CN113323005A - 漂浮吸力筒基础施工方法及漂浮吸力筒基础 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋岩土工程领域中的漂浮吸力筒基础施工方法及漂浮吸力筒基础，通过设置柔性布(6)，并与筒顶(10)或筒侧壁(5)连接，形成至少一面为柔性布(6)的密闭空间(8)，运输时，向密闭空间(8)内充气，使其漂浮于水面，牵引拖运至预定地点后释放密闭空间(8)内的气体，利用自重初步下沉，再与土体(11)围合成二次密封空间(9)，抽出二次密封空间(9)内的气体，利用大气压力或水压力促使筒侧壁(5)进一步下沉，还可以在筒侧壁(5)底部的密闭空间(8)内注浆形成注浆加固体(12)，提高承载力，本发明使得海上吸力筒基础施工设备大幅度简化，施工速度快、造价低、承载力高。

Description

漂浮吸力筒基础施工方法及漂浮吸力筒基础

技术领域

本发明涉及海洋岩土工程领域中的一种漂浮吸力筒基础施工方法及漂浮吸力筒基础。

背景技术

风电、太阳能、洋流等新能源技术是减少碳排放且可持续发展的清洁能源，目前这些清洁能源的利用技术已经应用并具备推广价值。海洋资源是清洁能源汲取的主要场所，随着新能源技术的推广应用，如何在海洋中进行工程地质勘察、基础工程建设及运维是海洋岩土工程领域中面临的新课题。大量的海洋岩土工程问题不断出现，如何降低基础工程成本、提高施工可行性、可靠性，逐渐成为海洋岩土工程亟需解决的难题。目前使用的吸力筒基础是用钢材制造大直径的筒状受力结构，施工前，用船舶运至预定地点，然后使用大型起吊装备调运至海洋中，再利用筒状结构的自重将吸力筒下沉至一定深度，最后将吸力筒内的气压降低，利用大气压力将吸力筒压至预定深度，作为建(构)筑物的基础或为海洋工程提供施工平台。吸力筒基础因施工速度快、残留部分可回收的优点，在一定程度上得以推广应用。目前，吸力筒基础主要包括筒顶、筒侧壁两部分，且这两部分一般为钢结构，筒顶位于筒侧壁的上方，一般为圆盘形钢结构，筒侧壁一般是薄壁圆筒状钢结构，筒顶与筒侧壁焊接。现有吸力筒基础的施工方法主要包括：(a)将制造完成的吸力筒基础吊装至运输船只上运至预定地点，(b)利用特别大型的水上吊运装置将吸力筒基础吊放至水中；(c)利用吸力筒基础的自重，使得吸力筒基础的筒侧壁下沉至一定深度：(d)抽出吸力筒内的气体，利用大气压力使吸力筒基础下沉至预定深度。主要应用领域之一是海上风电基础，吸力筒一般直径大，可达30～40m，重量大，可达1000多吨，运输及吊装施工难度大，成本高。吸力筒基础一般难以入土很深，筒壁厚则难以下沉，桶壁薄则承载力低，这一吸力筒基础本身存在的矛盾是影响吸力筒基础推广应用的关键，解决这一矛盾意义重大。另外，对于已建成投入使用的吸力筒基础、桩基础等水中基础，因长期出于海水等水域环境中，在冲刷等作用下，其承载力变化如何，如何进行检测、加固也具有重大的实践意义。

发明内容

本发明的第一个目的是提供第一种漂浮吸力筒基础施工方法，该第一种漂浮吸力筒基础施工方法可利用柔性布形成体积可变的密闭空间，通过控制密闭空间内的流体比重与体积，使得吸力筒在运输过程中能够漂浮于水面，在施工过程中自行下沉，可省去吸力筒基础吊装与运输施工成本。在吸力筒下沉施工完成后，可通过向密闭空间内注浆，形成组合结构吸力筒基础，提高基础承载能力，可大幅度节约成本，提高施工效率。

