专利名称：支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及海上浮力平台及其施工安装方法，尤其涉及一种浮力支撑固定平台支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台及其施工安装方法。
背景技术：
水中建筑物的地质条件和风浪荷载及水深决定了水中建筑物的基础形式，一般大型水中建筑物的基础占总体造价的25 % 40 %。30米已上的中度水深至深水基础，应考虑海洋环境产生的荷载力，如台风、巨浪、大潮产生的巨大水平力，成为其设计和施工中必须考虑的重要控制条件。海上风机深水区基础型式多为浮式平台，浅水区主要为桩基础或重力式基础的桩基础，中度深水区为桁架型导管架基础。桥梁中度深水区至深水区主流基础型式为钻孔群桩基础或钢板桩围堰管柱基础。钻井和采油的海洋固定式平台用于水深10米至200米，钻井和采油的海洋半潜式平台用于水深100米至数千米。我们另一个发明(申请号为CN2012100302587的中国专利申请)“支撑海上风机和海洋能发电机的预应力混凝土浮式平台”水深30米至100米比钢浮式平台节省30%至50%或更多。本发明申请吸收了我们另一个发明“支撑海上风机和海洋能发电机的预应力混凝土浮式平台”在中度水深至深水区施工方便可行和造价低等优点，而本发明的支承基础按浮力筒浮力抵消部分水工建筑物的重量，加上固定平台底部的基础也承受部分水工建筑物的重量，浮力筒嵌入到海床提高了平台水平抗力和稳定性，及本发明独有的嵌入到海床的浮力支撑固定平台安装方法，解决了水深 约10米至30米或部分海域至50米的水工建筑物基础造价较高的难题。本发明在水深30米至50米海域均为经济适用，应按地质条件和风浪荷载等比选。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对水深10米至30米或部分海域至50米的现有海上风电等海洋(水工)建筑物基础造价较高和施工难度较大的难题，提供一种支撑海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑结构的浮力支撑固定平台及其施工方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，所述浮力支撑固定平台包括:至少三个垂直布置的且具有锥形底部的卫星浮力筒，通过混凝土固定支撑在海床上，其中所述卫星浮力筒为空心柱体；以及连接结构，用以相互连接所述卫星浮力筒；其中，平台上支撑有海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述浮力支撑固定平台的平面为三角形或四边形或多边形且包含三角形划分单元，其中，
所述卫星浮力筒分别设于所述多边形的节点处，且至少一个所述卫星浮力筒上支撑有海上风机；所述连接结构为钢拉索或空心杆件，用以相互连接所述卫星浮力筒。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述平台进一步包括中心支撑杆件和框架结构，所述框架结构用以连接所述卫星浮力筒与所述中心支撑杆件；所述中心支撑杆件位于所述平台的平面重心处，且支撑有海上风机。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述中心支撑杆件为垂直布置的半潜式悬浮的中心浮筒或通过水下混凝土固定支撑在海床上的中心浮力筒；其中，所述中心浮筒或中心浮力筒均为空心柱体。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述框架结构包括从下部连接所述卫星浮力筒与所述中心支撑杆件的下连接梁以及对角连接所述卫星浮力筒与所述中心支撑杆件的斜撑。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述卫星浮力筒对称布置，且所述卫星浮力筒上共同支撑有桩承台，所述桩承台上支撑桥梁的桥墩。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述平台为网格结构，所述卫星浮力筒分别设置在所述网格的格点上；所述平台上支撑海洋建筑物。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述平台包括多个正方形子平台，各正方形子平台由连接结构连接，所述卫星浮力圆筒分别设置在所述正方形子 平台的节点上；所述平台上支撑专供乘客上下、货物装卸的人工码头建筑物。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述平台分为为一个或多个平台，多个平台时各平台由框架结构连接，所述卫星浮力圆筒分别设置在所述一个至多个平台的节点上；所述平台上支撑人工建造的人工岛及其岛上建筑物。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述卫星浮力筒和/或连接结构和/或框架结构由钢或预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土或预应力钢管混凝土或钢-混凝土组合材料制成。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述卫星浮力筒内设有泵压系统，所述泵压系统包括水泵、压力管以及设置在外部的混凝土泵和水泥沙浆泵；其中，所述压力管的一端开口与所述水泵或混凝土泵连接，另一端开口穿过所述卫星浮力筒的锥形底部的最底点与外界相通，用以将分别从所述水泵、混凝土泵输出的水或混凝土挤压至外界；所述水泥沙浆经另外的一套压力管道挤压至外界。在依据本发明实施例的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台中，所述卫星浮力筒内灌沙或灌水，用以增加所述平台的自重，从而抵抗风荷载引起的上拔力。本发明还提供了一种海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，所述施工安装方法用于上述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，包括以下步骤:
