一种桩桶组合式导管架支撑结构及其施工方法与流程

1.本发明属于海洋工程技术领域，具体涉及一种桩桶组合式导管架支撑结构及其施工方法。


背景技术：

2.随着近海风电场开发的逐渐饱和，离岸距离50km以上的海上风能的开发受到越来越多的关注。海上电气平台作为海上风电场电能汇集中心，是其中输变电的关键设施。以海上升压站为例，传统海上升压站支撑结构常采用桩基础和导管架支撑形式，施工步骤大致为：海床平整
→
导管架坐底
→
吊装桩基础
→
打桩锤打桩
→
切割桩头找平等，最后进行上部组块吊装与设备调试。
3.海上风电场为了实现“降本增效”的目标，海上风电场开发规模越来越大，与之相应的海上电气容量增大，其中输变电精密电气设备也随之增大，因此，对平台支撑的施工精度有着更高的要求。
4.然而，传统海上电气平台支撑结构和施工方法面临着困难如下：
5.1)导管架海床面找平困难，海床条件复杂，受表层土强度低和潮流等影响，施工设备整平效果往往不佳。
6.2)桩基础偏差大，由于打桩过程，桩基础受到打桩锤冲击作用，桩基础的水平方向位移可能出现偏移，高程偏差可以通过切割桩顶多余部分解决，而水平面的相对位置却不容易控制，从而造成上部组块安装主柱就位困难。
7.3)导管架腿与桩基础之间的连接强度较弱，难以将二者完全形成整体共同承受外部荷载。
8.4)传统海上电气平台支撑结构的施工操作繁琐，施工建造成本较高，实际应用受到限制。
9.因此，需要提出一种新的海上电气平台支撑结构及其施工方法，保证海上电气平台施工精度和提高承载要求。


技术实现要素：

10.为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种易于找平、安装方便、水平偏差可调的桩桶组合式导管架支撑结构。本发明的目的之二在于提供一种施工操作方便、建造成本低、应用前景广的施工方法。
11.本发明通过下述技术方案实现：
12.一种桩桶组合式导管架支撑结构，包括若干导管架腿和用于支撑所述导管架腿的支撑架，还包括：
13.桶型基础，固定连接于所述导管架腿的底端，所述桶型基础包括密封连接的桶型基础外壁、桶型基础内壁和桶型基础顶盖，并且其内部形成基础空舱；
14.桩基础，穿过且固定设置于所述导管架腿和所述桶型基础内壁的内部，并且分别
与所述导管架腿和所述桶型基础内壁之间设置有间隙；
15.水气管线，与所述导管架腿固定连接，并通过控制阀门与设置在所述基础空舱上的水气通道连接。
16.作为一种优选的技术方案，所述基础空舱内设置有若干分舱板，相应地所述分舱板将所述基础空舱分隔为分别与所述水气通道连接的若干舱室。
17.作为一种优选的技术方案，所述桶型基础与所述导管架腿之间通过若干斜支撑固定连接。
18.作为一种更优选的技术方案，还包括与所述斜支撑内侧固定连接的偏差调节装置，所述偏差调节装置包括输油管、与所述输油管连接的液压油缸、与所述液压油缸活动连接的活塞杆，用于固定所述液压油缸的圆板以及用于固定所述圆板的圆管。
19.作为一种优选的技术方案，所述水气管线与所述导管架腿之间通过圆管支撑固定连接。
20.作为一种优选的技术方案，所述桶型基础顶盖、桶型基础外壁、桶型基础内壁和分舱板之间的连接处固定连接有肋板，且所述桶型基础顶盖的外壁具有波纹状凹凸结构。
21.作为一种优选的技术方案，所述支撑架包括相邻两个导管架腿之间固定连接的导管架横撑和交叉连接的导管架斜撑。
22.本发明提供一种桩桶组合式导管架支撑结构的施工方法，包括下述步骤：
23.(a)所述支撑架、桶型基础、偏差调节装置等结构均在陆上拼装完成，通过安装船运输到海上风电场电气平台的设计位置，所述桩基础也可通过安装船运输到海上风电场相同位置；
