NO862200L

NO862200L - Undervannsfundamenteringselement og anvendelse av dette.

Info

Publication number: NO862200L
Application number: NO862200A
Authority: NO
Inventors: Bo Anders Andreasson
Original assignee: Offshore Ab J & W
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1986-07-03
Also published as: SE8405613L; EP0236327A1; WO1986002966A1; CA1251939A; US4733993A; SE8405613D0; BR8507275A; SE445473B; NO862200D0; AU5097485A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et flerebruks undervannsfundamenteringselement. I grunnen består fundamenteringselementet av et tak og et system av vegger som avgrenser et antall celler. Taket er flatt eller svakt kuppelformet over hver celle. Fundamenteringselementet omfatter evakueringsinnretninger for fjernelse av vann som er innestengt i cellene og det er beregnet å bli plassert på sjøbunnen med veggene fullstendig inntrengende ned i sjøbunnlaget på en slik måte at elementtaket er så godt som i nivå med bunnslammet.

De prijmære anvendelser av fundamenteringselementet er:

"som et forankringslegeme i hvilken anvendelse elementet opptar sideveis fortøyningsbelastninger, f.eks. fra en flytende konstruksjon/plattform, eller strekkbelastninger, f.eks. fra en strekkbenplatt-f orm;

som forhåndsinstallert undervannsbasis ved hvilken anvendelse elementet tjener som et basiselement på hvilket undervannsinstallasjoner eller faste overvannskonstruksjoner er montert.

Tidligere kjente installasjoner for forankrings- og under-vannsfundamenteringsformål er tidligere utformet for det

ene eller det andre av de ovennevnte antydede formål. Forankringsutstyr utformet for å oppta sideveis belastninger er forskjellig fra utstyr utformet for å oppta strekkbelastninger. Ulempene ved tidligere kjente installasjoner er betydelige, hvilket vil fremgå av det etterfølgende.

Tidligere kjent forankringsutstyr kan inndeles i de som er utformet for å oppta sideveis belastninger og de som er utformet for å oppta strekkbelastninger. Konvensjonelt fortøyde, halvt neddykkbare plattformer er representative for det første slag og strekkbenplattformer for det siste slag.

Når det gjelder sideveis belastninger, omfatter tidligere kjent forankringsutstyr utformet for dette formål, selvinntrengende sjøankere, enkeltpeler, pelede forankrings-konstruksjoner, gravitasjonsankere og sugepeler.

Konvensjonelle selvinntrengende sjøankere har flere ulemper, spesielt når det gjelder sikker ytelse og tilgjengelighet for inspeksjon. For eksempel kan ikke kjeder/wirer og forbindelser bli inspisert. I tillegg er den installerte posisjon for ankeret i de fleste tilfeller ikke bestemt. Mangelen av en slik vital informasjon som ankerets inn-trengnjjtngsdybde og ankerets helling, gjør forutsigelse av ankerets ytelse meget vanskelig og uviss.

Når enkeltpeler blir brukt i myk sjøbunn, kan kjettingen/ wiren til ankeret ikke forbindes med den øvre ende av pelen. I stedet må den bli tilkoplet ved et nivå under bunnslammet. Resultatet er at det blir umulig å inspisere kjettingen/ wiren og dens forbindelser.

Pelede konstruksjoner (templates) som er forankringsutstyr av høy kvalitet for sideveis belastninger og tillater lett inspeksjon av kjetting/wire og alle forbindelser, er meget dyre.

Andre typer av forankringsutstyr for sideveis belastning, er gravitasjonsankere. Disse ankerkonstruksjoner blir plassert på sjøbunnen og den nødvendige forankringsfunksjon frembringes ved hjelp av vekten. Gravitasjonsankere tilveiebringer meget effektiv forankring, men de er i seg selv tunge og således dyre å behandle. Ved å nytte tung ballast som tilføres etter installeringen, kan deres vekt reduseres. Sugepeler består av korte enkeltpeler med stor diameter, hvilke er installert på en slik måte at de trenger inn i sjøbunnlaget ved hjelp av sug. Ankere av denne type er beskrevet f.eks. i US-pat. 3.469,900, GB-pat.2.097.739 og

NO-pat. 144.379.

