专利名称：软基箱筒型基础结构海上气浮拖运和定位下沉安装方法
技术领域：
本发明涉及一种插入到软土地基中的基础结构——箱筒型基础结构的海上气浮拖运、定位和下沉安装方法。属于近海和港口工程领域中的建筑结构施工方法。
背景技术：
针对近海和港口工程中的软土地基，出现了一系列以箱筒型基础结构作为结构基础的新结构，如新型防波堤(可移动圆筒基础防波堤结构，专利号022531467；可移动钢混箱筒型基础直立弧形连续墙防波堤结构，专利号2004200294670)、围埝和护岸(可移动轻型箱体基础挡土挡水隔波结构，专利号012093904)、海底隧道(箱型基础海底隧道结构，专利号022090614)、码头(软土地基上的筒型基础深水重力式码头结构，专利号021213739)等。这些新结构中的箱筒型基础结构一般由四个上部带顶盖板、下部开口的基础圆筒体或多边形筒体呈矩形排列，通过顶板和基础筒体间的侧板刚性连接而成。这样的结构如果用钢材制作，重量约150吨到500吨，如果用混凝土制作，重量约1000吨到3000吨。使用时，将箱筒型基础结构插入到海底软土地基中作为上部结构的基础。
采用传统的方法安装这些结构，一般先将预制好的结构滑移或吊装到运输驳船上，用运输驳船运输到安装现场，然后用大型船吊将结构从运输驳船上吊放到安装点定位，之后采用抽真空和加压载的方法将结构下沉到泥土中。这种施工方法一方面需要大型的运输船舶和船吊设备，而这些设备的使用成本非常高；另一方面施工过程复杂，施工效率较低，施工质量难以保证，如采用加压载的方法下沉结构时，结构的偏斜度难以控制，还需要倒运大量的压载块体或压载水。
针对箱筒型基础结构可气浮的特点，可以采用一套全新的方法来对其进行运输、定位和下沉安装，即采用气浮的方法对其进行拖运，在气浮状态中对其进行安装定位，采用放气、抽真空和抽水的方法对其进行下沉安装并调整结构安装的偏斜度。
发明内容
本发明的目的在于针对插入到软土地基中的箱筒型基础结构，提出一种安全、经济、实用的拖运、定位和下沉安装方法。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的一种软基箱筒型基础结构海上气浮拖运和定位下沉安装方法，所述的箱筒型基础结构是指多个上端设置顶盖板、下端为敞口的圆筒体或多边形筒体规则排列成的整体结构，其中各筒体的顶盖板或上端侧壁设置带截门的通气和抽水孔，这样的箱筒型基础结构的海上气浮拖运和定位下沉安装方法，其特征在于包括以下过程(1)气浮拖运预制的箱筒型基础结构下水后，通过各筒体上的通气孔向筒体内充气，使结构漂浮于水面，调整筒体内的充气量，使各筒体的入水深度达到满足拖航稳定性的要求，之后就可以对其进行拖运；(2)气浮定位箱筒型基础结构气浮拖运至安装地点后，放出各筒体中的部分气体，使结构下沉至筒底与泥面之间的距离为0～1.0m，在该气浮状态下，将结构缓慢地靠泊于一已定位好的定位驳船旁，然后通过缆绳调整结构在驳船边缘的相对位置，完成气浮定位；或在箱筒型基础结构周边布置4至8条锚碇缆绳，利用各锚碇缆绳的收放完成箱筒型基础结构的气浮定位；结构气浮定位后，继续放出各筒体中的气体，使结构下沉，在筒体底端未与泥面接触之前，进行定位观测，如果结构发生偏移，则停止放气下沉，按上述方法重新进行定位；(3)入泥下沉安装箱筒型基础结构的入泥下沉安装过程包括1)靠结构自重排气排水和调平下沉打开各筒体上的通气和抽水孔，在结构自重作用下，筒内气体排出，筒体入泥下沉，通过控制排气速度来控制结构的下沉速度；下沉过程中观测结构的侧倾情况，当结构发生倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的气体放出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的气体放出，使结构恢复水平，然后继续均衡放气下沉，直至箱筒型基础结构自重和土体阻力平衡，结构不再下沉为止；如果结构自重比较大或水深比较大，筒体内的气体全排出后，结构在自重作用下还继续下沉，则筒内水体会从通气和抽水孔中排出，直至结构自重和土体阻力平衡，结构不再下沉为止；2)靠抽气施加压力调平下沉结构靠自重停止下沉后，如果筒内还有气体存在，则利用射流真空泵从通气孔或抽水孔中将筒内气体抽出，结构继续下沉；下沉过程中观测结构的侧倾情况，当结构发生倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的气体抽出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的气体抽出，使结构恢复水平，.然后继续均衡抽气下沉，直至箱筒型基础结构各筒体内的气体全部抽出为止；3)靠抽水施加压力调平下沉当箱筒型基础结构筒体内的气体全部排出后，利用潜水排污泵或射流泵从抽水孔中将筒内水体抽出，结构继续下沉；下沉过程中观测结构的侧倾情况，当结构发生倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的水体抽出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的水体抽出，使结构恢复水平，然后继续均衡抽水下沉，直至各筒内的水体全部抽出为止，箱筒型基础结构的下沉安装完毕。
