CN109555149A - 一种海洋吸力式筒形基础加固装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋结构吸力式筒形基础技术领域，提供了一种海洋吸力式筒形基础加固装置及其施工方法。筒形基础包括筒盖和筒体两部分；筒盖上设有排水阀门；筒体是包含外筒壁和内筒壁的双层结构；外筒壁和内筒壁密封连接，中间留有空腔；在外筒壁和内筒壁间的空腔中安装可供加热的电阻丝或其他加热装置，电阻丝或其他加热装置与内外筒壁间的空隙填充导热绝缘材料；在外筒壁和内筒壁上均匀地布置若干排水板。本发明通过加热电阻丝或其他加热装置加热筒体，进而提高周围土体温度；周围土体在高温下渗透系数提高，进一步发生固结，内外筒壁上设置的排水板可及时排出土体中的水分，提升土体的有效应力，增加土体的不排水抗剪强度。
Description
技术领域
本发明属于海洋结构吸力式筒形基础技术领域，尤其涉及一种海洋吸力式筒形基础的加固装置及其施工方法。
背景技术
随着海上石油资源的不断开发，越来越多的石油资源将来自海洋的深水区。我国南海海域石油资源储量丰富，是深海石油资源开发的重要区域。在南海深海石油资源开发过程中，吸力式筒形基础作为一种优良的基础形式被广泛应用于深海平台、海洋浮动式结构等工程结构中。
吸力式筒形基础一般为底部开口、顶部封闭并设有抽水口的圆筒形结构，具有安装方便、成本低、施工效率高等技术优点。吸力式筒形基础在沉贯过程中，首先在自重作用下沉贯至一定深度，然后通过抽出筒内海水在筒内形成负压，利用筒内外压差将基础沉贯至指定深度。吸力式筒形基础通过锚链与上部浮动式平台连接，为浮动式平台提供承载力。
吸力式筒形基础承载力的发挥与基础-土间的相互作用有很大关联，可通过提高基础-土间的摩擦系数和增大基础周围土的不排水剪切强度，以提高吸力式筒形基础的承载力。针对吸力式筒形基础的加固，目前公开的发明专利主要利用土体注浆的方式提高吸力式筒形基础的承载力。例如，中国发明专利“基于筒型基础负压技术的逐层地基加固方法”(CN101666099 A)公开了一种在吸力筒内实现逐层注浆以提高吸力筒基础承载力的施工方法；中国发明专利“灌浆式吸力锚及其安装方法”(CN 106240749 A)公开了一种三段式的吸力筒基础，通过向中部筒体与土体空隙中灌入水泥浆以提高吸力锚的侧向承载力和增加周围土体与锚筒接触面的摩擦系数；申请中国发明专利“一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法”(CN 107882058 A)公开了一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法，通过加劲肋管开设注浆孔实现分层注浆；申请中国发明专利“一种底板带压浆装置的吸力式沉箱基础”(CN 107401177 A)公开了一种底板带压浆装置的吸力式沉箱基础，通过筒内筒底的注浆，使浆液与十字板固结成整体，增加负压筒内土体的重量和端阻力。利用注浆的方式提升吸力式筒形基础虽可提升基础的承载力，但注浆后基础回收利用很困难，造成了极大的资源浪费。
发明内容
为解决吸力式筒形基础周围土体不排水抗剪强度低导致的基础承载力相对较低，以及通过注浆方式加固吸力式筒形基础造成的基础回收利用困难的问题，本发明公开了一种可加固筒体周围土体的吸力式筒形基础装置；利用筒体对筒体周围土体加热，促进筒体周围土体固结沉降，提升筒体周围土体的不排水抗剪强度，从而提升吸力式筒形基础的承载力；其主要技术特征在于：筒形基础包括筒盖和筒体两部分；所述的筒体包含外筒壁和内筒壁的双层结构；所述的外筒壁和内筒壁间安装可供加热的电阻丝或其他加热装置以提高筒体周围土体温度；所述的外筒壁和内筒壁上均匀地布置4-6个排水板以及时排出土体中的水分，提升土体的有效应力，增加土体的不排水抗剪强度。利用该方法加固的吸力式筒形基础不存在回收困难的问题。