Det mest viktige tidligere kjente forankringsutstyr for strekkbelastninger er pelede konstruksjoner (templates)

og gravitasjonsankerkonstruksjoner. Enkle peler, omfattende sugepeler, blir også benyttet til en viss grad. Fordelene og ulempene ved forskjellige forankringsmetoder er stort sett de samme som for de tilsvarende installasjoner for sideveis belastninger som diskutert ovenfor. Imidlertid ved enkeltpeler for opptagelse av strekkbelastninger, er for-bindelsespunktet ved pelens toppende, hvilket gjør det lett å inspisere forbindelsesdelene og wirene.

Undervannsinstallasjoner såsom borerammer,er vanligvis pelet. Dette er spesielt tilfelle i myke sjøbunnlag. I hårdere fundament grunn nyttes noen ganger grunne overflatefunda-menteringer. Bruken av pelede bunnkonstruksjoner er meget dyre, spesielt på plasser med dypt vann.

En alternativ løsning for å gi plass til et brønnhodeut-styr er foreslått i GB 2.133.060A. Denne patentbeskrivelse omtaler installasjonen av brønnhodeutstyr inne i en under-vannssilo/senkekasse for beskyttelse av dette. En eller flere sugepeler montert i en klynge, er anbragt for å

trenge ned i sjøbunnen. Sjøbunnmaterialet inne i sugepelen fjernes, temporære og/eller permanente gulv og tak monteres inne i pelelegemet og brønnhodeutstyret blir fullstendig opptatt inne i den således dannede konstruksjon.

Når det gjelder fundamentering av faste konstruksjoner, kan de bli katalogisert som pelefundamenteringer og gravitasjons-basisfundamenteringer. Peling er den mest alminnelige løsning.

Peling av offshorekonstruksjoner er en velprøvet og kost-nadseffektiv teknikk for fundamentering av faste konstruk sjoner. Imidlertid, ved økende dybder og plattform-størrelser, har omkostningene i forbindelse med peling en tendens til å bli urimelig store.

Gravitasjonsbasiskonstruksjoner som blir prefabrikert nær land, blir utstrakt brukt kun i Nordsjøen. En grunn for denne geografiske begrensning er mangelen av passende steder med dypt vann nær land i de fleste andre deler av verden. Forskjellige patenterte typer av gravitasjons-basiskonstruks joner foreligger idag. Ved gravitasjons-basiskonstruks joner som blir helt prefabrikert før installering, utgjør fundamenteringen en integrert del av selve konstruksjonen. Av spesiell interesse i denne sammenheng er konstruksjonene som vist i NO B 135 909

(US A 3 961 489) og US A 3 911 697. Disse publikasjoner beskriver gravitasjonbasiskonstruksjoner av senkekasse-typen som er utstyrt med meget lange skjørt som danner fundamenteringen.

Andre typer av faste overvannskonstruksjoner omfatter leddforbundne søyler (articulated columns), bardunerte tårn etc. Fundamenteringen av disse konstruksjoner kan stort sett bli inndelt i undergrupper i samme kategorier,dvs. .pelede fundamenteringer og gravitasjonsfundamenteringer. Det bardunerte tårn omfatter også sideveis belastnings-ankere for fortøyningsliner.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et undervannsfundamenteringselement som kan nyttes for forskjellige formål og anvendelser, såsom forankring og som preinstallert basis. Undervannsfundamenterings-elementet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer sikrere og/eller mindre kostbare forankrings/ fundamenteringssystemer. Fundamenteringselementet har begrensede dimensjoner og det er derfor beregnet til å

bli håndtert med rimelig smått offshoreutstyr. Undervanns-

fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen er bare en fraksjon av størrelsen til gravitasjons-basiskonstruks joner som anvendes i Nordsjøen.

Fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen erkarakterisert vedat det består av et tak og vegger som avgrenser et antall celler med åpen bunn, at cellene er anordnet til når de blir evakuert, å trenge inn i sjø-bunnen og bli innleiret i denne i et nivå hvor taket blir hovedsakelig i nivå med bunnslammet, slik at elementet vil danne en fundamenteringsenhet/-gulv i sjøbunnen, og at elementet for dets beregnede funksjon, har en bredde som tilsvarer eller er større enn lengden til celleveggene, idet fundamenteringselementets tak når elementet er innleiret i bunnen, utgjør et gulv tilgjengelig for arbeide, forbindelse og installering av utstyr og lignende.

