專利名稱：一種適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物及其安裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種海洋工程的基礎設施及其安裝方法，具體是一種適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物及安裝方法，尤其是指水深較大的海域和軟土地基上的風力發(fā)電機組、潮流發(fā)電機組等塔筒式結(jié)構物。
背景技術：
海洋工程的基礎結(jié)構型式主要包括單樁基礎、混凝土重力式基礎、吸力式基礎、 多樁基礎和漂浮式基礎。海上石油鉆井平臺大多采用多樁基礎，近海風力發(fā)電機組大多采用單樁鋼結(jié)構基礎和混凝土重力式基礎。目前國內(nèi)普遍采用的混凝土重力式基礎型式，因其自身巨大的重量可保持結(jié)構物的穩(wěn)定，結(jié)構簡單、穩(wěn)定性好，被廣泛用于港口、碼頭等海洋工程。與此相對應，由于混凝土重力式基礎臺座重量巨大，天然軟土地基的承載力難以滿足要求，通常需要對海床進行拋石處理，用以提高海床地基的承載能力。當水深較大時， 對海床的疏浚作業(yè)、基槽開挖、拋填塊石及分層夯實等施工作業(yè)均難以實施，巨大的基礎重量也使運輸安裝費用大幅增加，從而使得風力發(fā)電機組、潮流發(fā)電機組等塔筒式結(jié)構物的成本大幅增加。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有塔筒式結(jié)構物在海洋上施工作業(yè)難度大、運輸安裝費用高的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物及安裝方法，該塔筒式結(jié)構物結(jié)構簡單， 安裝方便，并利用基礎托盤面積大于混凝土重力式基礎臺座面積的特點，通過增大基礎托盤的面積，降低混凝土重力式基礎對天然軟土地基承載力的要求，利用水上整體拖運，可有效地降低安裝成本。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是所述適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其結(jié)構特點是，包括混凝土重力式基礎和置于混凝土重力式基礎上的塔筒，所述混凝土重力式基礎包括混凝土重力式基礎臺座，基礎托盤和導向管；所述基礎托盤位于混凝土重力式基礎臺座下方并與混凝土重力式基礎臺座底板相連，且該基礎托盤的底面積大于混凝土重力式基礎臺座的底面積，所述導向管裝在混凝土重力式基礎臺座上，所述塔筒套裝在導向管外側(cè)，且該塔筒的底緣置于混凝土重力式基礎臺座上；所述導向管內(nèi)部布置有注漿管，該導向管外壁開設有多個與所述注漿管連通的注漿孔。作為對本發(fā)明的進一步改進為了保證塔筒能夠準確定位于混凝土重力式基礎臺座上，所述的混凝土重力式基礎臺座的頂面設置有位于導向管外側(cè)的塔筒套環(huán)，所述塔筒的底緣置于該塔筒套環(huán)內(nèi)側(cè)， 所述的導向管的高度大于安裝地點的水深。為了實現(xiàn)導向管與塔筒間的注漿施工，以便增加塔筒式結(jié)構物的剛度，需要提高塔筒底緣與混凝土重力式基礎臺座頂面的環(huán)向密封效果，所述導向管與塔筒套環(huán)之間設有止水墊圈。為了調(diào)整塔筒的垂直度，所述的導向管的上部外徑小于下部外徑。為了更好地保持混凝土重力式基礎運輸安裝時的平衡，所述的基礎托盤內(nèi)部布置有平衡配重塊和平壓孔。進一步地，本發(fā)明提供了一種上述塔筒式結(jié)構物的安裝方法，具體包括如下步驟1)、在海上漂浮并錨碇的基礎托盤上制作混凝土重力式基礎臺座、導向管及附屬件；2)、將上述混凝土重力式基礎整體運至安裝地點，定位，配重，使其保持平衡；3)、向基礎托盤內(nèi)注水使由混凝土重力式基礎臺座、基礎托盤和導向管組成的混凝土重力式基礎下沉；4)、利用高出水面的導向管將塔筒定位于混凝土重力式基礎臺座頂面的塔筒套環(huán)內(nèi)，形成環(huán)向密封；5、調(diào)整塔筒的垂直度，并抽排導向管與塔筒之間的水體；6)、通過導向管內(nèi)的注漿管向?qū)蚬芘c塔筒之間的間隙內(nèi)壓注漿液。