长结构压载型吸力桩的制作方法

本发明涉及一种压载型吸力桩，尤其涉及一种长结构压载型吸力桩，属于海洋工程装备领域。

背景技术：

随着1994年大型导管架平台europipe16/11e的成功运营，吸力桩技术被大家所接受。同摩擦桩相比，吸力桩具有安装方便灵活等独特优势。但吸力桩也有自身的缺点，主要为吸力桩自身摩擦面积较小，导致其承载力要小于摩擦桩，另外吸力桩在安装时的负压会随着时间的增加逐渐消散，负压产生的抗拔力不能计入吸力桩工况。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是增加压载型吸力桩的吸力，提高压载型吸力桩的抗拔承载力，以使压载型吸力桩可以抗衡恶劣工况环境。

为了解决上述技术问题，本发明的长结构压载型吸力桩，包括吸力桩和柱形壳体，所述吸力桩设置在柱形壳体底端，所述柱形壳体由下至上分别是压载舱、连接舱和硬舱，所述压载舱上设置有通海口ⅰ，所述通海口ⅰ设置在压载舱上部侧壁，所述柱形壳体内设置有注入管和抽水管，所述抽水管的下端设置在吸力桩内，所述抽水管的上端设置在硬舱上表面以上。

上述技术方案中，所述连接舱为软舱，所述软舱上设置有通海口ⅱ，所述通海口ⅱ设置在软舱下部侧壁，所述柱形壳体内还设置有注气管，所述注气管的下端设置在软舱内，所述注气管的上端设置在硬舱上表面以上。

上述技术方案中，所述连接舱为桁架。

上述技术方案中，所述连接舱为软舱和桁架，所述桁架设置在软舱上方，所述软舱上设置有通海口ⅱ，所述通海口ⅱ设置在软舱下部侧壁，所述柱形壳体内还设置有注气管，所述注气管的下端设置在软舱内，所述注气管的上端设置在硬舱上表面以上。

上述技术方案中，所述吸力桩直径小于柱形壳体直径，所述吸力桩内壁设置有纵向加强筋。

上述技术方案中，所述压载舱纵向设置有2～4个分舱室，所述分舱室均设置有通海口ⅰ，所述通海口ⅰ均设置在每个分舱室上部侧壁。

上述技术方案中，所述硬舱上表面中心设置有吊耳。

上述技术方案中，至少设置两个软舱。

本方案的长结构压载型吸力桩上部设有压载舱，通过灌注压载的方式，来增加吸力桩与抗拔相关的承载力，并且吸力桩的抽水管延伸至顶部自由表面以上，能够在恶劣工况到来之前，检查吸力桩的负压，如果消失，可增加负压以提高吸力桩的抗拔承载力。

附图说明

图1为无桁架结构的长结构压载型吸力桩结构示意图。

图2为带桁架不含软舱结构的长结构压载型吸力桩结构示意图。

图3为带桁架含软舱结构的长结构压载型吸力桩结构示意图。

图4为无桁架结构的长结构压载型吸力桩就位后示意图。

图5为带桁架长结构压载型吸力桩就位后示意图。

图6为压载舱和软舱中分舱室结构横向剖视图。

图7为无桁架结构的长结构压载型吸力桩安装步骤示意图。

图8为带桁架结构的长结构压载型吸力桩安装示意图。

具体实施方式

下面结合图1至8对本方案具体实施例进行说明。

参见图1和4，一种长结构形式压载型吸力桩，其结构主要包括吸力桩3和圆柱形壳体，圆柱形壳体不采用桁架结构。整体结构自下而上为吸力桩3，压载舱2，软舱4以及硬舱1，其中硬舱1、软舱4和压载舱2构成整个圆柱形壳体。其中硬舱1最上表面需延伸至自由表面以上，在硬舱1最上表面中心设有一个吊耳10，用于吊装整个装置。

最下面的吸力桩3，为圆柱型结构形式，其底部敞开，上端封闭，其内部加强筋需自上而下布置，不能设置环向加强筋。在吸力桩中，设有一个抽水管6，抽水管6下端位于吸力桩的顶部，穿过压载舱2，软舱4及硬舱1，上端穿过硬舱的上表面，即位于自由表面以上，以便于给吸力桩3抽负压，抽水管6下端与上端贯通。

