一种潮间带简易海洋平台及其施工方法与流程

技术领域：

本发明涉及海洋平台结构，具体涉及一种潮间带简易海洋平台及其施工方法。

背景技术：
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潮间带是指高潮位与低潮位之间的潮浸地带或滩地。我国潮间带土地资源丰富，具有面积大、分布集中、区位条件好、农牧渔业综合开发潜力大的特点。潮间带是水产养殖和发展农业生产的重要基地，是开发海洋、发展海洋产业的一笔宝贵财富。

通常，需要在潮间带建造简易海洋平台供海洋作业使用。潮间带地区土层松软，承载力较低，且潮间带受潮水涨落起伏的影响，一天中高水位持续时间较短，且水位高度有限，施工环境较差。

一般地，可采用桩基础或桶形基础作为潮间带简易海洋平台的基础型式。但如果桩基础的长度与重量较大，需要大型起重及打桩设备，但潮间带水位无法供大型施工船进入；如果采用桶形基础，由于潮间带高水位有限，在较小的水压差作用下桶形基础难以贯入海床至设计深度。可见，设计一种适应潮间带施工环境的基础型式是潮间带简易海洋平台的关键技术之一。

但桩基础与桶形基础各自有自身的优势。桩基础能承受较大的水平承载力，施工过程中其铅垂度较容易得到保证，且积累了丰富的施工经验；桶形基础属于大直径宽浅型基础，其具有较大的竖向刚度与竖向承载力，但其水平承载力与稳定性较差，且在沉贯海床过程中其铅垂度难以保证，施工难度较大。

若把桩基础与桶形基础组合起来，实现优势互补，必将形成合理的组合基础形式。已有文献公开了多种桩基础与桶形基础的组合模式，但现行桩桶组合基础的各类设计构型，对施工过程的方便性、可行性考虑较少，也较少考虑潮间带的施工环境。

如中国专利授权公告号cn104196053b公布了一种可分离安装的桶形基础简易平台，桶形基础与导管架可分开建造与独立安装，其局限性在于：桶形基础沉贯过程中的垂直度难以保障；桶形基础沉贯就位后其上部中空导向立柱可能被淤泥填塞，使得导管架腿难以插入导向立柱中；导管架腿插入导向立柱后，在导管架腿内灌浆进行相互固定，该连接方法过于简单，且在水下开展施工，其施工质量难以得到有效保障，有可能造成使用过程中上部导管架与下部基础之间的分离、脱落与失效。

可见，有必要探讨适应潮间带的简易海洋平台结构型式及其施工方法，促进现有技术的革新与进步。

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潮间带简易海洋平台及其施工方法，先施工桩后沉贯桶形基础再组装上部平台结构，桩桶组合基础承载力大，施工方便。

本发明的技术方案如下：

潮间带简易海洋平台，其特征在于，包括下部桩桶组合基础与上部平台组块，

所述下部桩桶组合基础包括四个桶形基础，桶形基础为倒置的桶体，四个桶形基础两两相对且间隔分布，四个桶形基础之间两两之间相互连接构成整体，各桶形基础外壁上部分别设有一个套筒，各桶形基础顶部分别设有一个定位柱、进出水阀；

所述上部平台组块由四根立柱与其上端平台板焊接构成，四根立柱外壁下部设有与定位柱相配合的套管；

所述的下部桩桶组合基础与上部平台组块，组装时上部平台组块的四个套管套住下部桶形基础的四个定位柱并用锁紧件锁紧固定。

所述的潮间带简易海洋平台，其特征在于，所述的下部桩桶组合基础的四个桶形基础成正方形状排列，桶形基础为倒置的桶体，四个桶形基础两两外壁之间用连接钢板相互焊接连接，各桶形基础外壁上部通过钢管焊接一个纵向的套筒，四个套筒位于正方形对角线上且对称分布；各桶形基础顶部焊接一个带螺栓孔的定位柱，定位柱偏心设置；各桶形基础上端面还设有外接抽水系统的进出水阀，四个进出水阀位置两两对称设置。