本发明的优越性在于箱筒型基础结构的运输不需要大型运输船舶，现场安装不需要大型起吊船舶和倒运大量的压载块体或压载水，定位下沉设备简单，施工简便，下沉速度快，偏斜度容易控制，综合施工费用低。
下面结合附图对本发明加以说明。
图1为以箱筒型基础结构作为基础的防波堤结构断面示意图。
图2为箱筒型基础结构的平面仰视图。
图3为箱筒型基础结构处于气浮漂浮状态。
图4为箱筒型基础结构处于气浮拖运状态。
图5为箱筒型基础结构靠泊于定位驳船旁进行气浮定位示意图。
图6为箱筒型基础结构利用锚碇缆绳进行气浮定位示意图。
图7为箱筒型基础结构处于靠结构自重排气下沉状态。
图8为箱筒型基础结构处于抽气下沉状态。
图9为箱筒型基础结构处于抽水下沉状态。
图10为箱筒型基础结构下沉安装到位状态。
图中1为基础筒体，2为筒顶盖板，3为筒顶盖板上的通气和抽水孔，4为箱筒型基础结构上的直立圆筒防波堤，5为基础筒体间的连接板，6为四个基础筒体和连接板围成的中间筒舱，7为气浮漂浮状态基础筒体内的空气处于受压状态，8为气浮拖运的拖缆绳，
9为气浮拖运状态前侧筒体内的空气压力略大于后侧筒体内的空气压力，10为定位驳船，11为定位驳船的锚碇缆绳，12为箱筒型基础结构靠泊于定位驳船的系缆绳，13为箱筒型基础结构的气浮定位锚碇缆绳，14为排出筒内空气，15为排气下沉状态筒体内的空气压力略高于大气压力，16为抽出筒内空气，17为抽气下沉状态筒体内的空气压力小于大气压力，18为抽出筒内水体，19为抽水下沉状态筒体内的水压力小于筒外同深度处的水压力，20为箱筒型基础结构下沉到位后基础筒顶板下侧和地基土面接触。
具体实施例方式
本发明一个实施例如下如图1和图2所示的箱筒型基础防波堤结构，其中箱筒型基础结构的4个基础筒体均为直径10.5m，高8m，壁厚0.25m的混凝土圆筒，相邻两筒体的筒壁间距2.5m，相邻两筒体用0.5m厚的连接墙连接，连接墙与筒体高度相同，四个基础筒的顶盖板为一正方形圆角板，厚0.50m，其下设有肋梁，该箱筒型基础结构重约1500吨，安装地点的高潮位水深约5～6m。
该箱筒型基础结构在陆地上预制好后，采用滑道或潜水驳船将其移于水中。结构下水之前，在4个基础筒和中间筒舱的顶盖板上的通气孔处均连接充气和排气阀及管道、在4个基础筒的顶盖板上各安装一台潜水排污泵。
箱筒型基础结构下水过程中，当基础筒壁底端被水淹没后，向四个基础筒舱和中间筒体内充气。当基础筒壁底端入水约4.0m，各筒体内气压达到35.0kPa时，结构即可漂浮于水中，如图3示。
将充气漂浮的箱筒型基础结构缓慢拖带离开滑道或潜水驳船，放出各筒体中的部分空气，使基础筒壁底端入水约4.5～5.0m，各筒体内的封气水柱约1.0～1.5m，这样以防止拖运过程中结构摇摆时筒体内的空气溢出，另外使气浮拖运行进中前侧基础筒体内的空气压力大于后侧基础筒体内的空气压力，这样以便在拖运行进中结构整体保持水平。在该浮态下，可将结构气浮拖运到安装现场，如图4示。
当箱筒型基础结构气浮拖运到安装地点后，将箱筒型基础结构靠泊于定位驳船旁，放出筒中部分气体，使结构下沉，筒体底部接近于泥面；在气浮漂浮状态下，通过箱筒型基础结构和定位驳船之间的缆绳调整结构的平面位置，将结构精确定位于安装地点，如图5示。
在适当的潮水位情况下，均匀放出箱筒型基础结构的各筒体中的空气，结构在自重作用下随各筒体中的空气排出而缓慢下沉，如图7示。此时的下沉过程中，通过调整各筒体中的放气量，使结构保持水平，当结构下沉过程中出现倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的空气放出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的空气放出，当结构水平后，再均匀放出各筒体中的空气。在较软的地基上，放气后结构在自重作用下基础筒壁可下沉到地基土中4～5m。
