专利名称：一种适用于海洋工程的塔筒式结构物及其安装方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋工程的基础设施及其安装方法，具体是一种适用于海洋工程的塔筒式结构物及安装方法，尤其是指水深较大的海域和软土地基上的风力发电机组、潮流发电机组等塔筒式结构物。
背景技术：
海洋工程的基础结构型式主要包括单桩基础、混凝土重力式基础、吸力式基础、 多桩基础和漂浮式基础。海上石油钻井平台大多采用多桩基础，近海风力发电机组大多采用单桩钢结构基础和混凝土重力式基础。目前国内普遍采用的混凝土重力式基础型式，因其自身巨大的重量可保持结构物的稳定，结构简单、稳定性好，被广泛用于港口、码头等海洋工程。与此相对应，由于混凝土重力式基础台座重量巨大，天然软土地基的承载力难以满足要求，通常需要对海床进行抛石处理，用以提高海床地基的承载能力。当水深较大时， 对海床的疏浚作业、基槽开挖、抛填块石及分层夯实等施工作业均难以实施，巨大的基础重量也使运输安装费用大幅增加，从而使得风力发电机组、潮流发电机组等塔筒式结构物的成本大幅增加。
发明内容
针对现有塔筒式结构物在海洋上施工作业难度大、运输安装费用高的缺陷，本发明旨在提供一种适用于海洋工程的塔筒式结构物及安装方法，该塔筒式结构物结构简单， 安装方便，并利用基础托盘面积大于混凝土重力式基础台座面积的特点，通过增大基础托盘的面积，降低混凝土重力式基础对天然软土地基承载力的要求，利用水上整体拖运，可有效地降低安装成本。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是所述适用于海洋工程的塔筒式结构物，其结构特点是，包括混凝土重力式基础和置于混凝土重力式基础上的塔筒，所述混凝土重力式基础包括混凝土重力式基础台座，基础托盘和导向管；所述基础托盘位于混凝土重力式基础台座下方并与混凝土重力式基础台座底板相连，且该基础托盘的底面积大于混凝土重力式基础台座的底面积，所述导向管装在混凝土重力式基础台座上，所述塔筒套装在导向管外侧，且该塔筒的底缘置于混凝土重力式基础台座上；所述导向管内部布置有注浆管，该导向管外壁开设有多个与所述注浆管连通的注浆孔。作为对本发明的进一步改进为了保证塔筒能够准确定位于混凝土重力式基础台座上，所述的混凝土重力式基础台座的顶面设置有位于导向管外侧的塔筒套环，所述塔筒的底缘置于该塔筒套环内侧， 所述的导向管的高度大于安装地点的水深。为了实现导向管与塔筒间的注浆施工，以便增加塔筒式结构物的刚度，需要提高塔筒底缘与混凝土重力式基础台座顶面的环向密封效果，所述导向管与塔筒套环之间设有止水垫圈。为了调整塔筒的垂直度，所述的导向管的上部外径小于下部外径。为了更好地保持混凝土重力式基础运输安装时的平衡，所述的基础托盘内部布置有平衡配重块和平压孔。进一步地，本发明提供了一种上述塔筒式结构物的安装方法，具体包括如下步骤1)、在海上漂浮并锚碇的基础托盘上制作混凝土重力式基础台座、导向管及附属件；2)、将上述混凝土重力式基础整体运至安装地点，定位，配重，使其保持平衡；3)、向基础托盘内注水使由混凝土重力式基础台座、基础托盘和导向管组成的混凝土重力式基础下沉；4)、利用高出水面的导向管将塔筒定位于混凝土重力式基础台座顶面的塔筒套环内，形成环向密封；5、调整塔筒的垂直度，并抽排导向管与塔筒之间的水体；6)、通过导向管内的注浆管向导向管与塔筒之间的间隙内压注浆液。其中，所述附属件包括注浆管、塔筒套环、止水垫圈等。所述塔筒套环和导向管之间设有装在混凝土重力式基础台座顶面的止水垫圈，所述塔筒的底缘与该止水垫圈之间形成环向密封，密封效果更好。进一步地，在混凝土重力式基础下沉完成后，为了使得基础托盘获得更大的压载， 向基础托盘内抛填块石；在抽排导向管与塔筒之间的水体后，向导向管与塔筒之间的间隙内压注浆液之前，向导向管与塔筒之间的间隙内填充石料或混凝土。制作基础托盘一般在陆地上加工，然后将制作完成后的基础托盘运至近岸海上并锚碇。与现有技术相比，本发明的有益效果是所述适用于海洋工程的塔筒式结构物利用基础托盘面积大于混凝土重力式基础台座面积，即基础托盘产生的浮力大于混凝土重力式基础的自重的特点，通过增大基础托盘的面积，降低混凝土重力式基础对天然软土地基承载力的要求；利用基础托盘产生的浮力使混凝土重力式基础整体漂浮于水面，达到水上整体拖运的目的，通过向基础托盘内注水使基础整体下沉，从而降低运输安装成本；利用平衡配重块调节整体重心，利用平压孔调节不稳定尾流涡体的内部压力，使混凝土重力式基础整体平稳下沉，减免下沉过程中的摆飘。