专利名称：软着底建筑物及其安装方法
技术领域：
本发明涉及以既不沉陷又不上浮至表面的着底状态安装在海洋或其它水域底部的软着底建筑物，以及这种软着底建筑物的安装方法。完工的软着底建筑物具有相当于陆地建筑物的功能，除了房屋设施和娱乐设施以外还可以用作基础设施，包括生产基地、海水变淡水蒸馏设施和废物处理工厂等。
构筑海上建筑物的传统方法粗略地分成两种。一种是在海上通过“填筑”或通过“排水填筑”加上在陆地上的传统建筑物修筑，在海上造出一片土地。另一种是在海上的建筑物漂浮。在填筑法中，沿着预期的填筑陆地修筑一条堤，在填筑区域改善海底的不良底土，在用砂、土等填满围住的区域形成的地面上构筑建筑物。在排水填筑法中，在近海浅水中修筑一条堤，从围住的区域排水，再进行类似于填筑法的建筑物修筑工作。在漂浮法中，简单地通过浮力使漂浮建筑物浮在海上，同时锚定在海底上。
在上述各方法中，用填筑法修筑建筑物是形成填筑陆地而且如果需要进行改善之后，进行与正常陆地建筑物的修筑相似的修筑工作。因此，在这种情形中的建筑物在完工时象陆地建筑物一样抵御风、潮流等。另一方面，需要大量工时和建筑成本之后才可开始建筑物的构筑。此外，还有可能遇到随时间逝去的地面沉陷，或者在发生地震时的液化危险。另外，当邻近于已填筑土地的地区被填筑时，已填筑的土地会被拉向新填筑的土地。因此，在已填筑土地上的现存设施易于发生沉陷不同的现象。因此，很难按照填筑法扩大填筑规模。
按照排水填筑法，由于填筑的土面位于或低于海面，因而建筑物抵抗灾害的安全性依赖于堤的可靠性。但是，当堤由于地震或风暴潮被破坏时，建筑物处于没有防护的状态。另外，与填筑法相似，作为建筑物修筑的准备工作，修堤、排水要花费大量时间。
按照漂浮法的建筑物与海底地面相分离，因此不直接受到地震力的影响，也不会发生沉陷。因此，这种建筑物抗地震破坏的能力很高。但是，由于这种建筑物漂浮在海上，因而风或潮流容易使其摇动。这种漂浮建筑物具有稳定性缺陷，在最坏的情形中，有漂移、沉没或翻倒的危险。另外，当扩大建筑物区域时，建筑物的劲度相对下降。但是，只要建筑物漂浮在海上，建筑物总要受到潮流的影响，易于发生局部无序运动。因此，不可能得到大平面面积的建筑物。
如上所述，除漂浮法以外的传统方法不可避免地需要很长工期才能使建筑物完工，从而引起包括环境保护的许多问题。也就是说，在建筑工程完工后，建筑工地不能恢复至原来的状态。
鉴于上述现有技术，本申请人在日本专利公开文本第4-85410号中提出了一种建筑物及其安装方法，以便克服传统方法中的弱点。按照该技术方案，用水作为压舱物，调整建筑物的自重，从而将建筑物的接触压力调节在需要的程度上，这样压载的建筑物安装在挖掘的海底上，因而建筑物在海底上着底，不会向表面上浮，也不沉陷，并且保持稳定状态以抵抗地震、波浪和潮流等引起的水平力。因此，这种建筑物及其安装方法的优点是，不仅缩短了工期、降低了建筑成本，而且也获得在海上的高度安全性和稳定性。但是，这种建筑物安装后不沉陷或保持抵抗水平力的稳定性只是依赖于地面挖掘的作用。因此，按照地面状况或其它条件如水面变化范围及波浪压力的大小等要挖掘相当大海底范围，在最坏的情形中，甚至不能实现这项工程。
另外，通过调节在每个压舱物箱中的水量的方式，可以保证在拖运或建筑中在漂浮状态中的水平稳定性及在着底状态中的完工建筑物的水平稳定性。但是，在一个方向上只设有一对压舱物箱时，难于保证建筑物在垂直于两压舱物箱的方向上的稳定性。
本发明是以上述发明为出发点作出的，本发明的目的是提供一种按照不同于上述发明的技术保持稳定着底的建筑物，以及这种建筑物的安装方法。
按照本发明，建筑物的接触压力是靠用作压舱物的水来调节的，而用于安装的水底地面稍作改善而不作过多的挖掘，与日本专利公开文本第4-85410号所公开的发明类似，建筑物安装在水底，既不向表面上浮，也不引起有害的沉陷，从而使建筑物稳固以阻抗如波浪、潮流和地震等外力，并可防止翻倒、沉没、漂移等在水域中安装建筑物时容易发生问题，从而解决了在传统方法中的所有问题。
建筑物可以在下述条件下以浸没状态安装在水底上而不沉陷，即，将在地面中一定深度的应力(该应力由该深度上方土壤自重引起的自重应力和在该深度由建筑物的接触压力引起的附加应力之和决定的)调节得不超过在该深度的地面的捣实屈服应力。通过任意调节作用在设有多个可注水的压舱物箱的建筑物上的浮力加上按照需要挖掘地面的方式，在地面中的上述应力可以设定在需要的水平上。通过稍许改善地面或者挖掘地面加上地面改善的方式，可以使捣实屈服应力高于地面中的上述应力。
