一种深水模块化自适应沉放式施工平台及其施工方法与流程

本发明涉及海上大型结构的水下基础施工技术领域，尤其涉及一种深水模块化自适应沉放式施工平台及其施工方法。

背景技术：

海上大型工程的水下基础结构施工中，因受到远离陆地的影响，诸多施工设备及施工原材料无法通过搭设临时栈桥等方式采用陆上机械进行运输。现有技术中主要采用浮吊、驳船等进行现场的施工及材料的周转，因而在海上工程施工中采用预制构件现场吊装的施工方式较为普遍。

通常情况下，多采用具有吊运大型构件能力的、灵活性较高的全回转式浮吊，但其船舶的租赁费用和制造费用均较高。在气象条件多变的海上，施工窗口期极为难得，大型船舶无法保证有效的工作时长，这也在很大程度上提升了工程的设备费用开支。同时，海上结构在施工过程中受到洋流等气象条件影响大，须尽快形成稳定性强的结构，以抵抗复杂的水文等因素的侵扰，这也要求海上结构在施工过程中需考虑在施工被迫中断时已施工部分的安全性及可靠性。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种深水模块化自适应沉放式施工平台及其施工方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种深水模块化自适应沉放式施工平台，包括：

底部模块，底部模块为无顶、无底的箱形结构，底部模块侧壁内设有开口向下的腔体；

刃脚，便于底部模块插入海底土体，刃脚与底部模块底部固定连接；

抽排管道，抽排管道与底部模块的腔体相连；

抽排设备，抽排设备与抽排管道相连，用于将底部模块腔体内的物质抽出；

若干标准模块，标准模块为无顶、无底的箱形结构，若干标准模块叠放在一起且最底部的标准模块置于底部模块上，相邻的两个标准模块之间以及标准模块与底部模块之间均为气密性连接，标准模块内设有便于抽排管道穿过的通孔；

水闸，水闸设置于底部模块或标准模块上，用于控制底部模块和标准模块围成的空间与外部空间的通断；

提升支点，提升支点位于标准模块内侧；

自提升支架，自提升支架包括至少两层支撑架，相邻的两层支撑架通过液压千斤顶相连，每层支撑架均与提升支点配合设有接头；

工作台面，工作台面搭设在自提升支架顶部，工作台面上设有便于打桩作业的桩孔；

吊机，吊机位于工作台面上。

进一步的，标准模块侧壁内设有开口向下的腔体，底部模块和标准模块的腔体内均设有用于将腔体分隔成若干个单元格的隔板，抽排管道通过每个单元格顶部的孔洞与单元格的内腔相连。

进一步的，抽排管道包括水平设置的环形管，环形管底部分别与每个单元格相连，环形管顶部通过若干根引出管与抽排设备相连，标准模块设有便于引出管穿过的通孔。

进一步的，标准模块的隔板上设有便于施工人员通过的人孔。

进一步的，标准模块内侧设有至少一扇便于施工人员进入标准模块侧壁内腔的密封门。

进一步的，每个标准模块设有两层提升支点，提升支点包括上层支点和下层支点。

进一步的，工作台面上设有轨道，轨道上滑动设有移动板，移动板上设有用于驱动其在轨道上移动和停止的驱动机构，吊机位于移动板上。

进一步的，驱动机构包括电机，电机的输出端通过减速机与移动板的轨道轮相连。

一种深水模块化自适应沉放式施工平台的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，将施工平台结构的构件采用浮运或船运方式运抵施工地点；

步骤二，将刃脚、抽排管道和底部模块在驳船上进行拼接，并在底部模块上安装一个标准模块，关闭该标准模块与底部模块之间的水闸，将安装完的吊箱结构整体吊放至水中，通过标准模块提供的浮力进行漂浮，采用拖轮挤靠的方式对吊箱结构进行水上临时定位；

步骤三，采用浮吊吊装安装第二个标准模块，并安装自提升支架、工作台面、移动板和吊机；

步骤四，采用吊机进行配合安装，在已有吊箱结构上继续安装标准模块，直到底部模块切入海床一定深度且顶部的标准模块高出海面高潮位一个底部模块的高度以上或高出海面高潮位底部模块切入海床深度加3m的高度以上，期间通过向标准模块的内腔注水来调节浮力，每安装一层标准模块，自提升支架向上自行爬升一个节段；

