專利名稱：支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及海上浮力平臺及其施工安裝方法，尤其涉及一種浮力支撐固定平臺支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺及其施工安裝方法。
背景技術：
水中建筑物的地質條件和風浪荷載及水深決定了水中建筑物的基礎形式，一般大型水中建筑物的基礎占總體造價的25 % 40 %。30米已上的中度水深至深水基礎，應考慮海洋環境產生的荷載力，如臺風、巨浪、大潮產生的巨大水平力，成為其設計和施工中必須考慮的重要控制條件。海上風機深水區基礎型式多為浮式平臺，淺水區主要為樁基礎或重力式基礎的樁基礎，中度深水區為桁架型導管架基礎。橋梁中度深水區至深水區主流基礎型式為鉆孔群樁基礎或鋼板樁圍堰管柱基礎。鉆井和采油的海洋固定式平臺用于水深10米至200米，鉆井和采油的海洋半潛式平臺用于水深100米至數千米。我們另一個發明(申請號為CN2012100302587的中國專利申請)“支撐海上風機和海洋能發電機的預應力混凝土浮式平臺”水深30米至100米比鋼浮式平臺節省30%至50%或更多。本發明申請吸收了我們另一個發明“支撐海上風機和海洋能發電機的預應力混凝土浮式平臺”在中度水深至深水區施工方便可行和造價低等優點，而本發明的支承基礎按浮力筒浮力抵消部分水工建筑物的重量，加上固定平臺底部的基礎也承受部分水工建筑物的重量，浮力筒嵌入到海床提高了平臺水平抗力和穩定性，及本發明獨有的嵌入到海床的浮力支撐固定平臺安裝方法，解決了水深 約10米至30米或部分海域至50米的水工建筑物基礎造價較高的難題。本發明在水深30米至50米海域均為經濟適用，應按地質條件和風浪荷載等比選。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于針對水深10米至30米或部分海域至50米的現有海上風電等海洋(水工)建筑物基礎造價較高和施工難度較大的難題，提供一種支撐海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑結構的浮力支撐固定平臺及其施工方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，所述浮力支撐固定平臺包括:至少三個垂直布置的且具有錐形底部的衛星浮力筒，通過混凝土固定支撐在海床上，其中所述衛星浮力筒為空心柱體；以及連接結構，用以相互連接所述衛星浮力筒；其中，平臺上支撐有海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述浮力支撐固定平臺的平面為三角形或四邊形或多邊形且包含三角形劃分單元，其中，
所述衛星浮力筒分別設于所述多邊形的節點處，且至少一個所述衛星浮力筒上支撐有海上風機；所述連接結構為鋼拉索或空心桿件，用以相互連接所述衛星浮力筒。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述平臺進一步包括中心支撐桿件和框架結構，所述框架結構用以連接所述衛星浮力筒與所述中心支撐桿件；所述中心支撐桿件位于所述平臺的平面重心處，且支撐有海上風機。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述中心支撐桿件為垂直布置的半潛式懸浮的中心浮筒或通過水下混凝土固定支撐在海床上的中心浮力筒；其中，所述中心浮筒或中心浮力筒均為空心柱體。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述框架結構包括從下部連接所述衛星浮力筒與所述中心支撐桿件的下連接梁以及對角連接所述衛星浮力筒與所述中心支撐桿件的斜撐。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述衛星浮力筒對稱布置，且所述衛星浮力筒上共同支撐有樁承臺，所述樁承臺上支撐橋梁的橋墩。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述平臺為網格結構，所述衛星浮力筒分別設置在所述網格的格點上；所述平臺上支撐海洋建筑物。