CN109853572A - 混凝土锚碇现浇筑工艺方法及浮式结构物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土锚碇现浇筑工艺方法及浮式结构物，该方法包括如下步骤：1)将锚碇模袋和混凝土运送到浮式结构物安装现场，利用起吊设备吊起锚碇模袋至水面上；2)将锚碇模袋与混凝土输送管道相连，利用混凝土泵向锚碇模袋内灌入混凝土，使锚碇模袋在混凝土自重下沉入水中；3)待锚碇模袋达到预定位置后，再次向锚碇模袋内灌入混凝土，直至混凝土充满锚碇模袋的内部空间；4)停止浇筑，封闭锚碇模袋，拆除混凝土输送管道，一段时间后混凝土便凝固形成锚碇。该浮式结构物包括浮体、锚链和至少一个前述方法制得的锚碇。本发明利用锚碇模袋在水面和水中进行浇筑，在浇筑中合理利用浮力，大大减轻了锚碇安装对起重设备的要求。

Description

混凝土锚碇现浇筑工艺方法及浮式结构物

技术领域

本发明涉及一种浮式结构物，特别是指一种混凝土锚碇现浇筑工艺方法及浮式结构物。

背景技术

浮式结构物是用各种方式约束，漂浮于水面上的结构物，通常由浮体和系泊系统组成，后者又包括锚碇和锚链。现有的浮式结构物的系泊系统，例如中国专利申请CN201810065128.4公开的张紧式系泊潜式浮式基础及其施工方法，其锚碇都是在岸上浇筑成型，再用驳船运送到指定的位置，然后用浮吊进行投放。此过程不仅需要大量的物力和财力，而且对于一些大型的锚碇，对起重船的起重能力要求高，在一些地区的起重船的起重能力有限，锚碇的重量超出了其起重能力，从而导致工程无法有效的进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低起重设备要求的混凝土锚碇现浇筑工艺方法及浮式结构物。

为实现上述目的，本发明所设计的用于浮式结构物的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，包括如下步骤：1)将锚碇模袋和混凝土运送到浮式结构物安装现场，利用起吊设备吊起锚碇模袋至水面上；2)将锚碇模袋与混凝土输送管道相连，利用混凝土泵向锚碇模袋内灌入混凝土，使锚碇模袋在混凝土自重下沉入水中；3)待锚碇模袋达到预定位置后，再次向锚碇模袋内灌入混凝土，直至混凝土充满锚碇模袋的内部空间；4)停止浇筑，封闭锚碇模袋，拆除混凝土输送管道，一段时间后混凝土便凝固形成锚碇。

可选地，该方法采用单层结构的锚碇模袋，所述锚碇模袋采用橡胶材料制成，其内部为中空密封结构，上部设置有用于向锚碇模袋内输入混凝土的管接口，所述管接口上设置有阀门；所述锚碇模袋上设置有螺旋桩；所述螺旋桩的主体设置在锚碇模袋的内部空间中，其上端从锚碇模袋的上部壁面穿出并固定在穿出部位；所述螺旋桩的顶端设置有用于连接锚链的系锚部。采用螺旋桩作为承力部件，能够与混凝土紧密粘合，将锚链传递下来的力传递到锚碇的其他位置，防止锚链与锚碇连接部位应力过大产生局部破坏。

优选地，该方法采用双层结构的锚碇模袋，所述锚碇模袋采用橡胶材料制成，其包括内层壁面和外层壁面，所述内层壁面内形成内层空间，所述内层壁面与外层壁面之间形成一定厚度的夹层空间(厚度要满足强度要求)；所述步骤2)具体包括：2.1)使用充气设备向内层空间中打入气体，使内层壁面完全成型且具有一定的压强；2.2)利用混凝土泵向夹层空间内灌满混凝土，待浇筑完成一段时间后混凝土便凝固成型，此时锚碇便成型为壳状的混凝土结构；2.3)通过混凝土泵向内层空间内灌入混凝土，使锚碇模袋在混凝土的自重下沉入水中。采用双层结构的锚碇模袋，可解决模袋在深水中受水压变形，导致锚碇成型后实际形状偏离设计形状的问题。