不受建筑物等引起的外力影响的在一定深度的地下的应力是由该深度上方直至地表面的土壤自重决定的。当由于构筑建筑物而使附加应力(接触压力)施加在地表面上时，恰在建筑物下方的地面中的应力增加一个相应于所施加的接触压力的量。另一方面，施加在地表面上的附加应力通过地传播，随着至建筑物的距离(深度)的增加而可作用在比建筑物面积更广大的面积上。因此，在建筑物下的地下的附加应力依靠深度增加而减小，从而减轻地下应力的增加。即使建筑物的构筑使使地下应力增加一个过大的值，在建筑物建筑之前，地下应力达到一定的值，地面才开始沉陷。足以开始沉陷的应力称为捣实屈服应力。在从地质上讲年轻的地面中，由于用作开始沉陷的临界值的捣实屈服应力大致等于土壤自重引起的地下应力，因而稍许的附加应力就可使地面沉陷。另一方面，在地质上讲年老的地面中，由于捣实屈服应力高于土壤自重引起的地中应力，因而在某些情况下存在小的附加应力地面也不会开始沉陷。
这就是说，建筑物可以在下述条件下安装在水底而不沉陷，即，在建筑物构筑后，按照某些方法，使地中应力处在小于地面捣实屈服应力的范围内，或者，在建筑物构筑后，为了使捣实屈服应力增加得大于地中应力，对地面施行某些改善方法。特别是综合上述两种条件，效果最大。
当建筑物安装地点水面变化时，浮力随水面高度而增加，因此，接触压力减小。另一方面，接触压力随水面降低而增加。因此，上述地中应力和捣实屈服应力之间的平衡被改变。但是，通过按照水面变化改变压舱物箱中的水量以保持建筑物接触压力不变的方式，或者通过使地中应力和地面捣实屈服应力之间的差在水面变化引起的接触压力变化范围内，总是足以满足上述条件的方式，可以应付上述平衡的变化。在下面的说明中，上述平衡变化的允许接触压力称为适当的接触压力，而上述平衡变化允许的捣实屈服应力称为适当的捣实屈服应力。
如上所述，通过任意调节作用在设有多个可以注水的压舱物箱的建筑物上的浮力的方式，或者通过挖掘地面加上调节压舱物的方式，可以保证适当的地中应力。另一方面，通过稍许改善地面或挖掘地面加上地面改善的方式，可以保证适当的捣实屈服应力。通过一种土壤改善方法可以使捣实屈服应力增加至适当的值，上述土壤改善方法包括预加载法、化学固化法、砂堆压实法等，以及上述方法的组合或者加上地面挖掘。
建筑物可以在地面在建筑物安装地点具有足够大的剪切阻力的条件下以浸没状态安装在水底而不因水平力如波浪而在水平方向水平发生滑移等不稳定行为。只要通过改善地面或稍许挖掘地面加上地面改善来保证建筑物安装地点的强度，使建筑物以适当的接触压力在安装地点的面上着底，上述条件就可以得到满足。
由于建筑物以适当的接触压力在适当强度的水底地面上着底，因而基础结构可以通过作用在安装地点的地面上的摩擦力抵抗风、浪及潮流引起的外力，避免滑移和摇动。另一方面，与日本专利公开文本第4-85410号公开的建筑物相似，由于建筑物可相对于安装地点的地面滑动，或在水面下的部分可引起适当的剪切变形，因而地震等外力借助相对较小的摩擦力与建筑物隔绝，从而减小外力向建筑物的输入。因此，建筑物可以独自地得到稳定，抵卸各种扰动，最大限度地减小翻倒、沉陷、漂移等事故的可能性。
如上所述，按照本发明，事先稍许改善地面以提高地面的捣实屈服应力，同时调节压舱物箱中的水量以获得适当的接触压力，在上述条件下，建筑物可以在浸入的状态中安装而不发生沉陷。在填筑法中，由于填筑砂、土的重量引起的附加应力，即，作用在海底的接触压力极高，地中应力大大超过地面的捣实屈服应力。地中应力过大的量相当于从海底至填筑陆地表面厚度的土壤重量与相应于填筑步骤中海底面沉陷的厚度的土壤重量之和所产生的压力。因此，地中应力即使减去作用在土壤上的浮力仍是过大的。作为这种情形的对策，如果为提高地面捣实屈服应力或先改善地面，那么，进行这项工作需要极高的成本和很长的工期。另外，当大面积填筑时，显著的应力增加延伸至很深的地层。因此，甚至在地质陈旧的地面，地中深部的应力也会超过地面捣实屈服应力。但是由于不可能向很深部分改善地面，因而较大沉陷会长时间持续。
另一方面，与软着底建筑物的安装地点的深度无关，通过调节压舱物可以将建筑物施加的附加应力限制在最小的需要值。因此，只需要稍许增加地面的捣实屈服应力的地面改善，或者只需要稍许挖掘地面加上地面改善。因此，与按照填筑法改善地面的情形相比，可以显著降低建筑成本并缩短工期。另外，通过控制接触压力，使其不超过在地质陈旧地面的深部中的捣实屈服应力的方式，还可以避免深土壤层的长期沉陷。