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述平臺包括多個正方形子平臺，各正方形子平臺由連接結構連接，所述衛星浮力圓筒分別設置在所述正方形子 平臺的節點上；所述平臺上支撐專供乘客上下、貨物裝卸的人工碼頭建筑物。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述平臺分為為一個或多個平臺，多個平臺時各平臺由框架結構連接，所述衛星浮力圓筒分別設置在所述一個至多個平臺的節點上；所述平臺上支撐人工建造的人工島及其島上建筑物。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述衛星浮力筒和/或連接結構和/或框架結構由鋼或預應力混凝土或預應力輕質混凝土或預應力纖維混凝土或預應力鋼管混凝土或鋼-混凝土組合材料制成。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述衛星浮力筒內設有泵壓系統，所述泵壓系統包括水泵、壓力管以及設置在外部的混凝土泵和水泥沙漿泵；其中，所述壓力管的一端開口與所述水泵或混凝土泵連接，另一端開口穿過所述衛星浮力筒的錐形底部的最底點與外界相通，用以將分別從所述水泵、混凝土泵輸出的水或混凝土擠壓至外界；所述水泥沙漿經另外的一套壓力管道擠壓至外界。在依據本發明實施例的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺中，所述衛星浮力筒內灌沙或灌水，用以增加所述平臺的自重，從而抵抗風荷載引起的上拔力。本發明還提供了一種海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，所述施工安裝方法用于上述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，包括以下步驟:
在安裝點與所述平臺的衛星浮力筒對應的位置處分別開挖海床軟土至所述海床的持力層，用以形成尺寸大于所述衛星浮力筒的錐形底部的凹槽；拖運所述海上風電支撐平臺至所述安裝點處，調節所述平臺以使所述衛星浮力筒與所述凹槽--對應；下沉所述平臺，并在所述凹槽內、所述衛星浮力筒的錐形底部的最底點與所述持力層之間澆注形成預設厚度的混凝土層；在所述混凝土層完全凝固之前繼續下沉所述平臺，以使所述錐形底部完全嵌入所述混凝土層，保持水平及位置至所述混凝土層中形成與所述錐形底部對應的錐形凹槽，最后上升所述平臺；在所述混凝土層達到預設強度之后下沉所述平臺，以在所述錐形底部與所述錐形凹槽之間形成狹縫；以及壓漿填滿所述狹縫，并將平臺略為下降至所述平臺開始支撐在混凝土層上，待壓槳達至預設強度后將所述平臺完全支撐在混凝土層上，從而將所述衛星浮力筒以及所述平臺固定在所述海床上；在所述平臺中心支撐桿件上安裝海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。
本發明還提供了一種海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，所述方法用于上述的平臺，包括以下步驟:拖運所述平臺至安裝點處；下沉所述平臺至海床上方，并啟動衛星浮力筒中的水泵，以通過壓力管位于衛星浮力筒的錐形底部的最底點處的開口泵壓出水，從而在所述錐形底部的下方沖刷海床軟土至所述海床的持力層，用以形成尺寸大于所述錐形底部的凹槽；啟動外置混凝土泵，以通過壓力管位于衛星浮力筒的錐形底部的最底點處的開口泵壓出混凝土，從而在所述凹槽內、所述衛星浮力筒的錐形底部的最底點與所述持力層之間澆注形成預設厚度的混凝土層；在所述混凝土層完全凝固之前繼續下沉所述平臺，以使所述錐形底部完全嵌入所述混凝土層，保持預設時間后上升所述平臺以在所述混凝土層中形成所述錐形底部對應的錐形凹槽；在所述混凝土層達到預設強度之后下沉所述平臺，以在所述錐形底部與所述錐形凹槽之間形成狹縫；以及啟動外置水泥砂漿泵，以通過另一套壓力管位于衛星浮力筒的錐形底部的最底點處的開口泵壓出水泥砂漿來壓漿填滿所述狹縫，從而將所述衛星浮力筒以及所述平臺固定在所述海床上；在所述平臺上安裝海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。