优选地，所述锚碇模袋设置有螺旋桩和管接口，所述管接口上设置有阀门，双层模袋的螺旋桩作用与单层模袋的螺旋桩相同；所述螺旋桩的主体位于内层空间中，其上端依次穿出内层壁面和外层壁面，并在穿出部位进行固定；所述螺旋桩的顶端设置有用于连接锚链的系锚部；所述管接口包括内层管接口和外层管接口，所述内层管接口依次从内层壁面、外层壁面穿出并固定，所述外层管接口从外层壁面穿出并固定；所述内层管接口与内层空间相通，所述外层管接口与夹层空间相通，前者作为内层空间的混凝土输入通道，后者作为夹层空间的混凝土输入通道。

优选地，所述步骤2.2中，利用抽气设备抽空夹层空间内的空气后再向其内灌入混凝土。

优选地，在灌入混凝土的过程中，采用间断浇筑或者抽出空气的方式以排除浇筑空间内空气对混凝土输送过程的阻碍。间断浇筑是在浇筑一段时间后停止浇筑，待锚碇模袋中压缩的空气排出后再浇筑，如此反复；抽出空气则利用模袋的柔性特点，先排除空气再进行浇筑。这两种方法都可使锚碇模袋中的空气有效地排出，以保证浇筑的有效进行。

优选地，所述螺旋桩的下端固定于锚碇模袋下部或者设置为接近锚碇模袋下部的圆滑自由端，下端部设置为圆滑自由端的目的是避免在施工或存放过程中损伤锚碇模袋。

优选地，所述锚碇模袋为球形或半球形。

优选地，所述橡胶材料采用纤维增强橡胶，以提高锚碇模袋的强度。

优选地，螺旋桩穿过锚碇模袋壁面的位置可以通过粘结等方式密封，亦可采用如下的密封结构：所述密封结构包括外密封板和内密封板，二者分别位于锚碇模袋壁面的外侧和内侧，将锚碇模袋壁面夹紧在二者之间并通过环绕设置的多个螺栓进行固定，形成三明治结构，由于锚碇模袋采用橡胶材料制成，夹紧后除了形成稳固的连接结构外，还能与外密封板、内密封板之间形成良好的密封。

优选地，所述夹层空间内设置有防偏移带，以固定内层壁面、外层壁面的相对位置，防止浇筑时夹层空间发生改变，以至于浇筑成型的混凝土外壳部分区域太薄而不能抵抗高水压作用。

本发明还提供了另一种基于双层结构锚碇模袋的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，该方法采用的锚碇模袋结构与前述双层结构的锚碇模袋相同，区别仅在于要求夹层空间充满气体(可采用空气，也可充氢气等小密度气体)时所提供的浮力不小于内层空间完全充满混凝土时形成的锚碇总重量；该方法包括如下步骤：1)将锚碇模袋和混凝土运送到浮式结构物安装现场，利用起吊设备吊起锚碇模袋至水面上；2)使用充气设备向夹层空间内打入气体，使夹层空间完全成型且具有一定的压强；3)利用混凝土泵向内层空间内灌满混凝土，待浇筑完成一段时间后混凝土便凝固成型为锚碇；4)拆下混凝土输送管道，将锚链连接在锚碇上，打开设置在外层壁面上的阀门以排出夹层空间内的气体，使锚碇在自重下沉入水中，阀门开度以使锚垫下沉速度在合理可控范围内为准。采用此方法可以解决潜水员无法作业的深水区锚碇浇筑或减少水下作业工作量。

本发明同时提供了一种浮式结构物，包括浮体、锚链和至少一个锚碇，各所述锚碇均采用如前所述的方法制得，并通过锚链与浮体相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)采用锚碇模袋作为锚碇浇筑的载体，在水面上和水下分别进行浇筑使锚碇成型，再通过锚链将浇筑成型的锚碇与浮式结构相连接，使浮式结构物稳固地锚泊于水中。

2)由于锚碇模袋本身重量轻，同时在浇筑过程中合理利用了浮力作用，因而大大减轻了锚碇安装对起重设备的要求。

3)锚碇浇筑和安装同步进行，无需等锚碇制作完成后再进行吊装，缩短了安装工期，提高了施工效率，降低了运输成本。

附图说明

图1为本发明实施例1所采用的锚碇模袋的半剖结构示意图，为节省篇幅，图中画出了混凝土输送管道和锚链。

图2为图1中螺旋桩的结构示意图。

图3为图2、图5中密封结构的示意图。

图4为本发明实施例2所采用的锚碇模袋的半剖结构示意图，为节省篇幅，图中画出了混凝土输送管道和锚链。

图5为图4中螺旋桩的结构示意图。

图6为本发明各实施例所设计的浮式结构物的结构示意图。

其中：浮体1、锚链2、锚碇3、锚碇模袋4、内层壁面4.1、外层壁面4.2、内层空间4.3、夹层空间4.4、防偏移带4.5、螺旋桩5、系锚部5.1、外密封板5.2、内密封板5.3、密封结构5.4、自由端5.5、混凝土输送管道6、管接口7、内层管接口7.1、外层管接口7.2、阀门7.3

