NO754358L - - Google Patents

Description

"Anordning til beskyttelse mot undergravning av foten av et byggverk som hviler på bunnen av en vannmasse"

Oppfinnelsen angår byggverk som er oppført eller hviler på bunnen av en vannmasse, som f.eks. demninger, diker eller anlegg til sjøs, eksempelvis beholdere, plattform-konstruksjoner til utforskning eller utnyttelse av undersjøiske forekomster eller også vitenskapelige eller meteoroliske anlegg, og hensikten med oppfinnelsen er å gjøre det mulig å skaffe en anordning som beskytter foten av et slikt byggverk mot undergravning forårsaket av sjøgang eller av undersjøiske strømninger.

I norsk patentsøknad nr. 3563/73 av 12.9.1973 har søkerne beskrevet anordninger hvormed man tar sikte på å oppnå dette resultat ved å begunstige dannelsen av strømninger som er rettet mot byggverket i dettes fotsone og vender tilbake til den frie vannmasse i en sone på høyere nivå. Til dette formål bygger man i nærheten av byggverkets fot en perforert vegg eller annen slags gjennomhullet skjerm hvori vannstrømmene undergår et energitap som er asymmetrisk alt etter gjennomstrømningsretningen, eller også en fullstendig neddykket perforert vegg som på sin overside passeres av de strømmer som vender tilbake til den frie vannmasse. Dermed blir den tilbøyelighet til utskylling som vanligvis iakttas ved byggverk til sjøs, erstattet med en tilbøyelighet til ansamling ved foten av byggverket.

Under sine videre studier har søkerne oppdaget at det likeledes lar seg gjøre ved å oppnå en påfyllingseffekt ved i passende avstand fra byggverkets fot å bygge et fullstendig neddykket massivt (altså ikke perforert) gjerde av liten høyde. Det er denne anordning som utgjør gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse.

Denne ansamlingsvirkning kan søkes forklart på følgende måte, skjønt det sier seg selv at oppfinnelsen ikke må forstås som begren-

set til noen som^helst vitenskapelig teori eller hypotese.

På tegningen viser fig. 1 et skjematisk vertikalt tverrsnitt av et overflateparti av et byggverk 1 som er bygget på bunnen 2 av en vannmasse 3 hvori der forekommer sjøgang som forplanter.seg foran byggverket, foran hvilket der er bygget et massivt beskyttelsesgjerde 4. Sjøgangen bevirker på dypet foran byggverket 1 strømninger som skiftvis bringer vannmolekylene til byggverket og fjerner dem fra det, og som avbøyes av gjerdet 4 langs baner som stort sett er tan-gensiale til forsiden av byggverket 1 og er antydet skjematisk ved 5. Overkanten 4a av gjerdet bevirker under virkningen av de innkommen-de og utgående tultSMMie strømninger henholdsvis 6 og 8 hvirvler 7 og 9 som snor seg rundt denne kant, og de vannbevegelser som frembringes av hvirvlene foran gjerdet, 4 får, dersom de når nivået for bunnen 2, tendens til å bringe avleiringer fra bunnen mot byggverkets fot. Forsøk i redusert skala i et basseng underkastet sjøgang har forøv-rig vist at der inntrer en ansammlingseffekt hvis gjerdets høyde er tilstrekkelig liten, men ikke nvis gjerdet er for høyt. Disse for-

søk har også vist at de hvirvler 9 som overkanten 4a av gjerdet frembringer i de vannstrømmer 8 som synker tangensialt langs overflaten av byggverket og avbøyes av gjerdet 4, i tilfellet av passende valg av gjerdets høyde og dets avstand fra foten av byggverket når ned til bunnen 2 av vannmassen i den del av sin bane som er rettet mot foten av gjerdet, og ansamlingseffekten dermed inntrer.

Beskyttelsesanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter således

et massivt gjerde hvis høyde bare er en brøkdel av dybden av vannmassen, og som er bygget parallelt med byggverkets fot mellom denne og den frie vannmasse. Høyden av gjerdet og dets avstand fra byggverkets fot vil i hvert'enkelt tilfelle kunne bestemmes ved forsøk i redusert skala.