在安装点与所述平台的卫星浮力筒对应的位置处分别开挖海床软土至所述海床的持力层，用以形成尺寸大于所述卫星浮力筒的锥形底部的凹槽；拖运所述海上风电支撑平台至所述安装点处，调节所述平台以使所述卫星浮力筒与所述凹槽--对应；下沉所述平台，并在所述凹槽内、所述卫星浮力筒的锥形底部的最底点与所述持力层之间浇注形成预设厚度的混凝土层；在所述混凝土层完全凝固之前继续下沉所述平台，以使所述锥形底部完全嵌入所述混凝土层，保持水平及位置至所述混凝土层中形成与所述锥形底部对应的锥形凹槽，最后上升所述平台；在所述混凝土层达到预设强度之后下沉所述平台，以在所述锥形底部与所述锥形凹槽之间形成狭缝；以及压浆填满所述狭缝，并将平台略为下降至所述平台开始支撑在混凝土层上，待压桨达至预设强度后将所述平台完全支撑在混凝土层上，从而将所述卫星浮力筒以及所述平台固定在所述海床上；在所述平台中心支撑杆件上安装海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。
本发明还提供了一种海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，所述方法用于上述的平台，包括以下步骤:拖运所述平台至安装点处；下沉所述平台至海床上方，并启动卫星浮力筒中的水泵，以通过压力管位于卫星浮力筒的锥形底部的最底点处的开口泵压出水，从而在所述锥形底部的下方冲刷海床软土至所述海床的持力层，用以形成尺寸大于所述锥形底部的凹槽；启动外置混凝土泵，以通过压力管位于卫星浮力筒的锥形底部的最底点处的开口泵压出混凝土，从而在所述凹槽内、所述卫星浮力筒的锥形底部的最底点与所述持力层之间浇注形成预设厚度的混凝土层；在所述混凝土层完全凝固之前继续下沉所述平台，以使所述锥形底部完全嵌入所述混凝土层，保持预设时间后上升所述平台以在所述混凝土层中形成所述锥形底部对应的锥形凹槽；在所述混凝土层达到预设强度之后下沉所述平台，以在所述锥形底部与所述锥形凹槽之间形成狭缝；以及启动外置水泥砂浆泵，以通过另一套压力管位于卫星浮力筒的锥形底部的最底点处的开口泵压出水泥砂浆来压浆填满所述狭缝，从而将所述卫星浮力筒以及所述平台固定在所述海床上；在所述平台上安装海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。在依据本发明实施例的海上浮力支撑固定平台的施工安装方法中，在所述卫星浮力筒固定在所述海床上之后，在所述卫星浮力筒中填充水或沙以压重所述卫星浮力筒。在依据本发明实施例的海上浮力支撑固定平台的施工安装方法中，所述施工安装方法进一步包括在紧贴所述凹槽的内壁上设置钢板环，并在所述钢板环内部设置钢筋，从而在所述凹槽内、所述卫星浮力筒的锥形底部的最底点与所述持力层之间浇注形成预设厚度的混凝土层，用以防止所述凹槽侧海床软土的坍塌。在依据本发明实施例的海上浮力支撑固定平台的施工安装方法中，所述施工安装方法进一步包括采用节段预制施工法制作所述预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土平台，包括:在预制场或工厂内使用节段预制方法匹配浇注组成卫星浮力筒的卫星浮力筒节段；连接各卫星浮力筒的连接结构分成连接结构节段；在预制场或工厂内使用节段预制方法匹配浇注所述连接结构节段，使用预应力逐个连接结构节段以拼装连接结构节段，从而完成整个预制拼装连接结构；在港口侧的海上插打引导桩，每个所述卫星浮力筒对应设置至少三根引导桩，从而能够在港口侧的海上支撑定位钢桁架以进行卫星浮力筒的安装；将所述预制卫星浮力筒节段运输至所述港口侧；使用预应力拼装卫星浮力筒节段，以完成整个卫星浮力筒的预制拼装；通过浮吊将所述完成的整个预制拼装卫星浮力筒吊至引导桩的位置处，并下降所述定位钢桁架以固定在所述引导桩上；调节所述卫星浮力筒的水平和位置，并采用所述定位钢桁架进行固定，使连接结构能在陆上条件安装；将所述整个预制拼装连接结构运输至所述港口侧；采用浮吊，将所述整个预制拼装连接结构下降到与各卫星浮力筒对应的接头位置处，以及通过预应力和锚具连接和固定接头；重复以上步骤到完成平台的节段施工法；移除锁定设备并移除所述定位钢桁架，平台自由后即可拖至海上安装海域进行平台的基础工程施工安装。在依据本发明实施例的海上浮力支撑固定平台的施工安装方法中，所述施工安装方法进一步包括采用工厂预制工地整体拼接制作所述钢平台，包括:支撑海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑结构的钢平台施工采用工厂预制，在港口附近工地拼接成整个钢平台，通过浮吊将所述完成的整个钢平台整体吊至水中，或利用滑道将平台下滑至海上，将悬浮钢平台拖至海上安装海域进行钢平台各浮力筒的基础工程施工。本发明产生的有益效果是:由于依据本发明实施例的浮力支撑固定平台通过将卫星浮力筒固定在海床上，因此相比于半潜式的悬浮平台，在风力的作用下，浮力筒的水或沙等压重能抵消一部分由风力产生的上升拔力，从而使得平台更加稳定。另外，浮力筒的浮力抵消部分水工建筑物的重量提高了基础承载能力，浮力筒嵌入到海床提高了平台水平抗力和稳定性，因此浮力支撑固定平台的尺寸与浮式平台相比将大大减少，在水深10米至30米中度水深可大幅节约建设成本，也节约海洋空间资源，促进海域科学利用。