所述的潮间带简易海洋平台，其特征在于，所述的上部平台组块由四根立柱与平台板焊接而成，四根立柱组成正方形形状，四根立柱之间焊接有横向、斜向的撑杆形成空间网架体系，四根立柱的底部焊接有扩展板，扩展板为盘状，各立柱外壁上通过钢管对称的焊接套管；四根立柱之间焊接有横向、斜向的撑杆构成空间网架体系。

所述的潮间带简易海洋平台，其特征在于，所述的上部平台组块四根立柱的中心轴线之间的距离与四个桶形基础中心轴线之间的距离相等，上部平台组块上四个套管的中心轴线之间的距离与桶形基础上四个定位柱中心轴线之间的距离相等。

所述的潮间带简易海洋平台，其特征在于，所述的钢桩末端设有锥状桩尖，钢桩外壁靠近上端设有均匀、对称的设有梯形状桩翼，各桩翼的上部呈水平状且在同一平面上，钢桩上端面中心处设有与辅助钢棒插装配合的插装孔。

所述的潮间带简易海洋平台，其特征在于，所述的辅助钢棒下端设有底部加粗段，底部加粗段下端设有与钢桩插装配合的凸榫。

所述的潮间带简易海洋平台，其特征在于，所述的上部平台组块上套管内径大于桶形基础上定位柱外径，桶形基础上套筒的内径大于钢桩外径1~2cm。

一种潮间带简易海洋平台的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、打入四根钢桩：

根据设计参数，在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩，最终使四根钢桩的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求；

2）、套入桶形基础：

把辅助钢棒的凸榫插入钢桩的插装孔中，起吊桶形基础使四个套筒套住四根辅助钢棒并逐渐下沉，使桶形基础沿着辅助钢棒缓慢沉入海中直至接触海床且套在四根钢桩的上部；

3）、连接上部平台组块：

起吊上部平台组块并下沉至桶形基础位置处，使上部平台组块的四个套管套住桶形基础上的四个定位柱，并用螺栓固定定位柱上的螺栓孔，实现上部平台组块与桶形基础的相互固定与连接；

4）、桶形基础贯入海床：

打开连接各桶形基础进出水阀上的抽水系统抽取负压，并根据需要在上部平台组块的平台板上均匀、对称的放置水箱，用水泵抽取海水填满各水箱，使桶形基础在自重、负压及水箱重力作用下沿着钢桩贯入海床至设计深度；

5）、移除辅助钢棒：

从四根钢桩上取出、移除辅助钢棒，并对简易海洋平台进行必要的检测与校验，最终完成简易海洋平台的施工。

本发明的有益效果是：

1、本发明四根钢桩对称的位于桶形基础外侧的一定距离处，各桩之间的距离相对较大，组合后的桩桶基础整体抗侧移刚度大，能承受较大的水平荷载，使海洋平台的稳定性大大提高；

2、本发明桶形基础基于套筒套住钢桩下沉，其只能发生竖向沉降而不发生水平侧移，只要四根钢桩的垂直度满足要求，则桶形基础的垂直度自动满足要求，且无需后续的调平与校正。把桶形基础沉贯过程中的垂直度问题转化为钢桩的垂直度问题，定位钢桩的垂直度较容易实现，从而整体上降低了桶形基础的施工难度；

3、本发明桩基础、桶形基础与上部平台组块之间是相互独立的，这种化整为零的做法使得各单独构件的重量较小，降低了对海上作业的运输与起吊及其它施工设备的要求，适应潮间带的施工环境；

4、本发明上部平台组块与桶形基础之间、桶基与桩基之间的连接方式简单，无复杂的连接构件及施工要求。只要桶形基础的套筒能套住钢桩并下陷一定的深度，则桶基与桩基不可能发生脱离，能共同抵抗竖向荷载与水平荷载；

