设有若干等间距的锚链通道，锚链通道内穿有一端连接锚链固定结构的第二锚链，第二锚链另一端连接在一起，并且通过第一锚链连接锚体；

所述连接段的中部设有楔体。

上述基体为圆管组成的管架，材料为钢材或混凝土。

上述连接段为中空圆筒；楔体为圆台型，其顶部直径比连接段的外径大0.5m-3m，底部直径比连接段的外径大0.2m-1m，高1m-3m。

上述连接段用于固定连接风机装置。

上述锚体为桩结构、吸力锚、平板锚或重力式锚中的任一种。

一种海上全潜式基础的辅浮设备，包括浮筒、套筒和管架；所述浮筒成矩形布置，套筒置于浮筒间中心位，通过管架连接；浮筒设有进气/水孔和排气/水孔，套筒与上述的带楔体的连接段匹配。

上述套筒包括2个互成镜像的弧片。

上述的一种海上全潜式基础的施工方法，包括以下步骤：

S1、于预定位置，将第一锚链端部的锚体沉入海底并固定于海床，另一端设置第一浮标；

S2、在连接段顶部安装风机装置后，整体拖航至预定位置；

S3、第二锚链由锚链通道的顶部穿入、底部穿出，穿出端连接悬筒；

S4、先将各连接悬筒的第二锚链的端部连接在一起，再与连接第一浮标的第一锚链端部连接，成为锚链系统，同时拆除第一浮标；

S5、于连接段外部组合拼装辅浮设备；用泵向各浮筒内注水，使浮筒体系处于水平状态；

用泵向悬桶内注水，使基体下沉潜入水中，楔紧套筒与楔体；

S6、用泵继续向悬桶内注水，至基体下沉潜入水中并达到设计深度；用泵向各浮筒内注水或气体，调平基体；

S7、用铰锚机将各第二锚链从各锚链通道顶部带出，至第一锚链和各第二锚链在锚链通道内呈张紧直立状态；

将各第二锚链伸出锚链通道顶部以外部分拆解回收，并将剩余部分的各第二锚链端头连接锚链固定结构；

S8、用泵向悬桶内注入气体，使基体的整体浮力增加至设计值；

S9、用泵向浮筒内注水，使辅浮设备下沉，至套筒与楔体松脱，拆解辅浮设备后拖离施工场地。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种海上全潜式基础与辅浮设备及施工方法，设计构思巧妙，核心技术原理明确，使用结构自身的浮力提供的恢复力矩来抵抗使用过程中出现的倾覆力矩，当上部结构物传来弯矩荷载时，基体的浮心与锚点之间的力臂可有效恢复基础的稳定状态，能够保证基础上部结构系统使用的稳定条件。

本发明的基体为中空结构，材料用量较少；锚体为海洋工程中较为通用的锚体形式，施工简单，成本较低；锚链也为普通锚泊系统的锚链，目前国产的锚链即可满足要求，不需进口昂贵的张力腿系统所需的锚链，因此整体基础结构材料成本很低。

本发明的施工方法仅需较为通用的设备即可完成，基体运输也可自浮拖航，或者与辅助安装浮筒体系整体拖航；安装过程通过辅助安装浮筒的浮力调节实现下沉、调平及锚链张紧，所需施工设备较少，并且设及的都是较为常见的海上施工设备，施工过程简便、快速，大幅度降低了基础结构的海上安装成本和现场施工费用，能够显著节省综合造价。

附图说明

图1为本发明的一种海上全潜式基础-风机装置的结构示意图。

图2为本发明的一种海上全潜式基础的结构示意图的侧视图。

图3是本发明的浮筒体系的结构示意图的侧视图。

图4是本发明的浮筒体系的结构示意图的俯视图。

图5是本发明的锚体固定的结构示意图。

图6是本发明的第二锚链的施工示意图。

附图中标记的含义如下：1、锚体，2、第一锚链，3、第二锚链，4、基体，5、悬桶，6、锚链通道，7、进气/水孔，8、排气/水孔，9、连接段，10、楔体，11、风机装置，12、浮筒，13、管架，14、套筒，15、第一浮标。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示，本实施例公开一种海上全潜式基础—风机装置11，主要由上部风机装置11、锚体1、锚链和基体4构成。