具体实施方式

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。

实施例1

如图1～3所示，本实施例采用单层结构的半球形锚碇模袋，其采用纤维增强橡胶材料制成，内部为中空密封结构，上部设置有用于向锚碇模袋4内输入混凝土的管接口7，管接口7上设置有阀门7.3(采用球阀)。

锚碇模袋4上设置有螺旋桩5，螺旋桩5的主体设置在锚碇模袋4的内部空间中，其上端从锚碇模袋4的上部壁面穿出并通过密封结构5.4固定在穿出部位。螺旋桩5的顶端设置有用于连接锚链2的系锚部5.1。螺旋桩5的下端设置为接近锚碇模袋4下部的圆滑自由端5.5。

密封结构5.4包括外密封板5.2和内密封板5.3，外密封板5.2位于锚碇模袋4的壁面外侧，并与螺旋桩5形成一体结构；内密封板5.3呈环状，位于锚碇模袋4的壁面内侧，并套设在螺旋桩5上。外密封板5.2和内密封板5.3采用环绕设置的多个螺栓进行连接固定，将锚碇模袋4的壁面夹紧在二者之间，形成三明治结构。

本实施例采用如下的现浇筑工艺：

1)由混凝土浇筑船将锚碇模袋4和混凝土运送到浮式结构物安装现场，将锚碇模袋4通过锚链2连接在船上的小型起吊设备的挂钩上，利用小型起吊设备将锚碇模袋4投放到水中，此时锚碇模袋4将浮于水面，并使用起吊设备使锚碇模袋4正浮于水面。

2)将锚碇模袋4的管接口7与混凝土输送管道6螺纹连接，利用混凝土泵向锚碇模袋4内灌入混凝土，使锚碇模袋4在混凝土自重下沉入水中。

3)待锚碇模袋4达到预定位置后，再次向锚碇模袋4内灌入混凝土，直至混凝土充满锚碇模袋4的内部空间后停止；在灌入混凝土的过程中，采用间断浇筑以排除空气对混凝土输送过程的阻碍。

4)封闭锚碇模袋4，拆除混凝土输送管道6，一段时间后混凝土便凝固形成锚碇3。

按上述方法制得多个锚碇3，分别通过锚链2将其与水面上的浮体1相连，形成浮式结构物，如图6所示。

实施例2

如图3～5所示，本实施例采用双层结构的半球形锚碇模袋，包括内层壁面4.1和外层壁面4.2，二者均采用纤维增强橡胶材料制成。内层壁面4.1内形成内层空间4.3，内层壁面4.1与外层壁面4.2之间形成一定厚度的夹层空间4.4。夹层空间4.4内设置有多条连接内层壁面4.1与外层壁面4.2的防偏移带4.5(采用编织带)，以固定内层壁面4.1、外层壁面4.2的相对位置，防止浇筑时夹层空间4.4发生改变。

锚碇模袋4上设置有螺旋桩5，螺旋桩5的主体设置在锚碇模袋4内，其上端依次穿出内层壁面4.1和外层壁面4.2，并在穿出部位分别利用密封结构5.4进行固定，同时螺旋桩5的顶端设置有用于连接锚链2的系锚部5.1。螺旋桩5的下端设置为接近锚碇模袋4下部的圆滑自由端5.5。

螺旋桩5在内层壁面4.1和外层壁面4.2的密封结构5.4均包括外密封板5.2和内密封板5.3，外密封板5.2位于锚碇模袋4的壁面(内层或外层)外侧，并与螺旋桩5形成一体结构；内密封板5.3呈环状，位于锚碇模袋4的壁面(内层或外层)内侧，并套设在螺旋桩5上。外密封板5.2和内密封板5.3采用环绕设置的多个螺栓进行连接固定，将锚碇模袋4的壁面(内层或外层)夹紧在二者之间，形成三明治结构。

锚碇模袋4的上部设置有管接口7，包括内层管接口7.1和外层管接口7.2，二者上均设置有阀门7.3(采用球阀)。内层管接口7.1依次从内层壁面4.1、外层壁面4.2穿出并固定，外层管接口7.2仅从外层壁面4.2穿出并固定。内层管接口7.1与内层空间4.3相通，用于向内层空间4.3输入混凝土；外层管接口7.2与夹层空间4.4相通，用于向夹层空间4.4输入混凝土。