在依據本發明實施例的海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法中，在所述衛星浮力筒固定在所述海床上之后，在所述衛星浮力筒中填充水或沙以壓重所述衛星浮力筒。在依據本發明實施例的海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法中，所述施工安裝方法進一步包括在緊貼所述凹槽的內壁上設置鋼板環，并在所述鋼板環內部設置鋼筋，從而在所述凹槽內、所述衛星浮力筒的錐形底部的最底點與所述持力層之間澆注形成預設厚度的混凝土層，用以防止所述凹槽側海床軟土的坍塌。在依據本發明實施例的海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法中，所述施工安裝方法進一步包括采用節段預制施工法制作所述預應力混凝土或預應力輕質混凝土或預應力纖維混凝土平臺，包括:在預制場或工廠內使用節段預制方法匹配澆注組成衛星浮力筒的衛星浮力筒節段；連接各衛星浮力筒的連接結構分成連接結構節段；在預制場或工廠內使用節段預制方法匹配澆注所述連接結構節段，使用預應力逐個連接結構節段以拼裝連接結構節段，從而完成整個預制拼裝連接結構；在港口側的海上插打引導樁，每個所述衛星浮力筒對應設置至少三根引導樁，從而能夠在港口側的海上支撐定位鋼桁架以進行衛星浮力筒的安裝；將所述預制衛星浮力筒節段運輸至所述港口側；使用預應力拼裝衛星浮力筒節段，以完成整個衛星浮力筒的預制拼裝；通過浮吊將所述完成的整個預制拼裝衛星浮力筒吊至引導樁的位置處，并下降所述定位鋼桁架以固定在所述引導樁上；調節所述衛星浮力筒的水平和位置，并采用所述定位鋼桁架進行固定，使連接結構能在陸上條件安裝；將所述整個預制拼裝連接結構運輸至所述港口側；采用浮吊，將所述整個預制拼裝連接結構下降到與各衛星浮力筒對應的接頭位置處，以及通過預應力和錨具連接和固定接頭；重復以上步驟到完成平臺的節段施工法；移除鎖定設備并移除所述定位鋼桁架，平臺自由后即可拖至海上安裝海域進行平臺的基礎工程施工安裝。在依據本發明實施例的海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法中，所述施工安裝方法進一步包括采用工廠預制工地整體拼接制作所述鋼平臺，包括:支撐海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑結構的鋼平臺施工采用工廠預制，在港口附近工地拼接成整個鋼平臺，通過浮吊將所述完成的整個鋼平臺整體吊至水中，或利用滑道將平臺下滑至海上，將懸浮鋼平臺拖至海上安裝海域進行鋼平臺各浮力筒的基礎工程施工。本發明產生的有益效果是:由于依據本發明實施例的浮力支撐固定平臺通過將衛星浮力筒固定在海床上，因此相比于半潛式的懸浮平臺，在風力的作用下，浮力筒的水或沙等壓重能抵消一部分由風力產生的上升拔力，從而使得平臺更加穩定。另外，浮力筒的浮力抵消部分水工建筑物的重量提高了基礎承載能力，浮力筒嵌入到海床提高了平臺水平抗力和穩定性，因此浮力支撐固定平臺的尺寸與浮式平臺相比將大大減少，在水深10米至30米中度水深可大幅節約建設成本，也節約海洋空間資源，促進海域科學利用。從而提高了船運行時的安全性能。浮力支撐固定平臺施工安裝全部為人工水上作業，平臺桿件全部預制，現場占用時間短，采用水上遙控建設浮力筒基礎和海底地基處理，解決了沉井等水下基礎需要復雜重型施工設備和危險的水下人工安裝作業等最難的問題。施工設備制作成本低廉，可重復利用，提高了工作 效率，施工方法安全，低風險和低成本，適用于海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物的基礎工程。