从而提高了船运行时的安全性能。浮力支撑固定平台施工安装全部为人工水上作业，平台杆件全部预制，现场占用时间短，采用水上遥控建设浮力筒基础和海底地基处理，解决了沉井等水下基础需要复杂重型施工设备和危险的水下人工安装作业等最难的问题。施工设备制作成本低廉，可重复利用，提高了工作 效率，施工方法安全，低风险和低成本，适用于海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物的基础工程。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:图1是本发明实施例的安装有水平轴风机的浮力支撑固定平台的结构示意图；图2是图1中1-1处的平面示意图；图3是本发明实施例的卫星浮力筒中设有泵压系统的海上风电支撑平台的结构示意图；图4是本发明示范实施例的支撑有海上风机的浮力支撑固定平台的结构示意图；图5是本发明示范实施例的用于支撑桥梁的浮力支撑固定平台的结构示意图；图6是本发明示范实施例的用于支撑海上建筑物的浮力支撑固定平台的结构示意图；图7是本发明示范实施例的海上风电支撑平台的施工安装方法的示意图；图8是本发明示范实施例的海上风电支撑平台的施工安装方法的示意图；图9是本发明示范实施例的海上风电支撑平台的施工安装方法的示意图；图10是本发明示范实施例的海上风电支撑平台的施工安装方法的示意图；图1lA是本发明示范实施例的海上风电支撑平台的施工安装方法的示意图；图1lB是图1lA中A区的放大示意图；图12A是本发明示范实施例的海上风电支撑平台的施工安装方法的示意图；图12B是图12A中B区的放大示意图；图13示出了三浮筒浮力支撑固定平台的建造方法和顺序；图14示出了三浮筒浮力支撑固定平台的建造方法和顺序；图15示出了三浮筒浮力支撑固定平台的建造方法和顺序；图16示出了三浮筒浮力支撑固定平台的建造方法和顺序；图17示出了三浮筒浮力支撑固定平台的建造方法和顺序。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在依据本发明实施例的浮力支撑固定平台10(以下简称为平台10)中，包括至少三个垂直布置的且具有锥形底部14的卫星浮力筒1，通过混凝土固定支撑在海床上，其中卫星浮力筒I为空心柱体(例如圆柱体、四面柱体、六面柱体等等。)；以及还包括连接结构，用以相互连接卫星浮力筒I ;其中，平台上支撑有海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。当平台10上支撑有海上风机时，依据本发明实施例的平台10的平面为多边形且包含三角形划分单元。该平台10包括至少三个垂直布置的且具有锥形底部14的卫星浮力筒1、一个中心支撑杆件、框架结构以及钢拉索13。具体而言，连接结构为钢拉索13，中心支撑杆件和框架结构为可选结构设置。其中，卫星浮力筒I通过混凝土固定支撑在海床上，并位于平台10的节点(即 平台10的多边形的节点)处。中心支撑杆件位于平台10的平面重心处。框架结构用于分别连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件，而钢拉索13 (连接结构)用于相互连接上述各个卫星浮力筒I。中心支撑杆件和卫星浮力筒I的至少一个上支撑有风机(水平轴风机或垂直轴风机)。具体而言，图1和2中示出的平台10的平面为三角形，包含多个三角形划分单元。例如，三个卫星浮力筒I构成的三角形划分单元，以及两个卫星浮力筒I和一个中心支撑杆件构成的三角形划分单元。因为具有多个三角形划分单元，因此平台10的结构相对稳定。图1和2仅用作举例，并不是对本发明实施例中的平台10的限制，依据本发明实施例的平台10的平面还可以正方形，其四个节点处分别设有卫星浮力筒1，并在该四边形的平面重心处设有一个中心支撑杆件。当然，平台10也可以是五边形、六边形等多边形。另外，图中示出了海平面8作为参考。具体而言，三个卫星浮力 筒I的直径为12米，高度为9米，分别设置在边长为40米等边三角形的平台10的节点处。卫星浮力筒I的壁厚在底部为0.35米到0.4米。顶板厚度为0.35米到0.5米，以及底板为0.35米到0.6米。中心浮筒9的直径为10米、高度为12米、壁厚为0.35米到0.4米、以及顶板为0.5米和底板为0.4米到0.60米。平台10中的卫星浮力筒I为空心柱体，例如圆柱体、四面柱体、六面柱体等等。卫星浮力筒I的底部设有锥形底部14，该锥形底部14的最底点指向海床。为了更加稳定地支撑卫星浮力筒1，该锥形底部14的底面直径可优选大于卫星浮力筒I的截面直径。卫星浮力筒I可为钢浮筒，也可以为混凝土制成的空心柱体。例如，卫星浮力筒I可由预应力混凝土和预应力轻质混凝土和预应力纤维混凝土和预应力钢管混凝土和钢-混凝土组合材料中的一种制成。可在卫星浮力筒I上可安装垂直轴风机。在本发明的实施例中，如图3所示，卫星浮力筒I内设有泵压系统，该泵压系统包括水泵70、以及压力管16。混凝土泵和水泥沙浆泵则为外置。其中，压力管16的一端开口与水泵、混凝土泵中的一个连接，另一端开口穿过卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点与外界相通，用以将分别从水泵、混凝土泵输出的水或混凝土压至外界。水泥沙浆则由另外一套压力管65泵压出锥形底部14。具体而言，工作中，当压力管16与水泵连接时，从水泵压出的高压水将通过压力管16并从压力管16位于锥形底部14的最底点处的开口泵压到外界(海中)。管道66用作检测混凝土。其中，图中还示出了连梁预应力锚固端13、浮筒出入口 38、浮筒加劲环27、气室28、水泵41、另一压力管42、检测管43以及气管44。