在混凝土重力式基础安装完成后，利用高出水面的导向管的导向作用，将塔筒定位于混凝土重力式基础台座顶面的塔筒套环内，并形成环向密封。抽排导向管与塔筒之间的水体，向导向管与塔筒之间的间隙填充石料或混凝土，并通过注浆管注浆使塔筒与导向管成为整体，从而提高塔筒式结构物的刚度。当混凝土重力式基础沉放在倾斜度较大的海床地基上时，利用导向管上部外径小于下部外径的特点，在一定程度上仍然可以实现塔筒的垂直纠偏。所述塔筒式结构物的安装方法简便，运输安装成本低。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1是本发明一种实施例的结构示意图；图2是本发明所述混凝土重力式基础的结构示意3是图2的俯视图；图4是本发明所述基础托盘的侧视图；图5是图4的俯视图；图6是本发明所述导向管的横剖面图。在图中1 一混凝土重力式基础台座；2—导向管；4一注浆孔；5—塔筒套环；7—基础托盘；8—平衡配重；10—塔筒。
具体实施例方式一种适用于海洋工程的塔筒式结构物，如图1所示，包括混凝土重力式基础和装在混凝土重力式基础上的塔筒10。所述混凝土重力式基础的结构如图2 3所示，包括基础托盘7，装在基础托盘7上的混凝土重力式基础台座1，和装在混凝土重力式基础台座1 顶面的导向管2。其中，所述混凝土重力式基础台座1的上半部分为圆台型，下半部分为圆柱型，其结构尺寸应根据上部荷载和海床地基条件确定。混凝土重力式基础台座1的顶面设置有塔筒套环5及止水垫圈6。塔筒套环5的内径应大于塔筒10 (如风力机组塔筒、潮流机组塔筒)的外径。当基础沉放在倾斜度较大的海床地基上时，可将塔筒套环5的直径加大，其直径可根据海床地基的倾斜角度、塔筒10外径、导向管2的高度及上下部外径等尺寸计算求得，从而实现塔筒的垂直纠偏。止水垫圈6与塔筒底缘的止水垫圈相契合，形成塔筒10内侧与导向管2之间的环向密封，使之具备排干水体的条件，用以保障间隙间混凝土和注浆的质量，使塔筒10与导向管2成为整体，提高塔筒式结构物的刚度。如图4 图5所示，基础托盘7与混凝土重力式基础台座1的底部连接成整体，基础托盘7的尺寸由整体重量及海床地基的承载能力确定，其产生的浮力应能够使整体漂浮于水面。基础托盘7内部均勻布置有平衡配重8和平压孔9，平衡配重8用以调节整体重心使其保持平衡，平压孔9的下部开口采用流线型设计，该平压孔9的底部口径大于上部口径，当混凝土重力式基础下沉时有足够的水流通过平压孔9，以便消减尾流涡体内部的不稳定压力，减免下沉过程中的摆飘。如图6所示，导向管2的上部外径小于下部外径且高出水面，塔筒吊装施工时能使塔筒10准确定位于塔筒套环5内，塔筒10底缘与止水垫圈6形成环向密封。注浆管3均勻布置在导向管2的内侧，开设在导向管2管壁上的注浆孔4直接与注浆管3连通。当从注浆管3压注浆液时，浆液通过注浆孔4进入塔筒内侧与导向管2之间的间隙。上述适用于海洋工程的塔筒式结构物的安装方法，具体包括如下步骤1)、在陆地上加工制作基础托盘7，然后将制作完成后的基础托盘7运至近岸海上并锚碇，在漂浮在近岸海上并锚碇的基础托盘7上制作混凝土重力式基础台座1、导向管2、 注浆管3、塔筒套环5、止水垫圈6等；
3—注浆管； 6—止水垫圈； 9一平压孔；
6
2)、将上述混凝土重力式基础整体拖运至安装地点，定位，配重，使其保持平衡；3)、向基础托盘7内注水使由混凝土重力式基础台座1、导向管2、基础托盘7组成的混凝土重力式基础平稳下沉，在混凝土重力式基础下沉完成后，向基础托盘7内抛填块石；4)、利用高出水面的导向管2将塔筒10定位于混凝土重力式基础顶面的塔筒套环 5内，形成环向密封；5)、调整塔筒10的垂直度，并抽排塔筒10与导向管2之间的水体；然后在导向管 2与塔筒10之间的间隙内填充石料或混凝土 ；6)、通过导向管2内的注浆管3向导向管2与塔筒10之间的间隙内压注浆液。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种适用于海洋工程的塔筒式结构物，其特征在于，包括混凝土重力式基础和置于混凝土重力式基础上的塔筒(10)，所述混凝土重力式基础包括混凝土重力式基础台座(1)，基础托盘(7)和导向管O)；所述基础托盘(7)位于混凝土重力式基础台座(1)下方并与混凝土重力式基础台座(1)底板相连，且该基础托盘(7)的底面积大于混凝土重力式基础台座(1)的底面积；所述导向管( 装在混凝土重力式基础台座(1)上；所述塔筒(10) 套装在导向管( 外侧，且该塔筒(10)的底缘置于混凝土重力式基础台座(1)上；所述导向管O)内部布置有注浆管(3)，该导向管( 外壁开设有多个与所述注浆管C3)连通的注浆孔⑷。
