用于海上结构的地基和用于安装地基的方法与流程

本发明涉及根据所附独立权利要求的前序部分的一种用于海上结构(offshorestructure)的地基(foundation，基础)和一种用于安装地基的方法。

背景技术：

1、现有技术中已知各种地基，通过将其载荷通过可压缩地层或水传递到具有足够承载能力和适当沉降特性的土壤或岩石层上，来为诸如油气平台的海上结构提供支撑。这些地基可以根据它们的基本结构被分类为不同的类型。最常用的地基类型是单桩地基、重力地基和吸力式沉箱。

2、单桩地基利用单个桩来支撑海上结构的载荷。桩必须被深深地打入到地面中以承受由于风和波浪力引起的横向载荷。重力地基包括具有多个塔的大且重的混凝土元件，海上平台建造在该塔上。这种类型的地基的基本结构原理是，结构的大重量引起地基下方大的竖直应力，其能够承受由风和波浪载荷所生成的大的水平剪切应力。吸力式沉箱由具有顶板的柱状(cylindrical，筒状)外壳和允许水被泵入和泵出外壳的各种配件组成。吸力式沉箱具有开放的底部，当安装沉箱时，该底部允许土壤进入外壳的内部。吸力式沉箱在使用时在顶部密封，使得提升力生成压差，该压差将沉箱保持在地面中的适当位置。根据顶板是在水平面上方还是下方，海上结构可以直接或通过使用一个或多个桩附接到吸力式沉箱。

3、与已知的海上地基相关联的问题在于，它们难以安装到地面中并且安装耗费时间。与已知的海上地基相关联的另一个问题是它们难以从地面移除。已知的海上地基的又一个问题是它们不是通用的，而是仅能用在一些特定的海上应用中。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是减少或甚至消除上面提出的现有技术问题。

2、本发明的目的是提供一种用于海上结构的地基。更详细地，本发明的目的是提供一种容易且快速地安装到地面中的海上地基。本发明的另一个目的是提供一种能够容易地从地面移除的海上地基。本发明的又一个目的是提供一种通用的海上地基，以允许其用于各种海上应用。

3、本发明的另一个目的是提供一种用于安装用于海上结构的地基的简单且快速的方法。

4、为了实现上述目的，根据本发明的地基和安装方法的特征在于所附独立权利要求的特征部分中提出的内容。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

5、根据本发明的用于海上结构的地基包括：壁，形成闭合周边并且具有上端和下端；以及顶盖，附接到壁的上端，顶盖和壁限定向下开放的中空空间。在根据本发明的地基中，壁包括多个壁部分，每一个壁部分包括具有上端和下端的第一长形(elongated，细长的)中空体，下端由设有开口的端部构件闭合，以及具有上端和下端的第二长形中空体，第二长形中空体被布置在第一长形中空体内部，使得第二长形中空体的下端延伸通过开口并且附接到端部构件。

6、根据本发明的地基可以用作各种海上结构的地基，诸如油气平台、直升机机场、码头、风力涡轮机、能量岛和桥梁。地基安装到诸如海床的地面中，以地基的顶部位于水平面上方或下方的方式。根据本发明的地基特别适于浅水应用。海上结构意指要附接到地基的顶盖上。顶盖附接到壁，该壁用作将海上结构的载荷传递到地面中的承载元件。壁可以根据应用具有不同的形式。优选地，壁是柱状壁。顶盖和壁可以由钢、不锈钢或任何其它合适的材料制成。

7、地基包括由壁和顶盖所限定的向下开放的中空空间。中空空间在地基的底部处开放。当地基被布置在水中时，开放的底部允许水进入中空空间。优选地，地基的尺寸被设计成使得地基可以漂浮。这使得地基能够被拖曳到期望的安装位置。通过将空气传递进或传递出向下开放的中空空间，可以改变地基的吃水深度。如果地基不漂浮，则地基可以设有漂浮装置，该漂浮装置可以在安装位置处移除。在安装位置处，通过从向下开放的中空空间中移除空气，使得地基可以相对于水平面降低。当空气被移除时，壁的下端与海床接触，并且如果空气移除继续，则壁的下端开始穿透到该海床中。通过将空气或水转移到向下开放的中空空间中，可以将地基从海床升高。