为了进一步增加稳定性，卫星浮力筒I内还可充有水或沙，当然，填充物不仅限于水或沙，可以是任意的比重较大的物质，从而可以压重平台10。中心支撑杆件设置在平台10的平面重心处，可在中心支撑杆件上安装水平轴风机。在本发明的一实施例中，可将中心支撑杆件设为中心浮筒9。垂直布置的中心浮筒9的结构与卫星浮力筒I的结构类似，为空心柱体，例如圆柱体、四面柱体、六面柱体等等。中心浮筒9可为钢浮筒，也可以为混凝土制成的空心柱体。例如，中心浮筒9可由预应力混凝土和预应力轻质混凝土和预应力纤维混凝土和预应力钢管混凝土和钢-混凝土组合材料中的一种制成。通常，可设置中心浮筒9的横截面大于卫星浮力筒I的横截面。如图1和2所示，中心浮筒9不是固定支撑在海床上，而是半潜悬浮在海面上。在本发明的另一实施例中，可将中心支撑杆件设为中心支撑板。该支撑板为平板结构，水平轴风机可安装到该支撑板上。优选地，该中心支撑板可由预应力混凝土和预应力轻质混凝土和预应力纤维混凝土和预应力钢管混凝土和钢-混凝土组合材料中的一种制成。因为风机的重量相对较轻，中心浮筒9悬浮在海上。当浮力支撑固定平台上支撑的是重量相对较重的桥梁时，中心支撑杆件为中心浮力筒，该中心浮力筒通过混凝土固定支撑在海床上。或如图5所示，桥墩31通过承台32将荷载分配到卫星浮力筒。框架结构用于连接卫星浮力筒I和中心支撑杆件，例如，当浮力支撑固定平台上支撑的是风机时，框架结构包括从下部连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件的下连接梁2以及对角连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件的斜撑4，也可选择地包括从上部连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件的上连接梁3。当浮力支撑固定平台上支撑的是桥梁时，框架结构包括从上部连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件的上连接梁3、从下部连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件的下连接梁2以及对角连接卫星浮力筒I与中心支撑杆件的斜撑4。上连接梁3、下连接梁2和斜撑4中的至少一部分可由预应力混凝土和预应力轻质混凝土和预应力纤维混凝土和预应力钢管混凝土和钢-混凝土组合材料中的一种制成。可设置上连接梁3和/或下连接梁2为空心梁，使得维修人员可在上连接梁中行走。在本发明的实施例中，采用钢拉索13从多边形平台10的侧面连接相邻的卫星浮力筒I。图4示出依据本发明示范实施例的平台10。该平台10的平面为四边形(正方形)，包括一个中心浮筒9 (中心支撑杆件)和四个卫星浮力筒、分别连接中心浮筒9和四个卫星浮力筒I的四个框架结构以及连接每两个相邻卫星浮力筒I的钢拉索13。其中，四个卫星浮力筒I通过混凝土固定支撑在海床上，中心浮筒9半潜悬浮在海面上。该平台10用于水深30米的海域。在本示范实施例中，中心浮筒9的直径为10米、高度为25米、壁厚为0.35米到0.4米、以及顶板为0.5米和底板为0.4米到0.60米。另有10米高的混凝土塔20浇注在中心浮筒9上，用于通过锚杆23与风机的风机塔5连接，从而稳定地支撑风机。对于5MW的水平轴风机5 ( 安装在中心浮筒9上)，其重量超过200吨以及转子的直径为120米，此时钢塔的高度为90米。与钢塔一起，风机的总重量将在700吨到1000吨之间。四个卫星浮力筒I的直径为12米，高度为14米，分别设置在38米X 38米的矩形的节点处。卫星浮力筒I的壁厚在其底部为0.35米到0.4米。顶板厚度为0.35米到0.5米，以及底板为0.35米到0.6米。中心浮筒9与卫星浮力筒I之间的对角长度为26.5米。预应力(轻质)混凝土框架用于连接中心浮筒9与卫星浮力筒I。斜撑4、上连接梁3和下连接梁2为3.5米X3米的空心部件，使得维修人员可在上连接梁空心部件的空心区域内活动。另外，当平台10在海上浮运需要提供额外浮力时，空心部件的空心区间可以容纳空气以提供额外的浮力。而平台10固定安装好后，为了抵抗风力产生的向上拔力，可在空心部件中填充比重较大的物质，例如水和/或沙和/或混凝土等以增加自重。从以上可以看出，依据本发明实施例的海上风电平台10的设计是针对风力产生的弯矩对平台10基座所产生的上升拔力。对用于安装5MW水平轴风机的四边形平台10，如果在水深30米处使用，其尺寸为38米X38米。其中，为了防止在风力的作用下发生倾覆或松动，在固定好的平台10的卫星浮力筒I中填充比重较大的物质，例如混凝土，来抵消风力作用下所产生的向上拔力。另外基座锥体14能传递水平荷载至混凝土基床17再以基床17与海床6之间的摩阻力传至海床。如果在水深50米处使用，其尺寸增加到50米X 50米。在该示范实施例中，上述的四边形平台10还可支撑海洋建筑结构或水中建筑结构。其中，中心浮筒9的直径为10米、高度为20米、壁厚为0.35米到0.4米、以及顶板为0.5米和底板为0.4米到0.60米。四个卫星浮力筒I的直径为10米，高度为20米，分别设置在50米X 50米的矩形的节点处。浮力筒的壁厚在底部为0.35米到0.4米，顶板厚度为0.35米到0.5米，以及底板为0.35米到0.6米。在本发明的实施例中，平台10上还可支撑桥梁，例如如图5所示，卫星浮力筒I对称布置，既可以轴对称，也可以是镜面对称。例如，图5中6个卫星浮力筒I镜面对称排布，当然，也可以3个或6个卫星浮力筒I轴对称排布，使得受力均匀。多个卫星浮力筒I上共同支撑有桩承台32，该桩承台32上支撑有桥梁的桥墩，从而平台10可以支撑桥梁，卫星浮力筒I直径为5米、高度为30米、壁厚为0.4米，水深25米。在本发明的实施例中，平台10上还可支撑海洋建筑物，例如如图6所示，平台10为网格结构，卫星浮力筒I分别设置在网格的格点上；平台10上支撑有海洋建筑物。为了使平台10更加稳固，可在连接卫星浮力筒I的连接结构之间进一步设置次梁35。支撑海洋建筑结构或水中建筑结构的预应力(轻质)混凝土浮力支撑固定平台，基本模块为四个浮力圆筒和连接四个浮力圆筒的格子梁框架结构，格子梁为30米X 30米，可增加浮力圆筒和连接浮力圆筒的格子梁，形成2个或多个30米X 30米浮力圆筒格子梁体系的海洋建筑结构或水中建筑结构的浮力支撑固定平台。水深30米。浮力圆筒直径为8米、高度为30米、空心圆筒壁厚为0.4米到0.5米、以及顶板为