该第一种漂浮吸力筒基础施工方法包括以下步骤：

a)建造吸力筒基础，并将不透水的柔性布与吸力筒基础连接，形成至少一面为柔性布的且与吸力筒基础连接的体积可变的单个或多个密闭空间；

b)向上述步骤a)中形成的部分或全部密闭空间内充入气体，使得吸力筒基础漂浮于水中；

c)利用船只牵引吸力筒基础，拖运至预定位置；

d)释放吸力筒基础密闭空间内的气体，利用吸力筒基础自重，使吸力筒基础的筒侧壁部分下沉至土体中；

e)由吸力筒基础与土体共同围合成单个或多个二次密封空间；

f)抽出上述步骤e)中施工形成的二次密封空间内的或上述步骤a)中施工形成的密闭空间内的气体与水中的一种或两种组合，利用作用于筒顶上的大气压力与水压力中的一种或两种组合，使吸力筒基础第二次下沉，直至完成吸力筒基础施工。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤a)或步骤b)中，可以将上部结构安装于吸力筒基础之上。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，可以向密闭空间与二次密封空间中的一种或两种组合的空间内注浆，并使注浆加固体与吸力筒基础及岩土体连接成为共同受力体。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，可以向密闭空间与二次密封空间中的一种或两种组合的空间内注入气体或水，使吸力筒基础在气压或水压力的作用下向上移动。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤d)中，可以通过气体的输入或输出量，分别控制多个密闭空间内的气体体积，利用水的浮力控制吸力筒基础的垂直度。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，向吸力筒基础上部绞吸抽送比重大于水比重的颗粒状固体材料。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，在吸力筒施工到预定深度后，再通过绞吸抽送的方式回收颗粒状固体材料。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，可以通过气体的输入或输出量，控制单个或多个密闭空间或控制单个或多个二次密封空间内的气体体积，利用水的浮力控制吸力筒基础的垂直度。

本发明的第二个目的是提供第一种漂浮吸力筒基础，该第一种漂浮吸力筒基础下沉施工难度低，通过注浆加固体与吸力筒钢结构相结合，形成组合结构，可大幅度增加吸力筒基础与地基的相互作用力，从而大幅度提高吸力筒基础承载力。

该第一种漂浮吸力筒基础包括筒侧壁、筒顶、吸力筒连接、柔性布、注浆加固体五部分，其中的筒侧壁为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶是与筒侧壁密封连接的且具备密封性能的结构，吸力筒连接为将筒顶或筒侧壁与上部结构连接的部件，柔性布为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水的布状部件，筒顶与筒侧壁中的一种或两种组合与柔性布连接，且形成至少一面为柔性布的体积可变的密闭空间，注浆加固体位于密闭空间内。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础中，上述的筒顶可以是钢结构、钢筋混凝土结构或组合结构中的一种或几种组合。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础中，上述的筒顶或筒侧壁包含波纹状钢板构件。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础中，上述的筒顶上部设置具备盛装配重功能的仓室。

在上述的第一种漂浮吸力筒基础中，上述的注浆加固体位于筒侧壁的下部。

本发明的第三个目的是提供第二种漂浮吸力筒基础施工方法，该第二种漂浮吸力筒基础施工方法可利用水流将检测用的吸力筒配重输送至吸力筒上，检测完成后还可将配重回收再利用，解决了海上基础检测加固难度大，费用高的技术难题。

该第二种漂浮吸力筒基础施工方法包括以下步骤：

a)在吸力筒基础上部制作具备盛装颗粒状固体材料的配重仓；

b)将比重大于水的颗粒状固体材料运输至吸力筒基础附近；

c)将能够绞吸抽送颗粒状固体材料的绞吸抽送设备的进水端口放置于上述步骤b)中运输的颗粒状固体材料附近，并将出水端口放置于配重仓位置附近；

d)将颗粒状固体材料与水混合，利用绞吸抽送设备将颗粒状固体材料连同水流一起输送至配重仓中；

e)在重力作用下，使颗粒状固体材料沉淀于配重仓内，使水溢出配重仓；

f)对吸力筒基础进行复压。

在上述的第二种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，检测吸力筒基础的沉降与倾斜变化量，判断吸力筒基础的可靠性。

在上述的第二种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，将吸力筒基础内部抽真空，增加复压作用力。

在上述的第二种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤f)中，在复压完成后，利用绞吸抽送设备将颗粒状固体材料混合在水流中输送回运输船只中，实现颗粒状材料的回收再利用。

在上述的第二种漂浮吸力筒基础施工方法中，在上述的步骤a)中，在配重仓与吸力筒基础之间设置具备封堵配重仓与吸力筒基础之间缝隙功能的环形柔性密封圈。

本发明的第四个目的是提供第三种漂浮吸力筒基础施工方法，该第三种漂浮吸力筒基础施工方法通过放置反力吸力筒提供检测所需的作用力，利用拉索施加检测荷载，适宜于水上高承载力基础的抗倾覆、抗滑移承载力检测，实施简单，速度快，造价低，检测结果可靠度高。