5、本发明施工过程中，考虑到潮间带水位较低仅靠桶形基础内外压力差难以把桶形基础贯入至设计深度，在平台板上放置系列水箱并抽取海水进行填充，利用海水重量协助桶形基础贯入海床，具有经济性、实用性与合理性；

6、本发明今后若需拆卸、移除本发明所提的简易海洋平台，拆除定位柱上的螺栓后即可把上部平台组块起吊移走，在移除桶形基础过程中，由于桶形基础仅仅套在桩基础上，桩基础对桶形基础的上浮无阻碍作用，施工简便，利于简易海洋平台的拆卸与反复利用。

附图说明：

图1为本发明的四桶联合基础俯视图。

图2为本发明的四桶联合基础仰视图。

图3为本发明的上部平台组块俯视图。

图4为本发明的上部平台组块仰视图。

图5为本发明的钢桩结构示意图。

图6为本发明的施工辅助钢棒结构示意图。

图7为本发明四根钢桩施工完毕示意图。

图8为本发明四桶联合基础套入钢桩示意图。

图9为本发明上部平台组块套入桶形基础示意图。

图10为本发明水箱辅助桶形基础贯入海床示意图。

图11为本发明海洋平台施工完毕示意图。

附图标记说明：1、桶体；2、进出水阀；3、钢管；4、套筒；5、连接钢板；6、定位柱；7、螺栓孔；8、立柱；9、扩展板；10、套管；11、平台板；12、钢桩；13、锥状桩尖；14、桩翼；15、插装孔；16、辅助钢棒；17、底部加粗段；18、凸榫；19、水箱；a、海平面；b、海床面。

具体实施方式：

参见附图：

一种潮间带简易海洋平台，包括下部桩桶组合基础与上部平台组块，四个桶形基础之间用连接钢板5相互焊接连接，各桶形基础的上部桶侧基于钢管3对称的焊接一个套筒4，各桶形基础的顶部焊接一个带螺栓孔7的定位柱6，四个桶形基础与套在套筒4中的四根钢桩12共同组成桩桶组合基础，上部平台组块由四根立柱8与平台板11焊接而成，四根立柱8之间焊接有横向、斜向的撑杆形成空间网架体系，四根立柱8的底部侧面通过钢管对称的焊接套管10，组装时把上部平台组块的四个套管10套住下部桶形基础的四个定位柱6并用螺栓（连接件）固定，由此构成简易海洋平台。

四个桶形基础成正方形状排列，四个桶形基础之间用连接钢板5相互焊接连接，各桶形基础的上部桶侧基于钢管3对称的焊接一个套筒4，且套筒4正好位于正方形外形的对角线上，各桶形基础的顶部焊接一个带螺栓孔7的定位柱6，但定位柱6不在桶体1顶部的中心轴上，桶体1的顶面设有进出水阀2，焊接后的四桶联合基础整体呈对称状态，如图1与图2所示。

桶形基础上的套筒4将套在钢桩12上，使得四个桶形基础与四根钢桩12共同形成桩桶组合基础。钢管3的一端与桶体1上部桶侧焊接相连，钢管3的另一端与套筒4焊接相连，各焊接处设有加筋肋。四个套筒4处于桶形基础的外围，其对桶体内部的封闭性无影响，且与桶形基础中心轴有一定的距离，使得今后四根钢桩12的距离相对较大，提高整体的抗侧移刚度。四桶联合基础整体呈对称状态，四个桶形基础成正方形状排列，四个套筒4的中心轴连线也呈正方形形状。

上部平台组块由四根立柱8与平台板11焊接而成，四根立柱8组成正方形形状，四根立柱8之间焊接有横向、斜向的撑杆形成空间网架体系，四根立柱8的底部焊接有扩展板9，各立柱8的底部侧面通过钢管对称的焊接套管10，如图3与图4所示。

