CN207749530U - 自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台 - Google Patents

Abstract

自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台，其特征是沉垫为封闭钢箱体，顶面设带密闭盖的兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管，在封闭箱体四侧面设钢裙板，并且各装置一对吊耳，箱体底面铺设水力喷射管，水力喷射管纵向与沉垫将来就位时移动方向垂直，喇叭口的锚桩套筒排列放置在四角，桩脚套筒焊接在顶板对应的位置上，上部结构支承的钢柱插入钢柱套筒，套筒环形空间内注高强微胀砂浆，上部结构借助橡胶气垫及柱上部插销作气垫浮托法安装。本专利阐明的方法可以代替吹填快速建造各类建筑。

Description

自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台

技术领域

本实用新型涉及一种自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台，属于水下工程及海洋工程领域。

背景技术

重力式沉垫基础的平台简称沉垫式平台，是海洋石油移动式平台的重要类型，沉垫结构主要由二部分组成，一是封闭箱体组成的沉垫，沉垫的封闭箱体可分为若干分隔的小舱室，一部分为压载舱，一部分为可变浮力舱，另一部分为入土较深的裙板，重力式沉垫基础的平台就位后往可变浮力舱注水，通过沉垫的重力及裙板插入土中让平台稳定，这种形式结构同样适合各类水工构筑物基础。其最大优点是自安装及可移动性，即将可变浮力舱注水排除，沉垫可再浮起迁移。由于是重力式基础，即重力是基础稳定的前提，所以要求沉垫有相当的体量，这就产生工程量大，成本高的问题，另外要求坐落的海床能提供较好的摩阻力，若能去除工程量大，成本高及对海床地质要求高的缺点，又保留其自安装并可移动的优点，无疑对各类水工构筑物的建设是有重大意义的。

本专利发明人在国内最早成功解决沉垫式平台抗滑移问题，也就是成功地用重力式沉垫基础支承海洋平台，该平台(编号为“渤海六号”)在风速达52m/s超强台风正面袭击下，即使平台设备被摧毁，但平台没有任何位移，保护了油井井管的安全，其理论及实操经验发表在国际会议论文中，并向会议宣读(详参考文献1)。

本专利发明人有多项类似的发明，如专利文献2、3、4，都使用了锚桩、喷管、混凝土加重等形式增加桩的承载力，在专利文献4“.带水力冲刷助沉及加固地基设置的水下杯形基础”中提出水力冲刷助沉的技术措施，因此，综合“渤海六号”海洋平台抗滑移经验，并组合这些专利就有可能创造出新型沉垫，以对传统的重力式沉垫基础及水工构筑物基础的加以改进，令其特别适用于潮间带软地基，及30m水深内建造海洋构筑物的要求。

参考文献：

1.“Outlines and Structural Features of the Simple DevelopmentEngineering forW10-3 North Marginal Oil Field(SPE 29918)” 古国维，林冠群，张东元

2.“中心井悬挂式钻井基盘” 专利号：02249103 发明人：古国维

3.“重力式锚桩基盘” 专利号：ZL 201320074320.2 发明人：古国维

4.“.带水力冲刷助沉及加固地基设置的水下杯形基础”

专利号：ZL 201020276443.0 发明人：古国维

5.“打入式水下锚桩” 专利号：2013200734341.4 发明人：古国维

6.“子母式锚桩” 专利号：201320111699.X 发明人：古国维

发明内容

本实用新型的目的是借助重力式沉垫基础的概念，去除常规重力式沉垫基础大体量，工程量大，成本高及对海床地质要求高的缺点，又保留其自安装并可移动的优点，采用一系列操作性强，有实际工程佐证，特别是规避大型浮吊及作业船，从而大幅降低高昂的海上安装费用的技术，所采用的技术方案是：

1.沉垫为封闭钢箱体，顶面设带密闭盖的兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管，在封闭箱体四侧面设钢裙板，箱体底面铺设水力喷射管，水力喷射管纵向与沉垫将来就位时移动方向垂直，喇叭口的锚桩套筒排列放置在四角，需安装的海洋构筑物桩脚套筒，焊接在顶板对应的位置上，桩脚套筒在封闭箱体高度焊接二至三层放射状锚固钢筋网，封闭箱体四侧面各装置一对吊耳。

2.沉垫就位设计为浮拖法施工，即前方一拖轮系缆在封闭箱体前侧面吊耳上，两侧各布置两条辅助作业船，辅助作业船系缆各挂在箱体侧面吊耳上，这样就可保证沉垫平稳地沿设计航线前进，到达就位区后，五艘工作船分别下锚，在高精度GPS指引下，各船通过收锚、放锚缓慢地把沉垫准确地定位及确定朝向，然后往舱内注水让其缓慢地下潜，此时五艘工作船仍起到平稳下潜正确就位的作用。

