[发明专利]一种利用高频振动装置辅助下沉的吸力桶基础结构及其施工方法

说明书

本发明提供了一种利用高频振动装置辅助下沉的吸力桶基础结构和施工方法，包括吸力桶基础，所述吸力桶基础由钢质桶壁、顶盖组成桶型结构，桶体内部设置分舱板将吸力桶基础分为多个舱室，用于负压沉降与调平；各舱室顶部设置水气阀门，控制负压抽取情况；所述吸力桶基础顶盖上部设置导向柱以及锥型导向结构，所述各舱室顶部设置水气阀门均处在锥型导向结构内侧，所述顶盖在锥型导向结构的外围设置供高频振动装置放置的环形接触支撑顶面。本发明将吸力桶基础常规下沉方式和高频振动装置辅助下沉相结合，发挥吸力桶自重结合负压下沉的特点和高频振动减阻的优势，有效降低沉放阻力，提高下沉精度。

技术领域

本发明涉及海洋工程结构领域，具体涉及一种利用高频振动装置辅助下沉的吸力桶基础结构及施工方法，适用于海上风力发电技术领域。

背景技术

近年来，海上风电资源的开发从近海走向深远海。为了保障电能有效输送，通常在海上风电场中设置海上电气平台，将风电场所发电能的电压升至110kV或220kV，再通过海底高压电缆送至岸上的变电站。作为海上风电场电能汇集中心，海上大型电气平台是其中输变电的关键设施，同时是整个海上风电场成败的关键。传统海上电气平台支撑结构常采用桩基础和导管架结合方式，但是面临着桩基础施工成本高、施工窗口期短，浅覆盖层海床成桩困难等问题。吸力桶基础和导管架组合结构是海上电气平台新的支撑形式。吸力桶常用作防波堤、码头、人工岛、海上平台等结构基础，它的上顶端封闭，下端开敞，主要特点有：1)吸力桶基础的沉放就位主要是依靠自重和负压实现；2)吸力桶基础依靠浅层土与基础之间相互作用来承载，不同于桩基础主要依赖桩壁、桩端和深层土相互作用；3)吸力桶基础可以减少用钢量，降低成本，而且缩短海上作业时间等。然而，实际工程中吸力桶基础下沉就位，桶土相互作用复杂，造成吸力桶下沉阻力较大，依靠吸力桶基础自重和负压可能无法下沉至指定深度。国内外工程和试验证明，大部分吸力桶基础失败的原因，是在下沉中出现倾斜或沉放深度不够等问题，从而导致其承载力不足。为此，需要提出一种新的吸力桶下沉结构和方法，保证其安装沉放就位满足设计和精度要求。

发明内容

本发明的目的是针对吸力桶基础沉放就位过程中沉放阻力大、水平度无法保证等难题，提出一种利用高频振动装置辅助下沉的吸力桶基础结构和施工方法，将吸力桶基础常规下沉方式和高频振动装置辅助下沉相结合，发挥吸力桶自重结合负压下沉的特点和高频振动减阻的优势，有效降低沉放阻力，提高下沉精度。

本发明利用高频振动装置进行辅助下沉，其原理为以高加速度振动机控制连接杆和质量块，将机械产生的竖直振动传给吸力桶，导致桶周围的土体结构因振动发生弱化，减少桶侧与土体的摩擦阻力，同时抽取桶内水气而产生外部压力，将吸力桶沉入土中指定深度。需要说明的是，高频振动辅助负压下沉过程中，土体对桶型基础阻力减小，随着桶型基础沉贯完成，高频振动将使得桶内土体密实，有助于提升地基承载力。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种利用高频振动装置辅助下沉的吸力桶基础结构。

为此，本发明采用以下技术方案：一种利用高频振动装置辅助下沉的吸力桶基础结构，包括吸力桶基础，其特征在于所述吸力桶基础由钢质桶壁、顶盖组成桶型结构，桶体内部设置分舱板将吸力桶基础分为多个舱室，用于负压沉降与调平；各舱室顶部设置水气阀门，控制负压抽取情况；所述吸力桶基础顶盖上部设置导向柱以及锥型导向结构，所述各舱室顶部设置水气阀门均处在锥型导向结构内侧，所述顶盖在锥型导向结构的外围设置供高频振动装置放置的环形接触支撑顶面。

进一步地，所述高频振动装置的上部设置吊环，所述高频振动装置可吊除地放置在顶盖的环形接触支撑顶面上。

进一步地，所述高频振动装置为环状振动装置，包括环形主体，环形主体的底部能够与顶盖在锥型导向外围的环形接触顶面支撑接触，在环形主体中均匀设置多个高频振动单位。