24.(b)利用仪器精确定位桶型基础下沉位置，在导管架吊耳上固定好钢丝绳，利用浮吊将拼装结构吊起后逐步放入水中，直至桶型基础沉贯进入海底泥面以下；
25.(c)所述桶型基础在自重作用下沉贯进入泥面以下，然后将水气管线与安装船上的抽真空设备连接，对基础空舱内部进行抽吸水气而形成负压，桶型基础在负压作用下缓慢压入地基中，在此过程中调节不同舱室负压抽取量，对导管架的倾斜度进行调整，直至桶型基础顶盖达到海床泥面，之后安装船上的灌浆设备可利用水气管线向桶型基础不同舱室内进行灌浆；
26.(d)利用浮吊将所述桩基础沿着导管架腿进行沉放，桩基础穿过桶型基础沉入海床泥面以下，然后利用打桩锤进行打桩直至指定深度；
27.(e)利用切割设备进行桩头切割，利用所述偏差调节装置调整桩头平面相对距离，满足上部组块主柱的安装精度要求，对导管架腿和桩基础空隙进行灌浆处理；
28.(f)控制偏差调节装置使桶型基础斜支撑与桩基础保持接触挤压状态，保证桩基础、导管架腿和桶型基础成为一个整体，至此，一种桩桶组合式导管架支撑结构的施工安装结束。
29.作为一种优选的技术方案，在步骤(c)中，所述桶型基础负压沉贯过程中，导管架顶部设置水平仪，对此过程实时监测，调节阀门对不同舱室水气抽取情况进行控制，保证导管架满足倾斜度的要求。
30.作为一种优选的技术方案，在步骤(e)中，所述偏差调节装置数量设置为奇数，活塞杆顶靠桩基础位置一定范围内应局部加厚。
31.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
32.1、本发明的导管架安装方便，不需要海床面特殊处理，通过桶型基础负压调节即可满足倾斜度要求。
33.2、本发明的桩基础偏差可控，通过切割和水平顶靠，保证桩基础顶部相对位置的精度。
34.3、本发明可增强桶型基础、导管架腿和桩基础之间的作用强度，通过活塞杆水平顶靠压力作用，保证三者形成整体共同承受外部荷载。
35.4、本发明施工便捷，导管架和桶型基础可陆上预制一体化拼装，桶型基础自重和负压沉贯施工速度快，桩基础沿导管架腿打桩方便，施工效率高。
36.5、本发明的基础结构拆除方便，桶型基础、导管架等可回收，无海洋环境污染风险。
37.6、本发明结构形式简单，施工操作方便，有效降低建造成本，具有良好的推广应用前景。
附图说明
38.图1是本发明的正面结构示意图；
39.图2是本发明的俯视结构示意图；
40.图3是本发明的剖面结构示意图；
41.图4是本发明中桶型基础和桩基础的立体结构示意图；
42.图5是图4的剖面结构示意图一；
43.图6是图4的剖面结构示意图二；
44.图7是本发明中偏差调节装置的结构示意图；
45.图8是本发明应用于海上电气平台的正面结构示意图；
46.图9是本发明的施工流程图。
47.附图标记：1-导管架腿，2-支撑架，3-桶型基础，4-桩基础，5-水气管线，6-控制阀门，7-水气通道，8-斜支撑，9-偏差调节装置，10-圆管支撑，11-上部组块，21-导管架水平横撑，22-导管架斜撑，31-基础空舱，32-分舱板，33-肋板，34-凹凸结构，3a-桶型基础外壁，3b-桶型基础内壁，3c-桶型基础顶盖，9a-输油管，9b-液压油缸，9c-活塞杆，9d-圆板，9e圆管。
具体实施方式
48.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
49.下面将结合图1至图9对本发明所述的一种桩桶组合式导管架支撑结构及其施工方法进行详细的说明。
50.如图1至图9所示，一种桩桶组合式导管架支撑结构，包括若干导管架腿1和用于支
撑所述导管架腿1的支撑架2，还包括：
