CN112709251A - 一种一体式海底真空管道桩基承台结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一体式海底真空管道桩基承台结构，包括桩基、一体式管道承台和真空管道；所述桩基为圆柱形管桩，桩基根部嵌入海床，桩基顶部安装一体式管道承台，一体式管道承台包括水平管道和竖直承台，竖直承台为直径等于桩基直径的圆柱形，竖直承台与桩基对接、紧固，所述水平管道两端设置有用于与真空管道对接的水平管道法兰；一体式管道承台与桩基可以直接对接、紧固，安装简单、便利，整体结构简单，密封效果良好，有利于增强结构强度；竖直承台底端形状、面积跟桩基断面形状一致，上部跟水平管道相贯组合，有利于减小水平管道所受海水浮力，从而降低对桩基抗拔性能的要求。

Description

一种一体式海底真空管道桩基承台结构

技术领域

本发明属于海底真空管道交通以及海洋工程技术领域，具体涉及一种一体式海底真空管道桩基承台结构。

背景技术

真空管道交通由管道、车辆、供电、驱动与控制、通讯、监控、真空泵组、真空计量等部分组成，运行时，管道内抽成一定真空，然后车辆在其中行驶。真空管道交通，除了可以在陆地上建设运行，还适合建设在海底。海底环境对真空管道具有特殊优越性，海水可以为真空管道降温、提供恒温环境，还可为管道提供均匀浮力，抵消管道自身重力作用，降低结构强度要求，减少工程费用。因此，海底真空管道将成为跨海越洋的新型交通方式。

海底真空管道的基本形式为，在海床上修建固定墩台，然后通过水下施工方法铺设管道。根据已有的施工经验和传统的悬跨结构架设方法，可借鉴的铺设海底真空管道的方法是，把管段按要求的精度架设在墩台上，再用水下密封连接方法把所有管道固定连接。

墩台通常由墩基础和承台组成，为便于海底施工，海底真空管道的墩基础以立柱式桩基为宜。地面桥梁的墩基础被称为桥墩，海底真空管道的墩基础上架设管道，因此可称为管墩。地面上最典型的悬跨结构是桥梁，其受力特征是，桥梁只受到重力作用。相适应地，其结构特征是，桥墩上设置承台，承台上设置垫块，桥梁设置在垫块上；垫块水平投影面积小于承台，也小于桥墩断面积。

一些地面上的大口径高架管道，由于受力特征类似于桥梁(只受到重力作用)，所以也都采用跟桥梁类似的架设结构，即承台上设置垫块，垫块水平投影面积小于承台，也小于桥墩断面积。

海底真空管道线路全部浸没在水下(靠近海床，但通过管墩架空)，管道内部为排空状态，不论是钢质管壁还是混凝土管壁材质管道，在铺设轨道和安装其他设备后，单位长度管道的整体重量仍然小于所受浮力。有车辆通过时，一般客运车辆跟管道耦合叠加以后的单位长度重量仍然会小于所受浮力。但对于重载货运车辆，其跟管道耦合叠加以后的单位长度重量则会大于所受浮力，即合力向下。

因此，在不同的车辆运行工况下，海底真空管道既可能受到重力(合力)作用，也可能受到浮力(合力)作用，相应地，海底管墩既要能够发挥支撑作用，承受向下的压力，又要能够抵抗管道传递的向上浮力，即要具备抗拔性能。于是，传统的、类似地面悬跨结构(桥梁、部分大口径管道)的承台及支撑方式对海底真空管道而言并不是最优的选择。

一般而言，采用“承台+垫块+管箍”的结构也能满足对海底真空管道予以支撑的要求，同时又能防止上浮。根据浮力原理与水下物体的沉浮条件，竖立在海底的圆柱并不受到浮力作用，跟其密切相连接的上部结构物，如水平投影面积一致、相等，则不受浮力作用。因此，如果使管墩水平面投影范围的真空管道跟管墩密切结合，则能减小管道所受浮力，降低对管墩桩基的抗拔性能要求，起到优化设计的作用。

同时，为了简化海底施工工艺流程，方便安装，降低海底真空管道工程成本，也有必要根据海底真空管道的结构特征进行创新设计。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种一体式海底真空管道桩基承台结构，具有结构简单，密封效果良好，有利于减小水平管道所受海水浮力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种一体式海底真空管道桩基承台结构，包括桩基、一体式管道承台和真空管道；

所述桩基为圆柱形管桩，桩基根部嵌入海床，桩基顶部安装一体式管道承台，一体式管道承台包括水平管道和竖直承台，竖直承台为直径等于桩基直径的圆柱形，竖直承台与桩基对接、紧固；