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:圖1是本發明實施例的安裝有水平軸風機的浮力支撐固定平臺的結構示意圖；圖2是圖1中1-1處的平面示意圖；圖3是本發明實施例的衛星浮力筒中設有泵壓系統的海上風電支撐平臺的結構示意圖；圖4是本發明示范實施例的支撐有海上風機的浮力支撐固定平臺的結構示意圖；圖5是本發明示范實施例的用于支撐橋梁的浮力支撐固定平臺的結構示意圖；圖6是本發明示范實施例的用于支撐海上建筑物的浮力支撐固定平臺的結構示意圖；圖7是本發明示范實施例的海上風電支撐平臺的施工安裝方法的示意圖；圖8是本發明示范實施例的海上風電支撐平臺的施工安裝方法的示意圖；圖9是本發明示范實施例的海上風電支撐平臺的施工安裝方法的示意圖；圖10是本發明示范實施例的海上風電支撐平臺的施工安裝方法的示意圖；圖1lA是本發明示范實施例的海上風電支撐平臺的施工安裝方法的示意圖；圖1lB是圖1lA中A區的放大示意圖；圖12A是本發明示范實施例的海上風電支撐平臺的施工安裝方法的示意圖；圖12B是圖12A中B區的放大示意圖；圖13示出了三浮筒浮力支撐固定平臺的建造方法和順序；圖14示出了三浮筒浮力支撐固定平臺的建造方法和順序；圖15示出了三浮筒浮力支撐固定平臺的建造方法和順序；圖16示出了三浮筒浮力支撐固定平臺的建造方法和順序；圖17示出了三浮筒浮力支撐固定平臺的建造方法和順序。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。在依據本發明實施例的浮力支撐固定平臺10(以下簡稱為平臺10)中，包括至少三個垂直布置的且具有錐形底部14的衛星浮力筒1，通過混凝土固定支撐在海床上，其中衛星浮力筒I為空心柱體(例如圓柱體、四面柱體、六面柱體等等。)；以及還包括連接結構，用以相互連接衛星浮力筒I ;其中，平臺上支撐有海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。當平臺10上支撐有海上風機時，依據本發明實施例的平臺10的平面為多邊形且包含三角形劃分單元。該平臺10包括至少三個垂直布置的且具有錐形底部14的衛星浮力筒1、一個中心支撐桿件、框架結構以及鋼拉索13。具體而言，連接結構為鋼拉索13，中心支撐桿件和框架結構為可選結構設置。其中，衛星浮力筒I通過混凝土固定支撐在海床上，并位于平臺10的節點(即 平臺10的多邊形的節點)處。中心支撐桿件位于平臺10的平面重心處。框架結構用于分別連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件，而鋼拉索13 (連接結構)用于相互連接上述各個衛星浮力筒I。中心支撐桿件和衛星浮力筒I的至少一個上支撐有風機(水平軸風機或垂直軸風機)。具體而言，圖1和2中示出的平臺10的平面為三角形，包含多個三角形劃分單元。例如，三個衛星浮力筒I構成的三角形劃分單元，以及兩個衛星浮力筒I和一個中心支撐桿件構成的三角形劃分單元。因為具有多個三角形劃分單元，因此平臺10的結構相對穩定。圖1和2僅用作舉例，并不是對本發明實施例中的平臺10的限制，依據本發明實施例的平臺10的平面還可以正方形，其四個節點處分別設有衛星浮力筒1，并在該四邊形的平面重心處設有一個中心支撐桿件。當然，平臺10也可以是五邊形、六邊形等多邊形。另外，圖中示出了海平面8作為參考。具體而言，三個衛星浮力 筒I的直徑為12米，高度為9米，分別設置在邊長為40米等邊三角形的平臺10的節點處。衛星浮力筒I的壁厚在底部為0.35米到0.4米。頂板厚度為0.35米到0.5米，以及底板為0.35米到0.6米。中心浮筒9的直徑為10米、高度為12米、壁厚為0.35米到0.4米、以及頂板為0.5米和底板為0.4米到0.60米。平臺10中的衛星浮力筒I為空心柱體，例如圓柱體、四面柱體、六面柱體等等。衛星浮力筒I的底部設有錐形底部14，該錐形底部14的最底點指向海床。為了更加穩定地支撐衛星浮力筒1，該錐形底部14的底面直徑可優選大于衛星浮力筒I的截面直徑。衛星浮力筒I可為鋼浮筒，也可以為混凝土制成的空心柱體。例如，衛星浮力筒I可由預應力混凝土和預應力輕質混凝土和預應力纖維混凝土和預應力鋼管混凝土和鋼-混凝土組合材料中的一種制成。可在衛星浮力筒I上可安裝垂直軸風機。在本發明的實施例中，如圖3所示，衛星浮力筒I內設有泵壓系統，該泵壓系統包括水泵70、以及壓力管16。混凝土泵和水泥沙漿泵則為外置。其中，壓力管16的一端開口與水泵、混凝土泵中的一個連接，另一端開口穿過衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點與外界相通，用以將分別從水泵、混凝土泵輸出的水或混凝土壓至外界。水泥沙漿則由另外一套壓力管65泵壓出錐形底部14。