[发明专利]一种海洋新型吸力桩及其施工方法

说明书

本发明提供一种海洋新型吸力桩及其施工方法，所述海洋新型吸力桩，其特征在于，包括中空的桩体和设置在桩体内侧的内增盖，所述桩体的桩顶盖上开设有用于排水、排气和抽水的桩顶盖通孔，所述内增盖上开设有用于排水、排气的内增盖通孔。该海洋新型吸力桩也称海洋新型吸力桶，该海洋新型吸力桩通过优化吸力桩内部设计，消除了吸力桩作业期间因桩顶盖排水/排气孔或抽水孔封锁失效的情况下导致桩基础承载力不足，进而避免吸力桩意外下沉，大幅度倾斜或持续下沉的风险；同时本海洋新型吸力桩安装作业时无需灌浆，大量节省工期和海上作业经费。

技术领域

本发明涉及海洋油气项目的水下结构/设施基础，新能源项目的海洋风电结构基础具体公开一种海洋新型吸力桩及其施工方法。

背景技术

海洋吸力桩，又称吸力桶，广泛地运用于海洋油气工程的水下结构/设施基础，海洋风电主结构基础等等。

一些传统吸力桩设计要求在吸力桩端部达到所要求的贯入深度的同时，桩顶盖必须高于海床，以方便水下做业或满足上部结构作业高度要求。在桩顶盖离海床x距离的情况下，桩顶盖和海床没有直接的接触，之间封闭的空间由海水占据。在桩顶盖排水/排气孔和抽水孔完全密封的情况下，封闭空间内的海水无法压缩，因此与吸力桩型成一体。当桩顶部承受上部结构的竖向载荷时，其承载主要由桩体外表面与土壤摩擦阻力和端部横截面积的承载力构成。但是当桩顶盖排水/排气孔和抽水孔密封失效，封闭空间内的海水自由进出时，则吸力桩/桶会失去端部横截面的承载能力，这会大大降低桩基础的承载力。引发桩基础承载力不足的隐患，提高吸力桩意外下沉的风险，甚至大幅度倾斜或持续下沉，直到桩顶盖和海床有全面的接触后才会停止。吸力桩意外下沉，大幅度倾斜或持续下沉会导致上部结构承受过度弯曲或变形，进而造成结构损伤，导致生产作业中断。对环境、结构完整性、设施安全构成严重后果，极易导致重大经济损失和环境灾难。

为了防止因桩顶盖排水/排气孔和抽水孔密封失效而导致桩基础承载力不足的隐患，有些项目方案会在吸力桩安装到位后进行灌浆作业，船上或海底安装的灌浆设备将水泥浆从桩顶盖开孔灌入，填充桩顶盖和海床之间的空间，同时将空间内的海水完全排除。等待灌浆凝固后再进行上部安装作业。海上灌浆作业由于涉及到船舶资源的调配和施工，会增加额外的公式并显著增加施工成本。

发明内容

本发明的目的在于针对目前海洋吸力桩设计不足导致潜在作业隐患，和目前海洋吸力桩安装作业需灌浆，导致工期长、海上作业经费高的问题，提出一种海洋新型吸力桩，该海洋新型吸力桩也称海洋新型吸力桶，该海洋新型吸力桩通过优化吸力桩内部设计，消除了吸力桩作业期间因桩顶盖排水/排气孔或抽水孔封锁失效的情况下导致桩基础承载力不足，进而避免吸力桩意外下沉，大幅度倾斜或持续下沉的风险；同时本海洋新型吸力桩安装作业时无需灌浆，大量节省工期和海上作业经费。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海洋新型吸力桩(吸力桶)，包括中空的桩体和设置在桩体内侧的内增盖，所述桩体的桩顶盖上开设有用于排水、排气和抽水的桩顶盖通孔，所述内增盖上开设有用于排水、排气的内增盖通孔。

进一步地，所述内增盖采用高强度、防腐性能的材料，所述内增盖包括但不限于钢板材料。

进一步地，所述桩顶盖通孔为多个，优选的所述桩顶盖通孔为两个，一个用于排水、排气，另一个与抽水泵连接用于抽水。

进一步地，所述内增盖通孔为单个或多个，其设计应避免影响吸力桩排水/抽水作业的效率。所述内增盖通孔为单个，其直径应取桩顶盖通孔(桩顶盖排水/排气孔和抽水孔)中的较大直径。所述内增盖通孔为多个，其总排水量不应低于桩顶盖通孔总排水量。

进一步地，所述内增盖厚度小于或等于桩顶盖厚度，具体参考相关规范的吸力桩设计方法确定。

进一步地，所述内增盖直径与桩体内径相配合，即所述内增盖直径不小于桩侧壁内径，也不大于桩侧壁外径，最终直径应考虑项目需求、焊接方案和质量控制规范。