CN116335187B - 一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础及施工方法，环形定位凸起与环形定位槽的插装配合以及插装凸起与限位管的插装配合限制吸力桶和系泊基础发生错位移动，缆绳穿过系泊环后的两个自由端被缆绳预紧装置收紧而限制吸力桶和系泊基础沿轴向方向脱离；施工方法包括系泊基础和吸力桶的矫圆处理、系泊基础与吸力桶的拼接、系泊基础泥下沉贯、吸力桶回收等过程。本发明所公开的系泊基础适用复杂多变土体、近浅至深远海域海上结构系泊承载；吸力桶和系泊基础之间可靠密封以及防止屈曲破坏，能通过负压快速沉贯至海床泥面以下，不易形成冲刷坑和鼠洞；沉贯完成后无需后灌浆处理，完全依靠深层土发挥最大承载力，不会造成系泊缆绳松弛。

Description

一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础及施工方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础及施工方法。

背景技术

海洋系泊基础是海洋牧场、海上浮式风电和光伏发电等海上结构的重要基础形式，海洋系泊基础系泊力的大小对系泊结构能否稳定运行有显著影响。现有的海洋基础系泊锚大致分为桩锚、吸力锚、板锚。

桩锚系泊基础是在自升打桩船锤击下进入海床中，通过系泊缆将桩锚和水上结构连接在一起，实现锚固水上结构的目的；由于自升打桩船的升高是有限度的，在深远海无法进行自升打桩船的固定，所以桩锚仅在近浅海较适用，对于深远海桩锚需通过布置打桩架进行施工，其操作复杂且施工成本巨大；在服役过程中，不可避免会在桩锚的周围形成冲刷坑，冲刷坑形成后会使桩锚的承载力显著降低，对水面的结构的正常运行造成巨大的威胁，因此，桩锚在深远海不适用，且服役阶段存在冲刷。吸力锚是一端开口的桶形结构，首先将吸力锚竖直沉到海床表面，吸力锚在自重作用下会沉入海床一定深度，海床土体会使吸力锚内部形成密封空间，然后通过负压泵抽出吸力锚内部的水体，使吸力锚内部形成负压，吸力锚会在外部压力的作用下被压入海床，最后通过系泊缆将吸力锚和水上结构连接在一起，实现锚固水上结构的目的；吸力锚上部桶盖的存在会导致吸力桶不能沉贯到海床平面以下，且对于海域的海床表层大多为淤泥质软土的情况，吸力锚的承载力依靠表层土不能得到充分发挥，如想得到足够的承载力，只能加大吸力锚尺寸，这将会大大增加吸力锚的成本；施工过程中，吸力锚未完全贯入到海床泥面时，需要对吸力锚系泊基础内顶部进行灌浆处理，由于吸力锚有一部分留在海床表面，其改变了吸力锚周围海床原有的流场条件，因此，在吸力锚周围不可避免会形成冲刷坑，冲刷坑的存在会大大降低吸力锚的承载力，对水面结构的正常运行造成巨大的威胁。板锚通过吸力桶进行施工，首先将吸力桶与板锚连接，然后通过吸力桶负压下沉将板锚压入海床中，最后通过系泊缆将板锚和水上结构连接在一起，实现锚固水上结构的目的；板锚系泊基础施工过程中难以使吸力桶内部形成密封，由于增加了侧阻压入海床困难，易在吸力桶周围土体中形成鼠洞破坏（沿吸力桶内壁和外壁形成多条连通的海水渗流通道，导致吸力桶内将不能形成负压而沉贯失败），需要预紧才能发挥最大承载力、需要预紧损失压入深度、需要不定期拉紧系泊缆绳。

因此，亟需一种新式系泊基础，解决现有系泊基础存在的适用范围小、设计成本和施工成本高、不可回收利用、易形成冲刷坑和鼠洞破坏、承载力小等技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，用以解决现有系泊基础存在的适用范围小、设计成本和施工成本高、不可回收利用、易形成冲刷坑和鼠洞破坏、承载力小等技术问题中的至少一个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，所述系泊基础为上下两端贯穿设置的圆筒状结构，所述吸力桶用于产生负压而辅助所述系泊基础沉贯至海床表面以下，所述系泊基础的顶部设有沿周向延伸的环形定位槽，所述吸力桶的底部设有开口并设有沿所述开口周向延伸的环形定位凸起，所述环形定位凸起能够与所述环形定位槽插装配合以限制所述吸力桶和所述系泊基础沿径向方向发生错位移动，所述环形定位槽内安装有用于在所述吸力桶和所述系泊基础之间形成密封的密封垫；所述系泊基础的外侧沿周向间隔设有多个限位管，所述吸力桶的外侧沿周向间隔设有多个加强筋，所述加强筋沿所述吸力桶的轴向方向延伸，所述加强筋的底部设有插装凸起，所述插装凸起在竖直方向上低于所述吸力桶的侧壁，所述环形定位凸起与所述环形定位槽插装配合的同时所述插装凸起插入所述限位管内以限制所述吸力桶和所述系泊基础沿径向方向发生错位移动；所述系泊基础通过缆绳与所述吸力桶连接，所述系泊基础的外侧沿周向间隔设有多个系泊环，所述吸力桶的外侧沿周向间隔设有多个缆绳预紧装置，所述缆绳穿过所述系泊环后的两个自由端被所述缆绳预紧装置收紧而限制所述吸力桶和所述系泊基础沿轴向方向脱离。

