专利名称：横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构及安装方法
技术领域：
本发明涉及一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构。属于港口、海岸工程和石油工程领域中的建筑结构。
背景技术：
随着我国近海石油及天然气的广泛开采，铺设了大量的上岸海底管线，有些管线横穿港口防波堤、或围海造陆的围埝堤。传统的防波堤和围埝堤的堤身重量很大，在软土地基上，当在海底管线的局部施加较大的压载时，会将海底管线压弯导致管壁拉应力过大而断裂。因此需要对横跨海底管线的防波堤、围埝堤等结构或海底管线作特别的处理，如加固软土地基之后再建防波堤和围埝堤，或将海底管线改线，使其从堤上面爬过。这些处理方法均是在海上进行，会导致施工期过长，且工程费用过高。
在港口和海洋工程领域中，使用过一些筒型基础结构和箱型基础结构，如“软土地基上的筒型基础深水重力式码头结构(ZL 021213739)”、“可移动钢混箱筒型基础直立弧形连续墙防波堤结构(ZL 2004200294670)”、“可移动圆筒基础防波堤结构(ZL 022531467)”、“可移动轻型箱体基础挡土挡水隔波结构(ZL012093904)”、“海底管线水下维修用筒型基础干式工作仓(ZL 00250978)”，这些专利技术表明筒型基础结构具有承载力高、沉降量小的特点，可以在海底海底管线保护方面应用。
基于上述的工程要求和技术基础，为了使穿过软土海底地基上防波堤和围埝堤的海底管线得到保护，同时也缩短海堤结构的建设工期和工程费用，本发明提出了一种新的横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于软土海底地基上的横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，其具有使用效果好、施工简便，工程造价较低的特点。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，由插入到海底土层中的筒型基础和坐落其上的挡浪或挡土墙体构成，其特征在于，筒型基础结构为，由设置在海底管线一侧的两个，两侧共四个无底有顶盖板的等横截面的筒体组成，其中每个筒体的顶盖板上开设可开关的通孔，在海底管线同一侧的两个筒体外壁之间由上至下设置连接板，上部的顶盖板连为一体，海底管线两侧的四个筒体之间，沿着海底管线的轴线方向设置拱形连接板，顶盖板和拱形连接板之上是挡浪或挡土的墙体。
上述的筒体为圆筒体、矩形筒体或5至64边的正多边形或不等边长多边形；筒体为钢结构、或钢筋混凝土结构、或钢板材与钢筋混凝土的复合结构。
上述的拱形连接板为梁板或桁架结构，拱高0.5～3.0m，拱宽0.5～5.0m。
上述的挡浪或挡土墙体为钢筋混凝土的圆形、矩形或多边形筒体，或为平面的、或曲面的板体。
上述的基础筒体采用圆筒体，筒体的直径为4m至15m，高度为3m至15m；海底管线同一侧的两个筒体之间的外壁间距为0.5～6.0m，海底管线两侧对应的筒体之间的外壁间距为3.0～8.0m。
上述横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将在陆地上预制好的筒型基础结构采用气浮拖运方式或驳船运输方式运输至安装现场，并使结构充气漂浮于水上；(2)利用系于筒型基础结构上的锚缆前后左右移动并水平旋转筒型基础结构，使结构沿拱形连接板轴线方向的中心线与海底管线的中心轴线在同一垂直面上，结构另一垂直方向的中心线与海堤中心轴线重合；(3)打开筒顶通孔阀门，放出筒内空气，筒型基础结构下沉至筒体底部着于泥面，此过程中利用锚缆控制好结构的平面位置，之后抽出筒内空气和水，筒体继续下沉，至筒顶盖板底面和海底泥面完全接触，之后封好通孔；(4)在筒型基础结构的顶盖板和拱形连接板之上，吊装上部挡浪或挡土的墙体，并将其与筒型基础结构连接成整体。
