本实用新型专利技术公开了一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，包括土体覆重单元、波浪力分散单元和辅助排水单元，其中：所述土体覆重单元包括设置于管沟内的覆重底座和设置在覆重底座上方的临时覆重体；所述波浪力分散单元包括设置于管沟回填土内的弧形垫板；所述辅助排水单元包括设置于土体覆重单元两侧的排水套管和设置在排水套管内的回填砾石。本实用新型专利技术通过提高土体覆重荷载对土体进行分段加强密实；设置辅助排水单元，减小砂粒间隙，促进砂土排水；同时设置管道回填后上部的波浪力分散单元，力求进一步增强海底管道登陆段管道路由上砂土层的抗液化能力，提升海底管道登陆段土体稳定性，保障管道运行安全。
【技术实现步骤摘要】
一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置
本技术涉及一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置。
技术介绍
随着海洋油气领域快速发展，海底管道安全性保障问题研究日益提升。海底管道稳定性是影响其安全生产的关键指标，在各类环境荷载、功能荷载和偶然荷载影响下，保障海底管道的稳定性是持续追求的目标。海底管道的沉降是海底管道稳定性研究的重点，亦是海底管道管-土耦合分析的难点。诱发海底管道发生沉降的主要因素包括了管道自重引起的初始沉降、管道试压或投运后充装介质引起的二次沉降和由于土体液化引起的后期沉降。其中，前两类沉降的诱因为持续荷载，后一类沉降的诱因为周期性荷载。周期性荷载包括了海浪作用和地震作用。对于以砂土为主要土体的海底管道登陆段，浅层地基呈现饱和状态，在海浪连续拍打的作用下和安装管道附加荷载下，可能引发土体体积压缩、结构破坏、空隙水压骤升等问题，表征为砂沸、流滑等现象。受管道本体、配重和充装介质的影响，在土体液化后，管道将可能发生大面积沉降，出现大范围弯曲与悬空，大幅提升其强度破坏和疲劳破坏概率，亟待予以控制。目前，针对海底管道土体液化的问题，主要通过前期评估进行液化可能性评价，对于具有液化可能的土体段，提出的增强土体抗液化能力措施包括土体换填、土体加密等，通过将具有液化潜力的砂土置换为较为稳定的黏土或通过排出砂土中的饱和水来改善土体条件，降低液化可能性。同时，预埋较深管道支桩的方案也被提出过，通过在管道路由上预埋基础较深的支桩，提供管道支撑。然而，上述方案、措施虽然原理明确，但在海洋工程中的实际操作较为困难，投资较高：土体换填对于液化砂层较深的管道，换填量极大；若采用液化风险段全线土体加密，一是工作量大，二是海上作业难度较高；对于预埋管道支桩的思路，由于基桩所需深度较大，也存在工程投资较大的问题。为此，亟需提供一种施工便利、费用较低且效果良好的土体抗液化能力提升方案，以应用于以砂土为主的海底管道登陆段。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本技术提供了一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，基于波浪对饱和砂土登陆段的液化破坏机理，从增加上部覆重、改善和促进管道下方局部土体密实度及分散波浪荷载等多角度入手，提升登陆段海底管道稳定性，以进一步完善、丰富海底管道登陆段稳定性技术控制技术。本技术所采用的技术方案是：一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，包括土体覆重单元、波浪力分散单元和辅助排水单元，其中：所述土体覆重单元包括设置于管沟内的覆重底座和设置在覆重底座上方的临时覆重体；所述波浪力分散单元包括设置于管沟回填土内的弧形垫板；所述辅助排水单元包括设置于土体覆重单元两侧的排水套管和设置在排水套管内的回填砾石。与现有技术相比，本技术的积极效果是：本技术通过土体覆重单元对原土体作用，提高土体受力和密实度，同时缓解液化时在管道下方发生水流上涌；通过管道支撑单元对海底管道提供柔性支撑，缓解管道运行对土体的振动影响；通过波浪力分散单元将管道顶部和侧上部的波浪力分散并偏离管道投影位置，进一步降低管道正下方土体所受扰动；通过辅助排水单元在管沟两侧设置较大粒径的砂石，连通海床与管沟底部区域，起到液化水流引流的作用。最终借助上述一系列措施，一定程度上提高管道所在位置的土壤密实度，降低波浪力作用下的土壤液化风险，提高登陆段海底管道稳定性。本技术基于波浪对饱和砂土登陆段的液化破坏机理，在现有管道液化风险处理技术的基础上，考虑通过提高土体覆重荷载对土体进行分段加强密实；设置辅助排水单元，减小砂粒间隙，促进砂土排水；同时设置管道回填后上部的波浪力分散单元，力求进一步增强海底管道登陆段管道路由上砂土层的抗液化能力，提升海底管道登陆段土体稳定性，保障管道运行安全。本技术适用于以砂土土质为主的海底管道登陆段。本系统原理明确、安装方便、环保节能，具体优点如下：(1)原理可靠本技术从提高土体覆重、促进土体内部挤压与排水和设置波浪力分散装置等多项措施出发，提高了管道所在登陆段区域的土体密实性和改善了土体的周期荷载力，进一步降低了土体因波浪力周期作用而可能发生的局部液化，亦提高了土体对于偶发地震引起的土壤液化抵抗能力。