该第三种漂浮吸力筒基础施工方法包括如下步骤：

a)确定水中待检测基础抗倾覆、抗滑移检测的试验加载过程控制与终止加载控制指标；

b)在邻近待检测基础一定距离，施工漂浮吸力筒基础，本步骤中所用的漂浮吸力筒基础至少包括筒侧壁、筒顶、柔性布、拉拔加载装置与拉拔加载装置连接五部分，其中的筒侧壁为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶是与筒侧壁密封连接的且具备密封性能的结构，柔性布为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水的布状部件，筒顶与筒侧壁中的一种或两种组合与柔性布连接，且由筒顶与筒侧壁中的一种或两种组合与柔性布连接形成至少一面为柔性布的体积可变的密闭空间，拉拔加载装置是具备提供拉拔作用力功能的装置，拉拔加载装置通过拉拔加载装置连接与筒顶或筒侧壁牢固连接。

c)用拉索将待检测基础或与待检测基础连接的结构与拉拔加载装置连接；

d)通过拉拔加载装置给步骤c)中安装的拉索按照步骤a)中确定的试验加载控制指标，分级施加拉拔荷载，并测量待检测基础的位移与倾斜度，直至达到步骤a)中确定的试验终止控制指标：

e)拆除步骤c)中安装的拉索，将气体或水中的一种或两种组合充入步骤b)中施工的漂浮吸力筒基础的密闭空间内，使得漂浮吸力筒基础上浮并脱离土体，实现漂浮吸力筒基础的回收再利用。

本发明的第五个目的是提供第二种漂浮吸力筒基础，该第二种漂浮吸力筒基础可实现水下基础抗倾覆及抗滑移承载力的检测，可回收再使用，实施方便，成本低，速度快。

该第二种漂浮吸力筒基础包括筒侧壁、筒顶、柔性布、拉拔加载装置、拉拔加载装置连接五部分，其中的筒侧壁为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶是与筒侧壁密封连接的且具备密封性能的结构，柔性布为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水的布状部件，筒顶与筒侧壁中的一种或两种组合与柔性布连接，且形成至少一面为柔性布的体积可变的密闭空间，拉拔加载装置是具备提供拉拔作用力的装置，拉拔加载装置连接是将拉拔加载装置与筒顶或筒侧壁连接的构件。

在上述的第二种漂浮吸力筒基础中，可在筒侧壁的内部安装回收反力板，并将回收反力板放置于柔性布的下面，回收反力板是具备一定强度与刚度的板状构件。

在上述的第二种漂浮吸力筒基础中，可在筒侧壁与回收反力板之间设置靠轮装置，靠轮装置包括滚轮、滚轴及连接板三部分，其中的滚轮是具备围绕滚轴转动性能的构件，滚轴固定于连接板上，连接板与回收反力板连接，且靠轮装置是具备控制回收反力板相对于筒侧壁相对移动方向的装置。

本发明的漂浮吸力筒基础施工方法及漂浮吸力筒基础，利用柔性布制作成密闭空间，当密闭空间内充气时，可利用水的浮力将吸力筒悬浮于水中，便于吸力筒的运输与安装施工前的准备，施工时，释放密闭空间内的气体，使吸力筒在自身重力作用下与水底部的土体接触并下沉至一定深度，然后利用大气压力使吸力筒进一步下沉，吸力筒下沉施工完成后，还可以通过向密闭空间内注浆，大幅度增加吸力筒与土体的相互作用力，形成组合结构吸力筒基础，从而大幅度提高吸力筒基础承载力，施工速度快，设备简单，造价低，特别适应于在水中及海洋中施工，大幅度降低了水中基础工程施工成本，还可以利用漂浮吸力筒基础对已建水中基础进行承载力检测加固，成本低、速度快、可回收再利用。

附图说明

图1为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第一种结构形式在漂浮运输状态下剖面构造示意图；

图2为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第一种结构形式及第三种结构形式在下沉施工过程中剖面构造示意图；

图3为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第一种结构形式在漂浮运输状态下筒侧壁横截面构造示意图；

图4为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的三种结构形式在下沉施工过程中的筒侧壁及安装施工完成后的筒侧壁非注浆扩孔位置处横截面构造示意图；

图5为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第一种结构形式在安装施工完成后的筒侧壁剖面构造示意图；

图6为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第一种结构形式安装施工完成后的筒侧壁上部注浆扩孔处横截面构造示意图；

图7为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第一种结构形式与第三种结构形式筒顶构造示意图；

图8为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第二种结构形式及第二个实施例所用的漂浮吸力筒基础在漂浮运输状态下的剖面构造示意图；

图9为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础的第三种结构形式在漂浮运输状态下剖面构造示意图；

图10为本发明的第三个实施例所用的一种水下基础抗倾覆抗滑移承载力检测实施工况剖面示意图；

图11为本发明的第三个实施例所用的一种可回收的漂浮吸力筒基础在使用状态下的剖面构造示意图；

图12为本发明的第三个实施例所用的一种可回收的漂浮吸力筒基础在回收状态下的剖面构造示意图；

图13为本发明的第三个实施例所用的一种可回收的漂浮吸力筒基础回收反力板位置处横截面构造示意图；

图14为本发明的第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础安装施工完成后的筒侧壁下部注浆扩孔位置处横截面构造示意图。