按照日本专利公开文本第4-85410号，水底被挖掘，而且压舱物被调节，以便将建筑物的接触压力控制得小于被挖掘去的土壤的重量引起的压力，从而可防止在地中深于挖掘出的底部的深度的应力的增加，从而满足了地中应力不超过捣实屈服应力的条件。但是，当认为这样确定的挖掘底部的地面强度不足以抵抗作用在建筑物上的水平力时，或者，当水面变化很大时，水底应被挖掘得深于防止沉陷所需的水平。因此，在某些情况下，会不必要地增高建筑物，从而增加建筑成本。另一方面，按照本发明，由于地面强度可以提高，同时改善地面以提高地面的捣实屈服应力，因而可以事先自由地改善地面的状况，包括建筑物抵御水平力的稳定性。因此不必挖掘水底，或者只需稍许挖掘。
以着底状态，在适当的接触压力下构筑在水底上的软着底建筑物(下文中简称为SLS)1(或3或4标号与附图标号相应)是一种部分或大部分浸入水下，并且以着底状态安装在水底上的建筑物。建筑物(SLS1，3或4)包括能够注水并自由调节水量的压舱物箱(一个或多个)。
借助多个布置在两个水平方向中的每一个方向上的压舱物箱可以保证在着底前的漂浮状态中和在着底状态中的建筑物的水平稳定性。
基本建筑物(单个的SLS1或3或SLS1和SLS3的组合)在水底着底，构成一个下部结构，一个上部建筑物安装在下部结构上，从水面伸出，从而可构成一个能够具有生产功能的建筑物、居住设施等。
每个都装有上部建筑物的多个基本建筑物(SLS1)或建筑物(SLS3)以聚集状态连接成一个人造岛，其具有大容量的各种设施。具体来说，当基本建筑物(SLS1和/或SLS3)在平面上相连，在一个或两个方面上延伸时，建筑物(SLS1和/或SLS3)可自由相连或者相互分离。因此，当建筑物已组成一个人造岛时，可以任意扩大或缩小人造岛的规模。因此，这种建筑物适于构筑包括生产功能的各种基础设施，建筑物可具有各种用途。另外，当多个建筑物环形相连，构成一个具有内部平静水域的人造岛时，这种被包围的水域可以用于各种目的。
当建筑物(SLS1和/或SLS3)在平面中以平行的十字形或环形组合起来时，建筑物(SLS4)的安装水域被分成内、外水域。在这种情形中，内部平静水域可以用作海洋牧场、海水娱乐设施等。具体来说，当建筑物环形连接时，并且当由封闭建筑物(SLS4)包围的内部水域的水面调节得低于建筑物(SLS4)外部的水域的水面时，力(环压)被引至相邻的基本建筑物(SLS1或SLS3)，从而使建筑物与相邻建筑物相接触。同样，当建筑物(SLS1或SLS3)的内周面连续相接为圆形时，而且当内部水域的水面调节得低于外部水域时，力(拱接arching)被在圆周方向上引导以分散外部力(如水压)。由于这些被引导的力，建筑物(SLS4)抵抗外力的稳定性得以提高。
现在描述建筑物(SLS1，3或4)的安装方法。
建筑物(SLS)在下述条件下可以在漂浮状态中拖运至其安装候选地点，即，建筑物呈一种形状，当其浸入水中预定深度时足以取得相应于建筑物(SLS)总重量的浮力；用于拖运建筑物的水域深于上述预定深度。另一方面，建筑物可以在下述条件下安装在水底，即，建筑物可防止向水面上浮，该条件是，建筑物(SLS)的总重量大于作用在建筑物安装地深度上的建筑物(SLS)上的浮力。
在建筑物具有多个能够注水以任意调节作用在建筑物(SLS)上的浮力的压舱物箱的条件下，使用同一个建筑物可以满足上述两种条件。
安装按照权利要求1和2所述的软着底建筑物(SLS1)或按照权利要求3所述的包括由建筑物(SLS1)构筑的下部结构和装在下部结构上的上部建筑物的软着底建筑物(SLS3)的一种方法是按照下述方式实施的。即，水底地面被改善或稍许挖掘加上地面改善，使得在完成这些建筑物(SLS1和/或SLS3)的安装时，地面具有超过地中应力的需要的适当的捣实屈服强度。另一方面，在陆地或水上构筑建筑物(SLS1和/或SLS3)，然后拖运至安装候选水域，或者，在安装候选水域中构筑，然后通过向压舱物箱注水在水底着底，同时调节压舱物箱中的水量以达到适当的接触压力。
一种安装由下部结构和安装在下部结构上的上部建筑物构成的建筑物(SLS3)的方法是按照下述方式实施的。即，改善水底地面或稍许挖掘地面加上地面改善，使得在完成建筑物(SLS3)的安装时，地面具有超过地中应力的需要的适当的捣实屈服强度。另一方面，下部结构或装有部分上部建筑物的下部结构之部分或全部在陆地或水上构筑，然后拖运至安装候选水域，或者在安装候选水域构筑，然后通过向压舱物箱注水在水底上着底。其后，在水底上的着底状态中，构筑建筑物的其余部分以完成基本组件的安装，同时调节压舱物中的水量以保持适当的接触压力。由多个建筑物(SLS3)构成的建筑物(SLS4)也可通过重复上述过程来构筑。