本发明所提供的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础还具有以下附加技术特征：

所述限位管设于所述系泊基础侧壁的顶部，所述系泊环设于所述限位管的正下方并与所述限位管间隔设置，所述缆绳预紧装置设于所述吸力桶侧壁的顶部，所述加强筋设于所述缆绳预紧装置的正下方。

所述系泊基础的外侧设有三个所述限位管，三个所述限位管沿所述系泊基础的周向均匀分布；所述系泊基础的外侧设有三个所述系泊环，三个所述系泊环沿所述系泊基础的周向均匀分布。

所述系泊基础的外径小于所述吸力桶的外径，所述系泊基础的内径大于所述吸力桶的内径。

所述密封垫具有与所述环形定位槽的内底壁相适配的密封底边、以及与所述环形定位槽的内侧壁相适配的密封侧边，所述密封底边的厚度大于所述密封侧边的厚度。

所述系泊基础和所述限位管均为钢制结构，所述系泊基础和所述限位管焊接连接。

此外，本发明还提供了一种系泊基础施工方法，用于将如前所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础沉贯至海床表面以下，施工方法包括以下步骤：

S1：对系泊基础进行矫圆处理；

S2：对吸力桶的下端进行矫圆处理后，将吸力桶的环形定位凸起插入到系泊基础的环形定位槽内，同时，将插装凸起插入到限位管中；

S3：将缆绳的自由端穿过系泊基础的系泊环，然后将缆绳两端的自由端与缆绳预紧装置连接，通过缆绳预紧装置收紧缆绳自由端，使系泊基础和吸力桶相互压紧，保持缆绳处于收紧状态，完成系泊基础和吸力桶的拼装；

S4：将拼接完成的系泊基础和吸力桶沉至海床，进行系泊基础的沉贯施工，系泊基础经自重沉贯过程和通过吸力桶负压沉贯过程下沉至海床预设深度后，停止吸力桶的负压沉贯；

S5：操作缆绳预紧装置放松缆绳两个自由端，向吸力桶内加压并向上吊升吸力桶，使吸力桶逐渐脱离系泊基础，将吸力桶吊升至水面并回收，完成系泊基础施工，此时缆绳的两个自由端保留在海床平面，以便后期进行系泊基础的回收。

进一步地，所述的S1为通过矫圆装置对系泊基础进行矫圆处理，所述矫圆装置包括自上至下间隔布置的上定位环和下定位环，所述上定位环的顶部沿周向间隔设有多个矫圆部，所述矫圆部为沿竖直方向延伸的板状结构，所述矫圆部的中部朝向所述上定位环中央凸出以形成圆弧状的矫圆面，所述矫圆部安装有多个万向转动结构，多个所述万向转动结构围绕所述矫圆面布置，所述矫圆面用于对系泊基础矫圆处理，所述下定位环沿周向间隔布置有多个竖向伸缩装置，所述竖向伸缩装置的竖向伸缩杆与所述上定位环相连并能够带动所述上定位环沿竖直方向移动，所述上定位环的顶部沿周向间隔设有多个水平伸缩装置，所述水平伸缩装置的水平伸缩杆与所述矫圆部相连并能够带动所述矫圆部水平移动；所述的S1包括：

S11：将矫圆装置的水平伸缩杆和竖向伸缩杆完全收缩；

S12：将系泊基础吊放到矫圆装置的中心位置，伸长水平伸缩杆使矫圆部的矫圆面与系泊基础外表面接触，对系泊基础与矫圆面的接触位置处进行矫圆；

S13：使竖向伸缩杆往复伸缩移动而使矫圆部进行整个系泊基础的矫圆；

S14：通过竖向伸缩杆进行矫圆部竖向位置调整，使矫圆部的上端与系泊基础的上端齐平，此时矫圆部与系泊基础保持接触状态。

进一步地，所述的S2包括：

S21：在系泊基础的环形定位凹槽内的密封垫上灌满密封胶，并在吸力桶的环形定位凸起的外侧沿周向缠绕密封膜；

S22：对吸力桶的下端进行矫圆处理后，将吸力桶的环形定位凸起插入到系泊基础的环形定位槽内，同时，将加强筋的插装凸起插入到限位管中。

进一步地，所述的S22为通过所述矫圆装置对吸力桶进行矫圆处理，包括：

S221：将吸力桶吊装至系泊基础的正上方，竖直下放吸力桶，当系泊基础上端与吸力桶下端相距预设距离时，停止下放吸力桶，通过竖向伸缩杆向上伸长，使矫圆部缓慢上升，使矫圆部缓慢包裹并矫圆吸力桶的下端，此时矫圆部上端与吸力桶的下端接触且矫圆部下端与系泊基础的上端接触；