具体实施方式

作为本发明的第一个实施例，下面结合图1～图9、图14，介绍本发明的第一种漂浮吸力筒基础施工方法及第一种漂浮吸力筒基础的结构构造。本实施例中所用的第一种漂浮吸力筒包括筒基础侧壁(5)、筒顶(10)、吸力筒连接(2)、柔性布(6)与注浆加固体(12)五部分，其中的筒侧壁(5)为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶(10)是与筒侧壁(5)牢固连接的且具备密封性能的结构，吸力筒连接(2)为将筒顶(10)或筒侧壁(5)与上部结构(1)连接的部件，柔性布(6)为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水布状部件，筒顶(10)与筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)连接，且由筒顶(10)与筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)围合成体积可变的密闭空间(8)。在本实施例中，上部结构(1)与筒顶(10)通过吸力筒连接(2)牢固连接，吸力筒连接(2)可以是上部结构(1)与筒顶(10)之间的连接焊缝或连接法兰盘等结构，可通过设置如图1、图2、图5及图7所示的桁架将上部结构(1)与吸力筒之间的连接加强。在本实施例中，筒顶(10)上部设置有加劲环(4)及径向加劲梁(3)，以提高筒顶(10)的承载能力。在本实施例中，筒侧壁(5)可设置为如图4所示的类似波浪形，设置为类似波浪形的主要目的是一方面使得筒侧壁(5)具备承担一定的侧向荷载的能力，另一方面，使得筒侧壁横截面积尽量小，便于下沉施工。在本实施例中，可通过钢板弯折或弯曲将筒侧壁(5)制作为类似波浪形。在本实施例中，将柔性布(6)与筒侧壁(5)连接形成体积可变的密闭空间(8)。在本实施例中，当密闭空间(8)内充入流体后，其剖面形状如图1所示，横截面形状如图3所示；当密闭空间(8)内的流体被抽空时，在大气压力作用下，柔性布(6)与筒侧壁(5)贴在一起，密闭空间(8)的体积趋于零，在这一状态下，筒侧壁(5)的剖面形状如图2所示，筒侧壁(5)的横截面形状如图4所示。在本实施例中，可由柔性布(6)围成密闭空间(8)，并将柔性布(6)与筒侧壁(5)或筒顶(10)连接，也可由柔性布(6)与筒顶(10)、筒侧壁(5)中的一种或两种组合共同围合成密闭空间(8)。当吸力筒沉到预定位置后，密闭空间(8)内注浆后，由于筒侧壁(5)入土较深部位土压力大，入土较浅部位土压力小，会形成如图4、图5、图6及图14所示的本发明所提供的第一种漂浮吸力筒基础，在这一工况下，密闭空间(8)中充填物为注浆加固体(12)。在本实施例中，可以在筒侧壁(5)下部表面安装柔性布(6)，由柔性布(6)与筒侧壁(5)共同围合成独立的密闭空间(8)，并用管状构件将密闭空间(8)与操作面连通，在漂浮吸力筒基础下沉到预定位置后，再通过管状构件向筒侧壁(5)下部独立的密闭空间(8)内注浆，浆体凝固后，可形成如图5与图14所示位于筒侧壁(5)底部的注浆加固体(12)，且该处的注浆加固体(12)与筒侧壁连接为共同受力体，在筒侧壁(5)底部附近形成扩孔基础，从而大幅度提高漂浮吸力筒基础承载力。在本实施例中，筒顶(10)可以是钢结构、钢筋混凝土结构或组合结构中的一种或几种组合，筒顶(10)也可以采用波纹状钢板制作。在本实施例中，也可采用如图8所示的第一种漂浮吸力筒基础的第二种结构形式，在筒顶(10)上部设置具备盛装颗粒状配重材料功能的配重舱(14)。在吸力筒下沉过程中，可向配重舱(14)中吹填比重较大的固体颗粒，增加吸力筒下沉作用力，同时可作为吸力筒基础的配重，提高吸力筒基础承载力。也可以利用比重很大的铁砂等固体颗粒，在吸力筒下沉到预定位置后，再通过绞吸输送的方式将铁砂等固体颗粒回收再利用。在本实施例中，筒顶(10)采用如图8所示的钢筋混凝土结构时，筒顶(10)重量较大，有利于吸力筒下沉，可将上部结构(1)直接埋设在筒顶(10)的钢筋混凝土中，可节省造价，但需要较大体积的密闭空间(8)，以在运输过程中提供足够的浮力。在本实施例中，还可以选用如图9与图4所示的第一种漂浮吸力筒基础的第三种结构形式，该第三种结构形式的漂浮吸力筒基础与第一种结构形式的漂浮吸力筒基础相似，不同点主要在于将柔性布(6)做成图9所示的形状，由柔性布(6)围合形成的密闭空间(8)与筒顶(10)接触面积大，密闭空间(8)的体积可变幅度大，可以产生很大的浮力。本实施例中的第三种结构形式的漂浮吸力筒基础，密闭空间(8)可以全部由柔性布(6)围合而成，也可以由筒顶(10)、筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)共同围合而成。本实施例的以下部分，结合图1～图9、图14，介绍本发明的第一种漂浮吸力筒基础施工方法。第一步，按照本实施例前述的漂浮吸力筒基础的结构构造，建造漂浮吸力筒基础，并将漂浮吸力筒基础的筒顶(10)或筒侧壁(5)中的一种或两种组合与不透水的柔性布(6)连接，形成至少一面为柔性布(6)的体积可变的单个或多个密闭空间(8)。在本步骤中，为了减少水上安装吸力筒基础上部的上部结构(1)的施工操作，降低安装施工成本，可以将上部结构(1)安装于漂浮吸力筒基础之上，连同漂浮吸力筒基础一起施工。完成第一步，进入第二步。在本步骤中，向密闭空间(8)内充入气体，使得漂浮吸力筒基础漂浮于水面。当密闭空间(8)内充入气体后，且当密闭空间(8)足够大时，便可提供足够大的浮力使得漂浮吸力筒基础漂浮于水面(7)中，如图1所示。完成第二步，进入第三步。在水中将漂浮吸力筒基础拖运至预定位置。在本步骤中，因漂浮吸力筒基础可以漂浮于水面，在运输过程中，便不需要对漂浮吸力筒基础进行起吊等难度大、成本高的操作，直接在水中拖运，成本低，施工便捷。完成第三步，进入第四步。在本步骤中，释放漂浮吸力筒基础密闭空间(8)中的气体，利用漂浮吸力筒基础自重，使漂浮吸力筒基础部分下沉至土体(11)中，如图2所示。完成第四步，进入第五步。在本步骤中，由吸力筒基础与土体(11)共同围合成单个或多个二次密封空间(9)，如图2所示，本步骤实施后，在二次密封空间(9)内储存有气体和水。完成第五步，进入第六步。在本步骤中，抽出上述第五步中施工形成的二次密封空间(9)内或上述步骤a)中施工形成的密闭空间(8)内的气体与水中的一种或两种组合，利用作用于筒顶(10)上的大气压力与水压力中的一种或两种组合，使漂浮吸力筒基础第二次下沉，直至完成漂浮吸力筒基础施工。在本步骤中，在漂浮吸力筒基础下沉到预定位置后，可以向密闭空间(8)内注浆，并使注浆加固体(12)与吸力筒基础及岩土体连接成为共同受力体，如图5与图6、图14所示。在本步骤中，还可以向密闭空间(8)内注入气体，使吸力筒基础在气压的作用下向上移动。在本实施例的第四步或第六步中，可以通过气体的输入或输出量，控制多个密闭空间(8)内的气体体积，利用水的浮力控制漂浮吸力筒基础在施工过程中的垂直度。在本实施例的第四步或第六步中，可以向漂浮吸力筒基础上部绞吸抽送比重大于水比重的颗粒状配重材料，以增加漂浮吸力筒基础下沉的作用力。在漂浮吸力筒基础施工到预定深度后，还可以通过绞吸抽送的方式回收配重材料，可选择颗粒较均匀且比重大的铁砂或铁矿粉作为配重材料。从而完成本发明的第一种漂浮吸力筒基础施工方法。

