专利名称：一种重力式基础下沉装置及其应用方法
技术领域：
本发明涉及海上风电、港口以及海洋工程中重力式基础的下沉技术，特别是一种吊挂浮箱的重力式基础下沉装置及其应用方法。
背景技术：
重力式基础结构以其自身优势被广泛地应用于水利、港口、桥梁以及近年来发展较快的海洋、海上风电等建设工程领域。重力式基般由钢筋混凝土制成，靠其自身重量来维持稳定，一般适用于10 30m硬粘土、砂土或岩石等地层较为坚硬的海域。重力式基础具有结构设计简单、钢材用量小、制作难度小、耐久性强、维修费用低等显著优点，但也存在着重大缺陷。目前，重力式基础的下沉安装大多采用起重船进行操作，但由于其自身质量和体形过大，下沉过程难以控制，若操作不当还可能造成基础局部破坏，严重影响施工过程以及后期运行过程中基础结构的安全性。为此，本发明提出一种吊挂密闭浮箱的重力式基础下沉方法，以提高重力式基础在下沉过程中的可操作性、稳定性与安全性。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术存在的重力式基础其自身质量和体形过大导致下沉过程难以控制的缺陷，提供一种有效地控制重力式基础的下沉速度与下沉姿态，并保证重力式基础下沉过程中的稳定与安全的一种重力式基础下沉装置及其应用方法。本发明通过如下技术方案予以实现。一种重力式基础下沉装置，包括重力式基础，其特征在于，所述重力式基础I的上部为一圆柱体、下部为一圆锥体的中空结构，沿重力式基础I的外围周边设置有密闭气浮箱A2、密闭气浮箱B3、密闭气浮箱C4和密闭气浮箱D5 ;四个密闭气浮箱分别通过设置在重力式基础I圆锥体中间部位的锚索A I 6、锚索A II 7、锚索B I 8、锚索B II 9、锚索C I 10、锚索C II 11、锚索D I 12和锚索D II 13相连接；各个密闭气浮箱两两之间通过销钉AB22、销钉BC23、销钉CD24和销钉DA25相连接；各个密闭气浮箱与重力式基础I之间分别设置有隔振垫A I 14、隔振垫A II 15、隔振垫B I 16、隔振垫B I 17、隔振垫C I 18、隔振垫C II 19、隔振垫D I 20和隔振垫D II 21 ;所述隔振垫分别设置在密闭气浮箱两端的内边与底边；各个密闭气浮箱的顶部分别设置有排气阀A26、排气阀B28、排气阀C30和排气阀D32，底部分别设置有排水阀A27、排水阀B29、排水阀C31和排水阀D33。所述重力式基础I上部的圆柱体高度为8m，外径为5m，下部圆锥体的高为12m，底部直径为20m,厚度为0.8m。所述重力式基础I由钢筋混凝土材料制成。所述锚索设置在距离重力式基础I下部圆锥体的底面向上5m处，锚索长度分别为
1.5m 和 3mο所述密闭气浮箱为钢架结构，钢板焊接制成，厚度度Icm ;其纵截面为多边形，长边和较长边分别为8m和6m，其横截面为扇形，内外边的弧线与重力式基础I相适应；各个密闭气浮箱连接后整体环形托浮结构的外径为18m。所述密闭气浮箱的数量为3 8个。一种重力式基础下沉装置的应用方法，具有如下步骤:(I)通过锚索A I 6、锚索A II 7、锚索B I 8、锚索B II 9、锚索C I 10、锚索C II 11、
锚索D I 12和锚索D II 13将密闭气浮箱A2、密闭气浮箱B3、密闭气浮箱C4和密闭气浮箱D5吊挂在重力式基础I的外围周边；(2)将重力式基础I拖航至指定地点，打开密闭气浮箱的排气阀A26、排气阀B28、排气阀C30、排气阀D32和排水阀A27、排水阀B29、排水阀C31、排水阀D33，将密闭气浮箱中的气体逐渐置换为水，由于密闭气浮箱的质量增加，重力式基础I与密闭气浮箱同步下沉；(3)下沉稳定后，锚索松弛，将全部锚索拆卸，再次打开密闭气浮箱的排气阀A26、排气阀B28、排气阀C30、排气阀D32和排水阀A27、排水阀B29、排水阀C31、排水阀D33，再将密闭气浮箱中的水置换为气体，密闭气浮箱脱离重力式基础I逐渐上浮；(4)当全部密闭气浮箱浮出水面稳定后，拆卸各个密闭气浮箱之间的连接销钉，回收密闭气浮箱，完成下沉作业。所述步骤(2)和(3)的密闭气浮箱与重力式基础I下沉和密闭气浮箱的上浮过程中，通过调节各个排气阀与排水阀的进出气、进出水的速度来保证密闭气浮箱与重力式基础I的稳定与安全。本发明的有益效果是，提供了一种重力式基础下沉装置，通过调控浮箱的排气阀与排水阀以置换水气的方法，来完成重力式基础的下沉动作和浮箱的上浮动作；并通过控制各浮箱的排气、排水速度从而保证了下沉结构的稳定性与安全性。本发明所用设备成本低廉，易于制造，适用范围广，可回收利用，并可适用于不同体形的重力式基础，具有良好的经济性与适应性，易于推广。