S222：旋转吸力桶，使吸力桶的加强筋下端的插装凸起在竖向对准系泊基础外侧限位管，然后使吸力桶向下移动，使吸力桶的环形定位凸起插入到系泊基础的环形定位槽内的同时使插装凸起插入到限位管中；

S223：收缩水平伸缩杆至最短，使矫圆部与系泊基础脱开接触。

由于采用了上述技术方案，本申请所取得的技术效果至少为以下几点：

1.本发明所提供的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，吸力桶和系泊基础通过环形定位凸起与环形定位槽的插装配合、插装凸起与限位管的插装配合、缆绳分别与系泊环和缆绳预紧装置的配合等可拆卸的配合方式，使得系泊基础具有较高的适用性，系泊基础完成泥下沉贯施工后，吸力桶可回收重复利用，同一个吸力桶可对应不同的系泊基础施工，同一直径的吸力桶可根据承载设计，将系泊基础压入不同深度的土层，多锚基础系泊可根据系泊基础施工具体位置的土体，设计不同的高度的系泊基础，且同一吸力桶可将不同高度的系泊基础压入海床中；不同直径的吸力桶，能将不同直径的系泊基础压入海床中，使用多个不同直径的吸力桶，可将不同高度、不同直径的系泊基础压入不同深度的海床土体中，具有很强的近浅海至深远海复杂海床系泊承载适用性。解决了现有以承载力最差的土体为基准所进行系泊基础承载力设计而造成的系泊基础制造成本高的技术问题，同时也解决了以承载力差的土体设计的系泊基础而在承载力好的土体中难以沉贯的技术问题。

2.本发明通过环形定位凸起与环形定位槽的配合，并通过在环形定位槽内设置密封垫，不仅能实现系泊基础和吸力桶连接处的密封，还能在吸力桶内部形成负压，通过吸力桶将系泊基础快速沉贯至海床泥面以下。沉贯结束后，在吸力桶回收时，能通过放开缆绳自由端，简单快捷的实现系泊基础与吸力桶的脱开。而且，本发明通过吸力桶将系泊基础快速沉贯至海床泥面以下，海床土体隔绝了海水对系泊基础周围土体的冲刷，因此，大幅降低了在系泊基础周围造成冲刷坑的可能性。

3.系泊基础是两端开口的圆筒状结构，在系泊基础沉贯完成后，系泊基础与土体是紧密接触的，系泊基础与土体之间不存在间隙，因此，系泊基础与土体之间无需进行灌浆处理。在系泊基础沉贯至足够的深度后，利用深层土体承载，系泊基础与土体也能长时间处于紧密接触状态，使得无需进行预紧使土体与系泊基础紧密贴合，因此，系泊基础沉贯完成后，即可发挥系泊基础的最大承载力，因此，在设计最大承载力范围内，不会发生系泊基础受力滑移而造成系泊缆松弛。此外，系泊基础能贯穿海床表面承载力差的淤泥质粘土，沉入海床泥面以下承载力好的砂土中，依靠深层土承载，可以优化系泊基础尺寸，设计使用低成本、高承载的系泊基础。

4.一方面，加强筋能够起到吸力桶结构加强的作用，能有效防止吸力桶的侧壁在施工过程中发生屈曲；另一方面，通过加强筋底端的插装凸起与系泊基础外侧限位管的插装配合，与环形定位凸起和环形定位槽的配合一起实现吸力桶和系泊基础径向限位，进一步防止吊装二者沉入海底过程中二者发生错动导致连接处密封失效，有效防止系泊基础和吸力桶连接处在施工过程中发生屈曲。

5.在系泊基础的外径小于吸力桶的外径且系泊基础的内径大于吸力桶的内径的基础上，系泊基础和吸力桶拼装后形成由下至上外径由小变大、内径由大变小的结构，使得施工过程中系泊基础和吸力桶不会割裂周围土体，保证了系泊基础和吸力桶与周围土体紧密贴合，避免了系泊基础和吸力桶周围土体中发生鼠洞破坏，能保证系泊基础的正常高效施工。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请中所提供的系泊基础的剖视图一；

