CN108643223A - 导管架和负压桶的复合基础结构及其连接方法 - Google Patents

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CN108643223A CN201810480408.1A CN201810480408A CN108643223A CN 108643223 A CN108643223 A CN 108643223A CN 201810480408 A CN201810480408 A CN 201810480408A CN 108643223 A CN108643223 A CN 108643223A
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王菁
王其标
胡小波
黄周全
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Abstract

本发明的目的是提供一种导管架和负压桶的复合基础结构及其连接方法，本发明所提供的导管架与负压桶连接结构形式，通过合理的设置上、下肋板等细部结构，分摊立管与负压桶连接段的集中荷载，使导管架与负压桶形成合理的受力作用体系，可以充分发挥负压桶和导管架的优势，与单个负压桶基础结构相比，具有能适应更深的水深，抗倾覆能力较强等优点，可有效减少导管架结构材料用量，造价低，适用于使用负压桶式基础的构筑物，通过导管架与负压桶形成整体基础受力体系，在水下环境受力合理，节省材料，经济环保，且这种导管架+负压桶复合式基础结构形式的加工简便，施工效率高。

Description

导管架和负压桶的复合基础结构及其连接方法
技术领域
本发明涉及一种导管架和负压桶的复合基础结构及其连接方法。
背景技术
我国的近海海域分布着大量的软粘土，这些土具有高含水量、低渗透性、高压缩性、强度低等特性且分布层很厚，若采用桩基础，其受到的荷载水平较高，桩基的尺寸往往需要设计的很大，才能穿透软土层进入埋深较深的持力层、投资巨大、施工时间长。
常规水下基础结构形式，如重力式基础，桩基础等，在水深达到40米左右时，呈现出不适用及成本高昂等问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种导管架和负压桶的复合基础结构及其连接方法，能够解决常规水下基础结构形式的尺寸往往需要设计的很大，才能穿透软土层进入埋深较深的持力层、投资巨大、施工时间长的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种导管架和负压桶的复合基础结构，该复合基础结构包括：
上部导管架；
负压桶桶体，负压桶桶体的截面为环形，一端为开口端，另一端由桶顶盖封闭；
连接所述上部导管架与负压桶桶体的环形的中空的立管，所述立管依次包括连成一体的下立管段和上立管段，其中，所述下立管段位于所述柱体状桶壁所围成的空间内，位于所述柱体状桶壁所围成的空间外的上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接；
与所述上立管段和上部导管架相连接、并沿所述上立管段的周向布置的上肋板，每块上肋板的一端与所述上立管段的外侧壁连接，另一端与所述桶顶盖的顶壁连接；
内隔舱板，所述内隔舱板设于所述下立管段外，所述内隔舱板位于柱体状桶壁之内；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置的下肋板，每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，第三端与所述桶顶盖的底壁连接；
在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置的隔舱板，每块隔舱板的一端与所述内隔舱板的外侧壁连接，另一端与柱体状桶壁的内侧壁连接。
进一步的，上述复合基础结构中，所述上肋板沿所述上立管段的周向按预设间隔均匀布置，所述下肋板沿所述下立管段的周向按预设间隔均匀布置。
进一步的，上述复合基础结构中，所述上肋板、下肋板的数量和隔舱板的数量相同。
进一步的，上述复合基础结构中，所述内隔舱板的内侧壁和外侧壁上对应设置的下肋板和隔舱板位于同一平面。
进一步的，上述复合基础结构中，所述内隔舱板与所述中空的柱体状桶壁齐平，所述下肋板仅在所述内隔舱板和中空的柱体状桶壁的靠近桶顶盖端设置，所述下立管段与下肋板齐平。
进一步的，上述复合基础结构中，所述上立管段与下立管段的连接端焊接有封闭钢板。
根据本发明的另一方面，还提供了一种导管架和负压桶的复合基础结构的连接方法，该方法包括：
制作上部导管架；
制作中空的柱体状桶壁的负压桶桶体，其中，负压桶桶体的截面为环形，所述负压桶桶体的一端为开口端，另一端由桶顶盖封闭；
制作截面为环形的中空的立管，其中，所述立管依次包括连成一体的下立管段和上立管段；
将所述下立管段设置于所述柱体状桶壁所围成的空间内，将上立管段设置于所述柱体状桶壁所围成的空间外，将所述上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接；
将上立管段与所述上部导管架连接；
沿所述上立管段的周向布置和连接上肋板，将每块上肋板的一端与所述上立管段的外侧壁连接，另一端与所述桶顶盖的顶壁连接，将所述上肋板与所述上部导管架连接；