Videre karakteristiske trekk ved fundamenteringselementet

og dets anvendelser vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og de etterfølgende avhengige og parallelle krav.

Fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen kan også anvendes for andre typer av under- og over vannkonstruk-.sjoner såvel som for konstruksjoner på land, slik det

vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det følgende med henvisning til de etterfølgende tegninger, hvor

fig. 1 er et perspektivriss av en utførelsesform av fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen i en posisjon hvor det har trengt inn i sjøbunnlaget, idet en av elementets celler er vist i tverrsnitt for å illustrere tilstedeværelsen av cellene,

fig. 2a - 2d er skjematiske planriss i en redusert skala

og som viser forskjellige utførelsesformer av elementet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse,

fig. 3 og 4 er skjematiske riss av fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen når det nyttes som et anker for å oppta sideveis såvel som vertikale strekkbelastninger,

fig. 5a og 5b er henholdsvis et skjematisk sidesnitt og et planriss av elementet i samsvar med oppfinnelsen når det nyttes som et fundamenteringselement for en bunnkonstruk-sjon (template), og

fig. 6 og 7 er skjematiske riss av fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen og viser elementet nyttet som en fundamentering for en fast overvannskonstruksjon.

Utførelsesformen av fundamenteringselementet 10 i samsvar med oppfinnelsen som vist i fig. 1, består av syv celler 12 med åpen bunn som har et felles lokk eller tak 14. Hver celle er avgrenset av en sylindrisk cellevegg 16. Taket 14 kan være flatt eller svakt kuppelformet på tvers av de atskilte celler. Cellene 12 er utstyrt med sine indi-viduelle utløp 18 anbragt ved taket 14. Via en ventil 19 er utløpet 18 forbundet med en pumpe (ikke vist) for evakuering av vann fra cellene 12. Pumpesystemet som fortrinnsvis er reversibelt, muliggjør at vann kan pumpes inn i cellene 12 for å løsgjøre elementet fra bunnlaget.

Et antall løftebøyler 20 kan være anordnet for å håndtere fundamenteringselementet 10. En krok 21 er anordnet for forbindelse med en sideveis kjetting (kfr. fig. 3).

I områdene 22 hvor cellene 12 som danner fundamenteringselementet 10, tangerer hverandre, har de felles vegger.

I den viste utførelsesform er fundamenteringselementet 10 fremstilt av betong. Celleveggene 16 danner således en kontinuerlig ytre vegg i fundamenteringselementet 10.

Visse deler av celleveggene 16 vil imidlertid ikke danne

del av den ytre vegg, men danne indre vegger.

Fundamenteringselementet 10 i samsvar med oppfinnelsen

blir transportert til den ønskede plass hvor det senkes til bunnen, f.eks. ved hjelp av en vinsj. Fundamenteringselementet 10 kan være selvflytende.

Når elementet 10 når bunnen 26, synker det med sin egen vekt i en viss lengde ned i sjøbunnmaterialet avhengig av sjø-bunnens fasthetsforhold. Vannet som er innelukket i cellene 12 blir deretter evakuert. Vanligvis blir dette ut-ført ved hjelp av pumpen/pumpene og under pumpeoperasjonen blir det tilveiebragt et undertrykk inne i cellene 12. Elementet 10 trenger inn i bunnen 26 inntil det rekker den posisjon som er vist i fig. 1 i hvilken celleveggene 16 er helt nedsenket i sjøbunnmaterialet. Når elementet 10 har trengt helt ned i sjøbunnmaterialet, vil taket 14 være plassert tilnærmet i nivå med sjøbunnen 26. I denne posisjon lukkes dreneringsutløpene 18 og grunnmaterialet 28 som er innelukket i fundamenteringselementet 10 vil tjene og virke som en del av elementet 10. Når elementet tjener som et fundamenteringselement, vil det ha en effektiv vekt som tilsvarer den totale vekt av både dets egen vekt og vekten av det innelukkede bunnmaterialet 28. Følgelig er den virk-somme masse av elementet mangfoldiggjort.

Fundamenteringselementet 10 i samsvar med oppfinnelsen har en bredde som tilsvarer eller er større enn dets høyde. Elementets 10 høyde tilsvarer dybden av veggenes 16 inntrengning i bunnlaget 26.