本实施例采用如下的现浇筑工艺：

1)由混凝土浇筑船将锚碇模袋4和需要浇筑的混凝土运送到指定的位置，将锚碇模袋4通过锚链2连接在船上的小型起吊设备的挂钩上，使用小型起吊设备将锚碇模袋4投放到水中，此时锚碇模袋4将浮于水面，并使用起吊设备使锚碇模袋4正浮于水面；

2)灌入部分混凝土

2.1)使用充气设备向内层空间4.3中打入气体，使内层壁面4.1完全成型且具有一定的压强(该步骤也可在船上进行)，该压强可防止浇筑夹层空间时内层空间变形过大，导致形成的混凝土壳状结构达不到预设计形状，并可在入水后抵消部分水压，减小壳状混凝土结构所受压力。

2.2)使用抽气设备抽空夹层空间4.4内的空气(也可在船上进行)；再将混凝土输送管道6与外层管接口7.2螺纹连接好，打开该管接口上的阀门7.3，通过混凝土泵将搅拌好的混凝土灌入夹层空间4.4中，待夹层空间4.4充满后关闭该阀门7.3，待浇筑完成一段时间后混凝土便凝固成型，此时锚碇3便成型为壳状混凝土结构。

2.3)将混凝土输送管道6与内层管接口7.1螺纹连接好，打开该管接口上的阀门7.3，通过混凝土泵将混凝土灌入内层空间4.3内，待浇筑到锚碇3重量大于其所能提供的浮力时锚碇3将下沉；

3)待锚碇3下沉到水底后再继续浇筑，此时壳状混凝土结构能抵抗深水区域的高强度水压作用，以此保证内层空间4.3浇筑的顺利进行；在灌入混凝土的过程中，采用间断浇筑以排除空气对混凝土输送过程的阻碍。

4)当内层空间4.3浇筑完成后，停止混凝土泵，由潜水员关闭内层管接口7.1上的阀门7.3，拆下混凝土输送管道6，充入内层空间4.3的混凝土在一段时间后凝固形成锚碇3。

按上述方法制得多个锚碇3，分别通过锚链2将其与水面上的浮体1相连，形成浮式结构物，如图6所示。

实施例3

本实施例采用与实施例2相同的双层结构锚碇模袋，同时要求夹层空间4.4内充满空气时所提供的浮力不小于内层空间4.3充满混凝土形成的锚碇3的总重量；

本实施例提供的现浇筑工艺的具体步骤如下：1)将锚碇模袋4和混凝土运送到浮式结构物安装现场，利用起吊设备吊起锚碇模袋4至水面上；2)使用充气设备向夹层空间4.4内打入气体，使夹层空间4.4完全成型且具有一定的压强；3)利用混凝土泵向内层空间4.3内灌满混凝土，待浇筑完成一段时间后混凝土便凝固成型为锚碇3；4)拆下混凝土输送管道6，将锚链2连接在系锚部5.1，打开设置在外层管接口7.2上的阀门7.3以排出夹层空间4.4内的气体，使锚碇3在自重下沉入水中，阀门7.3开度以使锚垫下沉速度在合理可控范围内为宜。

按上述方法制得多个锚碇3，分别通过锚链2将其与水面上的浮体1相连，形成浮式结构物，如图6所示。

Claims (10)

1.一种混凝土锚碇现浇筑工艺方法，用于浮式结构物的锚碇浇筑，其特征在于：

该方法包括如下步骤：

1)将锚碇模袋(4)和混凝土运送到浮式结构物安装现场，利用起吊设备吊起锚碇模袋(4)至水面上；

2)将锚碇模袋(4)与混凝土输送管道(6)相连，利用混凝土泵向锚碇模袋(4)内灌入混凝土，使锚碇模袋(4)在混凝土自重下沉入水中；

3)待锚碇模袋(4)达到预定位置后，再次向锚碇模袋(4)内灌入混凝土，直至混凝土充满锚碇模袋(4)的内部空间；

4)停止浇注，封闭锚碇模袋(4)，拆除混凝土输送管道(6)，一段时间后混凝土便凝固形成锚碇(3)。

2.根据权利要求1所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：该方法采用单层结构的锚碇模袋(4)，所述锚碇模袋(4)采用橡胶材料制成，其内部为中空密封结构，上部设置有用于向锚碇模袋(4)内输入混凝土的管接口(7)，所述管接口(7)上设置有阀门(7.3)；所述锚碇模袋(4)上设置有螺旋桩(5)；所述螺旋桩(5)的主体设置在锚碇模袋(4)的内部空间中，其上端从锚碇模袋(4)的上部壁面穿出并固定在穿出部位；所述螺旋桩(5)的顶端设置有用于连接锚链(2)的系锚部(5.1)。