本发明的技术方案：
一种海洋吸力式筒形基础加固装置，通过钢缆线1-1与上部结构连接；所述的海洋吸力式筒形基础加固装置包括外筒壁2、内筒壁3、筒盖4、排水阀门5、加热装置6、导热绝缘材料7；
所述的筒盖4固定在海洋吸力式筒形基础加固装置的筒体上端，形成上端密封、下端开口的倒立式筒形结构；筒盖4上设置有排水阀门5；所述的排水阀门5，与抽水泵连接，用来抽出筒体内的浆水；所述的外筒壁2和内筒壁3，密封连接、中间留有空腔；所述的加热装置6设置于外筒壁2和内筒壁3所形成的的空腔中，加热装置6的周围填充导热绝缘材料7；所述的导热绝缘材料7通过电缆线1-2与上部结构连接；
所述的电缆线1-2，通过套筒1-3与钢缆线1-1包裹在一起。
所述的套筒选择防海水腐蚀的材质。
所述的海洋吸力式筒形基础加固装置上还设置有排水板8，其为塑料或土工织物，分别设置于外筒壁2的外壁和内筒壁3的内壁，并与外筒壁2和内筒壁3的上下边缘平齐。
一种海洋吸力式筒形基础加固装置的施工方法，步骤如下：
(1)安装吸力式筒形基础：吸力式筒形基础在自重和负压的作用下沉贯至设计深度；
(2)设置温控开关：设置温控开关开启、关闭阈值；当筒体温度超过关闭阈值时，关闭加热开关；当筒体温度低于开启阈值时，开启加热开关；
(3)升温固结：打开温控开关，对筒体周围土体加热，土体在温度作用下迅速排水固结，直至土体达到设计不排水抗剪强度。
本发明的有益效果：本发明通过在吸力式筒形基础内部设置加热装置，对筒体周围土体进行加热，提高土体的渗透系数和提高土体的固结速率，并通过外筒壁和内筒壁设置的排水板进一步提升筒体周围土体的固结速率，有效提高周围土体的不排水抗剪强度从而提升吸力式筒形基础的承载力；同时，该方法加固的吸力式筒形基础不存在回收困难的问题。
附图说明
图1是本发明系泊浮式平台示意图；
图2(a)是本发明结构示意图；
图2(b)是钢缆线、电缆线和防腐套管三者的结构关系示意图；
图3是图2纵向中心剖面图；
图4是图2俯视图；
图中：1钢缆线和电缆线；1-1钢缆线；1-2电缆线；1-3防腐套管；2外筒壁；3内筒壁；4筒盖；5排水阀门；6加热装置；7导热绝缘材料；8排水板。
具体实施方法
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种吸力式筒形基础加固装置，包括筒盖4和筒体两部分；本实施例中的吸力式筒形基础的筒盖4和筒体均为钢制结构；筒盖4是直径D为3.5m，厚度为0.05m的圆形钢板；筒盖4以焊接的方式固定在筒体的上端，与筒体共同形成上端封闭、下端开口的倒立式筒形结构；筒盖4上设置有排水阀门5；排水阀门5与抽水泵连接，基础在自重作用下沉贯完成后，打开抽水泵开关，抽出筒体内的浆水，在筒体内形成负压，促使基础进一步沉贯。筒体是直径D为3.5m，筒高L为14m的双层筒壁结构，筒壁包括外筒壁2和内筒壁3，筒壁厚t为0.05m，内外筒壁间距为0.1m；外筒壁2和内筒壁3采用密封连接，形成中空的壳体。在外筒壁2和内筒壁3之间安装可供加热的加热电阻丝6；加热电阻丝6有直径为0.01m的圆柱截面，可快速升温至设计温度。加热电阻丝6与外筒壁2和内筒壁3间的空隙填满导热绝缘材料7，加热电阻丝6产生的热量通过导热绝缘材料7、外筒壁2和内筒壁3快速传递至周围土体，提升周围土体的温度；导热绝缘材料7是具有高导热性能陶瓷粉，同时起到绝缘作用，防止加热电阻丝6短路。