吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法，吸力桩式重力基础包括配重箱和至少一个吸力桩。吸力桩为下端开放，上端封闭的筒状结构；配重箱安装于吸力桩的上端。配重箱内部为空腔，顶部设置有混凝土浇筑接口、放气口，还设有连通吸力桩内腔的泵接口。吸力桩贯入施工地点时，配重箱内注有水；吸力桩完全贯入施工地点后，配重箱内浇筑有混凝土。吸力桩和配重箱均为圆形的筒状结构，配重箱的外径尺寸大于吸力桩的外径尺寸。本发明专利技术提供的吸力桩式重力基础将吸力桩技术与重力式基础相结合，既具有良好的水平承载力、抗压拔载荷能力，又具有抗倾覆弯矩载荷的能力，方便运输、安装简单、适用范围更广泛。

【技术实现步骤摘要】
吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法
本专利技术涉及一种海洋结构工程的基础结构工程，特别是涉及一种吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法。
技术介绍
吸力桩技术是20世纪60年代提出来的，80年代初才开始在工程世纪中得到应用。由于吸力桩技术施工简单，并且能够回收重复使用的特点，备受人们的青睐，因此，国内各个研究和施工单位对吸力桩技术倍加重视。吸力桩是一种利用水压力将桩体压入土中的刚性短桩，它的基本结构型式是一种上端封闭、下端开口的圆筒，因此吸力桩也称吸力锚、筒型基础或桶形基础。吸力桩的沉桩原理是：吸力桩沉入水中，利用其自重产生一定贯入深度，形成一个封闭的腔体。吸力桩顶部开有连接泵系统的水孔，使用泵系统抽吸腔内的水，使腔内产生低于腔外的水压，利用腔顶内、外的负压差将桩筒压入泥中。吸力桩的起桩原理是：通过泵系统向筒内注水，利用腔顶内、外的正压差将桩筒顶出泥面。吸力桩被广泛应用到许多海洋工程中，除了可以回收重复使用外，相对于传统的打桩技术而言，吸力桩的安装不需要打桩锤和浮吊，只需要泵等比较小巧的设备，是依靠负压静力安装，没有打桩施工的振动噪音等，因此吸力桩安装置放比较精确方便。但是吸力桩是一种刚性短桩，施工海底土壤不能太硬，太硬后吸力桩贯入难度增大。虽然吸力桩具有很好的水平承载力、抗压承载力和抗拔承载力，但是如果外部载荷倾覆力矩太大，就容易导致整体结构发生起伏的危险。例如在海上风电中，海上风机受到较强的风载荷，作用在较高的风机上的倾覆载荷容易使风机安装塔将水下的吸力桩从软泥中连根拔起，发生倒塌的危险。重力式基础是一种自重大于上拔力的基础，重量一般地在一千吨甚至几千吨以上，能够很好地抵抗倾覆载荷，但运输过程中需要大型浮吊和大型运输船只，因而运输非常困难，特别是在浅水区使用时运输困难尤为突出。而且置放重力式基础时还需要繁琐的施工步骤。在置放重力基础前需要对海底进行预先的平整处理，凿开海床表层换以一层沙砾层，之后使用驳船运送或漂浮拖驳将重力式基础运送至施工地点，重力式基础就位之后再用混凝土将其周边固定。不适于在浅水区使用。因此，单一的重力基础在运输、施工、使用区域等各方面都受到较大的限制，且运输费用较高。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种将吸力桩技术与重力式基础相结合，既具有良好的水平承载力、抗压拔载荷能力，又具有抗倾覆弯矩载荷的能力，还方便运输、安装简单、施工费用低，适用于区域广泛的吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法。吸力桩式重力基础包括：至少一吸力桩，为下端开放，上端封闭的筒状结构；配重箱，安装于所述吸力桩的上端，所述配重箱内部为空腔，顶部设置有混凝土浇筑接口、放气口，还设有连通所述吸力桩内腔的泵接口；所述吸力桩贯入施工地点时，所述配重箱内注有水；所述吸力桩完全贯入所述施工地点后，所述配重箱内浇筑有混凝土。优选地，所述吸力桩和所述配重箱均为圆形的筒状结构，所述配重箱的外径尺寸大于所述吸力桩的外径尺寸。