一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置论文和设计-杨庆

全文摘要

本实用新型属于海洋结构基础技术领域，一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置。将吸力式筒形基础沉筒作为阴极，附设铜管或钢管作为阳极，在沉筒筒壁周围形成电渗，弱化沉筒贯入过程中沉筒筒壁与深海土的接触面摩阻力、提高贯入效率；当吸力式筒形基础发生倾斜时，通过相应位置的电渗以达到纠偏的效果；最后，通过化学电渗法加固沉筒内和筒壁土体强度，提高吸力式筒形基础的整体抗拔承载力。该技术方案，施工便捷、经济性好。

主设计要求

1.一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置，其特征在于，所述的吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置的主体结构为沉筒；沉筒包括筒盖(3)和筒体两部分，筒盖上设置有排水阀门(4)；沉筒内部均匀布置4～6个铜管或钢管(6)，每个铜管或钢管(6)上均匀布置6～8个注浆孔(6-2)，注浆孔(6-2)利用弹性橡皮圈包裹，铜管或钢管(6)与沉筒之间用绝缘材料(5)隔离；沉筒通过钢缆线(1-1)与上部浮动式结构连接，为上部浮动式结构提供承载力；铜管或钢管(6)通过电缆线(1-2)与上部结构直流电源连接形成电渗、且可电极转换，达到吸力式筒形基础沉筒纠偏和加固的目的；钢缆线(1-1)与电缆线(1-2)通过具有防止海水侵蚀功能的套管(1-3)包裹在一起。

设计方案

设计说明书

技术领域

本实用新型属于海洋结构基础技术领域，尤其涉及一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置。

背景技术

吸力式筒形基础作为一种优良的海洋基础形式，已广泛应用于深海采油平台、海洋浮动式结构。相比于传统桩基础，吸力式筒形基础具有安装简便、成本低、施工效率高的优点。

吸力式筒形基础的安装沉贯过程分为两步：第一步为吸力式筒形基础在自重作用下沉贯至指定深度；第二步为抽出沉筒内浆水，在沉筒内形成负压，吸力式筒形基础在负压作用下沉贯至设计深度。由于海洋地质条件的差异性，海底土体表面可能不平整、且不同地区或深度处的土体性质存在差异，吸力式筒形基础在自重作用下沉贯和在负压作用下沉贯的过程中均有可能发生倾斜；基础在安装的过程中，由于受到水平的波浪荷载或者拖船的拖拽也可能发生倾斜。一旦吸力式筒形基础发生倾斜，在沉贯过程中由于基础重心的偏移，基础倾斜的角度会越来越大，会严重影响基础的安装质量。因此，及时纠偏吸力式筒形基础的倾斜是控制吸力式筒形基础安装质量的重要手段。

吸力式筒形基础依靠筒壁与深海土体之间的相互作用力为上部的采油平台、浮动式结构提供承载力。吸力式筒形基础筒壁与深海土体之间的相互作用力可通过增大摩擦系数和基础周围土体的不排水强度来提高。相关学者提出通过注浆的方式来加固吸力式筒形基础；但是，在深海土体中传统注浆材料的适用性问题尚有待进一步验证，注浆后的吸力式筒形基础存在回收利用困难的问题，一定程度上造成了资源浪费；因此，寻找一种经济性更好、技术更可行的吸力式筒形基础加固装置及其施工方法显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决目前现有技术的不足，提供一种利用电渗法对吸力式筒形基础进行纠偏的装置，使沉筒满足垂直度要求，有效提高沉筒的安装质量；沉筒沉贯完成后，通过化学电渗法对的沉筒内和筒壁土体进行加固，有效提高吸力式筒形基础的整体抗拔承载力，且不存在基础回收利用困难的问题。

本实用新型的技术方案：

一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置，以吸力式筒形基础的沉筒作为阴极，在沉筒内部设置阳极，接通直流电源形成电渗场，沉筒内部土体水分向沉筒外部流动，土体中水的流动弱化了沉筒筒壁与土体之间的摩阻力，提高沉贯效率。当沉筒发生倾斜时，打开沉贯较浅位置处的电源开关，该位置在电渗作用下进一步沉贯达到纠偏的效果。沉贯完成后，切断沉筒自身电源，将沉筒内部设置的电极一半设置为阴极、一半设置成阳极；向电极中注入化学溶液，在电流作用下形成电渗，加固沉筒内部土体，提高吸力式筒形基础的整体抗拔承载力。

一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置，其主体结构为沉筒；沉筒包括筒盖3和筒体两部分，筒盖上设置有排水阀门4；沉筒内部均匀布置4～6个铜管或钢管6，每个铜管或钢管6上均匀布置6～8个注浆孔6-2，注浆孔6-2利用弹性橡皮圈包裹，铜管或钢管6与沉筒之间用绝缘材料5隔离；沉筒通过钢缆线1-1与上部浮动式结构连接，为上部浮动式结构提供承载力；铜管或钢管6通过电缆线1-2与上部结构直流电源连接形成电渗、且可电极转换，达到吸力式筒形基础沉筒纠偏和加固的目的；钢缆线1-1与电缆线1-2通过具有防止海水侵蚀功能的套管1-3包裹在一起。