本发明的优越性在于结构建造速度快，现场安装方便，沉降变形小，对海底管线保护效果好，抗波浪和挡土能力强，工程费用相对较低。
下面结合附图对本发明加以说明。
图1为以圆筒体为基础的本发明结构示意图。
图2为图1的横剖面图。
图3为图1的圆筒体基础布置示意图。
图中1为筒型基础的圆筒体，2为圆筒体上的顶盖板，3为拱形连接板，4为上部海堤墙体结构，5为筒顶盖板上的通孔，6为海底管线，7为圆筒体侧壁间的连接板。
具体实施例方式
本发明一个实施例如下如图1和图2所示的横跨和保护海底管线的筒型基础海堤结构，由插入到海床土中的筒型基础和坐落其上与其连接成整体的直立圆筒上部结构组成，筒型基础的四个无底有顶盖板的圆筒体1呈矩形排列，在每个圆筒体的顶盖板2上设有通孔5，安装后的圆筒体位于海底管线6的两侧，海底管线同一侧的两个筒体之间通过圆筒体侧壁间的连接板7连接，同时也通过筒顶盖板2相连接，位于海底管线两侧的圆筒体通过圆筒顶部的拱形连接结构3相连接，在圆筒顶盖板和拱形连接结构之上是上部堤身结构4，可为直立圆筒、直立墙、弧形墙或其他形式的结构。
上述四个圆筒体均为直径9.5m，高7.5m，壁厚12mm的钢圆筒，顶板为钢梁板组合结构；海底管线同一侧的两个筒体之间的筒壁间距为3.0m，管线两侧对应的两个筒体之间的筒壁间距为5.0m；海底管线直径为0.6m，位于泥面下1.0m处；结构安装后，海底管线中心线距两侧筒壁间距为2.5m，净距为2.2m；管线两侧圆筒体间的拱形连接结构为梁板组合结构，拱高1.5m，拱宽4.0m，即拱形连接结构的下缘距顶盖板的距离为1.5m。上部堤身结构为一直径18.0m、壁厚0.6m的混凝土圆筒，沿海堤轴线其两侧为传统的海堤结构。结构安装位置处的水深5～6m，海底为软土地基。
本发明结构在陆地上预制好后，可以吊放下水将基础筒内充气浮运到安装现场，也可以用船舶运输到安装现后吊放下水；利用系于筒型基础结构上的锚缆前后左右移动并水平旋转筒型基础结构，使结构沿拱形连接板轴线方向的中心线与海底管线的中心轴线在同一垂直面上，结构另一垂直方向的中心线与海堤中心轴线重合；定位准确后通过顶盖板上的通孔放出圆筒体中的气体，使圆筒体底部着于泥面，然后通过通孔抽出圆筒体中的气体和水，利用真空压力和筒内外水压力差将圆筒体插入到土中至筒顶盖板的下侧着于泥面，最后封好通孔，基础结构装完毕；之后将上部结构的圆筒体吊放于基础结构之上，并和基础结构做连接处理。再沿海堤轴线在上部圆筒两侧建造传统的海堤结构，则横跨和保护海底管线的筒型基础海堤结构建造完毕。
由于筒型基础结构的基础筒体插入到了较深的地基土中，沿海堤横截面有两个筒体并列放置，结构较宽大，故筒型基础结构的承载力高，抗波浪和挡土能力强，沉降量小。海底管线位于筒型基础结构的两侧筒体之间，上部为一拱体结构，海堤建造后，没有外荷载传递到海底管线附近的泥面上，再由于本发明结构的自身重量相对很轻，结构自重导致的海堤地基土层沉降量很小，故本发明结构对海底管线起到了保护作用。
在天津临港工业区的围海造陆工程中，围埝堤与渤西油气田的两条海底管线相交，该油气管线为天津市的工业和民用供气，不能停输。相交位置处的地基土为软土。通过对海底管线进行受力分析，表明在海底管线上建造围埝堤后，地基的沉降量不能超过20cm。而一般结构形式的围埝堤都将使海底管线位置处的地基产生80～100cm的沉降量，这样就需要对海底管线位置处的地基进行特殊的加固处理要求对地基土进行加固处理时，地基土既不能隆起，又不能沉陷，后期建造围埝堤后地基的沉降量不能超过20cm。现有的海底软土加固技术难以保证这样的质量要求，且工期长，费用高。在国内高水平设计单位和著名专家对此问题均无良方的情况下，申请人提出了该发明结构，最初专家们对此结构表示质疑，通过申请人对该发明结构的充分论证，业主赞同，在工程中采用了本发明结构。结果表明本发明结构对海底管线的保护效果非常好，结构建造速度快，现场安装方便，沉降变形小，抗波浪和挡土能力强，综合工程费用较其他方案大幅度降低。