Byggverket som skal beskyttes, såvel som beskyttelsesgjerdet

blir fortrinnsvis oppført på et.felles fundament. Ved en utførelses-form blir et byggverk som er oppført på en bunn omtrent 25 m under laveste overflatenivå av et hav, og som i hardt vær kan bli utsatt for en sjøgang med 9 m høyde mellom bølgekam og -dal og en periode på 9 til 13 s, beskyttet med et massivt gjerde som har en høyde av 5 m og er oppført 7 m fra byggverkets fot.

Når byggverket har lukket kontur, omfatter beskyttelsesanordningen fortrinnsvis et sammenhengende gjerde oppført helt rundt dets fot. Ifølge et særtrekk ved oppfinnelsen kan gjerdet, hvis dette og byggverket dessuten oppføres på et felles fundament, være forbundet med byggverket ved et perforert gulv slik at der rundt byggverket fremkommer en slags synkekasse som er utført i ett med det, og hullene i gulvet kan stenges provisorisk slik at kassen danner en flottør under oppførelsen av byggverket i flytende stilling og slepningen av.det til stedet for fullførelse eller oppstilling av det, slik det 'er beskrevet i søkernes patentsøknad 74 1353 av 10.4.1974.

For et frittstående byggverk plasert på en bunn omtrent 100 m under overflaten av et hav hvor der kan forekomme sjøgang med ca. 10 til 3d<*>Q^m mellom bølgekam og -dal, vil høyden av gjerdet kunne ligge mellom ca. 5 og 15 m og dets avstand fra byggverkets fot være omtrent 18 m. Er havdybden 14 0 m, vil høyden av beskyttelsesmuren stadig kunne være mellom ca. 5 og 15 m, men det vil bli bygget omtrent 27 m fra byggverkets fot.

Ifølge et annet særtrekk ved oppfinnelsen blir et byggverk med lukket kontur og dets beskyttelsesgjerde bygget på et felles fundament som lukker tett for bunnen av byggverket og det ringformede rom mellom dettes fot og gjerdets. Dette ringformede rom kan dermed tjene som flottør, da man etter å ha bygget fundamentet, gjerdet og en ansats til byggverket i et tørrlagt basseng, fortsetter oppfør-elsen av byggverket mens det flyter i sjøen. Det er da gunstig å gi gjerdet tilstrekkelig høyde til at dets overkant ikke kommer i høyde med vannspeilet før den oppførte del av byggverket får tilstrekkelig høyde til å kunne danne en flottør som er istand til å bære vekten av konstruksjonen. I de ovennevnte eksempler på byggverk som skal hvile på havbunnen i 100 til 140 meters dyp, vil man fortrinnsvis velge en høyde av gjerdet i nærheten av 15 m.

I tilfellet av et gjerde som omgir et byggverk med lukket kontur, kan det være gunstig å gi gjerdet en uregelmessig høyde, f.eks. en høyde som skiftevis tiltar og avtar slik at gjerdets overkant går i bølger. I områdene i nærheten av ekstremene av murens diameter loddrett på sjøgangens forplantningsretning fremmer man dermed dannelsen av skiftende sentripetale og sentrifugale strømninger som frembringer hvirvler med påfyllende effekt.

Den følgende beskrivelse, hvor der henvises til tegningen, som anskueliggjør ikke-begrensende eksempler, vil gjøre fordelene ved oppfinnelsen og måten den kan utføres på, godt forståelige. Alle særtrekk som fremgår av tekst og/eller tegning, omfattes selvsagt av oppfinnelsen. Fig. 1 er den skjematiske skisse som ble omtalt i innledningen til denne beskrivelse. Fig. 2 viser vertikalt tverrsnitt av et parti av et byggverk forsynt med beskyttelsesgjerde i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 3 viser perspektivisk og delvis gjennomskåret etter linjen III-III på fig. 4, et byggverk med lukket kontur og forsynt med en beskyttelsesanordning utført i samsvar med oppfinnelsen og utformet som senkekas se. Fig. 4 viser horisontalt snitt etter linje IV-IV på fig. 3. Fig. 5'viser perspektivisk og med et stykke bortbrukket, den nedre del av et byggverk som er bestemt til å hvile på en bunn på 100 m dyp eller mer.