所述水平管道两端设置有用于与真空管道对接的水平管道法兰。

进一步，包括两个并列的水平管道，两水平管道之间通过与之相垂直的连接管道联通。

进一步，所述桩基顶部设置有顶部法兰，竖直承台底部设置有竖直承台底部法兰，竖直承台与桩基通过设置在法兰上的紧固螺栓固定连接。

进一步，所述桩基顶部设置中空凸沿形成桩基顶部套接管，竖直承台底部设置收缩台阶形成缩小直径的柱塞，通过桩基顶部套接管和柱塞实现竖直承台与桩基固定连接。

进一步，所述桩基顶部套接管顶端为楔形齿状，相应的竖直承台底部收缩台阶设置楔形槽，通过桩基顶部套接管和柱塞楔接，实现竖直承台与桩基固定连接。

进一步，所述桩基顶部设置外螺纹，竖直承台底部设置外螺纹，竖直承台与桩基通过螺纹进连接。

进一步，所述桩基顶部设置桩基顶部柔性垫层，竖直承台底部设置竖直承台底部柔性垫层，桩基顶部和竖直承台底部密贴对接。

进一步，所述桩基顶部和竖直承台在柔性垫层所在位置的外壁上设置排水孔。

进一步，所述竖直承台直径

小于真空管道直径

进一步，所述水平管道和竖直承台整体铸造形成，或者通过无缝拼接或焊接形成。

本发明的有益效果是：

本发明的一体式海底真空管道桩基承台结构，由桩基、一体式管道承台和真空管道组成，整体结构简单；一体式管道承台与桩基可以直接对接、紧固，安装简单、便利，一体式管道承台包括水平管道和竖直承台，竖直承台为直径等于桩基直径的圆柱形，可在工厂生产制造，密封效果良好，有利于增强结构强度；竖直承台底端形状、面积跟桩基断面形状一致，上部跟水平管道相贯组合，有利于减小水平管道所受海水浮力，从而降低对桩基抗拔性能的要求。

一体式管道承台与桩基可以采用法兰连接、楔接或者螺纹连接方式，安装时施工船把一体式管道承台载运到安装海域，起吊、下放、精确调整并跟海底桩基可以快速实现对接。

桩基顶部跟竖直承台底部密贴对接，桩基顶部和竖直承台底部的对接部位设置排水孔，有利于安装对接时排出柔性垫层所包围空间的内部海水，保证一体式管道承台与桩基紧密贴合固定，增强结构强度。

附图说明

图1为一体式海底真空管道桩基承台结构示意图

图2为一体式海底真空管道桩基承台结构分解示意图

图3为桩基顶部和竖直承台底部法兰连接设置示意图

图4为桩基顶部和竖直承台底部法兰连接设置半剖视图

图5为桩基顶部和竖直承台底部套接设置半剖视图

图6为桩基顶部和竖直承台底部套接设置及排水孔设置半剖视图

图7为双水平管道一体式海底真空管道桩基承台结构示意图

图8为双水平管道一体式海底真空管道桩基承台结构示意图

图中：1为桩基，10为顶部法兰，15为桩基顶部柔性垫层，16为桩基顶部套接管，18为排水孔；2为一体式管道承台，21为水平管道，210为水平管道法兰，22为竖直承台，220为竖直承台底部法兰，225为竖直承台底部柔性垫层，226为柱塞，23为连接管道；3为真空管道，30为真空管道法兰。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1-图2所示，本发明的一体式海底真空管道桩基承台结构，包括桩基1、一体式管道承台2、真空管道3。桩基(管墩)1为圆柱形管桩，桩基1根部嵌入海床一定深度，顶部安装一体式管道承台2。

所述的一体式管道承台2设置在桩基1上部，一体式管道承台2包括水平管道21和竖直承台22两部分，在工厂整铸形成整体结构，或者通过无缝拼接(或焊接)形成整体；竖直承台22为圆柱形，直径等于桩基1直径

且能够跟桩基1对接、紧固；水平管道21两端设置水平管道法兰210，以便跟其他真空管道3对接。

所述的桩基1顶部跟一体式管道承台2竖直承台22底部有以下四种对接方式：

(1)法兰连接，即桩基1顶部和竖直承台22底部分别设置顶部法兰10和竖直承台底部法兰220，完成对接后通过紧固螺栓固定，如图3、图4所示。

(2)套接，即桩基1顶部设置中空凸沿形成桩基顶部套接管16，竖直承台22底部设置收缩台阶从而形成缩小直径的柱塞226，以便二者套接，如图5、图6所示，反之亦然。

(3)楔接，即桩基1顶部中空凸沿形成桩基顶部套接管16设置成楔形齿状，竖直承台22底部收缩台阶设置楔形槽，以便二者楔接，反之亦然。

(4)螺纹连接，在海水浮力作用下，一体式管道承台2本质上是一种轻型结构，从而使得跟桩基1的螺纹连接成为可能。即在桩基1顶部设置外螺纹，在竖直承台22底部设置外螺纹，二者通过螺纹进行连接和紧固，反之亦然。

