一种装配式深远海漂浮平台及建造方法

本发明涉及海洋工程装备与海岸工程，特别涉及一种装配式深远海漂浮平台及建造方法。

背景技术：

1、当前，随着人类对海洋资源开发的不断深入，大型海上浮岛作为海洋空间拓展的重要载体，在海上牧场、漂浮城市、海上能源基地等领域展现出巨大的应用潜力。由于大型浮岛尺寸庞大，通常采用多个标准化浮体模块拼接组装的“模块化”设计。然而，在复杂多变的深远海海况下，现有的模块化浮体结构仍存在以下显著的技术瓶颈：目前，海洋浮体多采用传统的钢结构或普通钢筋混凝土结构。钢结构虽轻质高强，但面临严峻的海洋盐雾腐蚀问题，尽管可以通过防腐除锈技术保证其在海洋环境中的使用寿命，但又会提升钢结构的全生命周期维护成本；普通钢筋混凝土结构虽防腐性能好，但其自重大、材料强度低的特点，导致浮体结构富裕浮力大幅减少，严重削减模块化浮体的承载能力。

2、传统模块化浮体与浮体之间多采用刚性节点或柔性节点进行连接，在面临深海海域波浪荷载时，柔性节点会使各个浮体之间产生剧烈的相对升沉与错动，存在巨大的安全隐患；刚性节点虽能够抑制浮体之间的相对位移，但当遇到强烈且持续的波浪荷载作用时，容易导致拼接节点出现剪切变形或破坏，此外，配置有预应力钢筋的薄壁混凝土结构虽能有效提高结构强度，但在波浪引起的中拱和中垂弯矩作用下，极易产生微裂缝，进而导致海水渗入和内部钢筋锈蚀，大大缩短浮岛的使用寿命。这一由材料特性决定的耐久性瓶颈，在普通钢筋混凝土和钢结构体系下难以根本解决。在深海波浪力作用下，所有模块化浮体均面临波浪引起的摇荡问题。

3、传统做法依靠增加浮体自重以提升整体刚度来减摇，虽有一定效果，但导致海上运输和拼装费用大幅上升，且要求浮体具备足够尺度以提供充裕的储备浮力，经济性和施工便利性均不理想。现有的减摇装置（如减摇水箱、减摇水翼）多应用于整体式浮岛或大型驳船，针对小尺度、模块化浮体的集成式减摇装置设计与安装方案仍属空白。需要指出的是，模块化浮体在海上吊装与拼装阶段，尚未形成整体刚度，单个浮体的摇荡尤为剧烈。现有的施工辅助手段（如临时缆绳、压载调整）难以有效抑制这一阶段的浮体晃动。因此，亟需一种能够集成于单个模块化浮体内部、在拼装阶段即可发挥减摇作用、且不影响浮体间预应力连接的紧凑型减摇装置。模块化浮体的迎波面直接承受波浪的巨大冲击力，极易发生裂缝乃至整体开裂。如何在保证迎波面结构强度的前提下，设置有效的消波装置，仍是尚未妥善解决的技术问题。现有新型浮体多采用开口朝上或水平直通的消波设计方案，不仅容易遭受海面剧烈碎浪的破坏，更致命的是，其极易吸入漂浮物（如塑料垃圾、浮油、浒苔及马尾藻等），导致消波管道快速堵塞失效，后期清理维护极为困难。最后，模块化浮体作为一种需经逐个拼装最终形成整体的海洋装备，其施工工艺与安装方式的选择面临诸多技术经济性矛盾。若采用岸上整体拼装后再由驳船托运至目标海域的方案，虽能有效降低海上作业风险，但其托运费用往往极为高昂，甚至可能超过浮岛本体建造费用，导致工程经济性严重下降。若采用岸上预制各浮体模块，再经由运输船运送至指定海域进行海上拼装的方案，虽可大幅提高经济效益，但海上施工环境复杂、作业风险显著高于岸上，尤其是当需要穿设预应力筋等关键工序时，施工人员的安全性面临严峻挑战。