3.根据权利要求1所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：该方法采用双层结构的锚碇模袋(4)，所述锚碇模袋(4)采用橡胶材料制成，其包括内层壁面(4.1)和外层壁面(4.2)，所述内层壁面(4.1)内形成内层空间(4.3)，所述内层壁面(4.1)与外层壁面(4.2)之间形成一定厚度的夹层空间(4.4)；所述步骤2)具体包括：2.1)使用充气设备向内层空间(4.3)中打入气体，使内层壁面(4.1)完全成型且具有一定的压强；2.2)利用混凝土泵向夹层空间(4.4)内灌满混凝土，待浇筑完成一段时间后混凝土便凝固成型，此时锚碇(3)便成型为壳状的混凝土结构；2.3)通过混凝土泵向内层空间(4.3)中灌入混凝土，使锚碇模袋(4)在混凝土的自重下沉入水中。

4.根据权利要求3所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：所述锚碇模袋(4)设置有螺旋桩(5)和管接口(7)，所述管接口(7)上设置有阀门(7.3)；所述螺旋桩(5)的主体位于内层空间(4.3)中，其上端依次穿出内层壁面(4.1)和外层壁面(4.2)，并在穿出部位进行固定；所述螺旋桩(5)的顶端设置有用于连接锚链(2)的系锚部(5.1)；所述管接口(7)包括内层管接口(7.1)和外层管接口(7.2)，所述内层管接口(7.1)依次从内层壁面(4.1)、外层壁面(4.2)穿出并固定，所述外层管接口(7.2)从外层壁面(4.2)穿出并固定；所述内层管接口(7.1)与内层空间(4.3)相通，所述外层管接口(7.2)与夹层空间(4.4)相通。

5.根据权利要求3所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：所述夹层空间(4.4)内设置有防偏移带(4.5)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：在灌入混凝土的过程中，采用间断浇筑或者抽出空气的方式以排除浇筑空间内空气对混凝土输送过程的阻碍。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：所述橡胶材料采用纤维增强橡胶。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：所述螺旋桩(5)在穿过锚碇模袋(4)的壁面位置处设置有密封结构(5.4)；所述密封结构(5.4)包括外密封板(5.2)和内密封板(5.3)，二者分别位于锚碇模袋(4)壁面的外侧和内侧，将锚碇模袋(4)壁面夹紧在二者之间并通过环绕设置的多个螺栓进行固定。

9.一种混凝土锚碇现浇筑工艺方法，其特征在于：该方法采用双层结构的锚碇模袋(4)，其包括内层壁面(4.1)和外层壁面(4.2)，所述内层壁面(4.1)内形成内层空间(4.3)，所述内层壁面(4.1)与外层壁面(4.2)之间形成一定厚度的夹层空间(4.4)；所述夹层空间(4.4)内充满气体时所提供的浮力不小于内层空间(4.3)充满混凝土形成的锚碇(3)的总重量；

并且包括如下步骤：

1)将锚碇模袋(4)和混凝土运送到浮式结构物安装现场，利用起吊设备吊起锚碇模袋(4)至水面上；

2)使用充气设备向夹层空间(4.4)内打入气体，使夹层空间(4.4)完全成型且具有一定的压强；

3)利用混凝土泵向内层空间(4.3)内灌满混凝土，待浇筑完成一段时间后混凝土便凝固成型为锚碇(3)；

4)拆下混凝土输送管道(6)，将锚链(2)连接在锚碇(3)上，打开设置在外层壁面(4.2)上的阀门(7.3)以排出夹层空间(4.4)内的气体，使锚碇(3)在自重下沉入水中，阀门(7.3)的开度以使锚垫下沉速度在合理可控范围内为准。

10.一种浮式结构物，包括浮体(1)、锚链(2)和至少一个锚碇(3)，其特征在于：各所述锚碇(3)均采用如权利要求1～9中任一项所述的现浇筑工艺方法制得，并通过锚链(2)与浮体(1)相连。