0.5米和底板为0.4米到0.60米。浮力圆筒底部的锥体基础直径为10米、高度为4米，格子梁的空心顶梁和空心底梁均为3米宽X4米高及壁厚0.35米至0.5米。支承楼板的空心格子次梁为1.5米宽X 2米高及壁厚0.25米。海洋建筑结构或水中建筑结构共有八层，每层净高3米。其它建筑结构杆件(支承楼板的空心格子次梁等)按相关规范设计。可选择的连接浮力圆筒顶部和水上建筑结构的多密封空心箱体作为水下建筑结构，能提供额外的浮力。海洋建筑结构或水中建筑结构及浮力支撑结构和基础的设计和施工及安装中应用标准化模块化建设，从而有效降低成本。在对依据本发明实施例的海上风电支撑平台10进行施工安装时，首先在船坞或港口例如以节段预制“湿法”制作上述依据本发明实施例的海上风电支撑平台10。因此这种新颖的方法称为预应力(轻质)混凝土浮力固定平台节段施工“湿法”。随后对制作完成的海上风电支撑平台10进行浮力筒基础工程施工安装，下面将按步骤描述该浮力筒基础工程施工安装方法和预应力(轻质)混凝土浮力固定平台节段施工“湿法”。S101、如图5所示，在安装点处与上述平台10的卫星浮力筒I对应的位置处，采用挖泥船分别开挖海床软土至海床的持力层6，用以形成尺寸大于卫星浮力筒I的锥形底部14的凹槽15。在开挖之前优选预先对海床进行探测，确定其软土层7的厚度。或者可根据开挖出的物质判断是否已经开挖到持力层6。为了防止软土坍塌，还可在紧贴所述凹槽15的内壁上设置钢板环18。环内可设置钢筋。S102、从海上拖运海上风电支撑平台10至安装点处，调节平台10以使所述卫星浮力筒I与所述凹槽15上下一一对应。
S103、如图6所示，下沉平台10到海床面上访附近，并在凹槽15内、卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点与持力层6之间浇注形成预设厚度的混凝土层17。如果此时凹槽15内设有钢板环18，则在钢板环18内、卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点与持力层6之间浇注形成预设厚度的混凝土层17。S104、如图7和8所示，在该混凝土层17完全凝固之前，继续下沉平台10，以使锥形底部14完全陷入混凝土层17，保持水平与位置到混凝土凝固再上升平台10以脱离混凝土层17。当该混凝土层17完全凝固之后，混凝土层17中将形成与锥形底部14对应的锥形凹槽，而且该锥形凹槽能与锥形底部14较好地契合。S105、如图9A和9B所示，在混凝土层17达到预设强度之后再次下沉所述平台10，以在锥形底部14与锥形凹槽之间形成狭缝11。S106、如图1OA和IOB所示，通过压浆填满上述狭缝11，形成填满的狭缝12，并将平台10略为下降至所述平台10开始支撑在混凝土层17上，待压桨达至预设强度后将所述平台10完全支撑在混凝土层17上，从而将卫星浮力筒I固定在海床上，即将平台10固定在海床上。至此，已经完成了平台10的安装。S107、在平台10的中心支撑杆件上安装水平轴风机，以及在至少一个卫星浮力筒I上安装垂直轴风机。在本发明的另一实施例中，平台10的施工安装方法包括以下步骤:S201、浮运海上风电支撑平台10至安装点处；S202、下沉平台10至海床上方，并启动卫星浮力筒I中的水泵，以通过压力管16位于卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点处的开口泵压出水，从而在锥形底部14的下方冲刷海床软土至海床的持力层6，用以形成尺寸大于锥形底部14的凹槽15 ;在该步骤中，可优选预先对海床进行探测 ，确定其软土层7的厚度；或者可根据开挖出的物质判断是否已经开挖到持力层6 ；S203、启动外置的混凝土泵，以通过压力管16位于卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点处的开口泵压出混凝土，从而在卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点与持力层6之间浇注形成预设高度的混凝土层17 ；S204、在混凝土层17完全凝固之前继续下沉平台10，以使锥形底部14完全陷入混凝土层17，保持水平与位置到混凝土凝固再上升平台10以在混凝土层17中形成锥形凹槽；S205、在混凝土层17达到预设硬度之后下沉平台10，以在锥形底部14与锥形凹槽之间形成狭缝11;以及S206、启动卫星浮力筒I中的水泥砂浆泵，以通过压力管16位于卫星浮力筒I的锥形底部14的最底点处的开口泵压出水泥砂浆来压浆填满狭缝11，形成填满的狭缝12，并将平台10略为下降至所述平台10开始支撑在混凝土层17上，待压桨达至预设强度后将所述平台10完全支撑在混凝土层17上，从而将卫星浮力筒I以及平台10固定在海床上；S207、在平台10的中心支撑杆件上安装水平轴风机，以及在至少一个卫星浮力筒I上安装垂海上风机和/或桥梁和/或海上建筑物。在上述两种施工安装方法中，可在卫星浮力筒I固定在海床上之后，在卫星浮力筒I中填充水或沙或混凝土以压重卫星浮力筒I。