由多个连接的建筑物(SLS1和/或SLS3)构成的软着底建筑物(SLS1)的安装方法按照下述方式实施。即，改善水底地面或稍许挖掘地面加上地面改善，使地面具有超过在完成建筑物安装时超过地中应力的需要的适当的捣实屈服应力。另一方面，按照权利要求1或2的建筑物(SLS1)或按照权利要求3的结构(SLS3)的部分或全部在陆地或水上构筑，然后拖运至安装候选水域，或者在安装候选水域构筑，然后通过调节压舱物箱中的水量保持漂浮时进行连接，然后向压舱物箱中注水以便在水底着底。然后构筑建筑物的其余部分，以便在水底上的着底状态中完成建筑物(SLS4)的安装，同时调节压舱物箱中的水量以保持适当的接触压力。
按照本发明的方法与传统的填筑法的区别在于，自然水底地面只是部分地改善，即，水底地面几乎是原样使用的，同时，浸入水中的下部结构是事先在陆地或水上构筑的。因此，按照本发明，在建筑物已在水底安装后，建筑物的其余部分在水上接着构筑，因而整体来说工作步骤数目减少。此外，建筑现场的工作得到简化，节省了建筑成本，缩短了在水域中建筑的工期。
另外，建筑物(SLS1和/或SLS3)在陆地或水上的场地构筑并在水域中安装以便在水底上着底。因此，当当建筑物(SLS)不再可以安全使用或已完成其任务时，建筑物可以按照相反的步骤拆卸以恢复建筑场地的原状。因此，可以保护安装地点附近的环境，在建筑期间及在完全建筑物的建筑之后不会损害环境。
附图简要说明如下
图1是表示一种软着底建筑物(SLS1)的立体图，它可以装置在与浸入水中的空间尺寸相比为大深度的水域中，也从特征上表示压舱物的功能；图2的剖视图表示采用图1所示的一个SLS1安装的SLS3的状态；图3的剖视图表示通过连接多个图1所示的SLS1的方式而安装的SLS的状态；图4是图3的平面图；图5是表示SLS4的平面图，该SLS4具有从连接每个图1的SLS1的空间而得到的可用空间；图6的示意图表示用于图5的SLS4的各SLS1的特征；图7的剖视图表示多个相邻SLS1的结构体的连接；图8表示在水上连接多个图1的SLS1的压舱物箱的方法；图9表示在图8所示的连接的压舱物箱上的结构体的结构；图10是表示如何改善水底地面的断面图11是表示在水面连接的SLS1的状态的断面图；图12是表示当着底时图11的SLS4的状态的断面图；图13是在SLS1上建筑的上部结构的断面图；图14是图13的局部放大视图；图15的剖视图表示当上部结构预浇注时结构体工作的执行流；图16的剖视图表示当水底地面稍许挖掘时SLS4的结构；图17是图16的平面图；图18的示意图表示当SLS3在着底状态安装时每个部分的载荷、浮力和接触压力之间的关系；图19的平面图表示当SLS1和/或SLS3在平行十字形组合时的SLS4；图20的平面图表示当SLS1和/或SLS3环形组合时的SLS4；图21是图20的剖视图；图22的平面图表示环形组合的SLS4的另一实施例；图23的剖视图表示图19、20和22等所示的SLS4增设附加件以保证安全的状态；图24的立体图表示一种SLS1，其中压舱物箱结合在一结构体中；图25的鸟瞰图表示一种SLS4，其中设置作为下部结构和环形连接的多个SLS1；图26是图25的剖开的立体图。
现在描述按照权利要求1至4的本发明。
图1和24表示按照权利要求1的本发明的软着底结构1(下文称SLS1)。在SLS1安装在小深度水域中及在结构中的可用空间保证降至水底地基的情形中，SLS1基本按照图24所示那样构筑。在这种情形中的SLS1包括一个为每个压舱物箱而设的空间12＇(下文中称为压舱物箱)，它与一可用空间结合在一个结构中，压舱物箱12＇能够注水，也能自由调节水量。
另一方面，在SLS1安装在大深度水域中且具有足够可用空间的情形中，SLS1基本象图1所示那样构筑。在这种情形中的SLS1包括一个布置在SLS1的下部的若干压舱物箱12和含有可用空间且布置在压舱物箱上的结构体11。压舱物只有一个注水及自由调节水量的压载功能。在后一种情形中的SLS1也可以包括根据需要结合在结构体11中的压舱物箱12＇，如图2所示。
SLS1包括能够注水及自由调节水量的压舱物箱12，12＇，以着底状态安装在水底上，不致因浮力上浮至表面，也不因地面压实而沉陷，这是通过改善水底地面或稍许挖掘地面加上改善地面，同时调节压舱物箱12，12＇中的水量而实现的。因此，SLS1可以建筑成为水域中的静止结构。
按照权利要求2的本发明的SLS1包括多个压舱物箱2，布置在两个水方向中的每一个上，以便实现特别是在SLS1的浮动状态和着底状态中在水平方向上的稳定性。图1表示满足上述要求的作为最小组件的SLS1。在下文中，SLS1包括按照权利要求1的本发明和按照权利要求2的本发明。
SLS1用作按照权利要求3的软着底结构3(下文中称为SLS3)的最小组件，它包括SLS1和建筑在SLS1上的一个上部结构2，并用作由SLS3构成的软着底结构4(下文中称为SLS4)的最小组件。