在吸力桩上方是压载舱2，压载舱2为圆柱型结构形式，压载舱2纵向平均设有多个分舱室24，参见图6，分舱室以压载舱2中轴面为基准进行均分。至少分2个舱室，本例中以4个分舱为例，压载舱的分舱室，均有通海口ⅰ21，通海口ⅰ21的位置位于压载舱的侧壁上端，设置在上方可防止压载物从通海口ⅰ21中流失，通海口ⅰ21运输时用软木塞塞住，待安装时将软木塞撤除。压载舱2中，设置有注入管7，注入管7下端位于压载舱的顶部，穿过软舱4及硬舱1，上端穿过硬舱的上表面，即位于自由表面以上，以便于注入压载，注入管7下端与上端贯通。压载舱2中的每个分舱均设置有注入管7。

在压载舱2上方是软舱4，设置有两节软舱4，软舱4为圆柱型结构形式，软舱4和压载舱2一样在纵向设有分舱室24，参见图6，分舱室以软舱4中轴面为基准进行均分。至少分2个舱室，本例中以4个分舱为例，软舱的分舱室，均有通海口ⅱ41，通海口ⅱ41的位置位于软舱的侧壁下端，这样可以减小分舱内通海口ⅱ41以下的死角体积，以便于海水的进入与调节。通海口ⅱ41运输时用软木塞塞住，待安装时将软木塞撤除。每个分舱室均设置有注气管8，注气管8下端位于对应软舱的顶部，穿过硬舱1，上端穿过硬舱的上表面，即位于自由表面以上，以便于注入空气，调整压载，注气管8下端与上端贯通。

在软舱4上方是硬舱1，硬舱1为水密结构，加强构建在内侧，是否分舱不强制要求，以上构成了一种实施方式的长结构形式压载型吸力桩，其运输安装过程如下所述，参见如6。

第一步，将长结构形式压载型吸力桩所有的通海口用软木塞塞住，长结构形式压载型吸力桩平躺在海面，由拖轮借助吊耳10拖航至指定海域。

第二步，撤去压载舱2上软木塞，压载舱2内注满海水，长结构形式压载型吸力桩重心向吸力桩3靠近，整体结构翻身竖直；

第三步，继续撤去软舱4上软木塞，软舱4内注满海水，此时长结构形式压载型吸力桩重力大于浮力，吸力桩3在重力的作用下插入泥土，在这个步骤，如果发生吸力桩插歪等情况需要再来一次时，可由注气管8向软舱4内注入压缩空气，将海水排出，此时长结构形式压载型吸力桩浮力大于重力，吸力桩3在浮力的作用下拔出并浮起，另外可以通过控制不同节软舱4海水量的方法，来调整长结构形式压载型吸力桩的角度，以保证其垂直入土。

第四步，通过抽水管6将吸力桩3内海水抽出以形成负压，长结构形式压载型吸力桩在负压的作用下安装到位。

第五步，通过注入管7向压载舱2内注入压载物，一般是铁矿砂，增加其抗拔承载力，至此安装完成。

上述长结构形式压载型吸力桩，特点在于增加了压载，相当于增加了桩的自重，有效的增加了桩的抗拔方面的承载力。但由于该桩基由泥线附近至水面结构连续，耗用钢材量较大，一般在浅水环境中比较经济，如果水深略微增加，则用钢量就增加，此时考虑使用带桁架长结构形式压载型吸力桩。

参见图2、图3和图5，是两种带桁架长结构形式压载型吸力桩。其结构主要还是包括吸力桩3和圆柱形壳体，但其圆柱形壳体中采用了桁架结构。

整体结构自下而上为吸力桩3，压载舱2，桁架结构5以及硬舱1，根据需要可以在压载舱2和桁架结构5之间加入软舱4。其中硬舱1最上表面需延伸至自由表面以上，硬舱1上表面中心设有一个吊耳10。