På fig. 2 ses forpartiet av et massivt bygg ork 10, f.eks.et dike, som er bygget på bunnen 11 i havkanten, hver havflatens laveste nivå 12 er omtrent 25 m over bunnen 11. De iakttatte bølger i hardt vær på stedet for byggverket har en midlere høyde av størrelsesor-den 9 m, målt fra kam til dal, og en periode av 9 til 13 s. Foten av byggverket 10 er fortsatt'i retning ut mot havet med en bunnplate 13 som hviler på bunnen 11, og på hvilken der i 7 m avstand fra byggverket 1 er oppført-et gjerde 14 med en høyde av 5 m.

Fig. 3 og 4 viser en konstruksjon i form av et tårn 15 som har buktet kontur og er oppført på et ringformet fundament 16, og som bærer en plattform med to dekk 17 og 18 bestemt til å bære installasjoner til sjøs, f.eks. anlegg til utforskning eller utnyttelse av undersjøiske hydrokarbon-forekomster eller også vitenskapelige eller meteorologiske installasjoner. Tårnet 15-har en buktet ytter-vegg 19 hvis geometriske form setter seg sammen av fire vertikale sylindriske seksjoner som skjærer hverandre langs generatriser. Veggen 19 er tilstrekkelig tykk eller forsterket med (ikke viste) av-stivninger til å bli istand til å understøtte dekkene 17, 18 hos plattformen og dennes (ikke viste) installasjoner på stabil måte når fundamentet 16 hviler på havbunnen, som er betegnet med 2 0 på fig. 3. En del 21 av veggen 19, beliggende mellom høyeste og lavestevannflatenivå på stedet hvor konstruksjonen skal stå, er perforert med hull 21a bestemt til å redusere trykket av bølgeslagene mot kontruksjonen. Dekket 17 hviler på toppen av veggen 19 og bærer dekket 18 via en rekke stolper 22. Vannflaten kan på et gitt tidspunkt f.eks. ligge i nivå 23 på fig. 3.

På fundamentplaten 16 er der helt rundt veggen 19 oppført et massivt sirkelrundt gjerde 24 som litt nedenfor sin overkant 25 er forbundet med veggen 19 ved en horisontal gulvplate 26 forsynt med hull 27. Er konstruksjonen f.eks. bestemt til å installeres på en bunn i en dybde av størrelsesorden 20 til 30 m på et sted hvor bølgene kan nå en høyde på ca. 10 m fra kam til dal, vil gjerdet 24 , som i utførelsesform på fig. 2, kunne ha en høyde av størrel-sesorden 5 m og stå i en avstand av omtrent 6 til 7 m fra veggen 19.

Ikke viste midler, f.eks. stengeanordninger i. likhet med dem som er beskrevet i den ovennevnte patentsøknad 74 1353, er anordnet for forbigående å stenge hullene 27 slik at veggen 26 sammen med gjerdet 24 og bunnplaten 16 vil danne entett synkekasse 28 som omgir bunnen av konstruksjonen og er utført i ett med denne, så den kan tjene som flottør under fullførelsen av byggingen av konstruksjonen og slepningen av denne, slik det likeledes er beskrevet i den nevnte søknad, hvoretter man fjerner stengeanordningene for å la kassen 28 fylle seg og konstruksjonen synke ned på bunnen. Deretter kan man tynge konstruksjonen med ballast ved hvilke som helst egnede midler for å sikre at den blir stående støtt.

Fig. 5 viser den nedre del av en tårnformet konstruksjon 29 som er bestemt til å installeres på stort dyp for å bære en plattform,

i likhet med den på fig. 3, over vannflatén. Konstruksjonen eller foten er forsynt med et fundament som utenfor tårnet 29 omfatter en ringformet bunnplate 30 som beskyttelsesgjerdet 31 er oppført på,

og i det indre av tårnet en bunnplate 32 som er løftet opp i forhold til den ringformede plate 30 for ikke selv å hvile på bunnen, hvorved denne blir sterkere belastet på trykk. Bunnen står således under trykk på hele det areal som er i kontakt med den ringformede bunnplate 30, og man unngår således enhver løftning av denne under virkningen av veltende momenter som virker på konstruksjonen på oppstill-ingsstedet i havet.

Gjerdet 31 er forbundet med veggen av tårnet 29 ved en rekke vertikale radialtstilte avstivningsvegger 33 som gir en meget robust innspenning av tårnet ved fundamentet som utgjøres av bunnplaten og gjerdet 31. Dette fundament gir en meget stor standflate for tårnet 29 på havbunnen og dermed stor stabilitet. Høyden av gjerdet 31 er ikke konstant langs hele omkretsen, idet dets overkant følger en rekke girlandelinjer eller konkave kurver 34, hvis høyeste punkter 35 befinner seg ved endene av avstivningsveggene 33.