其中，所述附屬件包括注漿管、塔筒套環(huán)、止水墊圈等。所述塔筒套環(huán)和導向管之間設有裝在混凝土重力式基礎臺座頂面的止水墊圈，所述塔筒的底緣與該止水墊圈之間形成環(huán)向密封，密封效果更好。進一步地，在混凝土重力式基礎下沉完成后，為了使得基礎托盤獲得更大的壓載， 向基礎托盤內(nèi)拋填塊石；在抽排導向管與塔筒之間的水體后，向?qū)蚬芘c塔筒之間的間隙內(nèi)壓注漿液之前，向?qū)蚬芘c塔筒之間的間隙內(nèi)填充石料或混凝土。制作基礎托盤一般在陸地上加工，然后將制作完成后的基礎托盤運至近岸海上并錨碇。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是所述適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物利用基礎托盤面積大于混凝土重力式基礎臺座面積，即基礎托盤產(chǎn)生的浮力大于混凝土重力式基礎的自重的特點，通過增大基礎托盤的面積，降低混凝土重力式基礎對天然軟土地基承載力的要求；利用基礎托盤產(chǎn)生的浮力使混凝土重力式基礎整體漂浮于水面，達到水上整體拖運的目的，通過向基礎托盤內(nèi)注水使基礎整體下沉，從而降低運輸安裝成本；利用平衡配重塊調(diào)節(jié)整體重心，利用平壓孔調(diào)節(jié)不穩(wěn)定尾流渦體的內(nèi)部壓力，使混凝土重力式基礎整體平穩(wěn)下沉，減免下沉過程中的擺飄。在混凝土重力式基礎安裝完成后，利用高出水面的導向管的導向作用，將塔筒定位于混凝土重力式基礎臺座頂面的塔筒套環(huán)內(nèi)，并形成環(huán)向密封。抽排導向管與塔筒之間的水體，向?qū)蚬芘c塔筒之間的間隙填充石料或混凝土，并通過注漿管注漿使塔筒與導向管成為整體，從而提高塔筒式結(jié)構物的剛度。當混凝土重力式基礎沉放在傾斜度較大的海床地基上時，利用導向管上部外徑小于下部外徑的特點，在一定程度上仍然可以實現(xiàn)塔筒的垂直糾偏。所述塔筒式結(jié)構物的安裝方法簡便，運輸安裝成本低。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。


圖1是本發(fā)明一種實施例的結(jié)構示意圖；圖2是本發(fā)明所述混凝土重力式基礎的結(jié)構示意3是圖2的俯視圖；圖4是本發(fā)明所述基礎托盤的側(cè)視圖；圖5是圖4的俯視圖；圖6是本發(fā)明所述導向管的橫剖面圖。在圖中1 一混凝土重力式基礎臺座；2—導向管；4一注漿孔；5—塔筒套環(huán)；7—基礎托盤；8—平衡配重；10—塔筒。
具體實施例方式一種適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，如圖1所示，包括混凝土重力式基礎和裝在混凝土重力式基礎上的塔筒10。所述混凝土重力式基礎的結(jié)構如圖2 3所示，包括基礎托盤7，裝在基礎托盤7上的混凝土重力式基礎臺座1，和裝在混凝土重力式基礎臺座1 頂面的導向管2。其中，所述混凝土重力式基礎臺座1的上半部分為圓臺型，下半部分為圓柱型，其結(jié)構尺寸應根據(jù)上部荷載和海床地基條件確定?；炷林亓κ交A臺座1的頂面設置有塔筒套環(huán)5及止水墊圈6。塔筒套環(huán)5的內(nèi)徑應大于塔筒10 (如風力機組塔筒、潮流機組塔筒)的外徑。當基礎沉放在傾斜度較大的海床地基上時，可將塔筒套環(huán)5的直徑加大，其直徑可根據(jù)海床地基的傾斜角度、塔筒10外徑、導向管2的高度及上下部外徑等尺寸計算求得，從而實現(xiàn)塔筒的垂直糾偏。止水墊圈6與塔筒底緣的止水墊圈相契合，形成塔筒10內(nèi)側(cè)與導向管2之間的環(huán)向密封，使之具備排干水體的條件，用以保障間隙間混凝土和注漿的質(zhì)量，使塔筒10與導向管2成為整體，提高塔筒式結(jié)構物的剛度。