四根立柱8的底部焊接有扩展板9，是为了使上部平台荷载能传至更大的基础面积上去，避免应力集中而产生过大变形。上部平台组块四根立柱8的中心轴线之间的距离与四个桶形基础中心轴线之间的距离相等，使上部平台组块的荷载传至桶形基础的顶面中心轴处，避免基础受力产生偏心。上部平台组块上四个套管10的中心轴线之间的距离与桶形基础上四个定位柱6中心轴线之间的距离相等，使得四个套管10正好能够套在四个定位柱6上，实现上部平台组块与桶形基础之间的有效连接。

钢桩12底部设锥状桩尖13，钢桩12靠近上端附近均匀、对称的设有梯形状桩翼14，各桩翼14的上部呈水平状且在同一平面上，钢桩12上端顶面中心处设置一定深度的插装孔15，如图5所示。

多个梯形状桩翼14均匀、对称的焊接在钢桩12上部同一位置处，桩翼14靠近桩顶一侧的顶面呈水平状且在同一平面上。组合基础中的桶形基础下沉一定深度后，其套筒4将压在桩翼14上，即桩翼14可阻止桶形基础的进一步下沉，从而把部分竖向荷载传递给钢桩12，使得桶形基础与钢桩共同承担竖向荷载，实现桩与桶形基础的有效组合。

设计过程中应合理计算桩翼14的位置。若桩翼14的位置较深，桶形基础承担较大竖向荷载发生充分沉降后，套筒4仍触碰不到桩翼14，则竖向荷载无法传递给钢桩12，使得钢桩12的竖向承载力未有效利用；若桩翼14的位置较浅，桶形基础承担竖向荷载发生较小沉降后，套筒4就压在桩翼14上，使竖向荷载大部分传递给钢桩12，造成桶形基础的竖向承载力未充分利用。较合理的情况是，桶形基础与钢桩12的竖向承载力均得到有效利用，两者的竖向荷载分配合理，共同承担上部平台传递过来的荷载。

上部平台组块上套管10的内径略大于桶形基础上定位柱6的外径，方便施工过程中上部平台组块与桶形基础之间的组装。桶形基础上套筒4的内径大于钢桩12外径1~2cm，使得施工过程中套筒4较容易套住钢桩12。为了减少相互摩擦，甚至可以在套筒4的内壁及钢桩12的上端外壁上涂抹润滑剂。

辅助钢棒16的底部设置底部加粗段17，其直径由细到粗逐渐过渡，且底部加粗段17的外径与钢桩12的外径相同，辅助钢棒16的底端设置凸榫18，如图6所示。凸榫18的直径略小于钢桩12上插装孔15的内径，凸榫18的长度略小于钢桩12上插装孔15的深度。

四桶组合基础、钢桩12、辅助钢棒16均由钢材焊接而成，各构件、焊缝及整体结构的强度应满足复杂工况下组合荷载的作用需求而不发生屈服，各构件应满足应力集中需要而不发生超过规范允许的过大变形。

一种潮间带简易海洋平台的施工方法，详细描述如下：

1）、打入四根钢桩12：

根据设计参数，在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩12，最终使四根钢桩12的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求，如图7所示。

四根钢桩12之间的中心距与桶形基础上四个套筒4之间的中心距相等。只有四根钢桩12的垂直度与间距满足要求，才能确保后续桶形基础的垂直度满足要求。本技术把确保桶形基础的垂直度要求转化为钢桩的垂直度要求，而钢桩的垂直度较容易得到保障，且各类钢桩施工经验丰富，从而达到降低桶形基础施工难度的目的。

2）、套入桶形基础：

把辅助钢棒16的凸榫18插入钢桩12的插装孔15中，起吊桶形基础使四个套筒4套住四根辅助钢棒16并逐渐下沉，使桶形基础沿着辅助钢棒16缓慢沉入海中直至接触海床且套在四根钢桩12的上部，如图8所示。

桶形基础的沉贯姿态依靠钢桩12的引导与约束，故钢桩12应能抵抗施工过程中的各类荷载而不发生侧移与倾斜。桶形基础及钢桩各构件的强度应能承受复杂工况下组合荷载的作用而不发生屈曲与变形。