权利要求
1.一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，由插入到海底土层中的筒型基础和坐落其上的挡浪或挡土墙体构成，其特征在于，筒型基础结构为，由设置在海底管线一侧的两个，两侧共四个无底有顶盖板的等横截面的筒体组成，其中每个筒体的顶盖板上开设可开关的通孔，在海底管线同一侧的两个筒体外壁之间由上至下设置连接板，上部的顶盖板连为一体，海底管线两侧的四个筒体之间，沿着海底管线的轴线方向设置拱形连接板，顶盖板和拱形连接板之上是挡浪或挡土的墙体。
2.根据权利要求1所述的一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，其特征在于，筒体为圆筒体、矩形筒体或5至64边的正多边形或不等边长多边形；筒体为钢结构、或钢筋混凝土结构、或钢板材与钢筋混凝土的复合结构。
3.根据权利要求1所述的一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，其特征在于，拱形连接板为梁板或桁架结构，拱高0.5～3.0m，拱宽0.5～5.0m。
4.根据权利要求1所述的一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，其特征在于，挡浪或挡土墙体为钢筋混凝土的圆形、矩形或多边形筒体，或为平面的、或曲面的板体。
5.根据权利要求2所述的一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构，其特征在于，基础筒体采用圆筒体，筒体的直径为4m至15m，高度为3m至15m；海底管线同一侧的两个筒体之间的外壁间距为0.5～6.0m，海底管线两侧对应的筒体之间的外壁间距为3.0～8.0m。
6.一种按照权利要求1所述的横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构的安装方法，其特征在于包括以下步骤(1)将在陆地上预制好的筒型基础结构采用气浮拖运方式或驳船运输方式运输至安装现场，并使结构充气漂浮于水上；(2)利用系于筒型基础结构上的锚缆前后左右移动并水平旋转筒型基础结构，使结构沿拱形连接板轴线方向的中心线与海底管线的中心轴线在同一垂直面上，结构另一垂直方向的中心线与海堤中心轴线重合；(3)打开筒顶通孔阀门，放出筒内空气，筒型基础结构下沉至筒体底部着于泥面，此过程中利用锚缆控制好结构的平面位置，之后抽出筒内空气和水，筒体继续下沉，至筒顶盖板底面和海底泥面完全接触，之后封好通孔；(4)在筒型基础结构的顶盖板和拱形连接板之上，吊装上部挡浪或挡土的墙体，并将其与筒型基础结构连接成整体。
全文摘要
本发明公开了一种横跨并保护海底管线的筒型基础海堤结构及安装方法，结构由插入到海底土层中的筒型基础和坐落其上的挡浪或挡土墙体构成，筒型基础由4个连接成整体的筒体组成，安装时在海底管线两侧各两个，同一侧两个筒体外壁之间设连接板，上部顶盖板连为一体，海底管线两侧的四个筒体之间，设拱形连接板。结构在陆地上预制，运输到安装现场后气浮定位，使结构横跨于海底管线上，抽出筒体中的气和水，将筒体插入到海底土层中，再将上部结构吊放于基础结构之上，并和基础结构做连接处理。该结构建造速度快，现场安装方便，沉降变形小，对海底管线保护效果好，抗波浪和挡土能力强，工程费用相对较低。
文档编号E02B3/06GK1776120SQ20051001644
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月28日 优先权日2005年11月28日
发明者张心德, 别社安, 殷基钢, 王克勤, 刘雷, 董承赞 申请人:天津大学, 天津临港工业区建设开发有限责任公司