图2为图1中A处结构的局部放大图；

图3为本申请中所提供的系泊基础的剖视图二；

图4为本申请中所提供的密封垫的剖视图；

图5为本申请中所提供的吸力桶的剖视图；

图6为图5中B处结构的局部放大图；

图7为本申请中所提供的吸力桶的俯视图；

图8为本申请中所提供的吸力桶和系泊基础所形成的装配组件的局部剖视图；

图9为本申请中所提供的吸力桶和系泊基础所形成的装配组件的剖视图；

图10为本申请中所提供的矫圆装置的结构示意图一；

图11为本申请中所提供的矫圆装置的结构示意图二；

图12为本申请中所提供的矫圆装置的结构示意图三；

图13为本申请中所提供的矫圆装置对系泊基础矫圆状态下的俯视图；

图14为本申请中所提供的矫圆装置对系泊基础矫圆状态的剖视图；

图15为本申请中所提供的矫圆装置对系泊基础和吸力桶矫圆状态下的剖视图；

图16为图8中C处结构的局部放大图；

图17为本申请中所提供的系泊基础在吸力桶的辅助下进行泥下沉贯的过程示意图。

附图标记说明：

1系泊基础，11环形定位槽，12密封垫，121密封底边，122密封侧边，13限位管，14系泊环；

2吸力桶，21环形定位凸起，22加强筋，221插装凸起，23缆绳预紧装置；

3缆绳；

4矫圆装置，41上定位环，42下定位环，43矫圆部，431矫圆面，432万向转动结构，44竖向伸缩装置，441竖向伸缩杆，45水平伸缩装置，451水平伸缩杆；

5密封胶；

6密封膜；

7海床；

8系泊缆。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1至图9所示，本发明所提供的一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，系泊基础1为上下两端贯穿设置的圆筒状结构，吸力桶2用于产生负压而辅助系泊基础1沉贯至海床表面以下。

具体地，如图1、图2、图5、图6以及图8所示，系泊基础1的顶部设有沿周向延伸的环形定位槽11，吸力桶2的底部设有开口并设有沿开口周向延伸的环形定位凸起21，环形定位凸起21能够与环形定位槽11插装配合以限制吸力桶2和系泊基础1沿径向方向发生错位移动，环形定位槽11内安装有用于在吸力桶2和系泊基础1之间形成密封的密封垫12。在优选的实施例中，密封垫12可选用具有弹性且密封性能好的橡胶垫，密封垫12可采用胶粘等方式安装在环形定位槽11内。通过环形定位凸起21和环形定位槽11的配合，实现吸力桶2和系泊基础1径向限位，防止吊装二者沉入海底过程中二者发生错动导致连接处密封失效，且能有效防止系泊基础1和吸力桶2连接处在施工过程中发生屈曲。

再者，如图2、图6和图8所示，系泊基础1的外侧沿周向间隔设有多个限位管13，吸力桶2的外侧沿周向间隔设有多个加强筋22，加强筋22沿吸力桶2的轴向方向延伸，加强筋22的底部设有插装凸起221，插装凸起221在竖直方向上低于吸力桶2的侧壁，环形定位凸起21与环形定位槽11插装配合的同时插装凸起221插入限位管13内以限制吸力桶2和系泊基础1沿径向方向发生错位移动。本领域技术人员能够理解的是，一方面，加强筋22能够起到吸力桶2结构加强的作用，能有效防止吸力桶2的侧壁在施工过程中发生屈曲；另一方面，通过加强筋22底端的插装凸起221与系泊基础1外侧限位管13的插装配合，与环形定位凸起21和环形定位槽11的配合一起实现吸力桶2和系泊基础1径向限位，进一步防止吊装二者沉入海底过程中二者发生错动导致连接处密封失效，有效防止系泊基础1和吸力桶2连接处在施工过程中发生屈曲。

此外，如图1、图3、图5、图7和图9所示，系泊基础1通过缆绳3与吸力桶2连接，系泊基础1的外侧沿周向间隔设有多个系泊环14，吸力桶2的外侧沿周向间隔设有多个缆绳预紧装置23，缆绳3穿过系泊环14后的两个自由端被缆绳预紧装置23收紧而限制吸力桶2和系泊基础1沿轴向方向脱离。通过在系泊环14系缆绳3将系泊基础1与吸力桶2连接在一起，实现在后续吊装、施工过程中防止系泊基础1与吸力桶2沿竖向脱开，以免导致二者连接处密封失效的问题。而且，如图17所示，系泊环14还可用于绑结系泊缆8，进行海上结构和设施的锚固，具体地，可在系泊基础1施工前预先将系泊缆8绑结在系泊环14上，施工时，系泊缆8的下端随系泊基础1一起沉贯至海床泥面以下。

本领域技术人员能够理解的是，本申请所提供的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，吸力桶2和系泊基础1通过环形定位凸起21与环形定位槽11的插装配合、插装凸起221与限位管13的插装配合、缆绳3分别与系泊环14和缆绳预紧装置23的配合等可拆卸的配合方式，使得系泊基础1具有较高的适用性，系泊基础1完成泥下沉贯施工后，吸力桶2可回收重复利用，同一个吸力桶可对应不同的系泊基础1施工，同一直径的吸力桶可根据承载设计，将系泊基础1压入不同深度的土层，多锚基础系泊可根据系泊基础施工具体位置的土体，设计不同的高度的系泊基础，且同一吸力桶可将不同高度的系泊基础压入海床中；不同直径的吸力桶，能将不同直径的系泊基础压入海床中，使用多个不同直径的吸力桶，可将不同高度、不同直径的系泊基础压入不同深度的海床土体中，具有很强的近浅海至深远海复杂海床系泊承载适用性。解决了现有以承载力最差的土体为基准所进行系泊基础承载力设计而造成的系泊基础制造成本高的技术问题，同时也解决了以承载力差的土体设计的系泊基础而在承载力好的土体中难以沉贯的技术问题。