按照权利要求3的本发明的SLS3包括由按照权利要求1的SLS1构筑的下部结构和建筑在SLS1上的上部结构。SLS3在下述条件下安装在水底上，即，在每个压舱物箱12，12＇中的水量调节得使包括SLS1的重量、上部结构2的重量及作为压舱物的水的重量的SLS的总自重大于在着底状态中的SLS3的浮力；在着底状态中的SLS3即使浮力改变也不引起地面沉陷；以及SLS3以适当的足以承受水平力引起的变形的接触压力下以着底状态安装。图2表示使用图1所示的SLS1构筑的SLS3的实施例。
按照权利要求4的本发明的SLS4基本由按照权利要求1的SLS1或按照权利要求3的SLS3构成。其中，多个SLS1或3在一个或两个方向上组合和连接。图3至5和13表示这样构筑的SLS4的一个实施例。后面将讲到，按照权利要求5的本发明的SLS4，在构思上说，包含在按照权利要求4的SLS4中。
SLS1包括一个布置在平面中心的压舱物箱12，或多个压舱物箱12，其均匀地布置在两个水平方向中的每个上，如图1所示。甚至在单一的SLS1包括一个压舱物箱12的情形中，只要压舱物箱内部由隔壁分成多个空间，在这种情形中的单一压舱物箱就相当于多个压舱物箱12。压舱物箱12的数目及压舱物箱12和结构体11之间的位置关系是根据如何将包括上部结构2的SLS3或由SLS3构成的SLS4用作结构的情况确定的。
现在描述以图1所示SLS1为基础的SLS4的结构。
SLS1的结构体修筑在钢筋混凝土结构(包括预浇注混凝土结构)、钢结构或钢筋混凝土结构和钢结构的复合结构中。压舱物箱的构筑类似于结构体，或者在钢壳上覆盖混凝土。
图1所示SLS1按下述方式制成，即，将为调节浮力所需数目的压舱物箱12通过图3和4所示的连接件13相连接，并在压舱物箱12上构筑结构体11。
多个SLS1在结构体的如图7所示部分相连接，以便构成按照权利要求4至6所述的SLS4，其中，一平面形状如图5所示在一或二个方向上自由伸展。图6表示构成图5所示SLS4的SLS1的式样。顺便来说，当SLS4不必连接在水表面下面的空间时，多个SLS1可在上部结构2，2的部分相连接。
图1所示的SLS1的结构体11由底板111和侧壁112构成。如图6所示，侧壁112在相邻的SLS1，1之间的接触部分被部分切割，或者并不要求依赖于SLS1在平面上的位置。相应于内部空间的交通线路或如何使用空间。图6所示的SLS1的六个式样布置在图5上的位置之标记相应于式样的标记。水密封带14铺设在相邻SLS1，1的结构体11，11的对接表面上，以阻隔水。另外，由于结构体11本身是由底板111和侧壁112构成以形成箱体的形状，因而SLS的结构应可抵抗四周作用的水压。因此，内部空间和上部结构2被构筑而不考虑外力的影响。
图7是图3的局部放大视图，表示相邻SLS1，1的结构体11，11之间的连接部分。如图7所示，两结构体11，11相连接，以便能够通过用于承受拉力的受拉构件15和两结构体之间填充的混凝土16传递拉力和压力。在这种连接状态中，可以防止相邻SLS1，1之间的无序行为。用来维持连接状态的水压一般是从周围作用以便使连续布置的SLS1相互抵接，松释连接状态的拉力是由于波浪和强风等而产生，从而使连续布置的SLS1相互分离的。但是，在按照本发明的连接部分中，混凝土16可抵抗水压，而受拉构件14可抵抗拉力。
现在参阅分别表示使用图1所示SLS1的情形中各项工作的进行情况的图8至12，来描述由多个SLS1构成的SLS4从连接至着底的工作进行概况。
图1所示SLS1可以在陆地上的适当场所完全制成之后拖运至安装的候选水域。或者，压舱物箱12，12可以在平静的水域或安装的候选水域以浮动状态进行连接，如图8所示，然后在着底状态安装在水底上，以便构筑结构体11。结构体11也可以在浮动状态的压舱物箱12上构筑，如图9所示。
多个SLS1可在独立地着底后进行连接。或者，多个SLS1可在浮动状态中进行连接，如图11所示。
SLS1独立在或在每个压舱物箱12中注水后成组地浸入水中，然后以相互连接的状态着底，如图12和3所示。在着底时SLS1的压舱物箱12中的注水量应予调节，使包括水的重量的组件1的总重量大于SLS1在着底状态中的浮力；使在着底状态中的SLS1即使在浮力改变时也不使地面沉陷；并使SLS1在足以承受水平力引起的变形的适当接触压力下，以着底状态安装在水底上。
另一方面，借助改善水底地面或稍许挖掘地面加上地面改善的方式可以获得水底地面所需要的适当的捣实屈服应力或强度。地面可按照下述方法改善位移方法，或者除了通常为支承陆地结构的不良地基下层土而进行的压实法外，混合化学稳定剂的混合法，脱水法或凝结法，或上述方法的组合。