图1是本发明的一种重力式基础下沉方法的结构剖面示意图；图2是图1的俯视图；图3是图1的后视图；图4是本发明密闭气浮箱的单体分解示意图；图5是本发明的工作过程示意图。附图标记说明如下:1-重力式基础2-密闭气浮箱A3-密闭气浮箱B 4-密闭气浮箱C5-密闭气浮箱D 6-锚索A I7-锚索 A II 8-锚索 B I9-锚索 B II 10-锚索 C I11-锚索 C II 12-锚索 D I13-锚索 D II 14-隔振垫 A I15-隔振垫A II 16-隔振垫B I17-隔振垫B I 18-隔振垫C I
19-隔振垫CII 20-隔振垫D I21-隔振垫 DII 22-销钉 AB23-销钉 BC24-销钉 CD25-销钉DA26-排气阀A27-排水阀A28-排气阀B29-排水阀B30-排气阀C31-排水阀C32-排气阀D33-排水阀 D
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步描述。本发明的重力式基础下沉装置，参见图1一图4，沿重力式基础I的周边设置有密闭气浮箱A2、密闭气 浮箱B3、密闭气浮箱C4和密闭气浮箱D5 ;所述重力式基础I是上部为圆柱体、下部为圆锥体的中空、钢筋混凝土结构；其上部的圆柱体高度为8m，外径为5m，下部圆锥体的高为12m，底部直径为20m，厚度为0.8m。所述密闭气浮箱为钢架结构，钢板焊接制成，厚度度Icm ;其纵截面为多边形，长边和较长边分别为Sm和6m，其横截面为扇形，内外边的弧线与重力式基础I相适应；各个密闭气浮箱连接后整体环形托浮结构的外径为18m ;密闭气浮箱的数量为3 8个。四个密闭气浮箱分别通过设置在重力式基础I圆锥体中间部位的锚索A I 6、锚索A II 7、锚索B I 8、锚索B II 9、锚索C I 10、锚索C II 11、锚索D I 12和锚索D II 13相连接；所述锚索设置在距离重力式基础I下部圆锥体的底面向上5m处，锚索长度分别为1.5m和3m。各个密闭气浮箱两两之间通过销钉AB22、销钉BC23、销钉CD24和销钉DA25相连接；各个密闭气浮箱与重力式基础I之间分别设置有隔振垫A I 14、隔振垫A II 15、隔振垫B I 16、隔振垫B I 17、隔振垫C I 18、隔振垫C II 19、隔振垫D I 20和隔振垫D II 21 ;所述隔振垫分别设置在密闭气浮箱两端的内边与底边；各个密闭气浮箱的顶部分别设置有排气阀A26、排气阀B28、排气阀C30和排气阀D32，底部分别设置有排水阀A27、排水阀B29、排水阀C31和排水阀D33。本发明的重力式基础下沉的方法，一是种吊挂浮箱的重力式基础下沉方法，步骤如下:(I)通过锚索A I 6、锚索A II 7、锚索B I 8、锚索B II 9、锚索C I 10、锚索C II 11、
锚索D I 12和锚索D II 13将密闭气浮箱A2、密闭气浮箱B3、密闭气浮箱C4和密闭气浮箱D5吊挂在重力式基础I的外围周边，如图5(1)所示；(2)将重力式基础I拖航至指定地点，打开密闭气浮箱的排气阀A26、排气阀B28、排气阀C30、排气阀D32和排水阀A27、排水阀B29、排水阀C31、排水阀D33，将密闭气浮箱中的气体逐渐置换为水，由于密闭气浮箱的质量增加，重力式基础I与密闭气浮箱同步下沉，如图5(2)所示；(3)下沉稳定后，锚索松弛，将全部锚索拆卸，再次打开密闭气浮箱的排气阀A26、排气阀B28、排气阀C30、排气阀D32和排水阀A27、排水阀B29、排水阀C31、排水阀D33，再将密闭气浮箱中的水置换为气体，密闭气浮箱脱离重力式基础I逐渐上浮，如图5(3)所示；(4)当全部密闭气浮箱浮出水面稳定后，拆卸各个密闭气浮箱之间的连接销钉，回收密闭气浮箱，完成下沉作业。所述步骤(2)和(3)的密闭气浮箱与重力式基础下沉和密闭气浮箱的上浮过程中，通过调节各个排气阀与排水阀的进出气、进出水的速度来保证密闭气浮箱与重力式基础的稳定与安全。本发明广泛应用于水利、港口、海洋、桥梁、海上风电等建设工程领域。
权利要求