本发明通过环形定位凸起21与环形定位槽11的配合，并通过在环形定位槽11内设置密封垫12，不仅能实现系泊基础1和吸力桶2连接处的密封，还能在吸力桶2内部形成负压，通过吸力桶2将系泊基础1快速沉贯至海床泥面以下。沉贯结束后，在吸力桶2回收时，能通过放开缆绳3自由端，简单快捷的实现系泊基础1与吸力桶2的脱开。而且，本发明通过吸力桶2将系泊基础1快速沉贯至海床泥面以下，海床土体隔绝了海水对系泊基础1周围土体的冲刷，因此，大幅降低了在系泊基础1周围造成冲刷坑的可能性。

其次，系泊基础1是两端开口的圆筒状结构，在系泊基础1沉贯完成后，系泊基础1与土体是紧密接触的，系泊基础1与土体之间不存在间隙，因此，系泊基础1与土体之间无需进行灌浆处理。在系泊基础1沉贯至足够的深度后，利用深层土体承载，系泊基础1与土体也能长时间处于紧密接触状态，使得无需进行预紧使土体与系泊基础1紧密贴合，因此，系泊基础1沉贯完成后，即可发挥系泊基础1的最大承载力，使得在设计最大承载力范围内，不会发生系泊基础1受力滑移而造成系泊缆松弛。此外，系泊基础1能贯穿海床表面承载力差的淤泥质粘土，沉入海床泥面以下承载力好的砂土中，依靠深层土承载，可以优化系泊基础1尺寸，设计使用低成本、高承载的系泊基础1。

作为本发明的一种优化性设计，如图1、图5和图8所示，可以使限位管13设于系泊基础1侧壁的顶部，系泊环14设于限位管13的正下方并与限位管13间隔设置，缆绳预紧装置23设于吸力桶2侧壁的顶部，加强筋22设于缆绳预紧装置23的正下方。本领域技术人员能够理解的是，限位管13设于系泊基础1侧壁的顶部，有助于提升吸力桶2底端的插装凸起221插入限位管13的便捷性，降低插装难度。系泊环14设于限位管13的正下方，加强筋22设于缆绳预紧装置23的正下方，使得加强筋22、限位管13、缆绳预紧装置23、缆绳3、系泊环14基本位于同一竖直线上，缆绳预紧装置23对缆绳3的预紧力使加强筋22底端的插装凸起221牢牢插装在限位管13内，使吸力桶2和系泊基础1的配合更加稳定、可靠，而且，还可以使缆绳3布置在加强筋22的两侧，通过加强筋22对缆绳3进行限位，避免缆绳3游离。

本申请对加强筋22以及与加强筋22所对应的限位管13的数量不做限定，同样也对缆绳预紧装置23以及与缆绳预紧装置23所对应的系泊环14的数量不做限定，作为一种优选实施例，如图1、图3和图7所示，可以使系泊基础1的外侧设有三个限位管13，三个限位管13沿系泊基础1的周向均匀分布，则吸力桶2上设置的与限位管13对应的加强筋22的数量也为三个；系泊基础1的外侧设有三个系泊环14，三个系泊环14沿系泊基础1的周向均匀分布，则吸力桶2上设置的与系泊环14对应的缆绳预紧装置23的数量也为三个，缆绳3的数量也为三根。限位管13、系泊环14的数量均为三个且分别沿系泊基础1的周向均匀分布，加强筋22、缆绳预紧装置23的数量均为三个且分别沿吸力桶2的周向均匀分布，保证吸力桶2与系泊基础1可靠连接，在吸力桶2和系泊基础1拼接完成后的吊装过程中，有效防止吸力桶2和系泊基础1受到侧向碰撞后导致连接处密封失效，在施工过程中，有效防止吸力桶2和系泊基础1连接处发生屈曲破坏。

作为本发明的一种优选实施方式，可以使系泊基础1的外径小于吸力桶2的外径，系泊基础1的内径大于吸力桶2的内径。

本领域技术人员能够理解的是，在系泊基础1的外径小于吸力桶2的外径且系泊基础1的内径大于吸力桶2的内径的基础上，系泊基础1和吸力桶2拼装后形成由下至上外径由小变大、内径由大变小的结构，使得施工过程中系泊基础1和吸力桶2不会割裂周围土体，保证了系泊基础1和吸力桶2与周围土体紧密贴合，避免了系泊基础1和吸力桶2周围土体中发生鼠洞破坏，能保证系泊基础1的正常施工。

作为本发明的一种优选实施方式，如图2、图4和图8所示，可以使密封垫12具有与环形定位槽11的内底壁相适配的密封底边121、以及与环形定位槽11的内侧壁相适配的密封侧边122，密封底边121的厚度大于密封侧边122的厚度。

本领域技术人员能够理解的是，吸力桶2的环形定位凸起21插装入系泊基础1的环形定位槽11后压紧在密封底边121上，在密封底边121的厚度较厚的情况下，既能提升环形定位凸起21与环形定位槽11配合的密封效果，又能防止环形定位凸起21将密封底边121压溃破损。在密封侧边122较薄的情况下，有助于环形定位凸起21顺畅插入环形定位槽11内，还有助于提升环形定位凸起21与环形定位槽11配合的紧密性，防止晃动。