图10表示砂井法，其中，当形成砂桩6时，将砂垫5铺设在用于安装软着底建筑物的候选水底上，将土和砂或毛石堆放置在砂垫5上，向水底施加一个载荷。但是按照本发明，与按照填筑法等改善地面的情形相比较，只是对地面稍加改善，这是由于建筑物对地面的接触压力被限制到不可减小的最小适当值，这是通过调节作为压舱物的水的重量而实现的，这一点将在下文中详述。地面也可按照上述其它方法改善。取决于水底土壤条件，改善地面的方法可以任意选择。在图10的情形中，当处于调平状态的毛石堆7已可堆放需要的时间后，地面的改善即告完成。
除了上述方法以外，连同改善地面辅助进行地面的部分挖掘或打桩也可以保证水底地面所需要的适当捣实屈服应力或强度。在这种情形中，在改善地面之后，部分地挖掘地面或打桩。但是，与在陆地上进行工作的情形相比较，这种局部挖掘或打桩是辅助性工作，只是稍许进行。另外，不必将地面挖掘到独立实施日本专利公开文本第4-85410号所公开的方法所需要的那种程度。图16和17表示在稍许挖掘水底的情形中软着底建筑物的结构。
在着底的SLS3和水底之间的接触压力范围经调节应满足下述条件(见图18)。
在水底和由SLS1和在SLS1上构筑的建筑物2构成的SLS3之间的接触压力可由〔(W1+W2+W3)-γw.V〕被A除所得的商表示，其中，(W1+W2+W3)-γw.V代表用作水下结构的SLS1的总重量W1、注入装在组件1的上的压舱物箱12中的水的重量W2和上部建筑物2的总重量W3之和(W1+W2+W3)与作用在着底状态的SLS3的水下部分上的浮力γw.V之差，A代表在安装的SLS1之下的面积。当在SLS1上构筑上部建筑物2以完成SLS3的建筑时，只要这样得到的商不管水面如何变化都为正值，就可以防止SLS3向表面上浮。在这种情形中，γw代表单位水重，V代表SLS3的浸入部分的体积。
如上所述，接触压力P是按照公式〔(W1+W2+W3)-γw.V〕/A求出的。在由接触压力P引起的水下应力增量Δσ和由土壤自重决定的水下部分的自重应力σo之和小于捣实屈服应力σy的条件下，即，在σo+Δσ＜σy的条件下，可以防止由于压实引起的沉陷。当V随水面变化而改变时，在σo和相应于接触压力P的最大值的应力增量Δσmax之和小于捣实屈服应力σy的条件下，即，在σo+Δσmax＜σy的条件下，可以防止地面沉陷。
通过改善地面，或稍许挖掘地面加上改善地面，同时调节压舱物(即，压舱物箱12中的水量)以满足上述公式的方式，可以得到适当的接触压力或适当的捣实屈服应力。
另一方面，当安装地点的地面强度是通过改善地面或稍许挖掘地面加上地面改善而得到时，装有上部建筑物2的SLS1或SLS3可以容易地抵抗风、浪或潮流引起的力而造成的水平位移。浪的压力等水平力的大小与受水平力影响的建筑物侧面的面积成正比。但是，由于阻抗力与建筑物安装之下的面积成正比，因而SLS1或SLS3的安全随着建筑物的规划的增大而得到改善。
顺便提到，当受到大载荷如地震时，这种外力向建筑物的传递可以通过在水底地面上引起的剪切变形或建筑物相对于水底地面的滑移而防止。
在SLS1上构筑上部建筑物2的过程中可能出现在水平面上偏心的垂向载荷时，需要调节每个压舱物箱12中的水量，从而使建筑物的总重量均匀分布在平面内以避免不同的沉陷、倾斜及建筑物的翻倒。
水底地面的改善或挖掘与如图8和9所示的SLS1的制造并行，或者与如图11所示的直至SLS1，1的连接的建筑工作并行。装有尚未完工的上部建筑物2的SLS1或SLS4被拖运至安装的候选水域，在那里地面已经被改善或挖掘。然后，向压舱物箱12注水，使SLS4整个浸入水中以便着底，如图12所示。或者，当构筑上部建筑物时，整个SLS4浸入水中以便着底。当每个SLS1独立地拖运至安装候选水域时，在已改善的水底上连接SLS1，1，如图11所示。
除了陆地上的干燥场地以外，SLS1可在平静水域的场地中制造。如图8和9所示。因此，如果制造场地设在SLS1的安装候选水域附近，那么，就不必长距离拖运SLS1。因此，可以不需要SLS1的拖运过程，此外，SLS1的制造可以同地面的改善并行，从而可以缩短工期。
图15表示在SLS1上构筑上部建筑物的流程。如图14所示，当由预制混凝土构筑上部建筑物时，如图15所示，可以在每个SLS1的结构体11上进行包括制备混合后的混凝土。制造预制混凝土构件及其组装等建筑工作。因此，不必从陆地运输构件，从而缩短了工期。
如图19所示，按照权利要求5的SLS4是由按照权利要求1或3的多个SLS1(或3)构成的，它们在平面中以平行的十字形相连接。由SLS1或3所包围的内部水域构成适于各种用途的内部平静水域。例如，除了用作海洋牧场或鱼类聚集场所以外，内部平静水域可以用作娱乐设施如淋浴休闲场所。