优选地，所述配重箱的顶部均匀布设有多个所述混凝土浇筑接口。所述吸力桩式重力基础的安装装置包括一施工船、设置于所述施工船上的水上监控系统和混凝土浇筑装置，还包括设置于所述配重箱顶部的水下监控系统和注排水动力系统；所述水上监控系统通过线缆与所述水下监控系统和所述注排水动力系统连接，所述注排水动力系统与所述泵接口连接；所述混凝土浇筑装置通过混凝土浇筑管线连接于所述混凝土浇筑接口。优选地，所述水上监控系统包括控制器、连接于所述控制器的通信模块和动力电源；所述水下监控系统包括均连接于所述通信模块的倾角仪、电罗经、内压力传感器和外压力传感器；所述内压力传感器装设在所述泵接口内侧，所述外压力传感器装设在所述泵接口外侧；所述注排水动力系统包括至少一台与所述动力电源连接的潜水泵，连接于所述潜水泵与所述泵接口之间的换向阀装置，一端连接于所述控制器的液压系统，所述换向阀装置还连接于所述液压系统的另一端。进一步优选地，所述倾角仪和所述电罗经放置于一密封舱内。进一步优选地，所述换向阀装置包括第一三通球阀、第二三通球阀和两通球阀；所述第一三通球阀的第一个端口与所述潜水泵的进水端连通，第二个端口与外界连通，第三个端口通过所述两通球阀与所述泵接口连通；所述第二三通球阀的第一个端口与所述潜水泵的排水端连通，第二个端口与外界连通，第三个端口通过所述两通球阀与所述泵接口连通。优选地，所述混凝土浇筑装置包括通过混凝土输送管线依次连接的混凝土搅拌机、混凝土储料罐、混凝土输送泵、混凝土输送机，所述混凝土输送机通过混凝土浇筑管线与所述混凝土浇筑接口连接。所述吸力桩式重力基础的安装方法先进行对所述吸力桩的安装，再进行对所述配重箱的混凝土浇筑施工，包括以下步骤：1）在陆地码头上，密封所述配重箱上的所述泵接口、所述混凝土浇筑接口和所述放气口，用吊机将所述吸力桩式重力基础吊装至海水中，依靠所述吸力桩式重力基础的自身浮力浮在水面上，利用拖船将所述吸力桩式重力基础拖航至施工地点；2）到达所述施工地点后，通过三只定位船调整所述吸力桩式重力基础的位置坐标，所述位置坐标达到设计值后，将注排水动力系统与泵接口连接，在配重箱顶部安装水下监控系统，打开所述混凝土浇筑接口、所述放气口，令水注入所述配重箱内；3）所述吸力桩式重力基础随着所述配重箱中水量的增加逐渐沉入水中，到达海底泥面形成初始入泥条件，对所述吸力桩进行贯入施工，通过水下监控系统测量所述吸力桩式重力基础的安装参数，通过水上监控系统和注排水动力系统调整所述吸力桩的注水和排水状态，直至各所述安装参数达到设计要求，所述吸力桩安装完成；4）拆除所述水下监控系统和所述注排水动力系统，密封所述泵接口；对所述配重箱进行混凝土浇筑施工，将混凝土浇筑管线的一端连接于混凝土浇筑装置，另一端连接到所述混凝土浇筑接口上，通过所述混凝土浇筑接口向所述配重箱内浇筑混凝土，混凝土逐渐将所述配重箱内的水通过所述放气口排出，直至所述配重箱内完全注满混凝土；5）拆除所述混凝土浇筑管线，密封所述混凝土浇筑接口、所述放气口。优选地，在设计阶段计算空的所述配重箱是否能够提供满足拖航所述吸力桩式重力基础的浮力，如果满足，执行所述步骤1）；如果不满足，在执行所述步骤1）时，在所述吸力桩内注气以增加浮力。如上所述，本专利技术的吸力桩式重力基础及其安装装置和安装方法，具有以下有益效果：1.通过将吸力桩与重力式基础合理地结合，既发挥了吸力桩水平承载力、抗压承载力和抗拔承载力强的优势，又充分利用了重力式基础良好的抗倾覆弯矩载荷的能力，使整个基础更为牢固；2.将空的配重装置作为浮箱与吸力桩一起浮拖至施工地点，无需大型浮吊和大型运输船只，运输方便，节约费用，可适用于浅水区域，应用范围更广；3.通过采用吸力桩式重力基础的安装装置和安装方法，安装简单，施工时间短，便于在海上比较恶劣的天气间隙施工；施工安装的位置度、倾斜度、水平度等安装参数容易精确调整，安装精度高。附图说明图1显示为本专利技术的吸力桩式重力基础的主视图。