作为本发明的一种优选实施方式，可以使系泊基础1和限位管13均为钢制结构，系泊基础1和限位管13焊接连接。系泊基础1和限位管13均为钢制结构，具有较高的结构强度，降低施工过程中发生屈曲的可能性，也使系泊基础1具有更高的承载力。系泊基础1和限位管13焊接连接，连接强度高，有效防止限位管13从系泊基础1上脱落。

本发明所提供的一种系泊基础施工方法，用于将如前所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础沉贯至海床表面以下，包括以下步骤：

S1：对系泊基础1进行矫圆处理；

S2：对吸力桶2的下端进行矫圆处理后，将吸力桶2的环形定位凸起21插入到系泊基础1的环形定位槽11内，同时，将插装凸起221插入到限位管13中；

S3：将缆绳3的自由端穿过系泊基础1的系泊环14，然后将缆绳3两端的自由端与缆绳预紧装置23连接，通过缆绳预紧装置23收紧缆绳3自由端，使系泊基础1和吸力桶2相互压紧，保持缆绳3处于收紧状态，完成系泊基础1和吸力桶2的拼装；

S4：参考图17所示，将拼接完成的系泊基础1和吸力桶2沉至海床7，进行系泊基础1的沉贯施工，系泊基础1经自重沉贯过程和通过吸力桶2负压沉贯过程下沉至海床7预设深度后，停止吸力桶2的负压沉贯；

S5：操作缆绳预紧装置23放松缆绳3两个自由端，向吸力桶2内加压并向上吊升吸力桶2，使吸力桶2逐渐脱离系泊基础1，将吸力桶2吊升至水面并回收，完成系泊基础1施工，此时缆绳3的两个自由端保留在海床平面，以便后期进行系泊基础1的回收。

本领域技术人员能够理解的是，作为海洋牧场、海上浮式风电和光伏发电等海上结构的重要结构基础，系泊基础和吸力桶尺寸巨大，因此制造过程中存在不可避免的精度问题，系泊基础和吸力桶的截面存在不是绝对圆形截面的可能性，这就导致系泊基础和吸力桶拼接困难。因此，本发明中矫圆系泊基础1的截面对系泊基础1和吸力桶2快速和顺利拼接是十分必要的。完成系泊基础1的矫圆，不仅有利于拼接，还能避免施工过中造成系泊基础1屈曲的问题。

关于对系泊基础1的矫圆处理，在对步骤S1的优化性设计中，如图10、图11和图12所示，可以使所述的S1为通过矫圆装置4对系泊基础1进行矫圆处理，其中，矫圆装置4包括自上至下间隔布置的上定位环41和下定位环42，上定位环41的顶部沿周向间隔设有多个矫圆部43，矫圆部43为沿竖直方向延伸的板状结构，矫圆部43的中部朝向上定位环41中央凸出以形成圆弧状的矫圆面431，矫圆部43安装有多个万向转动结构432，多个万向转动结构432围绕矫圆面431布置，矫圆面431用于对系泊基础1矫圆处理，下定位环42沿周向间隔布置有多个竖向伸缩装置44，竖向伸缩装置44的竖向伸缩杆441与上定位环41相连并能够带动上定位环41沿竖直方向移动，上定位环41的顶部沿周向间隔设有多个水平伸缩装置45，水平伸缩装置45的水平伸缩杆451与矫圆部43相连并能够带动矫圆部43水平移动；所述的S1包括：

S11：将矫圆装置4的水平伸缩杆451和竖向伸缩杆441完全收缩；

S12：将系泊基础1吊放到矫圆装置4的中心位置，伸长水平伸缩杆451使矫圆部43的矫圆面431与系泊基础1外表面接触，对系泊基础1与矫圆面431的接触位置处进行矫圆，参考图13所示状态；

S13：使竖向伸缩杆441往复伸缩移动而使矫圆部43进行整个系泊基础1的矫圆；

S14：通过竖向伸缩杆441进行矫圆部43竖向位置调整，使矫圆部43的上端与系泊基础1的上端齐平，此时矫圆部43与系泊基础1保持接触状态。

具体实施时，可以将矫圆装置4放置在地面上，通过下定位环42给予整个装置可靠支撑，矫圆装置4中央构成容纳系泊基础1的空间，系泊基础1放置在该空间内进行矫圆，系泊基础1可以放置在地面上，当然，为满足高度要求，也可将系泊基础1放置在支撑台等结构上方。竖向伸缩装置44的竖向伸缩杆441用于支撑上定位环41，并能带动上定位环41沿竖直方向移动，从而使上定位环41带动其上安装的水平伸缩装置45和矫圆部43竖直移动，使矫圆部43对系泊基础1不同高度处侧壁进行矫圆。矫圆面431为圆弧状，其贴靠于系泊基础1外表面后，随着矫圆部43沿系泊基础1外表面的滑动，矫圆面431能够对系泊基础1很好地矫圆。通过水平伸缩装置45的水平伸缩缸的伸长或缩短，能带动矫圆部43靠近或远离上定位环41中央移动，使矫圆部43与系泊基础1相贴或相远离，还可以使矫圆部43可以适用并进行不同直径的系泊基础矫圆。图11中示意性地绘示了上定位环41的上方安装有三个矫圆部43的实施例，三个矫圆部43不仅实现系泊基础1的径向限位，而且同步动作可以更快地完成系泊基础1的矫圆过程，当然，在矫圆过程中，还可以通过旋转系泊基础1，使矫圆部43覆盖整个系泊基础1的外表面，实现全面矫圆。