对于该箱筒型基础结构及相应安装地点的潮水位情况，当靠自重排气停止下沉后，各筒体中的空气已全部排出，筒体内充满水。关闭各筒顶上的放气阀门，开启各筒体上的抽水泵，将筒体内的水抽出，结构继续下沉，如图9示。此时的下沉过程中，通过调整各筒体的抽水量，使结构保持水平，当结构下沉过程中出现倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体抽水，保持或加大下沉量小侧的筒体抽水，当结构水平后，再均匀抽出各筒体中的水，直至各筒体中的水被完全抽出，筒体顶板下侧和地基上面接触，则该箱筒型基础结构安装到位，如图10示。若每个基础筒顶安装一台效率为60m3/h的抽水泵，则用1个小时靠自重排气下沉，用6～8个小时抽水下沉将结构安装到位。
箱筒型基础结构采用本发明方法进行运输和定位下沉安装施工时，仅需要一艘1500马力的拖轮，一艘中小型定位驳船，4台7.5kW的潜水排污泵和相应的发电系统，拖运及定位下沉设备简单，施工简便，下沉速度快，偏斜度容易控制，综合施工费用低。
权利要求
1.一种软基箱筒型基础结构海上气浮拖运和定位下沉安装方法，所述的箱筒型基础结构是指多个上端设置顶盖板、下端为敞口的圆筒体或多边形筒体规则排列成的整体结构，其中各筒体的顶盖板或上端侧壁设置带截门的通气和抽水孔，这样的箱筒型基础结构的海上气浮拖运和定位下沉安装方法，其特征在于包括以下过程(1)气浮拖运预制的箱筒型基础结构下水后，通过各筒体上的通气孔向筒体内充气，使结构漂浮于水面，调整筒体内的充气量，使各筒体的入水深度达到满足拖航稳定性的要求，之后就可以对其进行拖运；(2)气浮定位箱筒型基础结构气浮拖运至安装地点后，放出各筒体中的部分气体，使结构下沉至筒底与泥面之间的距离为0～1.0m，在该气浮状态下，将结构缓慢地靠泊于一已定位好的定位驳船旁，然后通过缆绳调整结构在驳船边缘的相对位置，完成气浮定位；或在箱筒型基础结构周边布置4至8条锚碇缆绳，利用各锚碇缆绳的收放完成箱筒型基础结构的气浮定位；结构气浮定位后，继续放出各筒体中的气体，使结构下沉，在筒体底端未与泥面接触之前，进行定位观测，如果结构发生偏移，则停止放气下沉，按上述方法重新进行定位；(3)入泥下沉安装箱筒型基础结构的入泥下沉安装过程包括1)靠结构自重排气排水和调平下沉打开各筒体上的通气和抽水孔，在结构自重作用下，筒内气体排出，筒体入泥下沉，通过控制排气速度来控制结构的下沉速度；下沉过程中观测结构的侧倾情况，当结构发生倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的气体放出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的气体放出，使结构恢复水平，然后继续均衡放气下沉，直至箱筒型基础结构自重和土体阻力平衡，结构不再下沉为止；如果结构自重比较大或水深比较大，筒体内的气体全排出后，结构在自重作用下还继续下沉，则筒内水体会从通气和抽水孔中排出，直至结构自重和土体阻力平衡，结构不再下沉为止；2)靠抽气施加压力调平下沉结构靠自重停止下沉后，如果筒内还有气体存在，则利用射流真空泵从通气孔或抽水孔中将筒内气体抽出，结构继续下沉；下沉过程中观测结构的侧倾情况，当结构发生倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的气体抽出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的气体抽出，使结构恢复水平，然后继续均衡抽气下沉，直至箱筒型基础结构各筒体内的气体全部抽出为止；3)靠抽水施加压力调平下沉当箱筒型基础结构筒体内的气体全部排出后，利用潜水排污泵或射流泵从抽水孔中将筒内水体抽出，结构继续下沉；下沉过程中观测结构的侧倾情况，当结构发生倾斜时，停止或减少下沉量大侧的筒体中的水体抽出，保持或加大下沉量小侧的筒体中的水体抽出，使结构恢复水平，然后继续均衡抽水下沉，直至各筒内的水体全部抽出为止，箱筒型基础结构的下沉安装完毕。
全文摘要
本发明公开了一种软土地基箱筒型基础结构的海上气浮拖运和定位下沉安装方法。预制的箱筒型基础结构下水后，向筒体内充气，使结构漂浮于水面，将其拖运至安装地点；在气浮状态下，通过定位驳船或锚碇缆绳进行定位；下沉时，首先放出筒内气体，在结构自重作用下筒体入泥下沉，通过控制各筒的放气速度和放气量来控制结构的下沉速度和偏斜情况，然后通过真空泵抽出筒内气体施加压力，结构继续下沉；再后通过潜水泵抽出筒内水体施加压力，结构继续下沉，直至各筒内的水体全部被抽出，箱筒型基础结构下沉安装完毕。该方法不需要大型起吊和运输船舶，设备简单，下沉速度快，偏斜度容易控制，综合费用低。
文档编号E02D23/00GK1730842SQ20051001501
公开日2006年2月8日 申请日期2005年9月7日 优先权日2005年9月7日
发明者别社安, 齐越, 贺立, 苏永生, 只红茹 申请人:天津大学