加热电阻丝6通过电缆线1-2与浮动式平台连接，电缆线1-2通过套筒1-3与钢缆线1-1包裹在一起；套筒1-3可有效防止钢缆线1-1和电缆线1-2被海水腐蚀；吸力式筒形基础通过钢缆线1-1和电缆线1-2的包裹体与浮动式平台连接。在筒体的外筒壁2和内筒壁3上分别均匀的布置8条塑料排水板8以及时排出土体中的水分，提升土体的有效应力，增加土体的不排水抗剪强度；塑料排水板8是宽0.3m、厚0.05m、长14m的长条形；塑料排水板8的上端和下端分别与筒体的下边缘和上边缘平齐；塑料排水板8以焊接的方式固定在外筒壁2和内筒壁3上。
施工过程中，首先将钢缆线1-1和电缆线1-2的包裹体与吸力式筒形基础连接；在海床上将吸力式筒形基础定位至设计位置；吸力式筒形基础在自重作用下贯入海床；当吸力式筒形基础在自重作用下不再下沉时，通过排水阀门5将筒内浆水抽出，在筒内形成负压；吸力式筒形基础在负压作用下沉贯至设计深度。吸力式筒形基础在沉贯完成后，设置加热电阻丝6的温度开关的开启、关闭阈值；当筒体温度低于30℃时，开启加热开关；当筒体温度超过60℃时，关闭加热开关。土体在温度作用下迅速排水固结，直至土体达到设计不排水抗剪强度。
Claims (6)
1.一种海洋吸力式筒形基础加固装置，通过钢缆线(1-1)与上部结构连接；其特征在于，所述的海洋吸力式筒形基础加固装置包括外筒壁(2)、内筒壁(3)、筒盖(4)、排水阀门(5)、加热装置(6)和导热绝缘材料(7)；
所述的筒盖(4)固定在海洋吸力式筒形基础加固装置的筒体上端，形成上端密封、下端开口的倒立式筒形结构；筒盖(4)上设置有排水阀门(5)；所述的排水阀门(5)，与抽水泵连接，用来抽出筒体内的浆水；所述的外筒壁(2)和内筒壁(3)，密封连接、中间留有空腔；所述的加热装置(6)设置于外筒壁(2)和内筒壁(3)所形成的的空腔中，加热装置(6)的周围填充导热绝缘材料(7)；所述的导热绝缘材料(7)通过电缆线(1-2)与上部结构连接。
2.根据权利要求1所述的海洋吸力式筒形基础加固装置，其特征在于，所述的海洋吸力式筒形基础加固装置上还设置有排水板8，其为塑料或土工织物，分别设置于外筒壁(2)的外壁和内筒壁(3)的内壁，并与外筒壁(2)和内筒壁(3)的上下边缘平齐。
3.根据权利要求1或2所述的海洋吸力式筒形基础加固装置，其特征在于，所述的电缆线(1-2)，通过套筒(1-3)与钢缆线(1-1)包裹在一起。
4.根据权利要求1或2所述的海洋吸力式筒形基础加固装置，其特征在于，所述的套筒选择防海水腐蚀的材质。
5.根据权利要求3所述的海洋吸力式筒形基础加固装置，其特征在于，所述的套筒选择防海水腐蚀的材质。
6.一种海洋吸力式筒形基础加固装置的施工方法，其特征在于，步骤如下：
(1)安装吸力式筒形基础：吸力式筒形基础在自重和负压的作用下沉贯至设计深度；
(2)设置温控开关：设置温控开关开启、关闭阈值；当筒体温度超过关闭阈值时，关闭加热开关；当筒体温度低于开启阈值时，开启加热开关；
(3)升温固结：打开温控开关，对筒体周围土体加热，土体在温度作用下迅速排水固结，直至土体达到设计不排水抗剪强度。
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| CN109555149B (zh) | 2023-12-15 |
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