如圖4 圖5所示，基礎托盤7與混凝土重力式基礎臺座1的底部連接成整體，基礎托盤7的尺寸由整體重量及海床地基的承載能力確定，其產(chǎn)生的浮力應能夠使整體漂浮于水面?；A托盤7內(nèi)部均勻布置有平衡配重8和平壓孔9，平衡配重8用以調(diào)節(jié)整體重心使其保持平衡，平壓孔9的下部開口采用流線型設計，該平壓孔9的底部口徑大于上部口徑，當混凝土重力式基礎下沉時有足夠的水流通過平壓孔9，以便消減尾流渦體內(nèi)部的不穩(wěn)定壓力，減免下沉過程中的擺飄。如圖6所示，導向管2的上部外徑小于下部外徑且高出水面，塔筒吊裝施工時能使塔筒10準確定位于塔筒套環(huán)5內(nèi)，塔筒10底緣與止水墊圈6形成環(huán)向密封。注漿管3均勻布置在導向管2的內(nèi)側(cè)，開設在導向管2管壁上的注漿孔4直接與注漿管3連通。當從注漿管3壓注漿液時，漿液通過注漿孔4進入塔筒內(nèi)側(cè)與導向管2之間的間隙。上述適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物的安裝方法，具體包括如下步驟1)、在陸地上加工制作基礎托盤7，然后將制作完成后的基礎托盤7運至近岸海上并錨碇，在漂浮在近岸海上并錨碇的基礎托盤7上制作混凝土重力式基礎臺座1、導向管2、 注漿管3、塔筒套環(huán)5、止水墊圈6等；
3—注漿管； 6—止水墊圈； 9一平壓孔；
6
2)、將上述混凝土重力式基礎整體拖運至安裝地點，定位，配重，使其保持平衡；3)、向基礎托盤7內(nèi)注水使由混凝土重力式基礎臺座1、導向管2、基礎托盤7組成的混凝土重力式基礎平穩(wěn)下沉，在混凝土重力式基礎下沉完成后，向基礎托盤7內(nèi)拋填塊石；4)、利用高出水面的導向管2將塔筒10定位于混凝土重力式基礎頂面的塔筒套環(huán) 5內(nèi)，形成環(huán)向密封；5)、調(diào)整塔筒10的垂直度，并抽排塔筒10與導向管2之間的水體；然后在導向管 2與塔筒10之間的間隙內(nèi)填充石料或混凝土 ；6)、通過導向管2內(nèi)的注漿管3向?qū)蚬?與塔筒10之間的間隙內(nèi)壓注漿液。上述實施例闡明的內(nèi)容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
權利要求
1.一種適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其特征在于，包括混凝土重力式基礎和置于混凝土重力式基礎上的塔筒(10)，所述混凝土重力式基礎包括混凝土重力式基礎臺座(1)，基礎托盤(7)和導向管O)；所述基礎托盤(7)位于混凝土重力式基礎臺座(1)下方并與混凝土重力式基礎臺座(1)底板相連，且該基礎托盤(7)的底面積大于混凝土重力式基礎臺座(1)的底面積；所述導向管( 裝在混凝土重力式基礎臺座(1)上；所述塔筒(10) 套裝在導向管( 外側(cè)，且該塔筒(10)的底緣置于混凝土重力式基礎臺座(1)上；所述導向管O)內(nèi)部布置有注漿管(3)，該導向管( 外壁開設有多個與所述注漿管C3)連通的注漿孔⑷。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其特征在于，所述的混凝土重力式基礎臺座(1)的頂面設置有位于導向管( 外側(cè)的塔筒套環(huán)(5)，所述塔筒(10) 的底緣置于該塔筒套環(huán)(5)內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權利要求2所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其特征在于，所述導向管(2)與塔筒套環(huán)( 之間設有止水墊圈(5)，所述塔筒(10)的底緣置于該止水墊圈(6)上。