如图20和22所示，按照权利要求6的SLS4是由按照权利要求1或3的多个SLS1(或3)构成的，它们在平面中以封闭状态环形连接。如图21所示，当由封闭状态构制的由SLS4封闭的内部水域的水面调节得低于SLS4外部的水域的水面时，可以使力(环压)作用在相邻的SLS1(或3)上，从而使SLS1(或3)与相邻的SLS1(或3)压紧接触，如图20所示，同时使力(拱接力)作用在相邻的SLS1(或3)上，以便在圆周方向上分散外力如水压，如图22所示，按照图20和22所示的两种情形，SLS4抵抗外力的稳定性得以增强。
在图20所示的前一种情形中，由SLS4隔开的外部水域中的水压高于内部水域中的水压，因而压力总是向内作用在SLS1(或3)上，其大小相当于内、外水域之间的压差。在这种状态中，环压作用在相邻的SLS1(或3)上，从而压迫SLS1(或3)，使之与相邻的SLS1(或3)接触。在图22所示的后一种情形中，虽然SLS4在平面中具有方形外周，但是，SLS1或3的内表面连续地相接为圆，因此，从外部水域向内部水域作用的水压、由于沿内周的拱形连接而在圆周方向上分散，因而与环压相似地使SLS1(或3)受压而接触相邻的SLS1(或3)。
按照图19至22所示的实施例，SLS1(或3)线性连接，因此，与在平面中连接的SLS1(或3)的情况相比较，难于保持SLS1(或3)之间的连接。因此，如图23所示，一剪切键81或一锚82嵌在SLS1(或3)的底部中，或一止动件安整在SLS1(或3)的外侧，或一个系缆桩84安装在外侧水域中，以防备大地震等紧急情况。或者，根据需要还可另外采取其它措施。图23表示为了安全向图20的实施例增设剪切键81、锚82、止动件83和系缆桩84的情况。
图25表示使用图24的SLS1构筑成圆形的SLS4的情况，图26表示图25的SLS4的剖面。
照权利要求7至9的本发明的安装方法是在水底上安装按照权利要求1至6的建筑物。
按照权利要求7的安装方法基本上是安装由按照权利要求1至3的SLS1(或3)例如，图1所示的SLS1构筑的下部结构和在图2所示的下部结构上构筑的上部建筑物2构成的SLS4。也就是说，按照权利要求1至3的SLS1(或3)在陆地上或在水上构筑，然后拖运至安装的候选水域，或者在安装的候选水域上构筑。然后使这样构筑的SLS1(或3)在水底上以适当的接触压力着底，这是通过向压舱物箱12注水实现的。
按照权利要求8的安装方法是按照下述方式实施的。即，作为下部结构来构筑SLS1，对水底的地面进行改善，或者稍许挖掘加上改善地面，使包括下部结构的重量、上部建筑物2的重量和压舱物箱12中水的重量的SLS3或4的总重量调节得大于浮力，使着底状态的SLS3或4即使浮力变化也不致引起地面沉陷，并使SLS3或4以适当接触压力在水底上着底，上述适当接触压力是按照足以承受水平力引起的变形而确定的。另一方面，SLS1在陆地或水上构筑，然后拖运至安装的候选水域，或者在安装的水域中构筑。然后通过向压舱物箱注水，使这样构筑的SLS1在水底上着底。然后，在下部结构上构筑上部建筑物2时，调节压舱物箱12中的水量，使包括注入压舱物箱中的水量的SLS3或4的总重量调节在设定值的范围内。因此，在完成其构筑的过程中，使安装有上部建筑物的SLS3或4在水底上的着底状态中安装。
按照权利要求9的安装方法是按照下述方式进行的。即，水底地面进行改善或稍许挖掘加上地面改善，使包括下部结构的重量、上部建筑物2的重量和压舱物箱中水的重量的SLS4的总重量大于浮力；使着底状态的SLS4即使浮力变化也不致引起地面沉陷；并且使SLS4在适当的接触压力下在水底上着底，上述适当的接触压力是按照足以承受水平力引起的变形而确定的。另一方面，用作下部结构的按照权利要求1或2的SLS1在陆地或水上构筑，然后拖运至安装候选水域，或者在安装候选水域中构筑。然后，这样构筑的SLS1在漂浮状态进行连接，然后通过向压舱物箱12中注水，使其在水底上着底，而部分或全部的上部建筑物2是通过调节压舱物箱12中的水量在漂浮状态的SLS1上构筑的。因此，按照权利要求4至6的装有上部建筑物2的SLS4是在水底上以着底状态安装的，同时调节压舱物箱中的水量，使包括压舱物箱中的水的重量的SLS4的总重量范围落在设定的值内。图8至12表示权利要求9限定的本发明的安装方法的过程。
权利要求
1.一种软着底建筑物，它是作为安装在经过改善的或稍许挖掘加上地面改善的水底地面上的建筑物构筑的，它包括一个能够注水并自由调节水量的压舱物箱；其中，软着底建筑物是在下述条件下安装在水底地面上的，即，压舱物箱中的水量被调节，使包括压舱物箱中水的重量的建筑物总重量在着底状态中即使安装水域的水面变化也致引起地面沉陷，并使建筑物以适当的接触压力在水底上着底，上述适当的接触压力确定得足以承受水平力。