3.沉垫就位后，a.用于考虑迁移使用的沉垫则从兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管注砂，最好是铁矿砂，用于潮间带软地基建筑海洋构筑物的则先吸淤排淤，根据现场情况往舱底吸淤排淤及灌砂，用这样办法调平沉垫。b.喷射管在潮间带沉垫拖进时喷水助移，就位稳定后喷射管改注海工砂浆以加固地基。c.用于潮间带软地基建筑海洋构筑物时，则从兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管注混凝土，形成钢与混凝土混合式沉垫基础，d.最后从锚桩套筒打入锚桩并在套筒环形空间内注高强微胀砂浆固定，有条件的话推荐采用本人已受权的专利“打入式水下锚桩”专利号：2013200734341.4参考文献5里的锚桩，相关操作参考文献3“重力式锚桩基盘”专利号：ZL 201320074320.2，操作至此，沉垫安装结束，可提交海洋构筑物建造。

4.海洋构筑物建造的竖向支承柱，插入钢柱套筒，套筒环形空间内注高强微胀砂浆固定，套筒与封闭箱体支承钢梁可靠焊接，并沿柱环向焊不少于两排锚固钢筋网，插入的钢柱推荐钢管混凝土柱形式，即柱内放置钢筋笼，用顶升法从下而上灌注混凝土，然后按常规办法建造上部结构，或借助橡胶气垫及柱上部插销作气垫浮托法安装，上部结构支承在钢柱上部插销上，与柱连接部件用高强螺栓连接，最后撤走橡胶气垫。

本设计的原理是对于基底面积较大的沉垫式基础，垂直支承一般容易满足，主要矛盾是抗滑移，即基础应提供足够的水平支承力，防止沿基础底面或底面下卧层发生滑移，上述的几个措施均可有效地保证此目标。本实用新型的另一优点是保留了自安装并可移动的特点，并为锚桩的打入创造了插入及扶正条件，而沉垫就位后注砂/混凝土后形成的重力又有利于钢裙板贯入土中，对潮间带软地基起到分隔淤泥作用。通过兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管实现上述功能是一大创新，其布置方式又有利于沉垫调平，本实用新型可广泛应用于各水工构筑物基础，如波能发电装置基础，海上风电基础，平台及浮岛基础，在潮间带更可以代替吹填快速建造各类建筑，包括高层建筑，而沉垫及上部结构的自安装，对于在30m水深内建造渔业养殖基地，休闲平台，甚至各类科研及军事用途的海洋构筑物有重要价值。

附图说明

图1.沉垫顶面平面示意图，特别表述了锚桩套筒，兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管、喷射管、侧壁吊耳的合理布置；

图2.沉垫底面平面示意图，特别表述了兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管、喷射管的合理布置；

图3.喷射管布置轴测示意图，特别表述了喷射管喷嘴朝前下方；

图4.结构梁柱及裙板布置示意图；

图5.为1-1剖面剖视图，特别表述了结构梁柱，顶板及底板以及裙板相互关系；

图6.为D放大图，表述了裙板构造示意图；

图7.为A放大图，表述了锚桩套筒构造，该锚桩套筒沿袭了海洋石油平台群桩套筒做法；

图8.为锚桩套筒插入锚桩后，锚桩套与锚桩通过套筒环形空间内注高强微胀砂浆固定，该方法沿袭了海洋石油平台群桩套筒与群桩固定方法；

图9.为B放大图，表述了钢柱套筒构造，该钢柱套筒沿袭了海洋石油导管架做法，钢柱与钢柱套筒通过套筒环形空间内注高强微胀砂浆固定；

图10.为C放大图，表述了兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管构造，不同功能通过不同位置单向阀实现；