8、壁包括多个壁部分，这些壁部分例如通过焊接或通过互锁部分相互附接。壁部分可以由钢、不锈钢或任何其它合适的材料制成。壁部分的数量可以是例如2-100。优选地，壁部分的数量为5-75，更优选地为20-40。

9、壁部分具有两个位于彼此内部的长形中空体。第一长形中空体形成外体，而第二长形中空体形成壁部分的内体。优选地，第一和第二长形中空体基本上彼此平行并且具有基本上相同的长度。优选地，第二长形中空体与第一长形中空体同心地布置。

10、第一长形中空体可以是管状的并且具有例如圆形或矩形横截面。第一长形中空体可以是例如管道、管或加强外壳。第一长形中空体的下端由端部构件闭合，该端部构件包括第二长形中空体的下端穿过的开口。端部构件优选地附接在第一长形中空体的下端内部。端部构件以水密方式附接到第一和第二长形中空体。端部构件优选地朝向端部构件附接到第二长形中空体的点(point，位置)会聚。第一长形中空体的上端优选地由设有开口的另一个端部构件闭合，第二长形中空体的上端被布置为延伸穿过该开口。第二长形中空体附接到该端部构件。第一长形中空体的壁厚可以是例如10-100mm。

11、第二长形中空体可以是管状的并且具有例如圆形或矩形横截面。优选地，第二长形中空体具有圆形横截面。第二长形中空体可以是管道或管。第二长形中空体的下端是开口的，以允许在地基安装到地面中时将土壤输送通过第二长形中空体。第二长形中空体的上端是开放的，但是在地基已经安装到地面中之后，它可以由盖闭合。该盖防止任何材料穿过第二长形中空体。第二长形中空体的壁厚可以是例如5-50mm。

12、如下所述，在安装地基时利用壁部分。当地基已经降低到海床上时，利用底部泵移除壁部分下方的土壤，该底部泵附接到第二长形中空体的下端，并且土壤通过第二长形中空体输送走。第一长形中空体与第二长形中空体之间的空间可以通过壁部分的上端填充去除的土壤或其它合适的材料。当从壁部分下方移除土壤时，壁穿透到海床中。移除土壤直到地基处于期望的深度。在需要时，例如通过将水泵送通过壁部分下方的第二长形中空体，可以将地基从海床分离。当水泵送到壁部分下方时，地基开始从海床升高。

13、根据本发明的地基的优点在于，其容易且快速地安装到地面中。根据本发明的地基的另一个优点是它可以容易地从地面移除。根据本发明的地基的另一个优点是其可重复使用。根据本发明的地基的又一优点在于，其是通用的，以允许其用于各种海上应用。

14、根据本发明的实施例，壁是柱状壁。柱状壁的外径可以是例如5-200m。柱状壁的优点是其机械强度。

15、根据本发明的实施例，地基包括用于将流体转移到向下开放的中空空间中和从其中转移出来的装置。流体可以是空气和/或水。布置在水中的地基可以通过将流体从向下开放的中空空间中转移出来而降低，并且通过将流体转移到向下开放的中空空间中而升高。用于转移流体的装置可以包括例如泵，该泵被构造为将空气或水泵送通过顶盖进入和离开向下开放的中空空间。用于将流体转移到向下开放的中空空间中和从其中转移出来的装置的优点在于，其便于将地基安装到地面中。

16、根据本发明的实施例，壁部分包括底部泵和立管，该底部泵附接到第二长形中空体的下端以用于移除土壤，该立管被布置在第二长形中空体内部以用于携带土壤，立管的下端附接到底部泵。底部泵可释放地附接到第二长形中空体，使得在地基已经安装到地面中之后，底部泵能够通过第二长形中空体移除。底部泵利用连接器连接到第二长形中空体的下端，该连接器在底部泵与第二长形中空体之间提供水密连接。立管携带土壤通过第二长形中空体。立管的上端可以附接到壁部分外部的罐，用于接收移除的土壤。立管可以由钢、不锈钢或任何其它合适的材料制成。立管可以是加强软管。

17、根据本发明的实施例，底部泵包括用于疏松土壤的切割单元。切割单元可以包括例如由液压马达驱动的旋转切割或搅拌叶片。切割单元的优点在于，它便于将地基安装到地面中。