2.根据权利要求1所述的软着底建筑物，其特征在于在两个水平方向的每一个上布置多个压舱物箱。
3.一种软着底建筑物，它是作为安装在经过改善的或稍许挖掘加上地面改善的水底地面上的建筑物构筑的，它包括一个由按照权利要求1或2所述的建筑物构筑的下部结构；以及一个在上述下部结构上构筑的上部建筑物；其中，所述软着底建筑物是在下述条件下安装在水底地面上的，即，压舱物箱中的水量被调节，使包括上部建筑物重量、下部结构重量和注入压舱物箱中的水的重量的建筑物总重量大于在着底状态中的建筑物的浮力；使在着底状态中的建筑物即使安装水域的水面变化也不致引起地面沉陷；并使建筑物在适当的接触压力下在水底上着底，上述适当的接触压力的确定足以承受水平力。
4.一种软着底建筑物，它基本包括多个按照权利要求1至3中任一项所述的软着底建筑物；其中，所述多个软着底建筑物在一个或两个方向上相连接以自由增大或缩小建筑物规模。
5.根据权利要求4所述的软着底建筑物，其特征在于所述多个软着底建筑物在平面中以平行的十字形组合和连接起来。
6.一种软着底建筑物，它基本包括多个按照权利要求1至3中任一项所述的软着底建筑物；其中，所述多个软着底建筑物在平面中以封闭状态的环形连接，从而限定一个内部平静水域。
7.一种安装软着底建筑物的方法，它包括以下步骤改善水底地面或稍许挖掘水底地面加上地面改善，同时在陆地或水上构筑根据权利要求1至3中任一项所述的软着底建筑物，然后拖运至安装的候选水域，或者在安装的候选水域中构筑根据权利要求1至3中任一项所述的软着底建筑物；然后在水底安装软着底建筑物，同时向压舱物箱中注水，使包括上部建筑物重量、下部结构的重量和注入压舱物箱的水的重量的建筑物总重量大于在着底状态的建筑物的浮力；使着底状态中的建筑物即使安装水域水面变化也不致使地面沉陷；并使建筑物以适当的接触压力在水底上着底，上述适当的接触压力的确定足以承受水平力；从而构筑根据权利要求1至3中任一项所述的软着底建筑物。
8.一种安装软着底建筑物的方法，它包括以下步骤改善水底地面或者稍许挖掘水底地面加上地面改善，同时在陆地或水上构筑根据权利要求1或2所述的软着底建筑物的部分或全部，所作下部结构，然后将部分或全部构筑的建筑物拖运至安装的候选水域，或者在安装的候选水域中构筑根据权利要求1或2所述的软着底建筑物的部分或全部；通过向压舱物箱注水使所述部分或全部构筑的建筑物在水底着底；以及然后调节压舱物箱中的水量，使包括在压舱物箱中注水的重量的建筑物总重量大于在着陆状态中建筑物的浮力；使在着底状态中的建筑物不致引起地面沉陷；并且使建筑物以适当的接触压力在水底上着底，上述适当的接触压力的确定足以承受水平力，同时在已经构筑的建筑物上构筑下部结构和上部建筑物的其余部分；从而构筑按照权利要求3至6所述的装有上部建筑物的软着底建筑物。
9.一种安装软着底建筑物的方法，它包括以下步骤改善水底地面，或者稍许挖掘水底地面加上地面改善，同时在陆地或水上构筑根据权利要求1或2所述的软着底建筑物的部分或全部，然后将部分或全部构筑的建筑物拖运至安装候选水域，或者在安装候选水域中构筑根据权利要求1或2所述的软着底建筑物的部分或全部；通过向压舱物箱注水使所述部分或全部构筑的建筑物在水底着底，同时通过调节压舱物箱中的水量，在漂浮状态中连接根据权利要求1或2所述的软着底建筑物；以及然后，调节压舱物箱中的水量，使包括压舱物箱中的水的重量的建筑物总重量大于在着底状态中的建筑物的浮力；使在着底状态中的建筑物不致引起地面沉陷；以及使建筑物以适当的接触压力在水底上着底，上述适当的接触压力的确定足以承受水平力；从构筑根据权利要求4至6中任一项所述的装有上部建筑的的软着底建筑物。
全文摘要
一种软着底建筑物(1,3或4)构筑成在经过改善或稍许挖掘加上地面改善的水底地面上安装的建筑物,并且包括多个能够注水并自由调节水量的压舱物箱(12)。软着底建筑物在下述条件下安装在水底地面上,即,压舱物箱(12)中的水量被调节,使包括压舱物箱(12)中水的重量的建筑物总重量大于着底状态中建筑物的浮力;使着底状态中的建筑物即使浮力变化也不致使地面沉陷;并且使建筑物以适当接触压力在水底着底,该适当接触压力足以承受水平力引起的变形。
文档编号E02B17/02GK1176675SQ9519766
公开日1998年3月18日 申请日期1995年2月17日 优先权日1995年2月17日
发明者中濑明男, 小泽良夫, 正木范昭, 伊势村邦郎, 寺师昌明 申请人:株式会社日建设计