专利名称：一种用于海上装备工程的重力式基础结构及施工方法
技术领域：
本发明涉及港口、海洋、水利和桥梁工程中的基础结构技术领域，尤其涉及一种用于海上装备工程的重力式基础结构及施工方法。
背景技术：
目前，在海上装备工程如海上风电工程中，基础结构通常包括单桩(Mono-pile) 、三脚架(Tripod)、导管架式基础(Jacket)、重力基础(Gravity based)、负压桶基( Suction Bucket)和浮动平台结构(Floating type)等几种。这些基础通常需要大型的设备进行运输和安装，造成在海域施工时费用很高。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种用于海上装备工程的重力式基础结构及施工方法，该基础可自浮拖航和沉放，而且能够明显降低基础的施工成本。本发明的技术方案
一种用于海上装备工程的重力式基础结构，包括基础底座、基础筒体和自浮沉放筒体， 基础底座由梁架和底板组成，梁架为由周边梁和自中心向周边梁均布辐射的条梁组成的结构件，梁架的中间设有圆环形连接梁并与梁架的条梁一体；基础筒体为中空的预应力混凝土圆锥筒型结构，基础筒体包括筒壁、筒口和筒底，筒壁中均布有预拉应力的钢筋，筒口设有用于安装海上装备的固定板，基础筒体通过筒底与基础底座梁架的圆环形连接梁连接固定使基础底座和基础筒体连成一体；自浮沉放筒体为中空的倒圆锥筒型结构，自浮沉放筒体套装于基础筒体的上部且底口与基础筒体的筒壁密封连接，而且自浮沉放筒体的倒圆锥筒的中心线与基础筒体的圆锥筒的中心线为同一垂直线，自浮沉放筒体顶部设有筒盖和支撑梁，筒盖上设有加料口，支撑梁水平位于自浮沉放筒体的顶部，其一端与基础筒体的筒壁固定，另一端自中心向周边自浮沉放筒体的筒壁均布辐射并固定，通过自浮沉放筒体的底口和支撑梁使自浮沉放筒体与基础筒体连成一体，自浮沉放筒体的高度大于重力式基础使用水域的水深。所述梁架为圆形或4-16等边形的混凝土结构、钢结构或其组合结构。所述基础筒体的高度为其底部直径与顶部直径差值的0. 5-1. 5倍。所述自浮沉放筒体为钢结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构或其组合结构。所述自浮沉放筒体为单独预制或与基础筒体一起预制。一种所述用于海上装备工程的重力式基础结构的施工方法，包括以下步骤
1)预制基础筒体和自浮沉放筒体，组装成重力式基础结构；
2)利用吊机或滑道将重力式基础结构移入水中，由基础筒体和自浮沉放筒体的中空部分提供浮力使其整体结构漂浮在水面上；
3)利用拖轮将重力式基础结构拖至指定施工地点；
4)通过基础筒体筒口向基础筒体圆锥筒型的中空部分注水，使其慢慢沉向泥面，并通过自浮沉放筒体保持基础结构沉降时的浮稳性；
5)重力式基础结构沉放就位后，通过基础筒体的筒口和自浮沉放筒体筒盖的加料口分别向基础筒体和自浮沉放筒体的中空部分投放压载物；
6 )重力式基础结构安装完毕后，通过基础筒体筒口的固定板安装海上装备。所述压载物为细砂，碎石或水泥砂浆。本发明具有的优点和积极效果是该重力式基础结构可自浮拖航和沉放，整个沉放过程不需要大型设备，该重力式基础结构施工简单、快速，所需施工设备很少，避免了昂贵的大型水上现场施工设备，施工成本低、综合造价低。
图1为该重力式基础结构示意图。图2为该重力式基础结构俯视图。图3为该重力式基础结构基础底座结构俯视图。图中1.基础底座 2.基础筒体 3.自浮沉放筒体 4.梁架 5.底板 6.圆环形连接板 7.筒壁 8.筒口 9.筒底 10.固定板 11.筒盖
12.支撑梁 13.加料口。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。一种用于海上风电装备工程的重力式基础结构，包括基础底座1、基础筒体2和自浮沉放筒体3，基础底座1由梁架4和底板5组成，梁架4为由周边梁和自中心向周边梁均布辐射的条梁组成的结构件，梁架4的中间设有圆环形连接梁6并与梁架4的条梁一体；基础筒体2为中空的预应力混凝土圆锥筒型结构，基础筒体2包括筒壁7、筒口 8和筒底9，筒壁7中均布有预拉应力的钢筋，筒口 8设有用于安装海上装备的固定板10，基础筒体2通过筒底9与基础底座梁架的圆环形连接梁6连接固定使基础底座1和基础筒体2连成一体； 自浮沉放筒体3为中空的倒圆锥筒型结构，自浮沉放筒体3套装于基础筒体2的上部且底口与基础筒体的筒壁密封连接，而且自浮沉放筒体3的倒圆锥筒的中心线与基础筒体2的圆锥筒的中心线为同一垂直线，自浮沉放筒体3顶部设有筒盖11和支撑梁12，筒盖11上设有加料口 13，支撑梁12水平位于自浮沉放筒体3的顶部，其一端与基础筒体2的筒壁固定，另一端自中心向周边自浮沉放筒体3的筒壁均布辐射并固定，通过自浮沉放筒体3的底口和支撑梁12使自浮沉放筒体3与基础筒体2连成一体，自浮沉放筒体3的高度大于重力式基础使用水域的水深。该实施例中，基础底座为重400t、直径35m的圆形混凝土结构，梁架中设有八根由中心向四周辐射的条梁，条梁的尺寸为高900mm、宽700mm，梁架中间的圆环形连接梁的尺寸为直径30m、高900mm、宽1200mm ；圆锥筒型结构的基础筒体的筒口直径为6m、筒底直径为30m、高度为20m，筒壁厚为400mm，筒壁内均布20根预拉应力钢筋；自浮沉放筒体为钢筋混凝土结构，倒圆锥筒型结构的自浮沉放筒体的筒口直径为20m、筒底直径为10m、高度为 10m，筒壁厚为400mm，筒盖直径为20m，筒盖的加料口直径为0. 5m，顶部由中心向四周辐射的支撑梁为八根，支撑梁的尺寸为高900mm、宽700mm。该重力式基础结构的施工方法，包括以下步骤
