一种桶形基础辅助沉贯装置及安装方法与流程

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种桶形基础辅助沉贯装置及安装方法。

背景技术：
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桶形基础是一种底端开口、顶端封闭的倒扣大直径钢制圆桶，安装时，首先在预定海域依靠桶体自重使其部分插入土中以形成密闭空间，然后抽出桶内和土体之间的气体或液体，从而使桶体内外形成压力差，逐步压入至海床内预定深度完成安装。

若桶形基础的桶壁与海床之间的摩擦阻力越大时，沉贯所需的桶体内外压力差更大。但当桶形基础在沉贯中抽取负压过大时，桶内地基土的泥沙颗粒在负压作用下会失去部分重量，形成由下向上的膨胀隆起状态，即所谓的“土塞”现象，其将阻碍桶形基础的下沉，使得桶形基础难以沉贯至设计深度。为了防止土塞现象的产生，桶形基础的内外压力差不宜过大。

一般地，若地质条件复杂或桶形基础的长径比太大，沉贯过程中容易产生土塞现象，桶形基础依靠内外压力差已难以沉贯到位。此时，需要外部的辅助设备与辅助力量协助桶形基础的完成沉贯作业。

特别地，桶形基础的构型逐渐演化形成多种多样的新型式，如中国专利授权公告号CN101761091A公布的一种带承力环的桶形基础、CN205152951U公布的一种新型裙式桶形基础、CN103741711A公布的一种高低桶盖双壁桶形基础、CN205134358U公布的一种倾斜式裙式桶形基础、CN103132521B公布的一种带锚枝的桶形基础、CN204940320U公布的一种锥形桶形基础。这些形态各异的桶形基础，其复杂的造型都不同程度上增加了桶形基础的沉贯阻力。因此，亟待发展协助桶形基础沉贯的辅助装置及安装方法。

技术实现要素：
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为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种桶形基础辅助沉贯装置及安装方法，装置结构设计合理，安装时操作简单、施工方便。

本发明的技术方案如下：

桶形基础辅助沉贯装置，其特征在于，包括待沉贯桶形基础上端面安装的竖向辅助导管架，辅助导管架上端安装有横向的主加载桁架，主加载桁架两端对称安装有与之垂直的次加载桁架，每个次加载桁架两端正下方设有沉贯于海床中的、倒置的桶形基础，桶形基础上端面上设有间隔设置的吊点、进出水阀，四个桶形基础以主加载桁架中心轴两两对称，每个桶形基础上端的吊点与次加载桁架下端面通过钢缆相连接，钢缆上设有钢缆张紧器。

所述的桶形基础辅助沉贯装置，其特征在于，所述的吊点设置在桶形基础桶顶中心处。

所述的桶形基础辅助沉贯装置，其特征在于，所述的主加载桁架与辅助导管架的对称轴重合，辅助导管架为锥柱状，大端与桶形基础上端面相固定。

桶形基础辅助沉贯装置的安装方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

1）、待沉贯桶形基础定位与辅助桶形基础沉贯：

将辅助导管架与待沉贯桶形基础之间相互固定连接，使待沉贯桶形基础在自重及初步负压作用下下沉并接触拟定位置的海床，根据设计方位尺寸，在待沉贯桶形基础四周对称地将四个桶形基础下沉接触海床，通过桶形基础的进出水阀抽真空使其沉入海床土体中达到设计深度；

2）、安装主加载桁架及次加载桁架：

将主加载桁架与辅助导管架顶部固定连接，两个次加载桁架分别对称地安装在主加载桁架的两端；

3）、安装钢缆，并实施均匀加载作业：

对四个桶形基础，使钢缆竖直的连接桶形基础上的吊点与次加载桁架，通过初步张紧钢缆张紧器使桶形基础的钢缆拉紧次加载桁架。通过待沉贯桶形基础上的进出水阀抽取真空使其沉入海床的同时，逐渐张紧四个桶形基础上方的钢缆张紧器，使各钢缆的拉力变成待沉贯桶形基础的下沉荷载，逐渐把待沉贯桶形基础贯入海床中；待沉贯桶形基础下沉达到预定值后，沉贯施工即完成。

本发明的优点是：

1、本发明四个桶形基础对称分布于待沉贯桶形基础四周，钢缆沿竖向分布连接桶形基础与加载桁架，钢缆上竖向荷载均转变成待沉贯桶形基础的下沉荷载，其不会产生对待沉贯桶形基础下沉无帮助的水平分量，沉贯荷载大、效率高。

2、本发明施工简单、方便，无需大型设备，具有经济性与实用性。

附图说明：

图1为本发明桶形基础辅助沉贯装置的主视图。

图2为本发明桶形基础辅助沉贯装置的俯视图。

图3为本发明桶形基础沉贯就位示意图。

图4为本发明安装主加载桁架及次加载桁架示意图。

附图标记说明：1、桶形基础；2、进出水阀；3、吊点；4、钢缆；5、钢缆张紧器；6、待沉贯桶形基础；7、辅助导管架；8、主加载桁架；9、次加载桁架；A、海床面；B、海平面。