作为本发明的第二个实施例，结合图8，主要介绍本发明的第二种漂浮吸力筒基础施工方法。在本实施例的第一步，在漂浮吸力筒基础上部制作具备盛装颗粒状固体材料的配重仓(14)，配重仓(14)可以是由配重仓侧壁(13)与筒顶(10)围合而成的空间，如图8所示。在本实施例中，所涉及的漂浮吸力筒基础，可以是新建的漂浮吸力筒基础，也可以是已建的其他形式的吸力筒基础。对于新建的漂浮吸力筒基础，可在建造漂浮吸力筒基础的同时建造与筒顶(10)连接的配重仓(14)。配重仓(14)也可以设置为与吸力筒基础可分离的结构，使用完成后，可将配重仓(14)回收再利用。如果本实施例涉及已建的吸力筒基础的检测与加固，可在本步骤中新建筒状配重仓(14)，在配重仓(14)与已建吸力筒之间设置具备封堵配重仓(14)与吸力筒之间缝隙功能的环形柔性密封圈，使得配重仓(14)与已建吸力筒基础连接后具备盛装配重材料的功能。完成第一步，进入第二步。在本步骤中，将比重大于水的颗粒状配重材料运输至待检测的吸力筒基础附近，为吸力筒基础增加配重做准备。完成第二步，进入第三步。在本步骤中，将具备绞吸抽送固体颗粒材料与水混合物功能的绞吸抽送设备的进水端口放置于上述第二步中运输的颗粒状配重材料附近，并将出水端口放置于配重仓(14)位置附近。在本步骤中，所用的绞吸抽送设备的进水端与出水端之间可用柔性管道连接，以适应水上施工的晃动。完成第三步，进入第四步。本步骤是将颗粒状配重材料与水混合，利用绞吸抽送设备将配重材料连同水流一起输送至配重仓(14)中。在本步骤中，利用绞吸抽送设备提供的能量，使混合有颗粒状配重材料的水高速流动，带动颗粒状配重材料自进水端口流至出水端口，再流进配重仓(14)，实现颗粒状配重材料的搬运。完成第四步，进入第五步。本步骤中，混合有颗粒状配重材料的水流出绞吸抽送设备进入配重仓(14)后，水流速度快速减缓，在重力作用下，颗粒状配重材料沉淀于配重仓(14)内，水溢出配重仓(14)。完成第五步，进入第六步。本步骤主要是对吸力筒基础进行复压。在本步骤中，利用第五步中抽送的颗粒状配重材料，增加吸力筒的上覆压力，对吸力筒进行复压。在本步骤中，还可用将吸力筒基础内部抽真空，增加复压荷载。复压所需的配重及复压时间，可根据土质情况，吸力筒基础的承载力要求及检测、加固的目标情况确定。在本步骤中，在吸力筒基础复压施工过程中，可检测吸力筒基础的沉降与倾斜变化量，判断吸力筒基础的可靠性及吸力筒基础的抗压承载力。本步骤完成后，如果配重材料需要回收，可以采用与本实施例第四步类似工艺，将颗粒状配重材料陆续绞吸抽送出配重仓(14)，输送回运输船只中，实现颗粒状配重材料的回收再利用。从而完成本发明的第二种漂浮吸力筒基础施工方法。

