一种用于海洋工程的钉式防沉板、导管架及施工方法与流程

本发明涉及海洋施工技术领域，特别涉及一种用于海洋工程的钉式防沉板、导管架及施工方法。

背景技术：

随着海上油气资源和风电能源的不断开发利用，导管架基础以其操作方便、技术成熟、成本较低以及稳定性好的特点，得到了广泛应用。为了防止导管架安装就位时下陷或不均匀沉降，导管架底部均设有各种形式的防沉板。

但以往的防沉板在安装时，首先，需要提前对海床做平整处理，工作量大，且潮流沙波沙脊反复出现，工作效率较低；其次，在场地基本平整，导管架就位以后，还要用各种调平设备初步调平，满足水平度要求后才能打桩。因此十分耗费人力物力，导致增加成本；

此外，在软土海床中使用时，由于承载力较低，导管架容易产生下陷和不均匀沉降，导致导管架坐底稳定性差。

因此，为了减少海床平整和导管架调平工作量以及避免导管架下陷、不均匀沉降，同行从业人员亟待解决。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的导管架稳定性较差和施工效率低下的问题，本发明提供了一种用于海洋工程的钉式防沉板、导管架及施工方法。

第一方面，本发明实施例提供一种用于海洋工程导管架基础的钉式防沉板，包括：钢制防沉板主体、导管架套筒、钢管钉脚和水箱；

所述钢制防沉板主体与所述导管架套筒固定连接；

多个所述钢管钉脚与钢制防沉板主体下底面刚性连接；

所述水箱设置在所述钢制防沉板主体上。

进一步地，所述导管架套筒内部中空，顶部设有带注水阀门的第一盖板，底部设有第二盖板。

进一步地，所述导管架套筒与所述钢制防沉板主体的上表面垂直。

进一步地，多个所述钢管钉脚等间距布置在所述钢制防沉板主体下底面，且与所述钢制防沉板主体固定连接。

进一步地，所述钢管钉脚为空心结构。

进一步地，所述水箱的数量为一个或多个，所述水箱上设有注水阀门。

本发明提供的一种用于海洋工程的钉式防沉板，通过将钢管钉脚插入海床内一定深度，减少了海床整平处理的工作量，减少人力物力的投入，缩短了施工周期，大大降低了成本；另外可通过调整防沉板上所设水箱的压力，可对导管架基础初步预调平。

第二方面，本发明还提供一种用于海洋工程的导管架，所述导管架为由钢管组成的桁架结构；所述钢管中空；

所述导管架包括腿柱、斜撑、水平支撑和如上述任一项实施例所述的钉式防沉板；

所述钉式防沉板的导管架套筒与所述腿柱固定连接；

所述导管架顶端设有带注水阀门的活塞。

本发明提供的一种用于海洋工程的导管架，包括上述实施例的钉式防沉板，在导管架就位后，还可通过水箱抽水增大浮力，提高基础承载力。

第三方面，本发明又提供一种用于海洋工程的导管架的施工方法，包括以下步骤：

s1、施工时，先于工厂中预制防沉板和导管架，完成导管架与防沉板的工厂组装；

s2、在海上运输时，将导管架的活塞与防沉板上水箱的注水阀门关闭，保持水箱和导管架密封；利用导管和水箱两部分的浮力使导管架基础浮于水面，再用拖船浮运至指定地点；

s3、到达预定地点后，通过防沉板水箱上的注水阀门缓慢注水，并通过导管架上的注水阀门向导管内灌水，同时利用导管架自身重力，使导管架基础整体沉入水中，并使防沉板底部的钢管钉脚贯入土体预设深度；

s4、为防止导管架下陷过多时，通过抽水设备抽出水箱内的水，并随时动态调整；

s5、当钢管钉脚贯入土体未达到预设深度时，利用振动锤将钢管钉脚压至预定深度；

s6、配合使用s4和s5两步骤的水压力和振动锤，实现初步调平。

进一步地，所述方法还包括：

s7、打开导管架套筒的上部第一盖板，受力桩通过导管架套筒，利用自重顶开套筒底部第二盖板，并借助打桩设备将受力桩打至预定深度，导管架与打入的所述受力桩通过灌浆连结，形成导管架基础。

进一步地，所述还包括：

s8、当承载力不足或安全系数过低时，从中空的钢管钉脚内打入附加受力桩，通过灌浆的方式，将钢管钉脚与附加受力桩粘结。

本发明提供的一种用于海洋工程的导管架的施工方法，采用本发明可以减少工程量，施工步骤简单，提高施工效率，缩短施工周期，降低成本，提高导管架基础的承载力，增加施工和运营期间的经济性和安全性，尤其适用于软土海床中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于海洋工程的钉式防沉板结构示意图。

图2为本发明实施例提供的用于海洋工程的钉式防沉板另一结构示意图。

图3为本发明实施例提供的用于海洋工程的导管架结构示意图。

附图中：1-钢制防沉板主体、2-导管架套筒、3-第一盖板、4-第二盖板、5-钢管钉脚、6-水箱、7-注水阀门、8-腿柱、9-斜撑、10水平支撑、11-活塞、12-管线、13-受力桩、14-附加受力桩。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1-2所示，本发明提供的一种用于海洋工程的钉式防沉板，包括钢制防沉板主体1、导管架套筒2、钢管钉脚5和水箱6；其中，钢制防沉板主体1与导管架套筒2固连，水箱6设置在钢制防沉板主体1上；水箱6具体设置的位置，尽可能的保证钢制防沉板主体1重心在同一条垂线上移动，可实现保证钉式防沉板的稳定性。水箱的数量可以是一个或多个，比如一个水箱时，该水箱位于防沉板主体中间位置，在水箱中间预留出导管架套筒的连接位置即可。再比如，可以设置多个水箱，对称或等间距规则排列布置在防沉板主体上即可，易于初步调平的进行。

