CN115045331A - 一种滑动式海底裙式吸力桶及其施工方法 - Google Patents

一种滑动式海底裙式吸力桶及其施工方法 Download PDF

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邢建宇
鹿群
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Abstract

本发明公开了一种滑动式海底裙式吸力桶，包括吸力主桶以及套装在吸力主桶外部的裙桶，其中吸力主桶及裙桶的底部开口，且吸力主桶及裙桶的顶部均开设有排水孔；裙桶顶面插接吸力主桶的内孔中周向固装有轴承座，该轴承座内设有多组转动贴合在吸力主桶弧面外壁上的轴承轮，且轴承座与吸力主桶上周向均布开设有多组配合插接定位螺栓的螺孔。本发明的一种滑动式海底裙式吸力桶的施工方法，可使得裙桶可沿吸力主桶桶壁滑动，避免传统裙式吸力桶由于吸力主桶与裙桶完全固定且顶面平齐在沉贯过程中经常遇到的土塞现象。确保裙桶沉贯不产生土塞，减少裙桶制作钢材的浪费，显著提高裙式吸力桶基础整体承载能力与抗冲刷能力。

Description

一种滑动式海底裙式吸力桶及其施工方法
技术领域
本发明涉及海洋结构工程技术领域，具体为一种滑动式海底裙式吸力桶及其施工方法。
背景技术
近年来，中国开发了以海上风力资源为重点的清洁可再生能源。海上风电技术是发展和利用海洋风能的重要途径，吸力桶基础在海上风电或浮式平台结构中应用较多，吸力桶基础具有安装速度快、施工噪音少、土层适应性强、可回收利用等优点，因此在海上风电行业中正逐步推广应用。在工程中应用最为广泛的是单桶吸力桶基础，近年来为增强单桶基础的承载能力及抗冲刷能力，相关技术人员设计了裙式吸力桶基础，通过裙式结构增强吸力桶基础的承载能力及抗冲刷能力。
对于传统的裙式吸力桶基础，裙式结构顶部与吸力主桶顶部齐平并完全固定在一起，在负压沉贯过程中，往往会因海床土体的向上隆起而产生土塞现象，这不但会造成制作材料的浪费，还会降低吸力桶的承载能力。如何有效的避免土塞问题，就成为吸力桶基础设计与施工的关键之一。
为解决上述问题，本发明提出了一种可滑动式海底裙式吸力桶基础。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种滑动式海底裙式吸力桶及其施工方法，使得裙桶可沿吸力主桶桶壁滑动，避免传统裙式吸力桶由于吸力主桶与裙桶完全固定且顶面平齐在沉贯过程中经常遇到的土塞现象。确保裙桶沉贯不产生土塞，减少裙桶制作钢材的浪费，显著提高裙式吸力桶基础整体承载能力与抗冲刷能力。
一种滑动式海底裙式吸力桶，包括吸力主桶以及套装在吸力主桶外部的裙桶，其中吸力主桶及裙桶的底部开口，且吸力主桶及裙桶的顶部均开设有排水孔；裙桶顶面插接吸力主桶的内孔中周向固装有轴承座，该轴承座内设有多组转动贴合在吸力主桶弧面外壁上的轴承轮，且轴承座与吸力主桶上周向均布开设有多组配合插接定位螺栓的螺孔。
而且，轴承座上的螺孔径向设置在轴承座的侧壁上；吸力主桶周向外壁上的螺孔为盲孔；且轴承座及吸力主桶上的两个相邻螺孔的圆心角夹角为30°。
而且，轴承座的内圈与吸力主桶的外圈处留设有密封间隙，该密封间隙处夹装固定有截面为楔形的密封环套。
一种滑动式海底裙式吸力桶的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：准备阶段，工程船到达预定位置后，进行吸力桶安装前的准备工作，此时需用螺栓依次连接轴承座及吸力主桶上的螺孔，使裙桶连接固定在吸力主桶，此时吸力主桶与裙桶底面平齐，并开启吸力主桶及裙桶顶部的排水孔，准备起吊下沉；
步骤二：裙桶与吸力主桶组合体自重下沉阶段，将固定在一起的吸力桶吸力主桶及裙桶一起沉入海底预定位置，此时两者底部与海底泥面平齐，而后依靠自重作用将两者一起垂直贯入到泥面以下一定深度；