4.根據(jù)權利要求1所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其特征在于，所述的基礎托盤(7)與混凝土重力式基礎臺座(1)的底板連接成整體，該基礎托盤(7)內(nèi)部布置有平衡配重塊(8)和平壓孔(9)。
5.根據(jù)權利要求4所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其特征在于，所述平壓孔 (9)的底部口徑大于上部口徑。
6.根據(jù)權利要求1 5之一所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物，其特征在于，所述的導向管( 與混凝土重力式基礎臺座(1)的頂面連接成整體，該導向管O)的上部外徑小于下部外徑，且導向管O)的高度大于安裝地點的水深。
7.一種用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物的安裝方法，其特征在于，包括如下步驟1)、在海上漂浮并錨碇的基礎托盤(7)上制作混凝土重力式基礎臺座(1)、導向管(2) 及附屬件；2)、將權利要求1 6之一所述的混凝土重力式基礎整體運至安裝地點，定位，配重，使其保持平衡；3)、向基礎托盤(7)內(nèi)注水使由混凝土重力式基礎臺座(1)、基礎托盤(7)、導向管⑵ 組成的混凝土重力式基礎下沉；4)、利用高出水面的導向管( 將塔筒(10)定位于混凝土重力式基礎臺座(1)頂面的塔筒套環(huán)(5)內(nèi)，形成環(huán)向密封；5)、調(diào)整塔筒(10)的垂直度，并抽排塔筒(10)與導向管(2)之間的水體；6)、通過導向管(2)內(nèi)的注漿管(3)向?qū)蚬?2)與塔筒(10)之間的間隙內(nèi)壓注漿液。
8.根據(jù)權利要求7述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物的安裝方法，其特征在于，在混凝土重力式基礎下沉完成后，安裝塔筒(10)之前，向基礎托盤(7)內(nèi)拋填塊石。
9.根據(jù)權利要求7所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物的安裝方法，其特征在于， 在步驟4)中，所述塔筒套環(huán)( 和導向管( 之間設有裝在混凝土重力式基礎臺座(1)頂面的止水墊圈(6)，所述塔筒(10)的底緣與該止水墊圈(6)之間形成環(huán)向密封。
10.根據(jù)權利要求7所述的適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物的安裝方法，其特征在于， 在抽排塔筒(10)與導向管(2)之間的水體后，向?qū)蚬躉)與塔筒(10)之間的間隙內(nèi)壓注漿液之前，在導向管⑵與塔筒(10)之間的間隙內(nèi)填充石料或混凝土。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于海洋工程的塔筒式結(jié)構物及其安裝方法，為了解決現(xiàn)有塔筒式結(jié)構物安裝施工作業(yè)難度大、運輸安裝費用高的問題，本發(fā)明包括混凝土重力式基礎臺座、基礎托盤、導向管和塔筒；所述導向管內(nèi)部布置有注漿管，所述塔筒套裝在導向管外側(cè)且底緣置于混凝土重力式基礎臺座上的塔筒套環(huán)內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構簡單，安裝方便，通過調(diào)整基礎托盤的尺寸，可以滿足天然軟土地基承載力的要求；利用水上整體拖運，可以有效地降低安裝成本。本發(fā)明尤其適用作為水深較大的海域和軟土地基的風力發(fā)電機組、潮流發(fā)電機組等塔筒式結(jié)構物。
文檔編號E02D27/42GK102296629SQ201110202658
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者伏亮明, 劉路平, 戴曉兵, 王立杰 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院