I innleiret posisjon utgjør fundamenteringselementet et sjø-bunngulv eller en basis av meget høy kvalitet som er i stand til å oppta store belastninger, sideveis såvel som vertikale (sammentrekning og strekk) og i en mindre grad veltemomenter. Det er også en perfekt basis for under-vann sin sta lia sjoner .

Funksjonen til innerveggene 24 er å forhindre uønskede dreiebevegelser av elementet 10. Ellers ville elementet under belastning, søke å grave seg ned i sjøbunnen ved en av sine sider (den belastede side) mens den andre side (den ubelastede) ville bevege seg oppad fra sjøbunnen.

For å lette fundamenteringselementets 10 inntrengning i sjø-bunnmaterialet under visse bunnforhold, kan en eller flere av veggene 16 - og fortrinnsvis velges den sentrale vegg 16

i elementet 10b i fig. 2b,for dette formål - lages noe lengre enn resten av veggene for å sikre at de rager ned og trenger inn i sjøbunnen 26 før resten av veggene. Ved å tømme den lengre celle eller celler 12, kan elementets begynnende inntrengningsevne bedres betraktelig (kfr. fig.2). Celleveggene 16 kan også lages med redusert tykkelse ved sine nedre ender for videre å lette elementets inntrengningsevne i bunnen 26. Andre mulige foranstaltninger for å lette inntrengning er anvendelse av mekanisk eller elektro-

osmotisk smøring på veggene 16. Fig. 2a-2d viser omrisse-

formen av noen ytterligere mulige utførelsesformer av

.fundamenteringselement i samsvar med oppfinnelsen.

Som det fremgår av fig. 2a-2d kan omrisseformen av cellene 12 i fundamenteringselementet velges forholdsvis fritt og bli tilpasset kravene som avgjøres av funksjon, sjøbunnforhold osv. Det foreslåtte fundamenteringselement er primært beregnet for myke sjøbunnforhold, såsom vanlig konsollidert leiregrunn. Andre sjøbunnforhold er også mulige.

Fundamenteringselementet utgjør når det er installert med sitt tak plassert tilnærmet i nivå med bunnslammet, et gulv eller en basis av høy kvalitet for fundamenterings- bruk. I det følgende vil noen anvendelser bli beskrevet omfattende noen få praktiske eksempler.

Når fundamenteringselementet er installert, er det i stand til å motstå betraktelige sideveis belastninger. Fundamenteringselementet er utformet for å sikre at hverken glidende eller dreiende bevegelse oppstår når elementet ut-settes for sideveis belastninger. Fig. 3 viser en halvt neddykkbar plattform 30 som er forankret ved hjelp av fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen. Typiske sideveis belastninger som utøves av en fortøyd flytende plattfprm, ligger i området 5-7 MN. For sikker motvirkning av belastninger av denne størrelsesorden i bløte/leire-områder, må elementet omfatte en struktur med syv celler som vist i fig. 1 ved en høyde av størrelsesorden 8-10 m og et takareal på ca. 300 m 2. En konstruksjon fremstilt av betong vil trenge et betongvolum på ca. 300-400 m 3, mens ved bruk av stål, vil vekten bli ca. 200-300 tonn.

Når fundamenteringselementet i samsvar med oppfinnelsen er installert, er det også i stand til å motstå høye strekkbelastninger (vertikale belastninger). Dette gjør elementet meget anvendelig som en forankringskonstruksjon for f.eks. .strekkbenplattformer 40, se fig. 4. Fire fundamenteringselementer 10 installert under strekkbenplattformens 40 hjørner, er en hensiktsemssig forankringsløsning. Den statiske strekkbelastning som utøves på forankringspunktet av strekkbenplattformen 40, er i prinsippet motvirket av den neddykkede vekt av fundamenteringselementene 10, omfattende grunnmaterialet 28 som er innestengt i elementet 10, og den sideveis skjærkraft som utøves på elementets 10 periferi. Den sykliske belastningskomponent er i prinsippet motvirket av sug (reduksjon av vanntrykket)i fundamenteringsmassen. Arrangementet tilveiebringer en meget effektiv forankring for installasjoner som er utsatt for strekkbelastninger.