4、因此，针对现有技术不足，亟需提供一种装配式深远海漂浮平台及建造方法以解决现有技术不足甚为必要。

技术实现思路

1、本发明的其中一个目的在于避免现有技术的不足之处至少一种，而提供一种装配式深远海漂浮平台。该装配式深远海漂浮平台通过模块化浮体榫卯定位、分段预应力整体压紧、消波管及减摇水箱双重抑晃、锚泊组件锚泊，实现深远海条件下漂浮平台高刚度、低晃动、锚固可靠。

2、本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

3、提供一种装配式深远海漂浮平台，包括：

4、装配式漂浮组件，包括有多个浮体、消波管、减摇水箱、预应力筋和连接器，多个所述浮体之间通过榫卯连接进行定位对接，再通过所述预应力筋拼装形成整体浮岛，所述消波管设置于部分浮体，所述消波管的进水口和出水口贯穿浮体壁面，所述减摇水箱装配于部分浮体的内部，所述预应力筋分段布置于各个浮体的内部，预应力筋之间通过所述连接器对接；所有浮体的空腔内填充有闭孔高分子发泡材料。所述消波管内部形成海水流通流道；所述消波管为高密度聚乙烯hdpe；所述预应力筋由多束玻璃纤维增强塑料frp构成；所述连接器的材质为合金钢。

5、上部支撑组件，用于连接外部装置，所述上部支撑组件装配于所述装配式漂浮组件的顶面；

6、锚泊组件，用于将所述装配式漂浮组件固定于水面，所述锚泊组件分别装配于所述装配式漂浮组件的四个侧面。

7、优选的，上述浮体呈矩阵排布形成一个矩形浮岛。

8、将位于所述矩形浮岛四个角的浮体定义为角浮体，将位于所述矩形浮岛的四侧边且非角部位置的浮体定义为边浮体，将除所述角 浮体和所述边浮体之外的浮体定义为中间浮体。

9、优选的，上述角浮体和所述边浮体的内部均设置有消波管，所述消波管的出水口密封贯穿至浮体的底部，所述消波管的进水口密封贯穿至浮体的外侧壁。

10、优选的，上述角浮体还设有所述减摇水箱。

11、优选的，上述锚泊组件与所述边浮体装配。

12、优选的，上述预应力筋分段布置于所述角浮体、所述边浮体和所述中间浮体的内部。

13、优选的，上述装配式漂浮组件还包括有多个用于固定浮体的钩体，所述钩体分别固定装配于每个浮体的侧壁，部分钩体作为浮体拉结钩，相邻浮体之间通过连接绳对浮体拉结钩实现拉结；另一部分所述钩体作为系泊钩，所述系泊钩与所述锚泊组件装配连接。所述钩体的材质为316l型不锈钢且表面设有环氧玻璃鳞片涂料。

14、优选的，上述浮体包括正交异性板肋、浇筑成型的壳体、顶板、第一筋网、第二筋网和加强筋；所述壳体的四角位置浇筑厚度大于壳体本体壁厚从而形成围柱，所述第一筋网浇筑埋设于所述壳体的内部，所述所述壳体的侧壁预留有用于所述正交异性板肋嵌入的插入槽；所述顶板和所述正交异性板肋同时浇筑于所述壳体的上部并形成一体结构且所述正交异性板肋嵌入所述插入槽，所述第二筋网通过浇筑埋设于所述顶板的内部，所述加强筋通过浇筑埋设于所述正交异性板肋的内部，所述正交异性板肋支承架设于所述围柱的上方，所述顶板位于所述正交异性板肋的上方。所述壳体的材质为超高性能混凝土uhpc；所述正交异性板肋的材质为超高性能混凝土uhpc；所述第一筋网的材质、所述第二筋网和加强筋的材质均为玻璃纤维增强塑料frp。

15、所述壳体至少一侧面浇筑形成有榫头，所述壳体至少一侧面浇筑形成有榫槽，榫头与相邻浮体的榫槽榫卯连接，榫槽与相邻浮体的榫头榫卯连接。所述榫槽和所述榫头的内部均预埋有电磁线圈，所述电磁线圈连接有绝缘线，所述绝缘线引出所述壳体的外部；在拼装阶段，在预应力筋未起作用之前，需要通过浮体外围的钩体，使两个浮体大致对接，然后通过通入20a-40a直流电以产生数百公斤的拉力，控制接触面处的微小位移并进行精准对准。