进一步地，在对步骤S2的优化性设计中，可以使所述的S2包括：

S21：在系泊基础1的环形定位凹槽内的密封垫12上灌满密封胶5，并在吸力桶2的环形定位凸起21的外侧沿周向缠绕密封膜6，参考图16所示状态；

S22：对吸力桶2的下端进行矫圆处理后，将吸力桶2的环形定位凸起21插入到系泊基础1的环形定位槽11内，同时，将加强筋22的插装凸起221插入到限位管13中。

具体地，密封胶5可以为具有弹性、不透水、速干、抗压不抗拉的粘结材料，密封胶5涂抹于系泊基础1与吸力桶2连接处，辅助环形定位凸起21和环形定位槽11连接处的密封。密封膜6可以为一种不透水的薄膜，将密封膜6缠绕在环形定位凸起21的外侧，进一步辅助环形定位凸起21和环形定位槽11连接处的密封。参考图16所示状态，在密封垫12上灌满密封胶5且在环形定位凸起21的外侧沿周向缠绕密封膜6后，再依次进行吸力桶2的矫圆过程以及吸力桶2和系泊基础1的拼装过程，拼装完成后，在密封胶5和密封膜6的辅助作用下，实现系泊基础1和吸力桶2连接处的可靠密封，有效地在吸力桶2内部形成负压，促使沉贯过程中吸力桶2将系泊基础1快速沉贯至海床泥面以下。

更进一步地，关于对吸力桶2的矫圆处理，在对步骤S22的优化性设计中，可以使所述的S22为通过矫圆装置4对吸力桶2进行矫圆处理，包括：

S221：将吸力桶2吊装至系泊基础1的正上方，竖直下放吸力桶2，当系泊基础1上端与吸力桶2下端相距预设距离时，此处的预设距离不作限定，例如可以当系泊基础1上端与吸力桶2下端相距5厘米时，停止下放吸力桶2，参考图14所示状态，通过竖向伸缩杆441向上伸长，使矫圆部43缓慢上升，使矫圆部43缓慢包裹并矫圆吸力桶2的下端，此时矫圆部43上端与吸力桶2的下端接触且矫圆部43下端与系泊基础1的上端接触，参考图15所示状态；由于万向转动结构432的存在，可以使矫圆部43轻松沿吸力桶2侧壁向上移动。

S222：旋转吸力桶2，使吸力桶2的加强筋22下端的插装凸起221在竖向对准系泊基础1外侧限位管13，吸力桶2旋转过程中，矫圆部43对吸力桶2的下端实现矫圆，然后使吸力桶2向下移动，使吸力桶2的环形定位凸起21插入到系泊基础1的环形定位槽11内的同时使插装凸起221插入到限位管13中；由于万向转动结构432的存在，可以使吸力桶2轻松相对于矫圆部43进行旋转矫圆。

S223：收缩水平伸缩杆451至最短，使矫圆部43与系泊基础1脱开接触。

本发明所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本发明的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，所述系泊基础为上下两端贯穿设置的圆筒状结构，所述吸力桶用于产生负压而辅助所述系泊基础沉贯至海床表面以下，其特征在于，

所述系泊基础的顶部设有沿周向延伸的环形定位槽，所述吸力桶的底部设有开口并设有沿所述开口周向延伸的环形定位凸起，所述环形定位凸起能够与所述环形定位槽插装配合以限制所述吸力桶和所述系泊基础沿径向方向发生错位移动，所述环形定位槽内安装有用于在所述吸力桶和所述系泊基础之间形成密封的密封垫；

所述系泊基础的外侧沿周向间隔设有多个限位管，所述吸力桶的外侧沿周向间隔设有多个加强筋，所述加强筋沿所述吸力桶的轴向方向延伸，所述加强筋的底部设有插装凸起，所述插装凸起在竖直方向上低于所述吸力桶的侧壁，所述环形定位凸起与所述环形定位槽插装配合的同时所述插装凸起插入所述限位管内以限制所述吸力桶和所述系泊基础沿径向方向发生错位移动；

所述系泊基础通过缆绳与所述吸力桶连接，所述系泊基础的外侧沿周向间隔设有多个系泊环，所述吸力桶的外侧沿周向间隔设有多个缆绳预紧装置，所述缆绳穿过所述系泊环后的两个自由端被所述缆绳预紧装置收紧而限制所述吸力桶和所述系泊基础沿轴向方向脱离；

所述系泊基础的外径小于所述吸力桶的外径，所述系泊基础的内径大于所述吸力桶的内径。

2.根据权利要求1所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，其特征在于，所述限位管设于所述系泊基础侧壁的顶部，所述系泊环设于所述限位管的正下方并与所述限位管间隔设置，所述缆绳预紧装置设于所述吸力桶侧壁的顶部，所述加强筋设于所述缆绳预紧装置的正下方。