Taket på fundamenteringselementet når installert, utgjør en perfekt basis eller gulv for undervannsinstallasjoner. Undervannsinstallasjoner, f.eks. undervannskonstruksjoner

av "template11-typen, kan lett forbindes med elementet ved hjelp av forberedte koplinger/forbindelser 51. Et eksempel på en undervannsrammekonstruksjon 50 fastgjort til et på forhånd installert fundamenteringselement 10 er vist i fig. 5a og 5b.

Preinstallerte fundamenteringselementer 10 kan også nyttes

som en., fundamentering for faste overvannskonstruks joner 60,

70 for „å erstatte peling. Eksempler på anvendelser av dette slag er vist i fig. 6 og 7. Med et flertall fundamenteringselementer 10 blir belastningen som virker på elementene hovedsakelig vertikale og sideveis med kun små lokale dreie-momenter. Som diskutert i det foregående er fundamenteringselementene 10 meget effektive for å motvirke sideveis-belastninger og strekkbelastninger. Statiske vertikale belastninger blir også effektivt motvirket. Imidlertid for å unngå setting, kan fundamenteringslementene 10 bli supplementert med peling. Pelene (72 i fig. 7) kan installeres hydraulisk ved å anvende fundamenteringselementet som mothold.

Små, faste overvannskonstruksjoner og konstruksjoner for rolige vannområder, kan være fastgjort til et enkelt fundamenteringselement 10 på samme måte som en undervanns-ramme 50. Dette er en annen mulig alternativ utførelses-

form av fundamenteringselementet 10 i samsvar med oppfinnelsen.

Utførelsesformene av oppfinnelsen beskrevet i det fore-

gående er å betrakte kun som eksempler og en mengde forskjellige utførélsesformer er mulige innenfor rammen av de etterfølgende krav. Det er også mulig å bruke fundamenteringselementet 10 som en fundamenteringsinnretning på land for forskjellige konstruksjonstyper.

Claims

1. Fundamenteringselement, fortrinnsvis for undervannsbruk, og omfattende innretninger for evakuering av vann innestengt i elementet (10,10a-d) for å tillate fundamenteringselementet å trenge inn i og bli innleiret i sjøbunnlaget, karakterisert ved at det består av et tak (14) og vegger (16) som avgrenser et antall celler (12) med åpen bunn, at cellene (12) er anordnet til når de blir evakuert, å trenge ned i sjøbunnen (26) og bli innleiret i denne i et nivå hvor taket (14) er hovedsakelig i flukt med bunnslammet slik at elementet vil danne en funda-menterihgsenhet/gulv på sjøbunnen, at elementet for sin beregnede funksjon, har en bredde som tilsvarer eller er større enn lengden av celleveggene, og at fundamenterings-elmentets tak når elementet er innleiret i sjøbunnen, ut-gjør et gulv tilgjengelig for arbeid, forbindelse og installasjon av utstyr og lignende.

2. Fundamenteringselement ifølge krav 1, karakterisert ved at celleveggene (16) til en eller flere celler (12) er forlenget for å lette fundamenteringselementets (10) begynnende inntrengning i bunnen/sjøbunnen . (26) .

3. -Fundamenteringselement ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at taket danner en hovedsakelig flat overflate som vil være i flukt med sjøbunnen når fundamenteringselementet er innleiret i sjøbunnen.

4. Fundamenteringselement ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at fundamenteringselementet består av betong.

5. Fundamenteringselement ifølge hvilke som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at funda menteringselementet er fremstilt av stål.

6. Anvendelsen av fundamenteringselementet i samsvar med krav 1 for undervannsbruk, hvilket element omfatter inn-retning for evakuering av vann innestengt i elementet for derved å muliggjøre elementets inntrengning i og innleiring i sjøbunnen, k a r._a<_> _k<_>J : e^ r i sert v e d, at fundamenteringselementet tjener som en fundamentering for forankring av en konstruksjon festet til dette.

7. Anvendelsen av fundamenteringselementet ifølge krav 6, karak^te^rjLsert ved at undervannsinstallas jon blir festet til elementet (10).

8. Anvendelsen av fundamenteringselementet ifølge krav 6, karakterisert y e ji at en plattform (30,40) flyter i overflatenivå, forankres i elementet (10).

9. Anvendelsen av fundamenteringselementet ifølge krav 6, karakterisert ved at fundamenteringselementet (10) anvendes som en basis for å understøtte en overvannskonstruksjon (60,70).