1)在陆地上预制基础筒体和自浮沉放筒体，组装成重力式基础结构；
2)将重力式基础结构用吊机吊入水中，整体结构浮在水面；
3)由拖轮将重力式基础结构拖至指定施工地点；
4)通过基础筒体筒口向基础筒体圆锥筒型的中空部分注水，使其慢慢沉向泥面，并通过自浮沉放筒体保持基础结构沉降时的浮稳性；
5)重力式基础结构沉放就位后，通过基础筒体的筒口和自浮沉放筒体筒盖的加料口分别向基础筒体和自浮沉放筒体的中空部分投放压载物水泥砂浆；
6 )重力式基础结构安装完毕后，通过基础筒体筒口的固定板安装海上风电装备。尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于海上装备工程的重力式基础结构，其特征在于包括基础底座、基础筒体和自浮沉放筒体，基础底座由梁架和底板组成，梁架为由周边梁和自中心向周边梁均布辐射的条梁组成的结构件，梁架的中间设有圆环形连接梁并与梁架的条梁一体；基础筒体为中空的预应力混凝土圆锥筒型结构，基础筒体包括筒壁、筒口和筒底，筒壁中均布有预拉应力的钢筋，筒口设有用于安装海上装备的固定板，基础筒体通过筒底与基础底座梁架的圆环形连接梁连接固定使基础底座和基础筒体连成一体；自浮沉放筒体为中空的倒圆锥筒型结构，自浮沉放筒体套装于基础筒体的上部且底口与基础筒体的筒壁密封连接，而且自浮沉放筒体的倒圆锥筒的中心线与基础筒体的圆锥筒的中心线为同一垂直线，自浮沉放筒体顶部设有筒盖和支撑梁，筒盖上设有加料口，支撑梁水平位于自浮沉放筒体的顶部，其一端与基础筒体的筒壁固定，另一端自中心向周边自浮沉放筒体的筒壁均布辐射并固定，通过自浮沉放筒体的底口和支撑梁使自浮沉放筒体与基础筒体连成一体，自浮沉放筒体的高度大于重力式基础使用水域的水深。
2.根据权利要求1所述用于海上装备工程的重力式基础结构，其特征在于所述梁架为圆形或4-16等边形的混凝土结构、钢结构或其组合结构。
3.根据权利要求1所述用于海上装备工程的重力式基础结构，其特征在于所述基础筒体的高度为其底部直径与顶部直径差值的0. 5-1. 5倍。
4.根据权利要求1所述用于海上装备工程的重力式基础结构，其特征在于所述自浮沉放筒体为钢结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构或其组合结构。
5.根据权利要求1所述用于海上装备工程的重力式基础结构，其特征在于所述自浮沉放筒体为单独预制或与基础筒体一起预制。
6.一种如权利要求1所述用于海上装备工程的重力式基础结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤1)预制基础筒体和自浮沉放筒体，组装成重力式基础结构；2)利用吊机或滑道将重力式基础结构移入水中，由基础筒体和自浮沉放筒体的中空部分提供浮力使其整体结构漂浮在水面上；3)利用拖轮将重力式基础结构拖至指定施工地点；4)通过基础筒体筒口向基础筒体圆锥筒型的中空部分注水，使其慢慢沉向泥面，并通过自浮沉放筒体保持基础结构沉降时的浮稳性；5)重力式基础结构沉放就位后，通过基础筒体的筒口和自浮沉放筒体筒盖的加料口分别向基础筒体和自浮沉放筒体的中空部分投放压载物；6 )重力式基础结构安装完毕后，通过基础筒体筒口的固定板安装海上装备。
7.根据权利要求6所述用于海上装备工程的重力式基础结构的施工方法，其特征在于所述压载物为细砂，碎石或水泥砂浆。
全文摘要
一种用于海上装备工程的重力式基础结构，包括基础底座、基础筒体和自浮沉放筒体，基础底座由梁架和底板组成；基础筒体为预应力混凝土圆锥筒型结构，包括筒壁、筒口和筒底，筒口设有用于安装海上装备的固定板；自浮沉放筒体为倒圆锥筒型结构，自浮沉放筒体套装于基础筒体的上部且底口与基础筒体的筒壁密封连接，自浮沉放筒体顶部设有筒盖和支撑梁，筒盖上设有加料口，通过自浮沉放筒体的底口和支撑梁使自浮沉放筒体与基础筒体连成一体。本发明的优点是该重力式基础结构可自浮拖航和沉放，整个沉放过程不需要大型设备，该重力式基础结构施工简单、快速，所需施工设备很少，避免了昂贵的大型水上现场施工设备，施工成本低、综合造价低。
文档编号E02D27/44GK102286987SQ201110186278
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者丁红岩, 张浦阳, 练继建 申请人:天津大学