51.桶型基础3，固定连接于所述导管架腿1的底端，所述桶型基础3包括密封连接的桶型基础外壁3a、桶型基础内壁3b和桶型基础顶盖3c，并且其内部形成基础空舱31；
52.桩基础4，穿过且固定设置于所述导管架腿1和所述桶型基础内壁3b的内部，并且分别与所述导管架腿1和所述桶型基础内壁3b之间设置有间隙；
53.水气管线5，与所述导管架腿1固定连接，并通过控制阀门6与设置在所述基础空舱31上的水气通道7连接。
54.进一步地，在另一个实施例中，所述基础空舱31内设置有若干分舱板32，相应地所述分舱板32将所述基础空舱31分隔为分别与所述水气通道7连接的若干舱室。
55.其中，所述分舱板32的数量优选设置为4个，将基础空舱31均匀分隔为4个舱室。所述桶型基础3的四个舱室顶盖均设置水气通道7，分别通过控制阀门6与水气管线5连接，用于抽取舱室内部水气，起到负压沉贯与调平作用。
56.进一步地，在另一个实施例中，所述桶型基础3与所述导管架腿1之间通过若干斜支撑8固定连接。
57.其中，斜支撑8呈三角形结构，且中部为镂空结构，数量优选设置为8个，环向设置在所述导管架腿1的四周，并分别通过焊接与桶型基础3与导管架腿1固定连接。
58.进一步地，在另一个实施例中，还包括与所述斜支撑8内侧固定连接的偏差调节装置9，所述偏差调节装置9包括输油管9a、与所述输油管9a连接的液压油缸9b、与所述液压油缸9b活动连接的活塞杆9c、用于固定所述液压油缸9b的圆板9d以及用于固定所述圆板9d的圆管9e。
59.其中，所述偏差调节装置9的数量优选设置为5个，环向固定于桶型基础3上的斜支撑8的中部，其中输油管9a用钢扎带固定在附近的水气管线5上，活塞杆9c的行程应大于斜支撑8与桩基础4之间的空隙。
60.进一步地，在另一个实施例中，所述水气管线5与所述导管架腿1之间通过圆管支撑10固定连接。
61.其中，所述水气管线5通过圆管支撑10与导管架腿1固定，上部与安装船上的抽真空装置连接，同时该水气管线5也可作为灌浆管使用，通过向不同舱室灌浆，提高桶型基础3的顶盖与海床面接触强度。
62.进一步地，在另一个实施例中，所述桶型基础顶盖3c、桶型基础外壁3a、桶型基础内壁3b和分舱板32之间的连接处固定连接有肋板33，且所述桶型基础顶盖3c的外壁具有波纹状凹凸结构34。
63.其中，所述桶型基础顶盖3c外壁上设置为波纹状的凹凸结构34，有利于提高桶型基础3的抗冲刷能力；分舱板32用于分割基础空舱31形成不同舱室，侧壁和分舱板32间设置肋板33用于提高抗屈曲能力。
64.进一步地，在另一个实施例中，所述支撑架2包括相邻两个导管架腿1之间固定连接的导管架水平横撑21和交叉连接的导管架斜撑22。
65.本发明还提供了一种桩桶组合式导管架支撑结构的施工方法，包括下述步骤：
66.(a)所述支撑架2、桶型基础3、偏差调节装置9等结构均在陆上拼装完成，通过安装船运输到海上风电场电气平台的设计位置，所述桩基础4也可通过安装船运输到海上风电
场相同位置；
67.(b)利用仪器精确定位桶型基础3下沉位置，在导管架吊耳上固定好钢丝绳，利用浮吊将拼装结构吊起后逐步放入水中，直至桶型基础3沉贯进入海底泥面以下；
68.(c)所述桶型基础3在自重作用下沉贯进入泥面以下，然后将水气管线5与安装船上的抽真空设备连接，对基础空舱31内部进行抽吸水气而形成负压，桶型基础3在负压作用下缓慢压入地基中，在此过程中调节不同舱室负压抽取量，对导管架的倾斜度进行调整，直至桶型基础顶盖3c达到海床泥面，之后安装船上的灌浆设备可利用水气管线5向桶型基础3不同舱室内进行灌浆；
69.(d)利用浮吊将所述桩基础4沿着导管架腿1进行沉放，桩基础4穿过桶型基础3沉入海床泥面以下，然后利用打桩锤进行打桩直至指定深度；