3）、连接上部平台组块：

起吊上部平台组块并下沉至桶形基础位置处，使上部平台组块的四个套管10套住桶形基础上的四个定位柱6，并用螺栓固定定位柱6上的螺栓孔7，实现上部平台组块与桶形基础的相互固定与连接，如图9所示。

在后续使用荷载作用下，上部平台组块压在桶形基础上，故螺栓孔7中螺栓仅起到栓固作用，防止特殊情况下上部平台组块与桶形基础之间的分离与脱落。今后上部平台组块受到的水平荷载，将通过四个定位柱6传递给桶形基础，故套管10与定位柱6均应具有足够的强度与刚度，能承受复杂工况下组合荷载的作用而不发生屈曲与变形。

4）、桶形基础贯入海床：

打开连接各桶形基础进出水阀2上的抽水系统抽取负压，并根据需要在上部平台组块的平台板11上均匀、对称的放置水箱19，用水泵抽取海水填满各水箱19，使桶形基础在自重、负压及水箱重力作用下沿着钢桩12贯入海床至设计深度，如图10所示。

在四根钢桩12垂直度满足要求的情况下，桶形基础沿着四根钢桩12贯入海床，其垂直度自动满足要求，施工过程无需调平与反复校核。施工过程大大简化，施工难度大大降低，缩短了海上作业时间，从而降低了施工成本。

考虑到潮间带水位较浅的实际情况，桶形基础在负压作用下难以沉贯至设计深度，在平台板上放置系列水箱并抽取海水进行填充，利用海水重量协助桶形基础贯入海床，具有经济性、实用性与合理性。水箱充水应沿平台板11的中轴线处对称、均匀的开展，避免产生不均匀荷载。且水箱本身应具有足够的强度，多层水箱层叠时，最下方的水箱应能承受上部荷载而不发生破损。

海水的密度一般为1.025g/cm³，即1m³的海水重1t左右。若数量较多的水箱共同充水后达到10m³，则可给桶形基础施加10t的竖向荷载，若水箱共同充水20m³，则可给桶形基础施加20t的竖向荷载。水箱一般由塑料制成，其费用较低，可以反复利用。可见，因地制宜的抽取海水给桶形基础施加竖向荷载，是一种廉价、高效的施工方法。特别地，加载过程中可使水箱总重量超过后续使用荷载，使后续海洋平台使用过程中不再产生竖向沉降，提高海洋平台的整体稳定性。

5）、移除辅助钢棒16：

从四根钢桩12上取出、移除辅助钢棒16，并对简易海洋平台进行必要的检测与校验，最终完成简易海洋平台的施工。

在后续使用荷载作用下，桶形基础由于受到四根钢桩的约束与限制，只要钢桩的入土深度较大、刚度较高，桶形基础的垂直度仍能够得到有效保证，确保基础上部海洋平台的功能正常。

本发明所提的一种潮间带简易海洋平台，桩桶基础整体抗侧移刚度大，能承受较大的水平荷载，使海洋平台的稳定性大大提高；桶形基础基于套筒套住钢桩下沉，其只能发生竖向沉降而不发生水平侧移，只要四根钢桩的垂直度满足要求，则桶形基础的垂直度自动满足要求，且无需后续的调平与校正；桩基础、桶形基础与上部平台组块之间是相互独立的，这种化整为零的做法使得各单独构件的重量较小，降低了对海上作业的运输与起吊及其它施工设备的要求，适应潮间带的施工环境；上部平台组块与桶形基础之间、桶基与桩基之间的连接方式简单，无复杂的连接构件及施工要求；在平台板上放置系列水箱并抽取海水进行填充，利用海水重量协助桶形基础贯入海床，具有经济性、实用性与合理性；由于桶形基础仅仅套在钢桩基础上，在移除桶形基础过程中，钢桩基础对桶形基础的上浮无阻碍作用，施工简便，利于拆卸与反复利用。

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。