将内隔舱板套设于所述下立管段外，并使所述内隔舱板位于柱体状桶壁之内；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，将每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，第三端与所述桶顶盖的底壁连接；
在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，将每块隔舱板的一端与所述内隔舱板的外侧壁连接，另一端与柱体状桶壁的内侧壁连接。
进一步的，上述方法中，沿所述上立管段的周向布置上肋板，包括：
将所述上肋板沿所述上立管段的周向按预设间隔均匀布置；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，包括：
将所述下肋板沿所述下立管段的周向按预设间隔均匀布置。
进一步的，上述方法中，在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，包括：
将所述上肋板、下肋板的数量与所述隔舱板的数量设置得相同。
进一步的，上述方法中，在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，包括：
使所述内隔舱板的内侧壁和外侧壁上对应设置的下肋板和隔舱板位于同一平面。
进一步的，上述方法中，将内隔舱板套设于所述下立管段外，并使所述柱体状桶壁套设于所述内隔舱板外，包括：
使所述内隔舱板与所述中空的柱体状桶壁齐平；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，将每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，包括：
使所述下肋板仅在所述内隔舱板和中空的柱体状桶壁的靠近桶顶盖端设置，所述下立管段与下肋板齐平。
进一步的，上述方法中，将所述上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接之后，还包括：
在所述上立管段与下立管段的连接端焊接封闭钢板。
与现有技术相比，本发明所提供的导管架与负压桶连接结构形式，通过合理的设置上、下肋板等细部结构，分摊立管与负压桶连接段的集中荷载，使导管架与负压桶形成合理的受力作用体系，可以充分发挥负压桶和导管架的优势，与单个负压桶基础结构相比，具有能适应更深的水深，抗倾覆能力较强等优点，可有效减少导管架结构材料用量，造价低，适用于使用负压桶式基础的构筑物，通过导管架与负压桶形成整体基础受力体系，在水下环境受力合理，节省材料，经济环保，且这种导管架+负压桶复合式基础结构形式的加工简便，施工效率高。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出本发明一实施例的负压通的三维俯视图；
图2示出本发明一实施例的负压通的三维仰视图；
图3示出出本发明一实施例的负压通的剖视图；
图中：1-立管，2-上肋板，3-桶顶盖，4-柱体状桶壁，5-下肋板，6-内隔舱板，7-隔舱板，8-土体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1～3所示，本发明提供一种负压桶，所述负压桶包括：
上部导管架；
负压桶桶体，包括中空的柱体状桶壁4，所述柱体状桶壁的一端为开口端，另一端由桶顶盖3封闭，负压桶桶体的截面为环形；所述开口端可以插入土体8内；
连接所述上部导管架与负压桶桶体的截面为环形的中空的立管1，所述立管依次包括连成一体的下立管段和上立管段，其中，所述下立管段位于所述柱体状桶壁4所围成的空间内，位于所述柱体状桶壁所围成的空间外的上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接；
与所述上立管段和上部导管架相连接、并沿所述上立管段的周向布置的上肋板2，每块上肋板2的一端与所述上立管段的外侧壁连接，另一端与所述桶顶盖3的顶壁连接；
内隔舱板6，所述内隔舱板6套设于所述下立管段外，所述柱体状桶壁4套设于所述内隔舱板6外，所述内隔舱板位于柱体状桶壁之内；
在所述内隔舱板6和下立管段所围成的空间内周向布置的下肋板5，每块下肋板5的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，第三端与所述桶顶盖3的底壁连接；
在所述内隔舱板6和柱体状桶壁4所围成的空间内周向布置的隔舱板7，每块隔舱板7的一端与所述内隔舱板6的外侧壁连接，另一端与柱体状桶壁4的内侧壁连接。
在此，负压桶特别适合于软黏土海底地基，在经济技术性能上具有几个显著特点：材料和制造成本低、海上安装工期短、不需要打桩设备、抗拔性能卓越、就位准确等。
本发明将导管架和负压桶桶体组合成一种新型的复合基础结构形式，与其他传统的基础结构相比，在海上施工工序较少，施工效率高，并且能重复使用。