作为本发明的第三个实施例，结合图10～图13，介绍本发明的第三种漂浮吸力筒基础施工方法及第二种漂浮吸力筒基础。先介绍本实施例中所用的第二种漂浮吸力筒基础的结构构造。本实施例中所用的漂浮吸力筒基础与前述第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础构造相似，不同点在于，在第一个实施例所用的第一种漂浮吸力筒基础上安装了拉拔加载装置连接(20)与拉拔加载装置(21)。在本实施例中，拉拔加载装置连接(20)与筒顶(10)连接，可采用铰连接的方式，以便于调整拉拔加载装置连接(20)与筒顶(10)的夹角，宜于使用。在本实施例中，可采用穿心千斤顶与锚具的组合作为拉拔加载装置(21)，可按照图10、图11与图12所示的方式进行连接安装拉拔加载装置(21)，即采用与筒顶(10)铰连接的板状构件作为拉拔加载装置连接(20)，将穿心千斤顶的底座与拉拔加载装置连接(20)连接，再将锚具置放于穿心千斤顶的另一端，即可作为拉拔加载装置(21)。在本实施例中，可在筒侧壁(5)的内部安装回收反力板(15)，并将回收反力板(15)放置于柔性布(6)的下面，回收反力板(15)是具备一定强度与刚度的板状构件。这样设计的目的是在漂浮吸力筒基础回收工况中，通过回收反力板(15)与土体(11)相互作用提供漂浮吸力筒基础回收所需的向上作用力，并由柔性布(6)内的流体传送至筒顶(10)，以利于将筒侧壁(5)从土体(11)中拔出。相对于直接通过柔性布(6)作用于土体(11)提供上拔漂浮吸力筒基础所需向上作用力，回收反力板(15)的设置有利于控制向上作用力的方向与均匀性。在本实施例中，可在筒侧壁(5)与回收反力板(15)之间设置靠轮装置，靠轮装置包括滚轮(16)、滚轴(17)及连接板(18)三部分，其中的滚轮(16)是具备围绕滚轴(17)转动性能的部件，滚轴(17)固定于连接板(18)上，连接板(18)与回收反力板(15)连接，靠轮装置是具备控制回收反力板(15)相对于筒侧壁(5)相对移动方向的装置，如图13所示。本实施例的以下部分主要结合图10～图13，介绍本发明的第三种漂浮吸力筒基础施工方法。第一步，确定待检测基础抗倾覆、抗滑移检测的试验加载过程控制与终止加载控制指标。在本步骤中的控制指标，主要包括基础抗滑移的水平力大小、抗倾覆的弯矩大小、位移与倾斜度控制要求及分级加载量与间隔时间。完成第一步，进入第二步。在本步骤中，在邻近待检测基础一定距离施工安装有拉拔加载装置(21)的漂浮吸力筒基础作为反力装置。本步骤的实施过程如图10所示，将拉索(22)的一端与待检测基础上部的上部结构(1)连接，拉索(22)的另一端与拉拔加载装置(21)连接。完成第二步，进入第三步。在本步骤中，用拉索(22)将待检测基础或与待检测基础连接的上部结构(1)与拉拔加载装置(21)连接。在本步骤中，考虑到水上施工特别是海上施工难度大，可先将拉索(22)与预制环连接，现场安装拉索(22)时，直接将预制环与如图10所示的上部结构(1)连接，然后在将拉索(22)的另一端与拉拔加载装置(21)连接即可。完成第三步，进入第四步。在本步骤中，通过拉拔加载装置(21)给第三步中安装的拉索(22)分级施加拉拔作用力(19)，并测量待检测水中基础的位移与倾斜度，直至达到第一步中确定的试验终止控制指标。完成第四步，进入第五步。在本步骤中，在检测结束后，拆除第三步中安装的拉索(22)，并向第二步中施工的漂浮吸力筒的密闭空间内冲入气体，使得漂浮吸力筒上浮并脱离土体(11)，实现漂浮吸力筒的回收再利用。然后，可根据检测资料，计算判断待检测水中基础的抗倾覆、抗滑移承载力。从而完成本发明的第三种漂浮吸力筒基础施工方法。