步骤五，在顶部的标准模块的通孔一侧安装有抽排设备，抽排设备采用弯管与引出管相连，连接后试运行抽排设备保证管线的气密性良好；

步骤六，打开水闸使底部模块和标准模块围成的空间与外部空间连通，启动抽排设备将底部模块腔体内的空气和水抽出，使其成为准真空状态，使底部模块因压力作用继续切入海底；

步骤七，将水闸关闭并断开抽排设备与引出管的连接，并将引出管连接至灌浆设备，启动灌浆设备进行灌浆，以加固刃脚周围的土体；

步骤八，待灌浆结束后拆卸掉工作台面上盖在桩孔上的台面盖板，利用吊机吊装打桩设备，进行水下打桩施工；

步骤九，待水下桩基施工完成后，通过吊机吊放混凝土浇筑导管浇筑水下封底混凝土；

步骤十，待水下封底混凝土凝固后，采用抽水机抽干平台结构内的海水；

步骤十一，利用标准模块的内壁作为支撑面，利用吊机吊装构件，通过支撑杆支撑承台模板；

步骤十二，通过吊机吊放混凝土浇筑导管，在承台模板内浇筑承台混凝土；

步骤十三，待承台混凝土完成养护后，拆除承台模板并利用吊机将其吊离平台内部，之后向平台结构内部注入海水，使平台结构内部与外部的水位相平；

步骤十四，向标准模块腔体内注入海水，同时将标准模块与底部模块之间连接的螺栓进行解除；

步骤十五，排出标准模块腔体内的海水，靠标准模块的浮力使平台整体上浮至海面，采用拖轮对平台结构进行临时挤靠固定，利用吊机配合浮吊从上到下逐一拆除标准模块，在每拆除一层标准模块后，自提升支架下移一层；

步骤十六，待拆除至最后一层标准模块时，采用浮吊依次拆除吊机、移动板、工作台面、自提升支架，并采用浮吊将最后一层标准模块吊至驳船上运离施工现场。

进一步的，步骤四中自提升支架的爬升方法为：

初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块的上层支点上，爬升时，吊机停止工作，通过移动板沿轨道移动至工作台面的中心位置，下层支撑架的接头脱离下层标准模块的上层支点并启动液压千斤顶，使下层支撑架提升直到其接头与上层标准模块的下层支点位于同一高度，之后将下层支撑架的接头与对应下层支点进行连接；上层支撑架的接头脱离所在标准模块的上层支点并启动液压千斤顶，使上层支撑架上升直到其接头与所在标准模块上一层的标准模块的下层支点位于同一高度，之后将上层支撑架的接头与对应下层支点进行连接，如此往复，初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块的下层支点时同样适用；

步骤十五中自提升支架的下移方法为：

初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块的上层支点上，下移时，吊机停止工作，通过移动板沿轨道移动至工作台面的中心位置，上层支撑架的接头脱离所在标准模块的上层支点并启动液压千斤顶，使上层支撑架下降直到其接头与所在标准模块的下层支点位于同一高度，之后将上层支撑架的接头与对应下层支点进行连接；之后下层支撑架的接头脱离下层标准模块的上层支点并启动液压千斤顶，使下层支撑架下降直到其接头与所在标准模块的下层支点位于同一高度，之后将下层支撑架的接头与对应下层支点进行连接；如此往复，初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块的下层支点时同样适用。

本发明的有益效果是：本发明平台结构可作为海上大型工程水下结构的施工平台，可通过自提升支架自行移动调节吊机高度，减少对起重船只的依赖，尤其减少了对吊装设备的吨位需求，大幅节约了船机设备开支；该方法适用于不同水深，应用范围较广；平台结构大部分构建在施工结束后可进行回收，以供重复使用，节约资源。