但是在应用中，如何将导管架与负压桶桶体连接在一起是该复合基础结构需要解决的关键问题，导管架与负压桶连接段是荷载传递的关键部位，集中力作用点。由于负压桶桶体的桶顶盖是典型的薄板结构，本身就容易发生截面屈曲和整体失稳的破坏，导管架与立管如果没有设置好，很好地分散集中力作用，很容易造成负压桶顶盖或导管架立管的钢结构发生应力集中而屈曲破坏，尤其是当给负压桶施加负压的时候，在负压和上部加载重量作用下，基础承受的荷载复杂，如果基础局部发生破坏甚至整体失稳，会严重影响工期和工程质量，造成不可挽回的损失。本发明提供了一种导管架与负压桶连接的结构形式，通过合理的布置上、下肋板等细部结构，分摊立管与负压桶连接段的集中荷载，使导管架与负压桶形成合理的受力作用体系，将上部荷载传导至下部基础，与土体共同作用。
本发明所提供的导管架与负压桶连接结构形式，通过合理的设置上、下肋板等细部结构，分摊立管与负压桶连接段的集中荷载，使导管架与负压桶形成合理的受力作用体系，可以充分发挥负压桶和导管架的优势，与单个负压桶基础结构相比，具有能适应更深的水深，抗倾覆能力较强等优点，可有效减少导管架结构材料用量，造价低，适用于使用负压桶式基础的构筑物，通过导管架与负压桶形成整体基础受力体系，在水下环境受力合理，节省材料，经济环保，且这种导管架+负压桶复合式基础结构形式的加工简便，施工效率高。
本发明的导管架和负压桶的复合基础结构一实施例中，所述上肋板2沿所述上立管段的周向按预设间隔均匀布置，所述下肋板5沿所述下立管段的周向按预设间隔均匀布置，以使所述负压桶均匀分散荷载。
本发明的导管架和负压桶的复合基础结构一实施例中，所述上肋板2、下肋板5的数量和隔舱板7的数量相同，以使所述负压桶均匀分散荷载。
本发明的导管架和负压桶的复合基础结构一实施例中，所述内隔舱板6的内侧壁和外侧壁上对应设置的下肋板5和隔舱板7位于同一平面，以使所述负压桶均匀分散荷载。
本发明的导管架和负压桶的复合基础结构一实施例中，所述下肋板5仅在所述内隔舱板6和中空的柱体状桶壁4的靠近桶顶盖3端设置，所述下立管段与下肋板5齐平，以使所述负压桶均匀分散荷载。
本发明的导管架和负压桶的复合基础结构一实施例中，所述上立管段与下立管段的连接端焊接有封闭钢板。
在此，立管的开口在与桶顶盖齐平位置用钢板焊接封死，使得桶体形成封闭空间，并能承受负压荷载。
根据本发明的另一方面，还提供了一种导管架和负压桶的复合基础结构的连接方法，该方法包括：
制作上部导管架；
制作中空的柱体状桶壁的负压桶桶体，其中，负压桶桶体的截面为环形，所述负压桶桶体的一端为开口端，另一端由桶顶盖封闭；
将所述柱体状桶壁的一端设置为开口端，用桶顶盖将所述柱体状桶壁的另一端封闭；
制作截面为环形的中空的立管，其中，所述立管依次包括连成一体的下立管段和上立管段；
将所述下立管段设置于所述柱体状桶壁所围成的空间内，将上立管段设置于所述柱体状桶壁所围成的空间外，将所述上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接；
将上立管段与所述上部导管架连接；
沿所述上立管段的周向布置和连接上肋板，将每块上肋板的一端与所述上立管段的外侧壁连接，另一端与所述桶顶盖的顶壁连接，将所述上肋板与所述上部导管架连接；
将内隔舱板套设于所述下立管段外，并使所述柱体状桶壁套设于所述内隔舱板外；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，将每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，第三端与所述桶顶盖的底壁连接；
在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，将每块隔舱板的一端与所述内隔舱板的外侧壁连接，另一端与柱体状桶壁的内侧壁连接。
进一步的，上述方法中，沿所述上立管段的周向布置上肋板，包括：
将所述上肋板沿所述上立管段的周向按预设间隔均匀布置；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，包括：
将所述下肋板沿所述下立管段的周向按预设间隔均匀布置。
进一步的，上述方法中，在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，包括：
将所述隔舱板的数量和所述上肋板、下肋板的数量设置得相同。
进一步的，上述方法中，在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，包括：
使所述内隔舱板的内侧壁和外侧壁上对应设置的下肋板和隔舱板位于同一平面。
进一步的，上述方法中，将内隔舱板套设于所述下立管段外，并使所述柱体状桶壁套设于所述内隔舱板外，包括：
使所述内隔舱板与所述中空的柱体状桶壁齐平；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，将每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，包括：
使所述下肋板仅在所述内隔舱板和中空的柱体状桶壁的靠近桶顶盖端设置，所述下立管段与下肋板齐平。
进一步的，上述方法中，将所述上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接之后，还包括：
在所述上立管段与下立管段的连接端焊接封闭钢板。