在本发明的优选实施例中，施工安装方法进一步包括采用节段预制施工法制作平台10。构建的开始为浇注这些预应力(轻质)混凝土平台10。可以常规方式在干坞上的陆上条件下实施浇注。不是在干坞完成，而是在船坞或港口侧节段预制方法建造该平台，因此这种新颖的方法称为预应力(轻质)混凝土平台节段施工“湿法”。具体而言，如图13-17所示，施工安装方法中可采用节段预制施工法制作预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土平台10，包括:在预制场或工厂内使用节段预制方法匹配浇注组成卫星浮力筒I的卫星浮力筒节段53 ；连接各卫星浮力筒I的连接结构分成连接结构节段56 ；在预制场或工厂内使用节段预制方法匹配浇注连接结构节段，使用预应力逐个连接结构节段以拼装连接结构节段，从而完成整个预制拼装连接结构57 ；在港口侧的海上插打引导桩51，每个卫星浮力筒I对应设置至少三根引导桩51，从而能够在港口侧的海上支撑定位钢桁架52以进行卫星浮力筒I的安装；将预制卫星浮力筒节段53运输至港口侧；使用预应力拼装卫星浮力筒节段53，以完成整个卫星浮力筒I的预制拼装(图17中标号58代表拼装完成后的卫星浮力筒)；通过浮吊(例如采用吊索55)将完成的整个预制拼装卫星浮力筒吊至引导桩51的位置处，并下降定位钢桁架52以固定在引导桩51上；调节卫星浮力筒I的水平和位置，并采用定位钢桁架进行固定，使连接结构能在陆上条件安装；将整个预制拼装连接结构57运输至港口侧；采用浮吊，将整个预制拼装连接结构57下降到与各卫星浮力筒I对应的接头位置处，以及通过预应力和锚具连接和固定接头；重复以上步骤到完成平台的节段施工法；移除锁定设备并移除定位钢桁架52，平台自由后即可拖至海上安装海域进行平台的基础工程施工安装。另外，在海上浮力支撑固定平台的施工安装方法中，可采用工厂预制工地整体拼接制作钢平台10，包括:支撑海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑结构的钢平台施工采用工厂预制，在港口附近工地拼接成整个钢平台，通过浮吊将完成的整个钢平台整体吊至水中，或利用滑道将平台下滑至海上。将悬浮钢平台拖至海上安装海域进行钢平台各浮力筒的基础工程施工。风险评估依据事故的结果对风险进行分类。以海上风电场为例，第一级风险是浮力支撑固定平台与船发生撞击。第二级风险是在恶劣天气下，风机叶片和塔被损坏。其它的风险是对航海、航运以及渔业的影响，后二者可采用常规方法进行处理。对于第一级风险，可在风机周围设置足够多的警告提醒，应当将风机刷成明亮的颜色来警示船只。类似的事故还可能由失去动力的 漂浮的船只所导致，因此需要将浮力支撑固定平台设计成能抵御船只的撞击，使其只能产生局部损害。社会效益和经济效益
本浮力支撑固定平台技术(水深约10米至50米)和我们的海上风电和海洋能预应力轻质混凝土浮式平台技术(水深约20米至500米)能扩展应用在海上太阳能，海洋能，海洋生物能等海上绿色能源，海洋牧场，海洋生物，海水淡化等海洋资源，海洋农业,海洋城市，海洋旅游，海岛房地产，该技术对开发海洋绿色能源和资源及海岛经济具有重大经济效益和战略意义。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于 本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述浮力支撑固定平台(10)包括 至少三个垂直布置的且具有锥形底部(14)的卫星浮力筒(1)，通过混凝土固定支撑在海床上，其中所述卫星浮力筒(1)为空心柱体；以及 连接结构，用以相互连接所述卫星浮力筒(1);其中， 所述平台(10)上支撑有海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。
2.根据权利要求1所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述浮力支撑固定平台(10)的平面为三角形或四边形或多边形且包含三角形划分单元，其中， 所述卫星浮力筒(1)分别设于所述平面为三角形或四边形或多边形的节点处，且至少一个所述卫星浮力筒(1)上支撑海上风机； 所述连接结构为钢拉索(13)或空心杆件，用以相互连接所述卫星浮力筒(I)。
3.根据权利要求2所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于， 所述平台(10)进一步包括中心支撑杆件(9)和框架结构，所述框架结构用以连接所述卫星浮力筒(1)与所述中心支撑杆件(9);所述中心支撑杆件(9)位于所述平台(10)的平面重心处，且支撑海上风机。
4.根据权利要求2所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述中心支撑杆件为垂直布置的半潜式悬浮的中心浮筒(9)或通过水下混凝土固定支撑在海床上的中心浮力筒；其中，所述中心浮筒(9)或中心浮力筒均为空心柱体。
5.根据权利要求2所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述框架结构包括从下部连接所述卫星浮力筒(1)与所述中心支撑杆件的下连接梁(2)以及对角连接所述卫星浮力筒(1)与所述中心支撑杆件的斜撑(4)。
6.根据权利要求1所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述卫星浮力筒(1)对称布置，且所述卫星浮力筒(I)上共同支撑有桩承台(32)，所述桩承台(32)上支撑桥梁的桥墩。