附图说明

图1为本发明施工平台俯视视角的立体示意图；

图2为本发明施工平台底部模块处的结构示意图；

图3为本发明施工平台底部模块的结构示意图；

图4为本发明施工平台标准模块俯视视角的立体示意图；

图5为本发明施工平台标准模块仰视视角的立体示意图；

图6为本发明施工平台自提升支架的结构示意图；

图7为本发明施工平台工作台面的结构示意图；

图8为本发明施工平台俯视视角的局部立体示意图；

图9为本发明施工平台俯视视角的立体剖视图；

图10为本发明施工平台仰视视角的立体剖视图；

图11为本发明施工方法的示意图；

图中：1-底部模块；2-隔板；3-刃脚；4-孔洞；5-抽排管道；6-引出管；7-标准模块；8-人孔；9-通孔；10-密封门；11-下层支点；12-上层支点；13-抽排设备；14-自提升支架；15-液压千斤顶；16-工作台面；17-轨道；18-桩孔；19-移动板；20-吊机；21-土体；22-水下桩基；23-水下封底混凝土；24-支撑杆；25-承台模板；26-承台混凝土；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

一种深水模块化自适应沉放式施工平台，包括：

底部模块1，底部模块1为无顶、无底的箱形结构，底部模块1侧壁内设有开口向下的腔体；

刃脚3，便于底部模块1插入海底土体，刃脚3与底部模块1底部固定连接；

抽排管道5，抽排管道5与底部模块1的腔体相连；

抽排设备13，抽排设备13与抽排管道5相连，用于将底部模块1腔体内的物质抽出；

若干标准模块7，标准模块7为无顶、无底的箱形结构，若干标准模块7叠放在一起且最底部的标准模块7置于底部模块1上，相邻的两个标准模块7之间以及标准模块7与底部模块1之间均为气密性连接，标准模块7内设有便于抽排管道5穿过的通孔；

水闸，水闸设置于底部模块1或标准模块7上，用于控制底部模块1和标准模块7围成的空间与外部空间的通断；

提升支点，提升支点位于标准模块7内侧；

自提升支架14，自提升支架14包括至少两层支撑架，相邻的两层支撑架通过液压千斤顶15相连，每层支撑架均与提升支点配合设有接头；接头包括千斤顶，千斤顶的一端与支撑架相连且另一端连有活络头，提升支点为与活络头配合设置的支撑槽；

工作台面16，工作台面16搭设在自提升支架14顶部，工作台面16上设有便于打桩作业的桩孔18，工作台面16采用密布型钢作为主要支撑材料，在密布型钢两侧采用钢板进行加固，并焊接成一体；

吊机20，吊机20位于工作台面16上。

进一步的，标准模块7侧壁内设有开口向下的腔体，底部模块1和标准模块7的腔体内均设有用于将腔体分隔成若干个单元格的隔板2，抽排管道5通过每个单元格顶部的孔洞4与单元格的内腔相连。

进一步的，相邻的标准模块7之间以及标准模块7与底部模块1之间均通过螺栓进行连接。

进一步的，抽排管道5包括水平设置的环形管，环形管底部分别与每个单元格相连，环形管顶部通过若干根引出管6与抽排设备13相连，标准模块7设有便于引出管6穿过的通孔9。

进一步的，标准模块7的隔板上设有便于施工人员通过的人孔8。

进一步的，标准模块7内侧设有至少一扇便于施工人员进入标准模块7侧壁内腔的密封门10。

进一步的，每个标准模块7设有两层提升支点，提升支点包括上层支点12和下层支点11。

进一步的，工作台面16上设有轨道17，轨道17上滑动设有移动板19，移动板19上设有用于驱动其在轨道17上移动和停止的驱动机构，吊机20位于移动板19上。

进一步的，驱动机构包括电机，电机的输出端通过减速机与移动板19的轨道轮相连。

一种深水模块化自适应沉放式施工平台的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，将施工平台结构的构件采用浮运或船运方式运抵施工地点；

步骤二，将刃脚3、抽排管道5和底部模块1在驳船上进行拼接，并在底部模块1上安装一个标准模块7，关闭该标准模块7与底部模块1之间的水闸，将安装完的吊箱结构整体吊放至水中，通过标准模块7提供的浮力进行漂浮，采用拖轮挤靠的方式对吊箱结构进行水上临时定位；

步骤三，采用浮吊吊装安装第二个标准模块7，并安装自提升支架14、工作台面16、移动板19和吊机20；

步骤四，采用吊机20进行配合安装，在已有吊箱结构上继续安装标准模块7，直到底部模块1切入海床一定深度且顶部的标准模块7高出海面高潮位一个底部模块1的高度以上或高出海面高潮位底部模块1切入海床深度加3m的高度以上，期间通过向标准模块7的内腔注水来调节浮力，每安装一层标准模块7，自提升支架14向上自行爬升一个节段；