图11.沉垫浮拖示意图，特别表述了用于建造平台的自安装方法；

图12.沉垫就位示意图，特别表述了用于建造平台的自安装方法，这里采用的是气垫浮托法，类似的浮托法如用船浮托，在海洋石油中已普遍采用，以规避昂贵的大型浮吊的作业；

图13.沉垫就位后示意图，表述了沉垫注砂、打锚桩、地基加固、用浮托法把上部结构支承在钢柱上部插销上，然后与柱连接部件高强螺栓连接，最后撤走橡胶气垫。

其中：1.沉垫顶板，2.沉垫底板，2.沉垫侧壁板，4.沉垫钢柱，5. 沉垫钢梁，6.钢裙板，601.钢裙板加强板，7.锚桩套筒总成，701.喇叭口1型，702.定位环，703导向板，704.橡胶板封板，705橡胶板封板压环，8. 钢柱套筒总成，801.喇叭口2型，802.定位环2型，803导向板2型，804. 锚固用钢筋网，805钢柱套筒连接加固板，9.兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管总成，901.主管体，902.支管体，903.主管体总单向阀，904.支管体单向阀， 905.主管体底单向阀，10.喷射管总成，1001.水平管体.1002.竖向管体， 1003.喷嘴，1004.管阀，11.带密封盖板的人孔，12.吊耳，13.锚桩.14.钢柱，1401.钢柱定位销15.注浆管阀，16.高强微胀砂浆，17.平台上部结构， 18.气垫。

具体实施方式

由于本实用新型沿袭了传统钢质框架及箱体的基本构造，易于制作，加上图纸又作了清晰交代，只要认真按图施工即可，但应十分注意下列几点：

1.保证结构的气密性，因此，沉垫的顶板1、底板2、侧壁板3的钢板应选用可焊性好的低碳钢，焊缝均要作磁粉探伤，对外开口的带密封盖板的人孔11，其盖子要做到真正密封，由于不需要多次开启，可用带密封胶条的固定式盖板用螺栓固定。

2.四侧壁板吊耳12的制作：这类构件受力大，损坏影响大，在海洋工程构件分类中属特类及一类，吊耳12“落脚”处要作特别的加强，焊后要作超声波探伤检查，网箱制作受成本所限，不可能套用海洋工程要求，但下述要求是合理，可行的，制作中应严格遵守：

严格遵守建造程序，材料选择上应选择可焊性好的钢材，在焊接环节上应有完善的焊接程序，焊缝检测程序，焊接人员应持合格的焊工证书，严禁无证或等级不够人员施焊。

3.锚桩13插入锚桩套筒总成7后，锚桩套与锚桩通过套筒环形空间内注高强微胀砂浆 16固定，该方法沿袭了海洋石油平台群桩套筒与群桩固定方法，这里有一个关键部件-橡胶板封板704必须采用专用产品，其特点是插穿该橡胶板封板后，橡胶板遗留部分能紧抱锚桩起分隔作用，钢柱套筒8与钢柱14通过套筒环形空间内注高强微胀砂浆16固定，但不需要橡胶板封板704。

4 钢材的防腐蚀有多种方案可供选择，可由使用年限及业主要求来确定，在这里推荐采用船用富锌环氧基油漆作重防腐，所谓重防腐是指钢材表面处理及漆膜厚度比一般陆上钢结构要求要高。

5.沉垫制作应选在可拖运下水的海岸，这样在陆上完成沉垫制作后，用海洋石油几千吨平台拖运上驳船方法，用卷扬机一寸一寸地推移下水，前方一拖轮系缆在封闭箱体前侧面吊耳上，两侧各布置两条辅助作业船，辅助作业船系缆各挂在箱体侧面吊耳上，这样就可保证沉垫平稳地沿设计航线前进，到达就位区后，五艘工作船分别下锚，在高精度GPS指引下，各船通过收锚、放锚缓慢地把沉垫准确地定位及确定朝向，然后往舱内注水让其缓慢地下潜，最后注砂或加固地基，打入锚桩。本实用新型提供了沉垫浮拖及平台甲板气垫浮托方案，但这只是一种经济的解决方案，不反对使用驳运及浮吊吊装方案。

Claims (3)

1.自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台，其特征是沉垫为封闭钢箱体，顶面设带密闭盖的兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管，在封闭箱体四侧面设钢裙板，并且各装置一对吊耳，箱体底面铺设水力喷射管，水力喷射管纵向与沉垫将来就位时移动方向垂直，喇叭口的锚桩套筒排列放置在四角，桩脚套筒焊接在顶板对应的位置上，上部结构支承的钢柱插入钢柱套筒，套筒环形空间内注高强微胀砂浆，上部结构借助橡胶气垫及柱上部插销作气垫浮托法安装。

2.根据权利要求1所述的自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台，其特征是顶面设置兼有注水、抽淤、注砂、注混凝土的井管总成，在井管总成主管体上端、下端各装设管阀，同时焊有支管体，在支管体端亦装设管阀。

3.根据权利要求1所述的自安装组合锚桩及加固地基的沉垫式基础平台，其特征是喇叭口锚桩套筒与封闭箱体支承钢梁可靠焊接，并沿柱环向焊不少于两排锚固钢筋网。