本专利包括但不限于本领域内专业人士可替代使用的其他类似方法与装置。

Claims (22)

1.一种漂浮吸力筒基础施工方法，包括如下步骤：

a)建造吸力筒基础，并将不透水的柔性布(6)与吸力筒基础连接，形成至少一面为柔性布(6)的且与吸力筒基础连接的体积可变的单个或多个密闭空间(8)；

b)向上述步骤a)中形成的部分或全部密闭空间(8)内充入气体，使得吸力筒基础漂浮于水中；

c)利用船只牵引吸力筒基础，拖运至预定位置；

d)释放吸力筒基础密闭空间(8)内的气体，利用吸力筒基础自重，使吸力筒基础的筒侧壁(5)部分下沉至土体(11)中；

e)由吸力筒基础与土体(11)共同围合成单个或多个二次密封空间(9)；

f)抽出上述步骤e)中施工形成的二次密封空间(9)内的或上述步骤a)中施工形成的密闭空间(8)内的气体与水中的一种或两种组合，利用作用于筒顶(10)上的大气压力与水压力中的一种或两种组合，使吸力筒基础第二次下沉，直至完成吸力筒基础施工。

2.根据权利要求1所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤a)中或步骤b)中，将上部结构安装于吸力筒基础之上。

3.根据权利要求1所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，向密闭空间(8)与二次密封空间(9)中的一种或两种组合的空间内注浆，并使注浆加固体(12)与吸力筒基础及岩土体连接成为共同受力体。

4.根据权利要求1所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，向密闭空间(8)与二次密封空间(9)中的一种或两种组合的空间内注入气体或水，使吸力筒基础在气压或水压力的作用下向上移动。

5.根据权利要求1所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤d)中，通过气体的输入或输出量，分别控制多个密闭空间(8)内的气体体积，利用水的浮力控制吸力筒基础的垂直度。

6.根据权利要求1所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，向吸力筒基础上部绞吸抽送比重大于水比重的颗粒状固体材料。

7.根据权利要求6所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，在吸力筒基础施工到预定深度后，再通过绞吸抽送的方式回收颗粒状固体材料。

8.根据权利要求1所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，通过气体的输入或输出量，控制单个或多个密闭空间(8)或控制单个或多个二次密封空间(9)内的气体体积，利用水的浮力控制吸力筒基础的垂直度。

9.一种漂浮吸力筒基础，其特征是包括筒侧壁(5)、筒顶(10)、吸力筒连接(2)、柔性布(6)、注浆加固体(12)五部分，其中的筒侧壁(5)为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶(10)是与筒侧壁(5)密封连接的且具备密封性能的结构，吸力筒连接(2)为将筒顶(10)或筒侧壁(5)与上部结构连接的部件，柔性布(6)为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水的布状部件，筒顶(10)与筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)连接，且形成至少一面为柔性布(6)的体积可变的密闭空间(8)，注浆加固体(12)位于密闭空间(8)内。