同时，本技术可根据管道实际管径，进行间隔式布置，以进一步降低投资。(2)安装方便本技术装置为陆上预制，现场仅需简单吊装，无水下焊接、螺栓连接等附加工序，安装方便，后期无维护需求。(3)环保节能本技术所需材料以混凝土和橡胶为主，材料环保；同时，本技术能免去大规模换填和深桩支护等砂土场地常用的工程方法所带来的巨大工程量。附图说明本技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本技术的一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置的示意图。具体实施方式一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，如图1所示，包括：覆重底座1、临时上部覆重体2、橡胶垫层3、弧形混凝土板4、排水套管5、回填砾石6、筛孔7、海底管道8、管沟9等。其中：覆重底座1、临时上部覆重体2组成海底管道登陆段土体覆重单元，负责为海底管道中心路由上的半扰动海床进行覆重、紧实，并为海底管8道提供安装凹槽。具体地，1)覆重底座1的底部预制若干圆锥体，用于嵌入海床，对因开挖而受到半扰动的海床进行覆重、紧实；覆重底座1的两侧侧部为预制的土体边缘紧实翼，用于在覆重底座下嵌过程中对砂土进行集中挤压，其内部预开中空通道，用于向两侧排水；覆重底座1的上部预制两路凹槽，用于放置所述临时上部覆重体2。2)覆重底座1材质为混凝土，为提高其配重，在其内部预埋钢板，并通过配筋提高其整体强度；3)覆重底座1形状近似长方体平板，两侧进行转角并向下倾斜，形成土体边缘紧实翼，倾斜角度为30°；覆重底座1宽度(上部)为管道直径+1.5m，高度为0.3～0.5m，长度(沿管道轴线方向)为2m；覆重底座1在其土体边缘紧实翼处设置吊耳，用于吊装。4)临时上部覆重体2的底部预制两路凸槽，用于对准覆重底座1的两路凹槽；临时上部覆重体2为钢筋混凝土结构，上部两侧预埋吊耳。5)临时上部覆重体2宽度为管道直径+1.5m，高度根据所需荷载计算确定，长度(沿管道轴线方向)为2m；临时上部覆重体的重量根据实验和分析确定的管道下部土体密实要求确定。6)覆重底座1的上部中心处设置管道就位的凹槽，凹槽深度为0.15m，凹槽宽度根据管道尺寸确定；凹槽上部设置0.05m厚橡胶垫层3。其中，橡胶垫层3组成海底管道支撑单元，负责对海底管道8提供就位过程和在位运行中的侧向和垂向支撑，避免损坏管道外表面，同时起到管道运行中自身震动向下部和侧部土壤的传递。具体地，1)橡胶垫层3预先与覆重底座1的凹槽壁连接；2)橡胶垫层3厚度至少为0.05m，完全覆盖所述凹槽。其中：弧形混凝土板4组成波浪力分散单元，负责在管道安装后分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，其特征在于：包括土体覆重单元、波浪力分散单元和辅助排水单元，其中：所述土体覆重单元包括设置于管沟内的覆重底座和设置在覆重底座上方的临时覆重体；所述波浪力分散单元包括设置于管沟回填土内的弧形垫板；所述辅助排水单元包括设置于土体覆重单元两侧的排水套管和设置在排水套管内的回填砾石。/n
【技术特征摘要】
1.一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，其特征在于：包括土体覆重单元、波浪力分散单元和辅助排水单元，其中：所述土体覆重单元包括设置于管沟内的覆重底座和设置在覆重底座上方的临时覆重体；所述波浪力分散单元包括设置于管沟回填土内的弧形垫板；所述辅助排水单元包括设置于土体覆重单元两侧的排水套管和设置在排水套管内的回填砾石。
2.根据权利要求1所述的一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，其特征在于：在所述覆重底座的上部中心处设置凹槽，在凹槽上部设置管道支撑单元。
3.根据权利要求2所述的一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，其特征在于：所述凹槽深度为0.15m，所述管道支撑单元为厚度大于等于0.05m的橡胶垫层，并完全覆盖所述凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，其特征在于：在所述覆重底座的底部预制若干圆锥体，在两侧侧部预制土体边缘紧实翼、在土体边缘紧实翼内部预开中空通道，在上部预制两路凹槽、与临时覆重体底部预制的两路凸槽相对应。
5.根据权利要求4所述的一种海底管道登陆段间隔式土体抗液化能力提升装置，其特征在于：所述覆重底座材质为混凝土，上部宽度比海底管道直径长1.5m，高...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，杨帆，郭成华，孙志杰，汤晓勇，陈彰兵，缪晖，郭艳林，昝林峰，谌贵宇，边云燕，陈静，马艳琳，冯琦，祝疆，张朱慧，
申请(专利权)人：中国石油工程建设有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51
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