Når konstruksjonen hviler på bunnen av et hav med sjøgang som forplanter seg i retningen for pilen F, vil de deler av overkanten av gjerdet 31 som befinner seg i nærheten av et diametralplan perpen-dikulært på retningen av denne pilen F, avbøye de av sjøgangen for-årsakede strømninger for å gi avbøyede, skiftevis sentripetale og sentrifugale strømninger henholdsvis 36 og 37, som kommer og går over toppen av gjerdet, som de strømninger som er avbøyd av dette i dets frontale parti 38 og dermed likeledes fremkaller en påfyllingseffekt.

Konstruksjonen er bestemt til å stilles på bunnen 100 m eller mer under overflaten av et hav hvor der kan forekomme sjøgang med 10 til 30 m høydeforskjell mellom bølgekam og -dal, og gjerdet 31 har en høyde mellom ca. 12 m (på de laveste punkter av de konkave kurver eller girlandelinjer 34) og ca. 15 m (i de høyeste punkter 35).

Den radiale avstand AR mellom tårnet 29 og gjerdet 31 vil være av størrelsesorden 18 m hvis dybden av bunnen som konstruksjonen skal hvile på, er av størrelsesorden 100 m. Er dybden av størrelsesorden 140 m, blir avstanden AR av størrelsesorden 27 m.

Det indre av tårnet 29 er avstengt tett i bunnen med platen

32, og det ringformede rom 39 mellom tårnet og gjerdet 31 (et rom som er inndelt i sektorer ved avstivningsveggene eller skottene 33) er tett lukket i bunnen med platen 30. Oppførelsen av konstruksjonen utføres ved en fremgangsmåte i likhet med dem som er beskrevet i søkernes søknader nr. 74 2661 av 19.7.1974 og 74 3642 av 9.10.1974.

Etter å ha bygget gjerdet 31 og en ansats til tårnet 29 hvil-ende på fundamentet i et tørrlagt basseng, sjøsetter man den således byggede del av konstruksjonen og fløter den til et skjermet sted med tilstrekkelig dybde, hvor oppførelsen av byggverket fortsettes mens det flyter. Under den første fase av denne del av byggearbeidet bæres konstruksjonen av den flottør som utgjøres av det indre volum av tårnet og det ringformede rom 39, og etterhvert som arbeidet skrider frem, synker flottøren ned i vannet. Der inntreffer et tidspunkt da vannflaten når de laveste steder av kurvene 34. Vannet fyller dermed det ringformede rom 39 slik at neddykningen øker brått. Man må unngå at konstruksjonen under oppførelsen synker ned i vannet helt til toppen av den oppførte del av tårnet, så denne del må ha en tilstrekkelig flyteevne, altså en tilstrekkelig høyde. Som det kan kontrolleres ved enkel beregning, er høyden av den oppførte del av tårnet en lineært tiltagende funksjon av høyden av de laveste punkter av kurvene 34 over fundamentet.

Med andre ord, betegner man som "fotparti" av tårnet 29 det stykke som strekker seg opp fra den ringformede bunnplate 30 til nivået for de laveste punkter av kurvene 34, som "mellomparti" det stykke som strekker seg fra fotpartiet til nivået for hva som i det følgende betegnes som toppen av den oppførte del av tårnet, og som "topparti" det stykke som bæres av mellompartiet og når opp over vannflatens nivå, vil konstruksjonen under oppførelse synke ned i vannet til toppen av det oppførte parti av tårnet hvis deplasementet av det "skrog" som dannes av bunnplaten 32, fotpartiet og mellompartiet, tilsvarer vekten av den allerede oppførte konstruksjon (omfatt-ende fundament, gjerde, bunnparti og mellomparti). For at konstruksjonen under oppførelse ikke skal synke til bunns, er det således nødvendig at gjerdet 31 får slik høyde at deplasementet av det skrog som utgjøres av fundamentet, fotpartiet og gjerdet, minst tilsvarer den ovenfor angitte vekt.

Det er av denne grunn at det er gunstig å gi denne høyde en verdi i nærheten av 15 m, skjønt det ville være nok å gi den en verdi av omkring 5 m for å oppnå den ønskede påfyllingseffekt.