3.根据权利要求2所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，其特征在于，所述系泊基础的外侧设有三个所述限位管，三个所述限位管沿所述系泊基础的周向均匀分布；所述系泊基础的外侧设有三个所述系泊环，三个所述系泊环沿所述系泊基础的周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，其特征在于，所述密封垫具有与所述环形定位槽的内底壁相适配的密封底边、以及与所述环形定位槽的内侧壁相适配的密封侧边，所述密封底边的厚度大于所述密封侧边的厚度。

5.根据权利要求1所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础，其特征在于，所述系泊基础和所述限位管均为钢制结构，所述系泊基础和所述限位管焊接连接。

6.一种系泊基础施工方法，用于将如权利要求1-5任一项所述的基于吸力桶泥下沉贯的系泊基础沉贯至海床表面以下，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对系泊基础进行矫圆处理；

S2：对吸力桶的下端进行矫圆处理后，将吸力桶的环形定位凸起插入到系泊基础的环形定位槽内，同时，将插装凸起插入到限位管中；

S3：将缆绳的自由端穿过系泊基础的系泊环，然后将缆绳两端的自由端与缆绳预紧装置连接，通过缆绳预紧装置收紧缆绳自由端，使系泊基础和吸力桶相互压紧，保持缆绳处于收紧状态，完成系泊基础和吸力桶的拼装；

S4：将拼接完成的系泊基础和吸力桶沉至海床，进行系泊基础的沉贯施工，系泊基础经自重沉贯过程和通过吸力桶负压沉贯过程下沉至海床预设深度后，停止吸力桶的负压沉贯；

S5：操作缆绳预紧装置放松缆绳两个自由端，向吸力桶内加压并向上吊升吸力桶，使吸力桶逐渐脱离系泊基础，将吸力桶吊升至水面并回收，完成系泊基础施工，此时缆绳的两个自由端保留在海床平面，以便后期进行系泊基础的回收。

7.根据权利要求6所述的系泊基础施工方法，其特征在于，

所述的S1为通过矫圆装置对系泊基础进行矫圆处理，所述矫圆装置包括自上至下间隔布置的上定位环和下定位环，所述上定位环的顶部沿周向间隔设有多个矫圆部，所述矫圆部为沿竖直方向延伸的板状结构，所述矫圆部的中部朝向所述上定位环中央凸出以形成圆弧状的矫圆面，所述矫圆部安装有多个万向转动结构，多个所述万向转动结构围绕所述矫圆面布置，所述矫圆面用于对系泊基础矫圆处理，所述下定位环沿周向间隔布置有多个竖向伸缩装置，所述竖向伸缩装置的竖向伸缩杆与所述上定位环相连并能够带动所述上定位环沿竖直方向移动，所述上定位环的顶部沿周向间隔设有多个水平伸缩装置，所述水平伸缩装置的水平伸缩杆与所述矫圆部相连并能够带动所述矫圆部水平移动；所述的S1包括：

S11：将矫圆装置的水平伸缩杆和竖向伸缩杆完全收缩；

S12：将系泊基础吊放到矫圆装置的中心位置，伸长水平伸缩杆使矫圆部的矫圆面与系泊基础外表面接触，对系泊基础与矫圆面的接触位置处进行矫圆；

S13：使竖向伸缩杆往复伸缩移动而使矫圆部进行整个系泊基础的矫圆；

S14：通过竖向伸缩杆进行矫圆部竖向位置调整，使矫圆部的上端与系泊基础的上端齐平，此时矫圆部与系泊基础保持接触状态。

8.根据权利要求7所述的系泊基础施工方法，其特征在于，

所述的S2包括：

S21：在系泊基础的环形定位凹槽内的密封垫上灌满密封胶，并在吸力桶的环形定位凸起的外侧沿周向缠绕密封膜；

S22：对吸力桶的下端进行矫圆处理后，将吸力桶的环形定位凸起插入到系泊基础的环形定位槽内，同时，将加强筋的插装凸起插入到限位管中。

9.根据权利要求8所述的系泊基础施工方法，其特征在于，

所述的S22为通过所述矫圆装置对吸力桶进行矫圆处理，包括：

S221：将吸力桶吊装至系泊基础的正上方，竖直下放吸力桶，当系泊基础上端与吸力桶下端相距预设距离时，停止下放吸力桶，通过竖向伸缩杆向上伸长，使矫圆部缓慢上升，使矫圆部缓慢包裹并矫圆吸力桶的下端，此时矫圆部上端与吸力桶的下端接触且矫圆部下端与系泊基础的上端接触；

S222：旋转吸力桶，使吸力桶的加强筋下端的插装凸起在竖向对准系泊基础外侧限位管，然后使吸力桶向下移动，使吸力桶的环形定位凸起插入到系泊基础的环形定位槽内的同时使插装凸起插入到限位管中；

S223：收缩水平伸缩杆至最短，使矫圆部与系泊基础脱开接触。