图2显示为本专利技术的吸力桩式重力基础浮拖拖航时的主视图。图3显示为本专利技术的吸力桩式重力基础浮拖拖航时的俯视图。图4显示为本专利技术的吸力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸力桩式重力基础，其特征在于，包括：至少一吸力桩（1），为下端开放，上端封闭的筒状结构；配重箱（2），安装于所述吸力桩（1）的上端，所述配重箱（2）内部为空腔，顶部设置有混凝土浇筑接口（21）、放气口（22），还设有连通所述吸力桩（1）内腔的泵接口（24）；所述吸力桩（1）贯入施工地点时，所述配重箱（2）内注有水；所述吸力桩（1）完全贯入所述施工地点后，所述配重箱（2）内浇筑有混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种吸力桩式重力基础的安装装置，其特征在于：所述吸力桩式重力基础包括：至少一吸力桩(1)，为下端开放，上端封闭的筒状结构；配重箱(2)，安装于所述吸力桩(1)的上端，所述配重箱(2)内部为空腔，顶部设置有混凝土浇筑接口(21)、放气口(22)，还设有连通所述吸力桩(1)内腔的泵接口(24)；所述吸力桩(1)贯入施工地点时，所述配重箱(2)内注有水；所述吸力桩(1)完全贯入所述施工地点后，所述配重箱(2)内浇筑有混凝土；所述安装装置包括一施工船(9)、设置于所述施工船(9)上的水上监控系统(3)和混凝土浇筑装置(6)，还包括设置于所述配重箱(2)顶部的水下监控系统(4)和注排水动力系统(5)；所述水上监控系统(3)通过线缆(54)与所述水下监控系统(4)和所述注排水动力系统(5)连接，所述注排水动力系统(5)与所述泵接口(24)连接；所述混凝土浇筑装置(6)通过混凝土浇筑管线(65)连接于所述混凝土浇筑接口(21)；所述水上监控系统(3)包括控制器(31)、连接于所述控制器(31)的通信模块(32)和动力电源(33)；所述水下监控系统(4)包括均连接于所述通信模块(32)的倾角仪(41)、电罗经(42)、内压力传感器(43)和外压力传感器(44)；所述内压力传感器(43)装设在所述泵接口(24)内侧，所述外压力传感器(44)装设在所述泵接口(24)外侧；所述注排水动力系统(5)包括至少一台与所述动力电源(33)连接的潜水泵(51)，连接于所述潜水泵(51)与所述泵接口(24)之间的换向阀装置(52)，一端连接于所述控制器(31)的液压系统(53)，所述换向阀装置(52)还连接于所述液压系统(53)的另一端；在所述吸力桩(1)沉贯入泥的过程中，通过所述水上监控系统(3)和所述水下监控系统(4)测量整个吸力桩式重力基础的位置度、倾斜度、方位角及吸力桩(1)腔内腔外的压力，通过注排水动力系统(5)调整各个所述吸力桩(1)的注水和排水状态，进而调节吸力桩式重力基础的安装参数。2.根据权利要求1所述的吸力桩式重力基础的安装装置，其特征在于：所述倾角仪(41)和所述电罗经(42)放置于一密封舱内。3.根据权利要求1所述的吸力桩式重力基础的安装装置，其特征在于：所述换向阀装置(52)包括第一三通球阀(521)、第二三通球阀(522)和两通球阀(523)；所述第一三通球阀(521)的第一个端口与所述潜水泵(51)的进水端(511)连通，第二个端口与外界连通，第三个端口通过所述两通球阀(523)与所述泵接口(24)连通；所述第二三通球阀(522)的第一个端口与所述潜水泵(51)的排水端(512)连通，第二个端口与外界连通，第三个端口通过所述两通球阀(523)与所述泵接口(24)连通。4.根据权利要求1所述的吸力桩式重力基础的安装装置，其特征在于：所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱永，范会渠，缪泉明，
申请(专利权)人：上海利策海洋工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31