7.根据权利要求I所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述平台(10)为网格结构，所述卫星浮力筒(I)分别设置在所述网格的格点上；所述平台(10)上支撑海洋建筑物。
8.根据权利要求I所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述平台(10)包括多个正方形子平台，各正方形子平台由连接结构连接，所述卫星浮力筒(I)分别设置在所述正方形子平台的节点上；所述平台(10)上支撑专供乘客上下、货物装卸的人工码头建筑物。
9.根据权利要求I所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述平台(10)分为为一个或多个平台，多个平台时各平台由框架结构连接，所述卫星浮力圆筒(I)分别设置在所述一个至多个平台的节点上；所述平台(10)上支撑人工建造的人工岛及其岛上建筑物。
10.根据权利要求I所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述卫星浮力筒(I)和/或连接结构和/或框架结构由钢或预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土或预应力钢管混凝土或钢-混凝土组合材料制成。
11.根据权利要求I所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述卫星浮力筒(I)内设有泵压系统，所述泵压系统包括设置在所述卫星浮力筒(I)内部的水泵和多根压力管(16)以及设置在外部的混凝土泵和水泥沙浆泵；其中，所述多根压力管(16)各自的一端开口分别与所述水泵、混凝土泵和所述水泥沙浆泵连接，另一端开口穿过所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点与外界相通，用以将分别从所述水泵、混凝土泵或水泥沙浆泵输出的水、混凝土或水泥沙浆挤压至外界。
12.根据权利要求I所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，其特征在于，所述卫星浮力筒(I)内灌沙或灌水，用以增加所述平台(10)的自重，从而抵抗风荷载引起的上拔力。
13.—种海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，其特征在于，所述施工安装方法用于权利要求I至10中任一项所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，包括以下步骤 在安装点与所述平台(10)的卫星浮力筒(I)对应的位置处分别开挖海床软土(7)至所述海床的持力层￠)，用以形成尺寸大于所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的凹槽(15)； 拖运所述平台(10)至所述安装点处，调节所述平台(10)以使所述卫星浮力筒(I)与所述凹槽(15)--对应； 下沉所述平台(10)，并在所述凹槽(15)内、所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点与所述持力层(6)之间浇注形成预设厚度的混凝土层(17)； 在所述混凝土层(17)完全凝固之前继续下沉所述平台(10)，以使所述锥形底部(14)完全嵌入所述混凝土层(17)，保持水平及至所述混凝土层(17)中形成与所述锥形底部(14)对应的锥形凹槽，最后上升所述平台(10)； 在所述混凝土层(17)达到预设强度之后下沉所述平台(10)，以在所述锥形底部(14)与所述锥形凹槽之间形成狭缝(11);以及 压浆填满所述狭缝(11)，并将平台略为下降至所述平台(10)开始支撑在混凝土层(17)上，待压桨达至预设强度后将所述平台(10)完全支撑在混凝土层(17)上，从而将所述卫星浮力筒(I)以及所述平台(10)固定在所述海床上； 在所述平台(10)上安装海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。
14.一种海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，其特征在于，所述方法用于权利要求11所述的平台(10)，包括以下步骤 拖运所述平台(10)至安装点处； 下沉所述平台(10)至海床上方，并启动卫星浮力筒(I)中的水泵，以通过压力管(16)位于卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点处的开口泵压出水，从而在所述锥形底部(14)的下方冲刷海床软土(7)至所述海床的持力层￠)，用以形成尺寸大于所述锥形底部(14)的凹槽(15);启动外置的混凝土泵，以通过压力管(16)位于卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点处的开口泵压出混凝土，从而在所述凹槽(15)内、所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点与所述持力层(6)之间浇注形成预设厚度的混凝土层(17)； 在所述混凝土层(17)完全凝固之前继续下沉所述平台(10)，以使所述锥形底部(14)完全嵌入所述混凝土层(17)，保持水平及至所述混凝土层(17)中形成与所述锥形底部(14)对应的锥形凹槽，最后上升所述平台(10)； 在所述混凝土层(17)达到预设强度之后下沉所述平台(10)，以在所述锥形底部(14)与所述锥形凹槽之间形成狭缝(11);以及(CW:strength)压浆填满所述狭缝(11)，并将平台略为下降至所述平台(10)开始支撑在混凝土层(17)上，待压桨达至预设强度后将所述平台(10)完全支撑在混凝土层(17)上，从而将所述卫星浮力筒(I)以及所述平台(10)固定在所述海床上； 在所述平台(10)上安装海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。