步骤五，在顶部的标准模块7的通孔9一侧安装有抽排设备13，抽排设备13采用弯管与引出管6相连，连接后试运行抽排设备13保证管线的气密性良好；

步骤六，打开水闸使底部模块1和标准模块7围成的空间与外部空间连通，启动抽排设备13将底部模块1腔体内的空气和水抽出，使其成为准真空状态，使底部模块1因压力作用继续切入海底；

步骤七，将水闸关闭并断开抽排设备13与引出管6的连接，并将引出管6连接至灌浆设备，启动灌浆设备进行灌浆，以加固刃脚3周围的土体21；

步骤八，待灌浆结束后拆卸掉工作台面16上盖在桩孔18上的台面盖板，利用吊机20吊装打桩设备，进行水下打桩施工；

步骤九，待水下桩基22施工完成后，通过吊机20吊放混凝土浇筑导管浇筑水下封底混凝土23；

步骤十，待水下封底混凝土23凝固后，采用抽水机抽干平台结构内的海水；

步骤十一，利用标准模块7的内壁作为支撑面，利用吊机20吊装构件，通过支撑杆24支撑承台模板25；

步骤十二，通过吊机20吊放混凝土浇筑导管，在承台模板25内浇筑承台混凝土26；

步骤十三，待承台混凝土26完成养护后，拆除承台模板25并利用吊机20将其吊离平台内部，之后向平台结构内部注入海水，使平台结构内部与外部的水位相平；

步骤十四，向标准模块7腔体内注入海水，同时将标准模块7与底部模块1之间连接的螺栓进行解除；

步骤十五，排出标准模块7腔体内的海水，靠标准模块7的浮力使平台整体上浮至海面，采用拖轮对平台结构进行临时挤靠固定，利用吊机20配合浮吊从上到下逐一拆除标准模块7，在每拆除一层标准模块7后，自提升支架14下移一层；

步骤十六，待拆除至最后一层标准模块7时，采用浮吊依次拆除吊机20、移动板19、工作台面16、自提升支架14，并采用浮吊将最后一层标准模块7吊至驳船上运离施工现场。

进一步的，步骤四中自提升支架14的爬升方法为：

初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块7的上层支点12上，爬升时，吊机20停止工作，通过移动板19沿轨道17移动至工作台面16的中心位置，下层支撑架的接头脱离下层标准模块7的上层支点12并启动液压千斤顶15，使下层支撑架提升直到其接头与上层标准模块7的下层支点11位于同一高度，之后将下层支撑架的接头与对应下层支点11进行连接；上层支撑架的接头脱离所在标准模块7的上层支点12并启动液压千斤顶15，使上层支撑架上升直到其接头与所在标准模块7上一层的标准模块7的下层支点11位于同一高度，之后将上层支撑架的接头与对应下层支点11进行连接，如此往复，初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块7的下层支点12时同样适用；

步骤十五中自提升支架14的下移方法为：

初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块7的上层支点12上，下移时，吊机20停止工作，通过移动板19沿轨道17移动至工作台面16的中心位置，上层支撑架的接头脱离所在标准模块7的上层支点12并启动液压千斤顶15，使上层支撑架下降直到其接头与所在标准模块7的下层支点11位于同一高度，之后将上层支撑架的接头与对应下层支点11进行连接；之后下层支撑架的接头脱离下层标准模块7的上层支点12并启动液压千斤顶15，使下层支撑架下降直到其接头与所在标准模块7的下层支点11位于同一高度，之后将下层支撑架的接头与对应下层支点11进行连接；如此往复，初始状态为两层支撑架的接头分别支撑在相邻的两层标准模块7的下层支点12时同样适用。

本发明平台结构可作为海上大型工程水下结构的施工平台，可通过自提升支架14自行移动调节吊机20高度，减少对起重船只的依赖，尤其减少了对吊装设备的吨位需求，大幅节约了设备开支；该方法适用于不同水深，应用范围较广；平台结构大部分构建在施工结束后可进行回收，以供重复使用，节约资源。

上面结合具体实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。