上述四种对接方式的共同特征是，桩基1顶部跟竖直承台22底部为密贴对接，即对接后内部密实，无孔隙，无残留气泡、水泡。如图4所示，桩基1顶部、竖直承台22底部分别设置桩基顶部柔性垫层(如橡胶垫)15和竖直承台底部柔性垫层225。如图6所示，在柔性垫层所在位置的外壁上(桩基顶部/竖直承台底部)设置排水孔18，以便安装对接时排出柔性垫层所包围空间的内部海水。

竖直承台直径

小于真空管道直径

竖直承台22内部空间将是海底真空管道内部空间的一部分，其位置低于真空管道3，可作为海底真空管道安装完毕后排出残余海水时的积水空间，也可供安装设置部分海底真空管道系统的内部设备。

进一步地，如图7、图8所示，为双方向海底真空管道设置双桩基一体式管道承台，一体式管道承台包括两个并列的水平管道21，两水平管道21之间通过一段与之相垂直的连接管道23连接。所述的连接管道23把双方向两条真空管道联通，在海底真空管道建成运行时，该连接管道23还具备以下三种功能：

(1)增加结构稳定性；

(2)降低车辆运行时的气动阻力；

(3)双方向两条管道之间的通道功能，即方便检查维修人员从一条管道进入另一条管道，以及为抢险救援提供便捷通道。

一体式海底真空管道桩基承台安装方法，其具体步骤如下：

步骤1：海上施工船把工厂加工制作好的一体式管道承台2载运到安装海域。

步骤2：通过船载吊装设备把一体式管道承台2吊起(水平管道21两端开口，一体式管道承台2重量大于浮力)。

步骤3：在已有的海底桩基1位置处下放一体式管道承台2，直至一体式管道承台2的竖直承台22底部跟桩基1上端对接。

步骤4：精确调整一体式管道承台2，使其水平管道21跟海底真空管道线路设计走向一致，并予以紧固。

步骤5：海底真空管道线路走向范围的所有桩基1与一体式管道承台2安装完毕后，安装各相邻管墩之间(水平管道21之间)的悬跨段真空管道3。

参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：包括桩基(1)、一体式管道承台(2)和真空管道(3)；

所述桩基(1)为圆柱形管桩，桩基(1)根部嵌入海床，桩基(1)顶部安装一体式管道承台(2)，一体式管道承台(2)包括水平管道(21)和竖直承台(22)，竖直承台(22)为直径等于桩基(1)直径的圆柱形，竖直承台(22)与桩基(1)对接、紧固；

所述水平管道(21)两端设置有用于与真空管道(3)对接的水平管道法兰(210)。

2.根据权利要求1所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：包括两个并列的水平管道(21)，两水平管道(21)之间通过与之相垂直的连接管道(23)联通。

3.根据权利要求2所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述桩基(1)顶部设置有顶部法兰(10)，竖直承台(22)底部设置有竖直承台底部法兰(220)，竖直承台(22)与桩基(1)通过设置在法兰上的紧固螺栓固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述桩基(1)顶部设置中空凸沿形成桩基顶部套接管(16)，竖直承台(22)底部设置收缩台阶形成缩小直径的柱塞(226)，通过桩基顶部套接管(16)和柱塞(226)实现竖直承台(22)与桩基(1)固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述桩基顶部套接管(16)顶端为楔形齿状，相应的竖直承台(22)底部收缩台阶设置楔形槽，通过桩基顶部套接管(16)和柱塞(226)楔接，实现竖直承台(22)与桩基(1)固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述桩基(1)顶部设置外螺纹，竖直承台(22)底部设置外螺纹，竖直承台(22)与桩基(1)通过螺纹进连接。

7.根据权利要求4-6任一项所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述桩基(1)顶部设置桩基顶部柔性垫层(15)，竖直承台(22)底部设置竖直承台底部柔性垫层(225)，桩基(1)顶部和竖直承台(22)底部密贴对接。

8.根据权利要求7所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述桩基(1)顶部和竖直承台(22)在柔性垫层所在位置的外壁上设置排水孔(18)。

9.根据权利要求7所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述竖直承台(22)直径

小于真空管道(3)直径

10.根据权利要求7所述的一种一体式海底真空管道桩基承台结构，其特征在于：所述水平管道(21)和竖直承台(22)整体铸造形成，或者通过无缝拼接或焊接形成。

Images