15.一种海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，其特征在于，所述施工安装方法用于权利要求11所述的支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台，包括以下步骤:在安装点与所述平台(10)的卫星浮力筒(I)对应的位置处分别开挖海床软土(7)至所述海床的持力层￠)，用以形成尺寸大于所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的凹槽(15)； 拖运所述平台(10)至所述安装点处，调节所述平台(10)以使所述卫星浮力筒(I)与所述凹槽(15)--对应； 启动外置的混凝土泵，以通过压力管(16)位于卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点处的开口泵压出混凝土，从而在所述凹槽(15)内、所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点与所述持力层(6)之间浇注形成预设厚度的混凝土层(17)； 在所述混凝土层(17)完全凝固之前继续下沉所述平台(10)，以使所述锥形底部(14)完全嵌入所述混凝土层(17)，保持水平及至所述混凝土层(17)中形成与所述锥形底部(14)对应的锥形凹槽，最后上升所述平台(10)； 在所述混凝土层(17)达到预设强度之后下沉所述平台(10)，以在所述锥形底部(14)与所述锥形凹槽之间形成狭缝(11);以及压浆填满所述狭缝(11)，并将平台略为下降至所述平台(10)开始支撑在混凝土层(17)上，待压桨达至预设强度后将所述平台(10)完全支撑在混凝土层(17)上，从而将所述卫星浮力筒(I)以及所述平台(10)固定在所述海床上； 在所述平台(10)上安装海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑物。
16.根据权利要求13-15任一项所述的海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，其特征在于， 在所述卫星浮力筒(I)固定在所述海床上之后，在所述卫星浮力筒(I)中填充水或沙以压重所述卫星浮力筒(I)。
17.根据权利要求13-15任一项所述的海上浮力支撑平台的施工安装方法，其特征在于，所述施工安装方法进一步包括在紧贴所述凹槽(15)的内壁上设置钢板环(18)，并在所述钢板环(18)内部设置钢筋，从而在所述凹槽(15)内、所述卫星浮力筒(I)的锥形底部(14)的最底点与所述持力层(6)之间浇注形成预设厚度的混凝土层(17)，用以防止所述凹槽(15)侧海床软土(7)的坍塌。
18.根据权利要求13-15任一项所述的海上浮力支撑固定平台的施工安装方法，其特征在于，所述施工安装方法进一步包括采用节段预制施工法制作所述预应力混凝土或预应力轻质混凝土或预应力纤维混凝土平台(10)，包括: 在预制场或工厂内使用节段预制方法匹配浇注组成卫星浮力筒(I)的卫星浮力筒节段(53)； 连接各卫星浮力筒(I)的连接结构分成连接结构节段(56)； 在预制场或工厂内使用节段预制方法匹配浇注所述连接结构节段，使用预应力逐个连接结构节段以拼装连接结构节段，从而完成整个预制拼装连接结构(57)； 在港口侧的海上插打引导桩(51)，每个所述卫星浮力筒(I)对应设置至少三根引导桩(51)，从而能够在港口侧的海上支撑定位钢桁架(52)以进行卫星浮力筒(I)的安装； 将所述预制卫星浮力筒节段(53)运输至所述港口侧； 使用预应力拼装卫星浮力筒节段(53)，以完成整个卫星浮力筒(I)的预制拼装； 通过浮吊将所述完成的整个预制拼装卫星浮力筒吊至引导桩(51)的位置处，并下降所述定位钢桁架(52)以固定在所述引导桩(51)上； 调节所述卫星浮力筒(I)的水平和位置，并采用所述定位钢桁架进行固定，使连接结构能在陆上条件安装； 将所述整个预 制拼装连接结构(57)运输至所述港口侧； 采用浮吊，将所述整个预制拼装连接结构(57)下降到与各卫星浮力筒(I)对应的接头位置处，以及通过预应力和锚具连接和固定接头； 重复以上步骤到完成平台的节段施工法； 移除锁定设备并移除所述定位钢桁架(52)，平台自由后即可拖至海上安装海域进行平台的基础工程施工安装。
全文摘要
本发明公开了一种海上风电、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台及其施工安装方法。该浮力支撑固定平台包括至少三个空心圆柱体浮力筒和一个可选择空心浮筒，通过横向框架结构连接各浮力筒和浮筒以形成平面为三角形或四边形或多边形的浮力支撑结构，以及由海床水底混凝土支承的浮力筒底部基础。浮力筒的浮力抵消部分水工建筑物的重量提高了基础承载能力，浮力筒嵌入到海床提高了平台水平抗力和稳定性，并对很深的软土可选择软土加固。嵌入到海床的浮力支撑固定平台安装方法是本发明独有的发明和重点。本发明应用于水深约10米至30米至部分海域可达50米的海上风电等海洋绿色能源和桥梁及海洋建筑结构，潜在经济效益巨大。
文档编号E02B17/00GK103255752SQ20121003480
公开日2013年8月21日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者黄灿光, 陈立强 申请人:珠海强光海洋工程有限公司