16、在所述浮体中，所述壳体的底板厚度最大，所述顶板的厚度最小，所述壳体的四个侧板厚度相等。

17、优选的，上述围柱内部预埋有供预应力筋穿设的预应力孔道，所述预应力筋穿设于所述预应力孔道内。

18、优选的，上述顶板开设有用于施工的施工孔。

19、当所述浮体为角浮体或边浮体时，壳体的迎波侧对应壁面开设有第一通孔，壳体的底面开设有第二通孔，所述消波管的进水口密封贯穿所述第一通孔，所述消波管的出水口密封贯穿所述第二通孔。

20、优选的，上述角浮体的壳体和所述边浮体的壳体在浇筑成型时埋设有用于固定所述预应力筋端部的锚固件，所述锚固件与所述预应力筋的端部固定连接。所述锚固件的材质为合金钢，且所述锚固件的表面涂装锌基合金防腐层。

21、优选的，上述消波管包括水平段、竖直段以及圆角过渡弯头部，所述弯头部分别与所述水平段和所述竖直段一体贯通，所述水平段的管口为进水口，所述水平段密封贯穿浮体的外侧壁。

22、优选的，上述竖直段的管口为出水口，密封贯穿浮体底板并朝向浮体下方。

23、优选的，上述水平段的中轴与所述竖直段的中轴相互垂直。

24、所述连接器包括两个装配筒，一个装配筒与一条预应力筋段的末段固定连接，另一装配筒与相邻的预应力筋段的末段固定连接，两个装配筒之间通过固定件固定连接。

25、优选的，上述装配筒包括套筒和基座，所述套筒与所述基座一体连接，所述套筒的内壁设有内螺纹，所述套筒与预应力筋段的末段螺纹连接。

26、优选的，上述基座与同一连接器的另一装配筒的基座之间存在用于填充混凝土砂浆的空腔，在所述连接器与两段相邻的预应力筋段装配后在所述空腔中填充混凝土砂浆，从而提高相邻两段预应力筋段之间的连接强度。

27、优选的，上述减摇水箱包括有多个箱体、泵体和连通管，所述箱体、所述泵体和所述连通管整体设置于所述角浮体的内部中心处，所有箱体呈矩形布置，所述连通管将每个箱体依次串联并形成液体回路，所述泵体与所述连通管连通且所述泵体位于矩形的中部，所述泵体还与外部海水环境连通。所述箱体的材质为玻璃纤维增强塑料frp，所述连通管的材质为高密度聚乙烯hdpe。

28、所述箱体构成的结构最大长度和最大宽度比例与所述角浮体的长宽比例相同，且所述箱体的高度大于等于角浮体的高度的1/2。

29、优选的，上述上部支撑组件包括垫块、阻尼减震件、支撑板和支撑杆，所述垫块固定装配于所述浮体的上表面，所述支撑板通过插杆可活动插装于所述垫块的内部，所述阻尼减震件套设于所述插杆的外部，且所述阻尼减震件的两端分别与所述垫块和所述支撑板的下表面相抵接，所述支撑杆焊接于所述支撑板的上表面。

30、优选的，上述锚泊组件包括绳体、锚链、多个重力锚块和多个配重块，所述绳体贯穿所述锚链的每一个链环，所述绳体的中端从所述锚链的一端末段伸出，所述绳体的中端与边浮体或角浮体的侧壁的钩体系结，所述绳体的两个自由端从所述锚链的另一端穿出，且两个自由端相互打结，所述配重块等距离装配于所述锚链的中部，所述重力锚块装配于所述锚链的末段且接近所述绳体的两个自由端。所述绳体的材质为耐候合成纤维绳，所述锚链的材质为热浸镀锌合金钢，所述重力锚块的材质为超高性能混凝土uhpc。