具体实施方式：

参见附图：

桶形基础辅助沉贯装置，包括待沉贯桶形基础6上端面安装的竖向辅助导管架7，辅助导管架7一侧设有进出水阀2，辅助导管架7上端安装有横向的主加载桁架8，主加载桁架8两端对称安装有与之垂直的次加载桁架9，每个次加载桁架9两端正下方设有沉贯于海床中的、倒置的桶形基础1，桶形基础1上端面上设有间隔设置的吊点3、进出水阀2，四个桶形基础1以主加载桁架8中心轴两两对称，每个桶形基础1上端的吊点3与次加载桁架9下端面通过钢缆4相连接，钢缆4上设有钢缆张紧器5，通过钢缆4上的钢缆张紧器5使次加载桁架9受到下拉荷载，次加载桁架9受到的下拉荷载最终传递给待沉贯桶形基础6，进而使待沉贯桶形基础6逐渐下沉，从而达到协助待沉贯桶形基础6贯入海床的目的。

吊点3设置在桶形基础1桶顶中心处，供钢缆4穿越与系缚。桶形基础1与待沉贯桶形基础6的顶部设有进出水阀2，供连接外部管道抽负压使用。

主加载桁架8与辅助导管架9的对称轴重合，辅助导管架9为锥柱状，大端与桶形基础1上端面相固定。

待沉贯桶形基础6的桶顶应焊接有辅助构件，能够简便安装辅助导管架7，使辅助导管架7与待沉贯桶形基础6之间形成固定连接，并具有足够的强度与刚度。

主加载桁架8的中点与辅助导管架7的对称轴重合；次加载桁架9以主加载桁架8的中点为对称点安装于主加载桁架8的两端；四个桶形基础1以主加载桁架8为对称轴轴安装于海床中。

主加载桁架8与次加载桁架9应有足够的强度与刚度，能够承受钢缆4传递过来的轴力、剪力与弯矩，并具有足够的安全储备。

次加载桁架9上与钢缆4接触的部位、主加载桁架8与次加载桁架9相互接触部位，应采用加筋钢板强化，防止应力集中而发生杆件局部屈服变形。

使用辅助板材、螺栓连接或其它办法，使次加载桁架9、主加载桁架8与辅助导管架7连接成整体，能形成稳定的平衡体系，确保加载过程中整体稳定。

钢缆4的上部连接有钢缆张紧器5，其能使钢缆4张紧，且能提供所需的足够拉力。

一种桶形基础辅助沉贯装置的安装方法，具体实施步骤详细描述如下：

1）、待沉贯桶形基础定位与辅助桶形基础沉贯：

在岸上或船上，将辅助导管架7与待沉贯桶形基础6之间实现固定连接。在指定的海域施工点，使用设备起吊将待沉贯桶形基础6竖直地下沉并接触海床，打开连接待沉贯桶形基础6上的进出水阀2抽真空使其沉入海床土体中一定的深度。初步就位的待沉贯桶形基础6应能保持自身的垂直度、且能承受一定的竖向荷载而不发生不均匀沉降；

再根据设计方位尺寸，在待沉贯桶形基础6四周对称地将四个桶形基础1下沉接触海床，通过桶形基础1的进出水阀2抽取真空使其沉入海床土体中达到设计深度。

2）、安装主加载桁架及次加载桁架：

将主加载桁架8与辅助导管架7顶部相互固定连接，两个次加载桁架9分别对称地安装在主加载桁架8的两端。主加载桁架8的中点与辅助导管架7的对称轴重合；次加载桁架9以主加载桁架8的中点为对称点安装于主加载桁架8的两端；

次加载桁架9、主加载桁架8与辅助导管架7连接成整体结构，能形成稳定的自平衡体系，确保加载过程中整体稳定。

3）、安装钢缆，并实施均匀加载作业：

对四个桶形基础1，使钢缆4竖直的连接桶形基础1上的吊点3与次加载桁架9，通过初步张紧钢缆张紧器5使桶形基础1的钢缆4拉紧次加载桁架9；通过待沉贯桶形基础6上的进出水阀2抽真空使其贯入海床的同时，逐渐张紧四个桶形基础1上方的钢缆张紧器5，使各钢缆4的拉力变成待沉贯桶形基础6的下沉荷载，逐渐把待沉贯桶形基础6贯入海床中；

通过张紧钢缆张紧器5加载过程中，应保持次加载桁架9与主加载桁架8的水平度。若发现次加载桁架9或主加载桁架8产生倾斜，应通过调整不同位置钢缆4上的拉力，使其重回水平状态；待沉贯桶形基础6下沉达到预定值、经过检测其铅锤度满足要求后，沉贯施工即完成。

沉贯过程中，应在充分利用四个桶形基础1提供的下拉荷载的基础上，再部分使用待沉贯桶形基础6的内外压力差，待沉贯桶形基础6的内外压力差不宜过大；因为四个桶形基础1是临时辅助装置，其变形过大、产生倾斜也无大碍；而待沉贯桶形基础6是拟建工程构筑物的基础，若抽负压过大、对海床地基土的扰动过大，将降低海床地基的承载力，对工程建设不利。

利用本发明所提桶形基础辅助沉贯装置使桶形基础沉贯结束后，松开各钢缆张紧器5，解下钢缆4，拆除次加载桁架9或主加载桁架8，通过各桶形基础1的进出水阀2向桶内注水，桶形基础1逐渐向上移动并最终拔出海床，提离各桶形基础即完成本发明所提装置的拆除工作。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。