70.(e)利用切割设备进行桩头切割，利用所述偏差调节装置9调整桩头平面相对距离，满足上部组块11主柱的安装精度要求，对导管架腿1和桩基础4空隙进行灌浆处理；
71.(f)控制偏差调节装置9使桶型基础斜支撑8与桩基础4保持接触挤压状态，保证桩基础4、导管架腿1和桶型基础3成为一个整体，至此，一种桩桶组合式导管架支撑结构的施工安装结束。
72.进一步地，所述步骤(c)中，所述桶型基础3负压沉贯过程中，导管架顶部设置水平仪，对此过程实时监测，调节控制阀门6对不同舱室水气抽取情况进行控制，保证导管架满足倾斜度的要求。
73.进一步的，所述步骤(c)中，利用所述水气管线5进行灌浆时，保持灌浆压力恒定，当出现灌浆困难时，停止灌浆，防止压力过大使桶型基础顶盖3c与土体脱离。
74.进一步地，所述步骤(d)中，所述桩基础4打桩过程中，无论直桩和斜桩都要保护好导管架腿1顶部，防止发生冲击破坏。
75.进一步地，所述步骤(e)中，所述偏差调节装置9数量设置为奇数，活塞杆9c顶靠桩基础4位置一定范围内局部加厚。
76.进一步地，所述步骤(f)中，所述偏差调节装置9顶靠使得桩基础4、导管架腿1和桶型基础3成为整体，过程中监测桩基础顶部之间的相对位移，防止由于调节过度而影响位置精度。
77.本发明的一个实施例的工作原理如下：
78.首先，在陆地上可先将本发明的导管架支撑结构预制安装完成，利用安装船拖到海上风电场指定位置，精确定位后，利用浮吊将拼装结构吊起并逐步放入水中，直至桶型基础3整体插入到海底泥面以下。
79.接着，拼装结构利用自重下沉，在桶型基础舱室中形成密闭空间，自重下沉结束后通过水气管线5连接安装船上的抽真空设备进行抽吸基础空舱31中的水气，桶型基础3由于顶盖上下产生压力差会进一步下沉，直至达到设计深度。在此过程中，通过调节控制阀门6抽取不同舱室负压，以此达到调整导管架倾斜度的目的。
80.调平结束后，利用安装船上的灌浆设备通过水气管线5向桶型基础3密闭舱室内进行灌浆。利用浮吊将桩基础4吊起，穿过导管架腿1和桶型基础3内腔，在自重作用下沉入泥面以下，利用打桩船对桩基础4进行打桩，直至达到设计深度。
81.打桩结束后，利用切割机对桩基础4桩头进行切割，保证桩头平整度。通过输油管
9a控制液压油缸9b和活塞杆9c，产生顶推力作用于桩基础4进行水平方向偏差调节，满足上部组块11主柱安装精度要求。对导管架腿1和桩基础4空隙进行灌浆处理。
82.调节偏差调节装置9顶靠桩基础4，保持活塞杆9c顶靠桩基础4，使导管架腿1、桩基础4和桶型基础3形成一个整体。
83.至此，一种桩桶组合式导管架支撑结构安装完成，然后进行上部组块11安装与电气设备调试。
84.本发明的制作、运输和安装流程，汇总如图9所示。
85.本发明突破了传统海上电气平台施工中海床找平困难、桩基础精度不高和结构间作用强度弱等缺点，引入了桶型基础负压调平和偏差调节装置纠偏和顶靠，本发明结构形式合理，施工方法便捷，十分适合作为海上电气平台等海洋工程结构的支撑结构，相应的施工方法值得推广应用。
86.依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用桩桶组合式导管架支撑结构结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
87.如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
88.除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
89.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。