2.根据权利要求1所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物，其特征在于，所述的混凝土重力式基础台座(1)的顶面设置有位于导向管( 外侧的塔筒套环(5)，所述塔筒(10) 的底缘置于该塔筒套环(5)内侧。
3.根据权利要求2所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物，其特征在于，所述导向管(2)与塔筒套环( 之间设有止水垫圈(5)，所述塔筒(10)的底缘置于该止水垫圈(6)上。
4.根据权利要求1所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物，其特征在于，所述的基础托盘(7)与混凝土重力式基础台座(1)的底板连接成整体，该基础托盘(7)内部布置有平衡配重块(8)和平压孔(9)。
5.根据权利要求4所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物，其特征在于，所述平压孔 (9)的底部口径大于上部口径。
6.根据权利要求1 5之一所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物，其特征在于，所述的导向管( 与混凝土重力式基础台座(1)的顶面连接成整体，该导向管O)的上部外径小于下部外径，且导向管O)的高度大于安装地点的水深。
7.一种用于海洋工程的塔筒式结构物的安装方法，其特征在于，包括如下步骤1)、在海上漂浮并锚碇的基础托盘(7)上制作混凝土重力式基础台座(1)、导向管(2) 及附属件；2)、将权利要求1 6之一所述的混凝土重力式基础整体运至安装地点，定位，配重，使其保持平衡；3)、向基础托盘(7)内注水使由混凝土重力式基础台座(1)、基础托盘(7)、导向管⑵ 组成的混凝土重力式基础下沉；4)、利用高出水面的导向管( 将塔筒(10)定位于混凝土重力式基础台座(1)顶面的塔筒套环(5)内，形成环向密封；5)、调整塔筒(10)的垂直度，并抽排塔筒(10)与导向管(2)之间的水体；6)、通过导向管(2)内的注浆管(3)向导向管(2)与塔筒(10)之间的间隙内压注浆液。
8.根据权利要求7述的适用于海洋工程的塔筒式结构物的安装方法，其特征在于，在混凝土重力式基础下沉完成后，安装塔筒(10)之前，向基础托盘(7)内抛填块石。
9.根据权利要求7所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物的安装方法，其特征在于， 在步骤4)中，所述塔筒套环( 和导向管( 之间设有装在混凝土重力式基础台座(1)顶面的止水垫圈(6)，所述塔筒(10)的底缘与该止水垫圈(6)之间形成环向密封。
10.根据权利要求7所述的适用于海洋工程的塔筒式结构物的安装方法，其特征在于， 在抽排塔筒(10)与导向管(2)之间的水体后，向导向管O)与塔筒(10)之间的间隙内压注浆液之前，在导向管⑵与塔筒(10)之间的间隙内填充石料或混凝土。
全文摘要
本发明公开了一种适用于海洋工程的塔筒式结构物及其安装方法，为了解决现有塔筒式结构物安装施工作业难度大、运输安装费用高的问题，本发明包括混凝土重力式基础台座、基础托盘、导向管和塔筒；所述导向管内部布置有注浆管，所述塔筒套装在导向管外侧且底缘置于混凝土重力式基础台座上的塔筒套环内。本发明结构简单，安装方便，通过调整基础托盘的尺寸，可以满足天然软土地基承载力的要求；利用水上整体拖运，可以有效地降低安装成本。本发明尤其适用作为水深较大的海域和软土地基的风力发电机组、潮流发电机组等塔筒式结构物。
文档编号E02D27/42GK102296629SQ201110202658
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者伏亮明, 刘路平, 戴晓兵, 王立杰 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院