18、根据本发明的实施例，底部泵包括用于使土壤流态化的喷水单元。喷水单元可以包括喷嘴以分配加压的水。喷水单元的优点在于，它便于将地基安装到地面中。

19、根据本发明的实施例，地基包括多个气垫。气垫可以内置或附接到壁上。气垫为地基提供浮力，从而能够将地基拖曳到海上的期望安装位置。在安装位置处，气垫被排空，并且地基被安装到海床中。一个或多个壁部分可以设有气垫。气垫的数量可以是例如2-100。

20、根据本发明的实施例，壁部分包括多个外部支撑件，其附接到第一长形中空体的外表面。外部支撑件可以包括板、臂或杆。外部支撑件可以从第一长形中空体的外表面垂直地向外延伸。外部支撑件优选地附接到当安装地基时外部支撑件变得至少部分地嵌入地面中的位置。外部支撑件的数量可以是例如2-100或100-200。外部支撑件的优点在于它们防止由于风和/或波浪以及冰而产生的横向力。

21、根据本发明的实施例，壁部分包括多个内部支撑件，其附接在第一长形中空体的内表面与第二长形中空体的外表面之间。内部支撑件可以包括板、臂或杆。内部支撑件可以在第一长形中空体的内表面与第二长形中空体的外表面之间垂直地延伸。内部支撑件可以沿着壁部分的长度布置在各个位置处。在每一个位置处，多个内部支撑件可以围绕第二长形中空体对称地布置。内部支撑件的数量可以是例如2-50或50-100。内部支撑件的优点在于它们增加了壁部的刚度。

22、根据本发明的实施例，端部构件包括锥形部分。锥形部分可以被布置为使得其远离壁部分开口。锥形部分的优点是它将土壤引向第二长形中空体的下端。

23、根据本发明的实施例，地基包括用于加热和冷却壁的装置。用于加热和冷却壁的装置可以包括热管道，在地基已经安装到地面中之后，该热管道被布置在第二长形中空体内部。用于加热和冷却壁的装置的优点在于它们能够将壁的温度保持在期望的温度范围内。例如，利用用于加热和冷却的装置，可以防止围绕地面和/或壁的水冻结，或者可以人工地冻结围绕地面和/或壁的水。

24、根据本发明的实施例，地基包括用于使壁振动的装置。振动装置可以包括偏心型振动器。振动装置可以被构造为以0.5-50hz的频率振动壁。振动装置的优点是它们便于将地基安装到地面中。

25、本发明还涉及一种用于将根据本发明的地基安装到地面中的方法。根据本发明的方法包括将地基布置为漂浮在水中，将地基拖曳到安装位置，从向下开放的中空空间移除流体，使用附接到第二长形中空体的下端的多个底部泵移除土壤，以及使用布置在第二长形中空体内部的多个立管携带土壤。

26、在根据本发明的方法中，地基被布置为漂浮在水中，随后被拖曳到海上的安装位置。优选地，地基的尺寸被确定成使得地基可以在没有额外的漂浮装置的情况下漂浮。为了拖曳，通过将空气转移到向下开放的中空空间中或从该中空空间中转移出来，将地基设定到相对于水平面的期望高度。地基可以设有浮动装置，该浮动装置可以在安装位置处被移除。

27、在安装位置处，通过从向下开放的中空空间中去除空气和水来降低地基，直到壁的下端与海床接触并开始穿透到该海床中。当地基已经被降低到海床上时，通过使用底部泵移除壁部分下方的土壤，该底部泵附接到第二长形中空体的下端。土壤通过布置在第二长形中空体内部的立管而被携带走。当从壁部分下方移除土壤时，壁穿透到海床中。移除土壤直到地基处于期望的深度为止。可以借助于底部泵使地基水平。

28、海上结构可以在地基安装到地面中之前或之后附接到地基。

29、根据本发明的方法的优点在于，地基能够容易且快速地安装到地面中。

30、在本文中提出的本发明的示例性实施例不应被解释为对所附权利要求的适用性造成限制。在本文中使用动词“包括”作为开放的限制，不排除也存在未列举的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中列举的特征可相互自由组合。

31、本文中提出的示例性实施例及其优点是通过适用的部分而关联于根据本发明的地基以及安装方法，尽管这并不总是单独提及。