锚体1是直径为4m、长度为30m的钢管桩锚体1，用于沉入海底，固定于海床。锚体1可以选用桩结构、吸力锚、平板锚或重力式锚等。

基体4为可提供1500t有效浮力的导管架13及四个圆筒式的悬桶5构成的导管架13式结构，浮力主要通过分布在四个角隅的钢制密闭空心圆形悬筒提供，基体4整体边界形状为长方体，长和宽均为20m，高度为6m，角隅圆筒半径为4m，高为6m。基体4可选用全由钢制或钢与混凝土混合浇而成。

如图2所示，基体4的角隅悬筒顶部设置有可以密封的进气/水孔7和排气/水孔8，进气/水孔7用于向悬桶5通入水或气体，排气/水孔8用于将悬桶5内部的水或气体排出。基体4中心顶部焊接或法兰连接有过渡连接段9，连接段9顶部用于焊接或法兰连接风机塔筒。连接段9主体为密封中空的圆筒部分，制作材料可以为钢材或钢材与混凝土混合材，其直径为5m，结构长度为10m，圆筒结构的中部设置有一个定位楔体10。楔体10上宽下窄，外形为圆台结构，其顶部直径为7m，底部直径为5.5m，定位楔体10的高度为3m。

基体4的角隅悬筒顶部还设置有用于固定锚链的锚链固定结构，锚链固定结构具体可以采用卡环连接、铰链连接和锁紧连接等各种方式。在各个悬筒的沿周长方向还均匀布置有道锚链通道6，锚链通道6由浮筒12顶部竖直的贯通到其底部，用于使锚链从中穿过，并可在锚链通道6内自由滑动。

锚泊锚链(第一锚链2)和结构锚链(第二锚链3)的破断力为1600t。多个结构锚链的底端共同连接于锚泊锚链的顶端，其顶端穿过锚链通道6，并固定于浮筒12顶部的锚链固定结构。锚泊锚链的底端连接于锚体1。

本发明的一种海上全潜式基础—风机装置11在安装施工时，需要结合一种用于辅助安装的辅浮设备。

如图3和图4所示，辅浮设备由四个半径为6m，高7m的浮筒12及导管管架13拼合组成，构件之间方便安装和拆卸，其整体外周边呈长方体，长宽均为35m，高为14m。

辅浮设备中心设置有套筒14，套筒14为上大下小的圆台形状，与过渡连接段9的定位楔体10相匹配，可以完全楔合咬紧，其顶部直径为7m，底部直径为5.5m，高度为3m。

浮筒12的顶部设置可以密封的注水孔。

一种海上全潜式基础—风机装置11的安装施工方法，包括以下步骤：

第一步，根据基体4上部的结构物荷载进行基体4所需提供的浮力设计，浮力大小决定了基体4的结构大小以及锚链系统破断力的大小，根据设计预制基体4、锚体1、辅浮设备、导管架13、锚泊锚链，结构锚链，辅浮设备的尺寸通过基础-风机装置11整机下沉时到达预定深度所需浮力进行设计，同时也要保证能提供下沉时风机整机所需的抗倾覆力矩。

第二步，安装锚体1，锚体1沉入海底并固定于海床，锚体1与锚泊锚链连接，锚泊锚链的末端与第一浮标15连接，第一浮标15漂浮于海面，作为施工标记，如图6所示。

第三步，湿拖基础-风机至施工场地，如图5所示。

第四步，将第二锚链3的一端在各锚链通道6由顶部穿入、底部穿出，每个第二锚链3穿出端连接飘浮在海面上的悬桶5，作为施工标记。

第五步，借助浮标和悬桶5的指示作用，先将各个连接悬桶5的结构锚链底端部连接在一起，再与连接第一浮标153的锚泊锚链21端部相互连接成为锚链系统，同时拆除第一浮标15。

第六步，基体4漂浮于水面，将浮筒12与导管架13组合拼装于过渡连接段9的外部，并采用辅助施工船舶上的泵送水系统通过浮筒12预留注水孔向辅浮设备中的各个浮筒12内注入一定量的水体后使辅浮设备处于水平状态，使拼装而成的辅浮设备的套筒14套在定位楔体10上，采用辅助施工船舶上的泵送水系统通过进气/水孔7向悬桶5内打入水体，直至基体4下沉潜入水中直到过渡连接段9上的定位楔体10与辅浮设备的套筒14完全楔紧，关闭泵送水系统，密封进气/水孔7。