步骤三：裙桶与吸力主桶组合体负压下沉阶段，当吸力主桶和裙桶只通过自重无法再继续下沉时，将抽水泵的抽水管连接在吸力主桶及裙桶顶部的排水孔处并进行抽水；当裙桶顶部与泥面接触时停止裙桶的排水孔抽水并拆除螺孔内的螺栓；
步骤四：吸力主桶单独下沉阶段，继续经排水孔抽取吸力主桶内的水，使吸力主桶继续下沉至吸力主桶顶部与泥面接触；
步骤五：密封阶段，完成步骤四后，关闭吸力主桶的排水口，在裙桶顶面内圈与吸力主桶外圈的间隙处插入密封环套，并再次开启连通裙桶排水口的抽水泵，直至裙桶与吸力主桶配合夹紧密封环套；最后摘除抽水管并封堵排水孔，完成吸力桶整个沉贯施工。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种滑动式海底裙式吸力桶及其施工方法，裙桶和吸力主桶之间可以通过轴承座及轴承轮实现重力方向的自由滑动，当轴承座上的定位螺栓拧紧时又可以将裙桶和吸力主桶连接固定在一起，即通过轴承座上定位螺栓的拧紧与松开，可以分别实现吸力主桶和裙桶的共同沉贯与分离沉贯；按照滑动式海底裙式吸力桶特有的施工方法，可以完全避免裙桶沉贯时出现土塞现象。这将有效减少裙桶制作钢材的浪费，同时显著提高吸力桶基础整体承载能力与抗冲刷能力；吸力主桶沉贯完毕后，通过对裙桶抽负压，可以使得密封环套紧贴吸力主桶桶壁与轴承座之间的缝隙，进而使得裙桶完全密闭，不损失承载力。
附图说明
图1为本发明中滑动式海底裙式吸力桶的结构示意图；
图2为本发明中滑动式海底裙式吸力桶的俯视图；
图3为本发明中轴承座与吸力主桶的连接示意图(准备阶段，裙桶与吸力主桶的固定连接姿态)；
图4为本发明中轴承座与吸力主桶的连接示意图(密封阶段，施工完成姿态)；
图5为本发明中滑动裙式吸力桶沉贯过程示意图；
以上各图中：1-吸力主桶，2-裙桶，3-排水孔，4-轴承座，5-螺孔，6-定位螺栓，7-密封环套；8-轴承轮。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种可滑动式海底裙式吸力桶，包括底部开口、顶部封闭并开设排水孔的吸力主桶1，及环绕于四周的滑动式裙桶裙桶、包括轴承座4及轴承轮8在内的直线滑动轴承座，限位螺栓，以及密封环套。其中排水孔3分别设置在吸力主桶和裙桶的上部，裙桶与吸力主桶连接处通过直线轴承座接触，使得裙桶可以沿着吸力主桶外壁发生滑动。同时，轴承座上部设置有插接在螺孔5内的定位螺栓6，在拧紧时可以使吸力主桶与裙桶固定在一起。
按上述方案，其中吸力主桶的直径与高度的比例为1：(1.0～3.0)。
按上述方案，其中轴承座设置在裙桶顶部的中孔内，并带有定位螺栓。当螺栓拧松时，它可以使得裙桶与吸力主桶之间沿竖向自由滑动，当螺栓拧紧时，也可使吸力主桶与裙桶固定在一起。
按上述方案，其中吸力主桶桶壁上距离吸力主桶底部为裙桶桶壁高度的位置，沿桶壁一周等间距的设置12个螺孔，且螺孔不穿透桶壁。
按上述方案，其中轴承座上部为定位螺栓，和吸力主桶桶壁上的螺孔一一对应，沿桶壁一周分别等间距的设置12个，任意两相邻螺栓中心与吸力主桶横截面圆心连线的夹角为30°。
按上述方案，其中吸力主桶壁厚度为30～50mm，裙边的厚度为10～15mm，吸力主桶桶顶厚度为20～60mm，预留螺孔的深度为15mm-25mm，同时确保螺孔不会穿透吸力主桶壁。
按上述方案，其中吸力主桶直径与裙桶外径(外轮廓直径)比为1：(1.5～2.5)。
按上述方案，其中主、裙桶上各设置两个排水孔，抽水管一端连接排水孔，另一端连接抽水泵。
按上述方案，其中密封环套，将在吸力主桶沉贯完毕后，用于填充吸力主桶桶壁与轴承座之间的缝隙，从而使得裙桶完全密闭。
按上述方案，其中定位螺栓及螺孔使用前需用油充分浸泡，以保证下水后螺栓不会因发生锈蚀而不可使用。
与本发明所提供的滑动式海底裙式吸力桶基础相应的施工方法如下：
(1)准备阶段：利用轴承座上的螺栓将吸力桶吸力主桶与裙桶连接固定，此时吸力主桶底面与裙桶底面平齐。打开吸力主桶及裙桶的排水孔，准备起吊下沉。