多个钢管钉脚5布置在钢制防沉板主体1下底面，与该钢制防沉板主体1刚性连接。通过将钉脚插入海床内一定深度，减少了海床整平处理的工作量，减少人力物力的投入，缩短了施工周期，大大降低了成本；另外可通过调整防沉板上所设水箱的压力，可对导管架基础初步预调平。

比如可在钢制防沉板主体两侧对称设置两个水箱6，水箱上有注水阀门7，通过管线12与抽水设备相连，易于初步调平。

在一个实施例中，多个钢管钉脚5等间距布置在钢制防沉板主体1下底面，且与钢制防沉板主体1固定连接，在实施过程中，当导管架基础整体沉入水中，可使防沉板底部的钢管钉脚5贯入土体一定长度，使导管架基础临时具有一定的承载能力。

在一个实施例中，上述导管架套筒2内部中空，顶部设有带注水阀门7的第一盖板3，底部设有第二盖板4，导管架套筒2可与导管架连接，导管架套筒2与钢制防沉板主体1的上表面垂直；便于桩基定位，可用作施作桩基础。

比如，可在上述防沉板四周布置有四个空心钢管钉脚5，与防沉板主体1固连。可根据具体的施工环境，合理布置钢管钉脚5的数量。在具体实施时，如图1所示，导管架套筒2中空，受力桩13从导管架套筒2中打入海床。作为另一种可变形的实施方式，该导管架套筒2可以作为导管架腿的一部分，也可以焊接在导管腿柱或防沉板主体1上。

在打入受力桩13后，若承载力还是不足，可从钢管钉脚5中打入附加受力桩，通过灌浆与钢管钉脚粘结，进一步地，增加导管架基础的承载力。

另外，在具体实施时，多个钢管钉脚5之间的距离要比常规导管架基础的群桩距离大，也可一定程度上降低群桩效应的影响；此外，通过调整防沉板上所设水箱的压力，可对导管架基础初步预调平，在导管架就位后，还可通过水箱抽水增大浮力，提高基础承载力。

第二方面，本发明还提供一种用于海洋工程的导管架，参照图3所示，该导管架为由钢管组成的桁架结构；该钢管为中空结构；其中：该导管架包括腿柱8、斜撑9、水平支撑10以及如上述任一项实施例的钉式防沉板；本实施例中对，斜撑9和水平支撑10的连接结构、连接形式及形状均不作限定。钉式防沉板的数量与腿柱8的数量相同，进一步增加导管架基础的稳定可靠性。

上述钉式防沉板的导管架套筒2与腿柱可通过焊接，实现固定连接；另外，在导管架顶端还设有带注水阀门7的活塞11。

本实施例中，在导管架运输和安装的过程中，均可以利用水箱及中空的导管架，加水或抽水，实现减少或增大浮力，方便运输和提高稳定性。

第三方面，本发明还提供一种用于海洋工程的导管架的施工方法，包括以下步骤；

s1、施工时，先于工厂中预制防沉板，其中，防沉板的水箱6、钢管钉脚5与防沉板板身整体刚性组合，导管架包括导管架腿柱8和斜撑9，水平支撑10等，完成导管架与防沉板的工厂组装；

s2、在海上运输时，将活塞11与水箱6的注水阀门7关闭，保持水箱6和导管架密封，利用导管和水箱6两部分的浮力使导管架基础浮于水面，再用拖船浮运至指定地点，浮运过程也可根据理论计算和实际工况随时向防沉板水箱内注水或抽水以满足稳定性要求；

s3、到达预定地点后，通过防沉板水箱6上的注水阀门7缓慢注水，并通过套筒顶板3上的注水阀门7向导管内灌水，同时利用导管架自身重力，使导管架基础整体沉入水中，并使防沉板底部的钢管钉脚5贯入土体一定长度，使导管架基础临时具有一定的承载能力；

s4、为防止导管架下陷过多时，通过抽水设备抽出水箱6内的水，增大所提供浮力，减少导管架下陷。在软土层很厚或者十分容易下陷的地区施工时，可以在导管架尚未触底前就及时抽水，并随时动态调整；

s5、当钢管钉脚5贯入土体不足时，可利用振动锤将钉脚压至预定深度；

s6、配合使用s4和s5两步骤的水压力和振动锤，可以使得基础既具有一定的承载力，也不致产生过多下陷，达到初步调平的效果，保证基础的稳定性；

s7、打开导管架套筒2的上部第一盖板3，受力桩13通过导管架套筒2，利用自重顶开套筒底部第二盖板4，并借助打桩设备将受力桩13打至预定深度，导管架主体与打入的受力桩13通过灌浆连结，形成导管架基础；

s8、承载力不足或安全系数过低时，可从中空的钉脚管桩5内打入附加受力桩14，通过灌浆的方式，将防沉板钢管钉脚5与附加受力桩14粘结，提供导管架基础的附加承载力。

本实施例中，相比现有技术中的导管架，在海洋尤其是软土海床中，施工周期短，减少工程量，进而提高施工效率，也降低成本。基于本发明提供的钉式防沉板，可提高导管架基础的承载力，增加施工和运营期间的经济性和安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。