31、所述配重块的材质为混凝土或铸铁，所述配重块呈球体状，中心沿轴线开设有供所述锚链穿过的通孔，并通过卡箍或焊接挡环与锚链固定。

32、所述重力锚块的形状为直角梯台状且底面为平面，以增大与海床的接触面积和摩擦阻力，梯形侧面利于在拖拽时嵌入或压紧海底土体。

33、本发明的另一个目的在于避免现有技术的不足之处至少一种，而提供一种装配式深远海漂浮平台的建造方法。该装配式深远海漂浮平台的建造方法得到的深远海漂浮平台能通过模块化浮体榫卯定位、分段预应力整体压紧、消波管及减摇水箱双重抑晃、锚泊组件锚泊，实现深远海条件下漂浮平台高刚度、低晃动、锚固可靠。

34、本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

35、提供一种装配式深远海漂浮平台的建造方法，将每个浮体的初始参数输入式（1），当横向初稳性高度保持在0.15m~0.5m且纵向初稳性高度大于0时，所述初始参数即作为建造参数并进行浮体建造。

36、优选的，上述式（1）具体为；

37、……式（1）；

38、其中，

gm为浮体的初稳性高度，

gm包括所述横向初稳性高度和所述纵向初稳性高度，且横向初稳性高度为0.15m~0.5m，纵向初稳性高度大于0；

kb为浮体的浮心距底面的距离；

kg为浮体的重心距底面的高度；

bm为浮体的稳心半径，且

bm包括横向稳心半径和纵向稳心半径，当

bm为横向稳心半径时，式（1）对应得到横向初稳性高度；当

bm为纵向稳心半径时，式（1）对应得到纵向初稳性高度。

39、本发明的有益效果如下：

40、1、该深远海漂浮平台由多块浮体矩阵拼装形成矩形浮岛，浮体之间依靠榫卯实现定位对接，再通过分段预应力筋与连接器完成整体拼装；可根据作业需求增减浮体数量，预制化程度高，便于工厂预制、海上拼装拆卸，后期局部浮体损坏可单独更换，适配不同深远海作业场景。浮体空腔填充闭孔高分子发泡材料，进一步提升浮体抗沉能力与浮力储备。

41、2、角浮体、边浮体的消波管，海水通过消波管形成流通流道，耗散波浪能量；角浮体内部配置减摇水箱，通过泵体与连通管调节水箱内部海水，改变平台质量分布，进一步抵消波浪引发的摇摆，双重作用共同降低浮岛的横摇、纵摇幅度，保障上部组件作业条件。

42、3、浮体之间通过榫卯完成初定位，再由预应力筋张拉施加预压力，使榫卯接缝持续保持受压状态，有效抑制风浪作用下浮体拼接缝张开、错动；预应力筋分段布置，相邻预应力筋采用连接器接长，两端通过锚具锚固，形成可靠的整体受力体系；拼装时可借助榫头、榫槽内部预埋电磁线圈通电产生电磁吸附力，实现榫卯精准对位，降低海上拼装作业难度。

43、4、上部支撑组件设置垫块、插杆以及阻尼减震件，支撑板可相对垫块活动，阻尼减震件能够吸收风浪传递过来的振动冲击，隔离浮体的晃动，减弱振动向支撑杆以及上部设备传递，对搭载的设备起到缓冲保护作用。

44、5、锚泊组件采用绳体和锚链组合，绳体可弹性伸长实现一级冲击缓冲；锚链上布置多个配重块，使系泊缆形成悬链线形态，平台发生位移抬升配重块时依靠重力势能提供非线性恢复力，抑制动态漂移；重力锚块依靠自重、海床摩擦以及梯形侧面嵌土效应提供极限锚固力，有效防止浮岛发生大位移与走锚。

45、6、浮体、重力锚块采用uhpc材料，结构致密抗氯离子侵蚀；预应力体系的锚具、系泊链可采用防腐处理，配合封锚、孔道灌浆防护，能够适应高盐雾、高腐蚀的深远海海洋环境，延长平台整体服役寿命。

46、7、浮体区分角浮体、边浮体、中间浮体，消波管、减摇水箱、锚泊组件针对性布置；顶板开设施工孔，方便浮体内部构件检修、维护作业；侧壁设置钩体，既可以实现拼装阶段相邻浮体临时拉结，又可用于锚泊组件的装配固定，一物两用。