最下面的吸力桩3，为圆柱型结构形式，其底部敞开，上端封闭，其内部加强筋需自上而下布置，不能设置环向加强筋。在吸力桩中，设有一个抽水管6，抽水管6下端位于吸力桩的顶部，穿过压载舱2，桁架结构5及硬舱1，在有软舱4的情况下还穿过软舱4。抽水管6上端穿过硬舱的上表面，即位于自由表面以上，以便于给吸力桩3抽负压，抽水管6下端与上端贯通。

吸力桩3上方是压载舱2，压载舱2为圆柱型结构形式，压载舱2纵向平均设有多个分舱室，分舱室以压载舱2中轴面为基准进行均分。至少分2个舱室，本例中以4个分舱为例，压载舱的每个分舱中均有通海口ⅰ21，通海口ⅰ的位置位于压载舱2侧壁上端，设置在上方是为了防止压载物从通海口中流失，通海口运输时用软木塞塞住，待安装时将软木塞撤除。压载舱的每个分舱中均设置有注入管7，注入管7下端位于压载舱的顶部，桁架结构5及硬舱1，在有软舱4的情况下还穿过软舱4。注入管7上端穿过硬舱的上表面，即位于自由表面以上，以便于注入压载，注入管7下端与上端贯通。

压载舱上方是软舱4或桁架5，软舱4可设置多节，软舱4是非必要结构，软舱的作用在于调整压载水量，以控制浮力是否大于重力，该步骤决定了在安装过程中，桩基在自重作用下插入泥土后是否有逆向调节过程，如果有船舶辅助或对精度要求不高则不需要软舱4，否则需要。软舱4为圆柱型结构形式，软舱纵向设有分舱室，分舱室以软舱4中轴面为基准进行均分至少分2个舱室，本例中以4个分舱为例，软舱的每个分舱均有通海口ⅱ41，通海口ⅱ的位置位于软舱4侧壁下端，可减少分舱内通海口ⅱ41以下的死角体积较小，以便于海水的进入与调节。通海口ⅱ41运输时用软木塞塞住，待安装时将软木塞撤除。软舱的每个分舱均设置有注气管8，注气管8下端位于软舱的顶部，穿过桁架结构5及硬舱1，注气管8上端穿过硬舱的上表面，即位于自由表面以上，以便于注入空气，调整压载，注气管8下端与上端贯通。

在压载舱2或软舱4上方是桁架结构5，桁架结构5一直延伸至靠近自由表面处，然后是硬舱1，硬舱1为水密结构，加强构建在内侧，是否分舱不强制要求，以上构成了两种带桁架长结构形式压载型吸力桩实施方式，其运输安装过程如下所述，参见图7。

第一步，将长结构形式压载型吸力桩所有的通海口用软木塞塞住，长结构形式压载型吸力桩平躺在海面，由拖轮借助吊耳拖航至指定海域。

第二步，撤去压载舱2上软木塞，压载舱2内注满海水，长结构形式压载型吸力桩重心向吸力桩3靠近，整体结构翻身竖直。

第三步，如果设有软舱4，继续撤去软舱4上软木塞，软舱4内注满海水，此时长结构形式压载型吸力桩重力大于浮力，吸力桩3在重力的作用下插入泥土，在这个步骤，如果发生吸力桩3插歪等情况需要再来一次时，可由注气管8向软舱4内注入压缩空气，将海水排出，此时长结构形式压载型吸力桩浮力大于重力，吸力桩3在浮力的作用下拔出并浮起，另外可以通过控制不同节软舱4或软舱的分舱海水量的方法，来调整长结构形式压载型吸力桩的角度，以保证其垂直入土。

如果不设有软舱4，则向压载舱2内注入部分压载，一般是铁矿砂，此时长结构形式压载型吸力桩重力大于浮力，吸力桩在重力的作用下插入泥土。

第四步，通过抽水管6将吸力桩3内海水抽出以形成负压，长结构形式压载型吸力桩在负压的作用下安装到位。

第五步，通过注入管7向压载舱内注入压载物，一般是铁矿砂，增加其抗拔承载力，至此安装完成。

上述方案中，硬舱1、压载舱2、吸力桩3、软舱4和桁架结构5之间的连接都是采用焊接方式。其中硬舱1、压载舱2和软舱4可以是一个柱形壳体分隔形成。

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