10.根据权利要求9所述的漂浮吸力筒基础，其特征是上述的筒顶(10)是钢结构、钢筋混凝土结构或组合结构中的一种或几种组合。

11.根据权利要求9所述的漂浮吸力筒基础，其特征是上述的筒顶(10)或筒侧壁(5)包含波纹状钢板构件。

12.根据权利要求9所述的漂浮吸力筒基础，其特征是在上述的筒顶(10)的上部设置具备盛装配重功能的仓室。

13.根据权利要求9所述的漂浮吸力筒基础，其特征是上述的注浆加固体(12)位于筒侧壁(5)的下部。

14.一种漂浮吸力筒基础施工方法，包括以下步骤：

a)在吸力筒基础上部制作具备盛装颗粒状固体材料的配重仓(14)；

b)将比重大于水的颗粒状固体材料运输至吸力筒基础附近；

c)将能够绞吸抽送颗粒状固体材料的绞吸抽送设备的进水端口放置于上述步骤b)中运输的颗粒状固体材料附近，并将出水端口放置于配重仓(14)位置附近；

d)将颗粒状固体材料与水混合，利用绞吸抽送设备将颗粒状固体材料连同水流一起输送至配重仓(14)中；

e)在重力作用下，使颗粒状固体材料沉淀于配重仓(14)内，使水溢出配重仓(14)；

f)对吸力筒基础进行复压。

15.根据权利要求14所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，检测吸力筒基础的沉降与倾斜变化量，判断吸力筒基础的可靠性。

16.根据权利要求14所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，将吸力筒基础内部抽真空，增加复压作用力。

17.根据权利要求14所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，在复压完成后，利用绞吸抽送设备将颗粒状固体材料混合在水流中输送回运输船只中，实现颗粒状材料的回收再利用。

18.根据权利要求14所述的漂浮吸力筒基础施工方法，其特征是在上述的步骤a)中，在配重仓(14)与吸力筒基础之间设置具备封堵配重仓(14)与吸力筒基础之间缝隙功能的环形柔性密封圈。

19.一种漂浮吸力筒基础施工方法，包括如下步骤：

a)确定水中待检测基础抗倾覆、抗滑移检测的试验加载过程控制与终止加载控制指标；

b)在邻近待检测基础一定距离，施工漂浮吸力筒基础，本步骤中所用的漂浮吸力筒基础包括筒侧壁(5)、筒顶(10)、柔性布(6)、拉拔加载装置(21)与拉拔加载装置连接(20)五部分，其中的筒侧壁(5)为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶(10)是与筒侧壁(5)密封连接的且具备密封性能的结构，柔性布(6)为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水的布状部件，筒顶(10)与筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)连接，且由筒顶(10)与筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)连接形成至少一面为柔性布(6)的体积可变的密闭空间(8)，拉拔加载装置(21)是具备提供拉拔作用力功能的装置，拉拔加载装置(21)通过拉拔加载装置连接(20)与筒顶(10)或筒侧壁(5)牢固连接。

c)用拉索(22)将待检测基础或与待检测基础连接的结构(1)与拉拔加载装置(21)连接；

d)通过拉拔加载装置(21)给步骤c)中安装的拉索(22)按照步骤a)中确定的试验加载控制指标，分级施加拉拔荷载，并测量待检测基础的位移与倾斜度，直至达到步骤a)中确定的试验终止控制指标；

e)拆除步骤c)中安装的拉索(22)，将气体或水中的一种或两种组合充入步骤b)中施工的漂浮吸力筒基础的密闭空间(8)内，使得漂浮吸力筒基础上浮并脱离土体，实现漂浮吸力筒基础的回收再利用。

20.一种漂浮吸力筒基础，其特征是包括筒侧壁(5)、筒顶(10)、柔性布(6)、拉拔加载装置(21)、拉拔加载装置连接(20)五部分，其中的筒侧壁(5)为横截面闭合的筒状薄壁钢结构，筒顶(10)是与筒侧壁(5)密封连接的且具备密封性能的结构，柔性布(6)为具备折叠性能且具备一定抗拉承载能力的不透水的布状部件，筒顶(10)与筒侧壁(5)中的一种或两种组合与柔性布(6)连接，且形成至少一面为柔性布(6)的体积可变的密闭空间(8)，拉拔加载装置(21)是具备提供拉拔作用力的装置，拉拔加载装置连接(20)是将拉拔加载装置(21)与筒顶(10)或筒侧壁(5)连接的构件。

21.根据权利要求20所述的漂浮吸力筒基础，其特征是在筒侧壁(5)的内部安装回收反力板(15)，并将回收反力板(15)放置于柔性布(6)的下面，回收反力板(15)是具备一定强度与刚度的板状构件。

22.根据权利要求20所述的漂浮吸力筒基础，其特征是在筒侧壁(5)与回收反力板(15)之间设置靠轮装置，靠轮装置包括滚轮(16)、滚轴(17)及连接板(18)三部分，其中的滚轮(16)是具备围绕滚轴(17)转动性能的构件，滚轴(17)固定于连接板(18)上，连接板(18)与回收反力板(15)连接，且靠轮装置是具备控制回收反力板(15)相对于筒侧壁(5)相对移动方向的装置。

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