Det ses således at man ved å tilføye tårnet 29 gjerdet 31, som hviler på fundamentet og er forbundet med tårnet ved skott 33, oppnår tre gunstige virkninger, nemlig å beskytte' foten av tårnet mot undergravning,, forbedre stabiliteten av konstruksjonen når den hviler på bunnen, og forbedre dens flyteevne under oppførelsen i flytende tilstand.

Claims (11)

1. Anordning til beskyttelse mot undergravning av foten av et byggverk som hviler eller er oppført på bunnen av en vannmasse, omfatt-ende en skjerm som strekker seg ubrutt og stort sett parallelt medb yggverkets fot i en viss avstand fra denne, regnet i retning mot vannmassen, karakterisert ved at skjermen utgjøres av et massivt gjerde som strekker seg opp fra havbunnen til en høyde som bare utgjør en liten brøkdel av vannmassens dybde, slik at gjerdet som helhet er dypt neddykket i vannet.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved ; at høyden av gjerdet og dets avstand fra byggverkets fot er tilmålt i slik at de hvirvler som toppen av gjerdet frembringer i de vannstrøm-j mer som synker tangensialt til byggverket og avbøyes av gjerdet, når j ned til bunnen av vannmassen i den del av sin bane som er rettet mot ! foten av gjerdet.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at byggverket som skal beskyttes, og beskyttelsesgjerdet er oppført på et felles fundament.

4. Anordning som angitt i ett av kravene .1-3, til å beskytte foten av et byggverk med lukket kontur, karakterisert ved at beskyttelsesgjerdet strekker seg sammenhengende rundt byggverkets fot.

5. Anordning som angitt i et av kravene 3-4', karakterisert ved at gjerdet er forbundet med byggverket ved et perforert gulv slik at det danner en kasse som strekker seg rundt og går i ett med byggverkets fot, og at hullene i gulvplaten kan stenges provisorisk for å la kassen danne flottør under oppførelsen av byggverket i flytende tilstand og slepningen av det til stedet for full-førelse eller oppstilling.

6. Anordning som angitt i krav 3 og 4, karakterisert ved at fundamentet lukker tett for bunnen av byggverket og det ringformede rom mellom dettes fot og gjerdet, og at dette har tilstrekkelig høyde til at dets overkant, mens oppførelsen av byggverket i flytende tilstand pågår, ikke kommer under vannflaten før den oppførte del av byggverket har fått tilstrekkelig høyde til at den kan danne en flottør som kan bære vekten av den byggede konstruksjon.

7. Anordning som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at gjerdet er forbundet med byggverket ved radialtstilte avstivningsplater.

8. Anordning som angitt i et av kravene 4-7, karakterisert ved at gjerdet har uregelmessig høyde, særlig en høyde som skiftvis tiltar og avtar, slik at gjerdets overkant danner gir-landeformede kurver.

9. Anordning som angitt i et av de foregående krav, til å beskytte foten av et byggverk som er oppført på eller bestemt til å hvile på bunnen av en vannmasse som har en dybde av størrelsesorden 25 m og kan bli utsatt for sjøgang med en høydeforskjell på et titalls meter fra bølgekam til -dal, karakterisert ved at høyden av beskyttelsesgjerdet er av størrelsesorden 5 m og dets avstand fra byggverkets fot er av størrelsesorden 7 m.

10. Anordning som angitt i et av kravene 1-8, til å beskytte foten av et byggverk bestemt til å hvile på bunnen av en vannmasse som har en dybde av størrelsesorden 100 m og kan bli utsatt for sjøgang med en høydeforskjell på omtrent 10 til 30 m mellom bølgekam og -dal, karakterisert ved at beskyttelsesgjerdets høyde er omtrent 5 til 15 m og dets avstand fra byggverkets fot er omtrent 18 m.

11. Anordning som angitt i et av kravene 1-8, til å beskytte foten av et byggverk bestemt til å hvile på bunnen av en vannmasse som har en dybde av størrelsesorden 140 m og kan bli utsatt for sjøgang med en høydeforskjell på omtrent 10 til 30 m mellom bølgekam og -dal, karakterisert ved at høyden av beskyttelsesgjerdet er omtrent 5 til 15 m og dets avstand fra byggverkets fot er omtrent 27 m.