1.一种重力式基础下沉装置，包括重力式基础，其特征在于，所述重力式基础(1)的上部为一圆柱体、下部为一圆锥体的中空结构，沿重力式基础(1)的外围周边设置有密闭气浮箱A (2)、密闭气浮箱B (3)、密闭气浮箱C (4)和密闭气浮箱D (5);四个密闭气浮箱分别通过设置在重力式基础(1)圆锥体中间部位的锚索A I (6)、锚索A II (7)、锚索B I (8)、锚索B II (9)、锚索C I (10)、锚索C II (11)、锚索D I (12)和锚索D II (13)相连接；各个密闭气浮箱两两之间通过销钉AB (22)、销钉BC (23)、销钉⑶(24)和销钉DA (25)相连接；各个密闭气浮箱与重力式基础(I)之间分别设置有隔振垫A I (14)、隔振垫A 11(15)、隔振垫B I (16)、隔振垫B I (17)、隔振垫C I (18)、隔振垫C II (19)、隔振垫D I (20)和隔振垫D II (21);所述隔振垫分别设置在密闭气浮箱两端的内边与底边；各个密闭气浮箱的顶部分别设置有排气阀A (26)、排气阀B (28)、排气阀C (30)和排气阀D (32)，底部分别设置有排水阀A (27)、排水阀B (29)、排水阀C (31)和排水阀D (33)。
2.根据权利要求1的一种重力式基础下沉装置，其特征在于，所述重力式基础(1)上部的圆柱体高度为8m，外径为5m，下部圆锥体的高为12m，底部直径为20m，厚度为0.8m。
3.根据权利要求1的一种重力式基础下沉装置，其特征在于，所述重力式基础(1)由钢筋混凝土材料制成。
4.根据权利要求1的一种重力式基础下沉装置，其特征在于，所述锚索设置在距离重力式基础(I)下部圆锥体的底面向上5m处，锚索长度分别为1.5m和3m。
5.根据权利要求1的一种重力式基础下沉装置，其特征在于，所述密闭气浮箱为钢架结构，钢板焊接制成，厚度度Icm ;其纵截面为多边形，长边和较长边分别为Sm和6m，其横截面为扇形，内外边的弧线与重力式基础(I)相适应；各个密闭气浮箱连接后整体环形托浮结构的外径为18m。
6.根据权利要求1的一种重力式基础下沉装置，其特征在于，所述密闭气浮箱的数量为3 8个。
7.权利要求1的一种重力式基础下沉装置的应用方法，具有如下步骤: (1)通过锚索AI (6)、锚索A II (7)、锚索B I (8)、锚索B II (9)、锚索C I (10)、锚索C II (11)、锚索D I (12)和锚索D II (13)将密闭气浮箱A (2)、密闭气浮箱B (3)、密闭气浮箱C (4)和密闭气浮箱D (5)吊挂在重力式基础(I)的外围周边； (2)将重力式基础(1)拖航至指定地点，打开密闭气浮箱的排气阀A(26)、排气阀B(28)、排气阀C (30)、排气阀D (32)和排水阀A (27)、排水阀B (29)、排水阀C (31)、排水阀D (33)，将密闭气浮箱中的气体逐渐置换为水，由于密闭气浮箱的质量增加，重力式基础(I)与密闭气浮箱同步下沉； (3)下沉稳定后，锚索松弛，将全部锚索拆卸，再次打开密闭气浮箱的排气阀A(26)、排气阀B (28)、排气阀C (30)、排气阀D (32)和排水阀A (27)、排水阀B (29)、排水阀C(31)、排水阀D (33)，再将密闭气浮箱中的水置换为气体，密闭气浮箱脱离重力式基础(I)逐渐上浮； (4)当全部密闭气浮箱浮出水面稳定后，拆卸各个密闭气浮箱之间的连接销钉，回收密闭气浮箱，完成下沉作业。
8.根据权利要求7的一种重力式基础下沉装置的应用方法，其特征在于，所述步骤(2)和(3)的密闭气浮箱与重力式基础(1)下沉和密闭气浮箱的上浮过程中，通过调节各个排气阀与排水阀的 进出气、进出水的速度来保证密闭气浮箱与重力式基础(I)的稳定与安全。
全文摘要
本发明公开了一种重力式基础下沉装置及其应用方法，首先将多个气浮箱吊挂在重力式基础的外围周边，再将重力式基础拖航至指定地点，通过调控浮箱的排气阀和排水阀以置换水气的方法，来完成基础的下沉和浮箱的上浮动作；完成下沉作业后，气浮箱可以回收再利用；下沉过程中，可通过控制各浮箱的排气、排水速度来保证了下沉结构的稳定与安全。本发明成本低廉，易于制造，可适用于不同体形的重力式基础，广泛应用于水利、港口、海洋、桥梁、海上风电等建设工程领域。
文档编号E02D15/08GK103174150SQ20131010501
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者王海军, 燕翔, 练继建 申请人:天津大学