第七步，采用辅助施工船舶上的泵送水系统继续通过进气/水孔7向悬桶5内注水，直至基体4下沉潜入水中并达到设计深度，关闭泵送水系统，密封进气/水孔7；采用辅助施工船舶上的泵送系统通过向辅浮设备预留注水孔向各个浮筒12内注水或者气体对基体4进行调平，如图6所示。

第八步，采用辅助施工船舶上的铰锚机将各个结构锚链分别从各锚链通道6顶部带出，直至锚泊锚链和各个结构锚链在锚链通道6内的部分呈初步张紧的直立状态，将各结构锚链伸出锚链通道6的顶部以外的部分拆解回收，并将剩余部分的各第结构锚链的端头与悬桶5顶部的锚链固定结构连接固定；

第九步，采用辅助施工船舶上的泵送系统通过进气/水孔7向悬桶5内打入气体，打入的水体将悬桶5内部的水体通过排气/水孔8置换出基体4，使基体4的整体浮力增加至设计值后，关闭泵送水系统，密封进气/水孔7；

第十步，采用辅助施工船舶上的泵送系统通过注水孔向浮筒12内打入水体，使辅浮设备下沉，直至辅浮设备的套筒14与过渡连接段9的定位楔体10松脱，将辅浮设备拆解为浮筒12和导管架13后，拖离施工场地。

至此，海上全潜式基础—风机装置11的施工安装完毕，如图1所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种海上全潜式基础，其特征在于，基体为长方体，各端角设有纵向的悬筒，连接段通过支座置于基体的顶部中心；

所述悬筒为空心圆筒，设有进气/水孔和排气/水孔，顶部设有锚链固定结构；

沿周长方向，悬筒外壁纵向设有若干等间距的锚链通道，锚链通道内穿有一端连接锚链固定结构的第二锚链，第二锚链另一端连接在一起，并且通过第一锚链连接锚体；

所述连接段的中部设有楔体。

2.根据权利要求1所述的一种海上全潜式基础，其特征在于，所述基体为圆管组成的管架。

3.根据权利要求1所述的一种海上全潜式基础，其特征在于，所述连接段为中空圆筒；楔体为圆台型，其顶部直径比连接段的外径大0.5m-3m，底部直径比连接段的外径大0.2m-1m，高1m-3m。

4.根据权利要求1所述的一种海上全潜式基础，其特征在于，所述连接段用于固定连接风机装置。

5.根据权利要求1所述的一种海上全潜式基础，其特征在于，所述锚体为桩结构、吸力锚、平板锚或重力式锚中的任一种。

6.一种海上全潜式基础的辅浮设备，其特征在于，包括浮筒、套筒和管架；

所述浮筒成矩形布置，套筒置于浮筒间中心位，通过管架连接；

浮筒设有进气/水孔和排气/水孔，

套筒与权利要求1所述的一种海上全潜式基础的带楔体的连接段匹配。

7.根据权利要求6所述的一种海上全潜式基础的辅浮设备，其特征在于，所述套筒包括2个互成镜像的弧片。

8.权利要求1-5任一所述的一种海上全潜式基础的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、于预定位置，将第一锚链端部的锚体沉入海底并固定于海床，另一端设置第一浮标；

S2、在连接段顶部安装风机装置后，整体拖航至预定位置；

S3、第二锚链由锚链通道的顶部穿入、底部穿出，穿出端连接悬筒；

S4、先将各连接悬筒的第二锚链的端部连接在一起，再与连接第一浮标的第一锚链端部连接，成为锚链系统，同时拆除第一浮标；

S5、于连接段外部组合拼装辅浮设备；用泵向各浮筒内注水，使浮筒体系处于水平状态；

用泵向悬桶内注水，使基体下沉潜入水中，楔紧套筒与楔体；

S6、用泵继续向悬桶内注水，至基体下沉潜入水中并达到设计深度；用泵向各浮筒内注水或气体，调平基体；

S7、用铰锚机将各第二锚链从各锚链通道顶部带出，至第一锚链和各第二锚链在锚链通道内呈张紧直立状态；

将各第二锚链伸出锚链通道顶部以外部分拆解回收，并将剩余部分的各第二锚链端头连接锚链固定结构；

S8、用泵向悬桶内注入气体，使基体的整体浮力增加至设计值；

S9、用泵向浮筒内注水，使辅浮设备下沉，至套筒与楔体松脱，拆解辅浮设备后拖离施工场地。