一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置的施工方法，步骤如下：

(1)将含有铜管或钢管6、绝缘材料5的吸力式筒形基础的沉筒拖运至预定沉贯施工位置；

(2)将沉筒设置为阴极，铜管或钢管6设置为阳极，铜管或钢管6和沉筒的电缆线1-2分别与电源的正极、负极连接；

(3)沉筒在自重作用下进行沉贯施工；

(4)将排水阀门4与抽水泵连接，抽出沉筒内的浆水，在沉筒内形成负压，沉筒在负压作用下进一步沉贯；

(5)打开沉筒贯入深度不够一侧的直流电源开关形成电渗，沉筒在电渗作用下进一步沉贯，直至达到设计深度和倾斜度要求；

(6)沉筒贯入完成后，切断沉筒电源，将连接铜管或钢管的电缆线1-2一半与电源正极连接，一半与电源负极连接；

(7)向铜管或钢管6内注射化学浆液，在注浆压力作用下，化学浆液通过铜管或钢管6上的注浆孔7向深海土体中渗透；

(8)打开电源开关，在沉筒内形成电渗网，在电渗作用下加固沉筒内和筒壁土体，提高吸力式筒形基础的整体抗拔承载力。

本实用新型的有益效果：

(1)将吸力式筒形基础沉筒作为阴极，附设铜管(或钢管)作为阳极，在沉筒筒壁周围形成电渗，弱化了在沉筒贯入过程中沉筒筒壁与深海土体的接触面摩阻力，有效提高贯入效率。

(2)当基础发生倾斜时，通过在相应位置进行电渗，纠正沉筒方向。

(3)沉筒贯入完成后，通过化学电渗加固沉筒内和筒壁土体，有效提高吸力式筒形基础的整体抗拔承载力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2(a)为含钢缆线和电缆线的套管的俯视图；

图2(b)为含钢缆线和电缆线的套管的主视图；

图3为图1中A-A截面图。

图中：1含钢缆线和电缆线的套管；1-1钢缆线；1-2电缆线；1-3套管；2筒壁；3筒盖；4排水阀门；5绝缘材料；6铜管或钢管；6-1绝缘皮套；6-2注浆孔；7筒内土体表面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。本实用新型的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

如图1～3所示，一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置，沉筒包括筒盖3和筒体2两部分；本实施例中沉筒为直径4m、高度4.5m、壁厚2cm的钢制筒体；筒盖3焊接在筒体2上，形成上端密封、下端开口的倒立式筒形；筒盖3上设置有排水阀门4；排水阀门4与抽水泵连接。本实施例中沉筒内部均匀布置8个直径为5cm、长与内筒壁高相同的铜管或钢管6；铜管或钢管6上均匀的布置若干直径为1cm的注浆孔；铜管或钢管6用聚乙烯绝缘材料5与沉筒进行隔离；铜管或钢管6与沉筒均通过电缆线1-2与上部结构中的电源连接。电缆线1-2与钢缆线1-1和可防止海水等侵蚀的套管1-3包裹在一起，共同与上部结构连接。

一种吸力式筒形基础沉筒纠偏与加固装置的施工方法，步骤如下：

(1)将吸力式筒形基础的沉筒用拖船拖放至预定沉贯位置；

(2)将沉筒钢缆线与电源负电极连接，铜管或钢管6电缆线与电源阳极连接；

(3)沉筒在自重作用下沉贯至指定深度；

(4)沉筒在自重作用下沉贯完成后若发生倾斜，则打开沉筒贯入深度不够一侧的电源开关，形成电渗场，沉筒内部土体水分向沉筒外部流动，土体中水的流动弱化了沉筒与土间的摩阻力，沉筒在电渗作用下进一步沉贯，直至达到指定深度，达到沉筒纠偏的效果；

(5)将排水阀门4与抽水泵连接，抽出沉筒内的浆水，在沉筒内形成负压，沉筒在负压作用下沉贯至设计深度；

(6)再次检查沉筒是否发生倾斜，若再次发生倾斜，再次打开沉筒贯入深度不够一侧的电源开关，沉筒在电渗作用下沉贯到设计深度，完成纠偏；

(7)沉筒贯入完成后，切断沉筒电源，通过导管向铜管或钢管6内注射化学浆液；其中，本实施例中一半的铜管或钢管6内注射CaCl_{2<\/sub>溶液、一半的铜管或钢管6注射Na_{2<\/sub>SiO_{3<\/sub>溶液；化学溶液通过铜管或钢管6上的注浆孔6-2向外渗透进入沉筒内土体；}}}

(8)将注射CaCl_{2<\/sub>溶液的铜管或钢管6的电缆线与电源正极连接，将注射Na_{2<\/sub>SiO_{3<\/sub>溶液的铜管或钢管6的电缆线与电源负极连接；}}}

(9)打开电源开关，在沉筒内形成电渗网，Na_{2<\/sub>SiO_{3<\/sub>溶液中的阴离子向阳极移动，CaCl_{2<\/sub>溶液中的阳离子向阴极移动，从而在土体内生产CaSiO_{3<\/sub>沉淀，加固沉筒内土体，提高吸力式筒形基础的承载力。}}}}

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