(2)主、裙桶自重下沉阶段：将吸力桶吸力主桶及裙桶一起沉入海底预定位置，此时两者底部与海底泥面平齐，而后依靠自重作用将两者一起垂直贯入到泥面以下一定深度。
(3)主、裙桶负压下沉阶段：当吸力主桶和裙桶只通过自重无法再继续下沉时，将抽水泵通过抽水管与吸力主桶顶排水口连接并进行抽水。此时吸力主桶内外产生压力差，从而使得吸力主桶带动裙桶一起下沉，当裙桶顶部与泥面接触时，裙桶下沉完毕，停止抽水。而后将12个螺栓从吸力主桶上拧出，实现主、裙桶分离，此时吸力主桶和裙桶之间只通过直线轴承座接触。
(4)吸力主桶单独下沉阶段：主、裙桶分离后，再次打开抽水泵继续对吸力主桶抽水，此时吸力主桶将沿着轴承座缓慢竖直下沉，直至吸力主桶顶部与泥面接触，吸力主桶沉贯完毕。
(5)密封阶段：吸力主桶下沉完毕后，关闭吸力主桶排水口，并将抽水泵与裙桶排水口连接进行抽水从而使裙桶形成内外压差，此压差将使得环形橡胶密封塞紧贴吸力主桶桶壁与轴承座之间的缝隙，进而使得裙桶完全密闭，最后关闭抽水孔。吸力桶整个沉贯过程结束。
本发明相对于传统裙式吸力桶的最大区别在于：通过轴承座与定位螺栓，使裙桶与吸力主桶的固定连接/滑动连接关系得以按需切换，裙桶在吸力主桶上的连接位置也可以按需调整，这使得吸力主桶与裙桶可以一起沉贯也可以单独沉贯。可滑动型裙式吸力桶的最大优势在于：按照其相应的施工方法，可以保证裙桶基础不会产生土塞现象，这将减少制作裙桶刚材料的浪费，显著提高吸力桶基础的承载能力与抗冲刷能力。
最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种滑动式海底裙式吸力桶，包括吸力主桶以及套装在吸力主桶外部的裙桶，其中吸力主桶及裙桶的底部开口，且吸力主桶及裙桶的顶部均开设有排水孔；其特征在于：所述裙桶顶面插接吸力主桶的内孔中周向固装有轴承座，该轴承座内设有多组转动贴合在吸力主桶弧面外壁上的轴承轮，且轴承座与吸力主桶上周向均布开设有多组配合插接定位螺栓的螺孔。
2.根据权利要求1所述的一种滑动式海底裙式吸力桶其特征在于：所述轴承座上的螺孔径向设置在轴承座的侧壁上；所述吸力主桶周向外壁上的螺孔为盲孔；且轴承座及吸力主桶上的两个相邻螺孔的圆心角夹角为30°。
3.根据权利要求1所述的一种滑动式海底裙式吸力桶其特征在于：所述轴承座的内圈与吸力主桶的外圈处留设有密封间隙，该密封间隙处夹装固定有截面为楔形的密封环套。
4.一种如权利要求1所述的滑动式海底裙式吸力桶的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：准备阶段，工程船到达预定位置后，进行吸力桶安装前的准备工作，此时需用螺栓依次连接轴承座及吸力主桶上的螺孔，使裙桶连接固定在吸力主桶，此时吸力主桶与裙桶底面平齐，并开启吸力主桶及裙桶顶部的排水孔，准备起吊下沉；
步骤二：裙桶与吸力主桶组合体自重下沉阶段，将固定在一起的吸力桶主桶及裙桶一起沉入海底预定位置，此时两者底部与海底泥面平齐，而后依靠自重作用将两者一起垂直贯入到泥面以下一定深度；
步骤三：裙桶与吸力主桶组合体负压下沉阶段，当吸力主桶和裙桶只通过自重无法再继续下沉时，将抽水泵的抽水管连接在吸力主桶及裙桶顶部的排水孔处并进行抽水；当裙桶顶部与泥面接触时停止裙桶的排水孔抽水并拆除螺孔内的螺栓；
步骤四：吸力主桶单独下沉阶段，继续经排水孔抽取吸力主桶内的水，使吸力主桶继续下沉至吸力主桶顶部与泥面接触；
步骤五：密封阶段，完成步骤四后，关闭吸力主桶的排水口，在裙桶顶面内圈与吸力主桶外圈的间隙处插入密封环套，并再次开启连通裙桶排水口的抽水泵，直至裙桶与吸力主桶配合夹紧密封环套；最后摘除抽水管并封堵排水孔，完成吸力桶整个沉贯施工。
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