[发明专利]海上风电、桥梁和海洋建筑物局部浮力海洋平台及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋平台及其施工方法，尤其涉及一种海上风电、桥梁和海洋建筑物局部浮力海洋平台及施工方法。

背景技术

水中建筑物的地质条件和风浪荷载及水深决定了水中建筑物的基础形式，一般大型水中建筑物的基础占总体造价的25％～40％。30米已上的中度水深至深水基础，应考虑海洋环境产生的荷载力，如台风、巨浪、大潮产生的巨大水平力，成为其设计和施工中必须考虑的重要控制条件。

海上风机深水区基础型式多为浮式平台，浅水区主要为桩基础或重力式基础的桩基础，中度深水区为桁架型导管架基础。桥梁中度深水区至深水区主流基础型式为钻孔群桩基础或钢板桩围堰管柱基础。钻井和采油的海洋固定式平台用于水深10米至200米，钻井和采油的海洋半潜式平台用于水深100米至数千米。我们另一个发明“支撑海上风机、桥梁、海洋建筑物的浮力支撑固定平台”中(申请号为CN 2012100348059的中国专利申请)，其技术手段包括至少3个浮力筒，每个浮力筒底部有锥形底部。在凸凹不平整的复杂海底，该技术手段可将浮力支撑固定平台稳固地嵌入到土层较浅(1米至5米)的海床持力层，存在较大的技术优势；但浮力支撑固定平台施工方法对厚土层(5米以上)则有不足。

“局部浮力”海洋平台的空心浮力筒受到水的浮力支撑。浮力筒浮力抵消部分海洋建筑物的重量，水的浮力承担海洋建筑物大约一半重量，能降低海洋平台支撑构造部分的刚性，使其基本振动频率避开地震峰值频率，从而提高平台基础与地基间的绝缘性。

地震发生时，由于浮力作用延长了平台固有振荡周期，即晃动一次所需时间，避开地震峰值周期，海洋建筑物晃动的加速度得以降低。因此，“局部浮力”海洋平台能获得较好抗震效果。

本局部浮力海洋平台发明是专门针对厚土层(5米至80米或更多)环境下在原有浮力支撑固定平台技术上再发展出新的技术，对于厚土层的基础采用了重力式及小口径桩的混合形式基础，利用已固定在海床上的浮力筒，用架设在浮力筒上的小型钻孔机和小型打桩机安装小口径桩基，相对大型钢管桩及其所需的大型海上打桩设备，本发明的小口径桩则非常经济。多浮力筒的局部浮力海洋平台工作原理是，由垂直布置的空心多浮力筒和各浮力筒间的连接梁及各浮力筒底的小口径群桩组成空间结构，垂直荷载经浮力筒底部加劲环板传递少于加劲环板持力层容许值的压应力，而小口径钻孔群桩或小口径打入群桩则提供抗上拔力，同时也提供部分承载力。多浮力筒空间结构将整体基础所承受的倾覆荷载转化为单个浮力简基础的竖向下压和上拔荷载，浮力筒的浮力抵消部分水工建筑物的重量，基础承载力和抗倾覆能力很强。

本发明还增加了单个浮力筒的局部浮力海洋平台，可应用于3MW的水平轴风机的海上风电场等小型水上建筑物。

单浮力筒的局部浮力海洋平台工作原理是，由垂直布置的空心单浮力筒和单浮力筒底部的加劲环板及连接单浮力筒底部锥形底部的小口径群桩组成空间结构，垂直荷载经浮力筒底部加劲环板传递少于加劲环板持力层容许值的压应力，而小口径钻孔群桩或小口径打入群桩则提供抗上拔力，同时也提供部分承载力。单浮力筒空间结构将整体基础所承受的倾覆荷载转化为小口径群桩基础的竖向下压和上拔荷载，浮力筒的浮力抵消部分水工建筑物的重量，基础承载力和抗倾覆能力强。

对于在较平整的海底上安装小型的海上风机、桥梁或海洋建筑物(总重小于700吨)，本单浮力筒局部浮力海洋平台经济效益明显，有效降低了浮力筒施工成本。

本发明适用范围广泛，经济效益很高，施工风险低。本发明在土层厚5米以上和水深5米至50米海域均为经济适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对厚土层(5米至80米或更多)环境、解决现有海上风电等海洋(水工)建筑物基础造价较高和施工难度较大的难题，提供一种支撑海上风机和/或桥梁和/或海洋建筑结构的海上风电、桥梁和海洋建筑物局部浮力海洋平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：系统集成并创新地应用了预应力混凝土浮桥和油田钻井平台及分段预制拼装预应力混凝土桥节段施工法或现浇施工法，局部浮力的建筑物抗震系统，人工水上作业施工深水基础工程及小口径钻孔桩或小口径打入桩等30多年的成熟技术，构造一种海上风电、桥梁和海洋建筑物局部浮力海洋平台，所述局部浮力海洋平台包括：

至少一垂直布置的浮力筒，通过所述浮力筒底部下方的混凝土层支撑在海床上，所述浮力筒为空心柱体；

所述浮力筒还安装有贯穿其底部的小口径群桩，所述小口径群桩依次穿过所述混凝土层和海床土层锚于基岩或持力层；