本发明的各方法实施例的详细内容，具体可参见各负压桶结构实施例的具体内容，在此，不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种导管架和负压桶的复合基础结构，其中，该复合基础结包括：
上部导管架；
负压桶桶体，负压桶桶体的截面为环形，一端为开口端，另一端由桶顶盖封闭；
连接所述上部导管架与负压桶桶体的环形的中空的立管，所述立管依次包括连成一体的下立管段和上立管段，其中，所述下立管段位于所述柱体状桶壁所围成的空间内，位于所述柱体状桶壁所围成的空间外的上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接；
与所述上立管段和上部导管架相连接、并沿所述上立管段的周向布置的上肋板，每块上肋板的一端与所述上立管段的外侧壁连接，另一端与所述桶顶盖的顶壁连接；
内隔舱板，所述内隔舱板设于所述下立管段外，所述内隔舱板位于柱体状桶壁之内；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置的下肋板，每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，第三端与所述桶顶盖的底壁连接；
在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置的隔舱板，每块隔舱板的一端与所述内隔舱板的外侧壁连接，另一端与柱体状桶壁的内侧壁连接。
2.根据权利要求1所述的复合基础结构中，其中，所述上肋板沿所述上立管段的周向按预设间隔均匀布置，所述下肋板沿所述下立管段的周向按预设间隔均匀布置。
3.根据权利要求1所述的复合基础结构中，其中，所述上肋板、下肋板的数量和隔舱板的数量相同。
4.根据权利要求1所述的复合基础结构中，其中，所述内隔舱板的内侧壁和外侧壁上对应设置的下肋板和隔舱板位于同一平面。
5.根据权利要求1所述的复合基础结构中，其中，所述内隔舱环板与所述中空的柱体状桶壁齐平，所述下肋板仅在所述内隔舱板和中空的柱体状桶壁的靠近桶顶盖端设置，所述下立管段与下肋板齐平。
6.根据权利要求1～5任一项所述的复合基础结构，其中，所述上立管段与下立管段的连接端焊接有封闭钢板。
7.一种导管架和负压桶的复合基础结构的连接方法，其中，该方法包括：
制作上部导管架；
制作中空的柱体状桶壁的负压桶桶体，其中，负压桶桶体的截面为环形，所述负压桶桶体的一端为开口端，另一端由桶顶盖封闭；
制作截面为环形的中空的立管，其中，所述立管依次包括连成一体的下立管段和上立管段；
将所述下立管段设置于所述柱体状桶壁所围成的空间内，将上立管段设置于所述柱体状桶壁所围成的空间外，将所述上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接；
将上立管段与所述上部导管架连接；
沿所述上立管段的周向布置和连接上肋板，将每块上肋板的一端与所述上立管段的外侧壁连接，另一端与所述桶顶盖的顶壁连接，将所述上肋板与所述上部导管架连接；
将内隔舱板套设于所述下立管段外，并使所述内隔舱板位于柱体状桶壁之内；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，将每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，第三端与所述桶顶盖的底壁连接；
在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，将每块隔舱板的一端与所述内隔舱板的外侧壁连接，另一端与柱体状桶壁的内侧壁连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，沿所述上立管段的周向布置上肋板，包括：
将所述上肋板沿所述上立管段的周向按预设间隔均匀布置；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，包括：
将所述下肋板沿所述下立管段的周向按预设间隔均匀布置。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，包括：
将所述隔舱板的数量和所述上肋板、下肋板的数量设置得相同。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述内隔舱板和柱体状桶壁所围成的空间内周向布置隔舱板，包括：
使所述内隔舱板的内侧壁和外侧壁上对应设置的下肋板和隔舱板位于同一平面。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，将内隔舱板套设于所述下立管段外，并使所述柱体状桶壁套设于所述内隔舱板外，包括：
使所述内隔舱板与所述中空的柱体状桶壁齐平；
在所述内隔舱板和下立管段所围成的空间内周向布置下肋板，将每块下肋板的第一端与所述下立管段的外侧壁连接，第二端与所述内隔舱板的内侧壁连接，包括：
使所述下肋板仅在所述内隔舱板和中空的柱体状桶壁的靠近桶顶盖端设置，所述下立管段与下肋板齐平。
12.根据权利要求7～11任一项所述的方法，其中，将所述上立管段的一端穿过所述桶顶盖并与所述下立管段连接之后，还包括：
在所述上立管段与下立管段的连接端焊接封闭钢板。
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