具體而言，工作中，當壓力管16與水泵連接時，從水泵壓出的高壓水將通過壓力管16并從壓力管16位于錐形底部14的最底點處的開口泵壓到外界(海中)。管道66用作檢測混凝土。其中，圖中還示出了連梁預應力錨固端13、浮筒出入口 38、浮筒加勁環27、氣室28、水泵41、另一壓力管42、檢測管43以及氣管44。為了進一步增加穩定性，衛星浮力筒I內還可充有水或沙，當然，填充物不僅限于水或沙，可以是任意的比重較大的物質，從而可以壓重平臺10。中心支撐桿件設置在平臺10的平面重心處，可在中心支撐桿件上安裝水平軸風機。在本發明的一實施例中，可將中心支撐桿件設為中心浮筒9。垂直布置的中心浮筒9的結構與衛星浮力筒I的結構類似，為空心柱體，例如圓柱體、四面柱體、六面柱體等等。中心浮筒9可為鋼浮筒，也可以為混凝土制成的空心柱體。例如，中心浮筒9可由預應力混凝土和預應力輕質混凝土和預應力纖維混凝土和預應力鋼管混凝土和鋼-混凝土組合材料中的一種制成。通常，可設置中心浮筒9的橫截面大于衛星浮力筒I的橫截面。如圖1和2所示，中心浮筒9不是固定支撐在海床上，而是半潛懸浮在海面上。在本發明的另一實施例中，可將中心支撐桿件設為中心支撐板。該支撐板為平板結構，水平軸風機可安裝到該支撐板上。優選地，該中心支撐板可由預應力混凝土和預應力輕質混凝土和預應力纖維混凝土和預應力鋼管混凝土和鋼-混凝土組合材料中的一種制成。因為風機的重量相對較輕，中心浮筒9懸浮在海上。當浮力支撐固定平臺上支撐的是重量相對較重的橋梁時，中心支撐桿件為中心浮力筒，該中心浮力筒通過混凝土固定支撐在海床上。或如圖5所示，橋墩31通過承臺32將荷載分配到衛星浮力筒。框架結構用于連接衛星浮力筒I和中心支撐桿件，例如，當浮力支撐固定平臺上支撐的是風機時，框架結構包括從下部連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件的下連接梁2以及對角連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件的斜撐4，也可選擇地包括從上部連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件的上連接梁3。當浮力支撐固定平臺上支撐的是橋梁時，框架結構包括從上部連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件的上連接梁3、從下部連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件的下連接梁2以及對角連接衛星浮力筒I與中心支撐桿件的斜撐4。上連接梁3、下連接梁2和斜撐4中的至少一部分可由預應力混凝土和預應力輕質混凝土和預應力纖維混凝土和預應力鋼管混凝土和鋼-混凝土組合材料中的一種制成。可設置上連接梁3和/或下連接梁2為空心梁，使得維修人員可在上連接梁中行走。在本發明的實施例中，采用鋼拉索13從多邊形平臺10的側面連接相鄰的衛星浮力筒I。圖4示出依據本發明示范實施例的平臺10。該平臺10的平面為四邊形(正方形)，包括一個中心浮筒9 (中心支撐桿件)和四個衛星浮力筒、分別連接中心浮筒9和四個衛星浮力筒I的四個框架結構以及連接每兩個相鄰衛星浮力筒I的鋼拉索13。其中，四個衛星浮力筒I通過混凝土固定支撐在海床上，中心浮筒9半潛懸浮在海面上。該平臺10用于水深30米的海域。在本示范實施例中，中心浮筒9的直徑為10米、高度為25米、壁厚為0.35米到0.4米、以及頂板為0.5米和底板為0.4米到0.60米。另有10米高的混凝土塔20澆注在中心浮筒9上，用于通過錨桿23與風機的風機塔5連接，從而穩定地支撐風機。對于5MW的水平軸風機5 ( 安裝在中心浮筒9上)，其重量超過200噸以及轉子的直徑為120米，此時鋼塔的高度為90米。與鋼塔一起，風機的總重量將在700噸到1000噸之間。四個衛星浮力筒I的直徑為12米，高度為14米，分別設置在38米X 38米的矩形的節點處。衛星浮力筒I的壁厚在其底部為0.35米到0.4米。頂板厚度為0.35米到0.5米，以及底板為0.35米到0.6米。中心浮筒9與衛星浮力筒I之間的對角長度為26.5米。預應力(輕質)混凝土框架用于連接中心浮筒9與衛星浮力筒I。斜撐4、上連接梁3和下連接梁2為3.5米X3米的空心部件，使得維修人員可在上連接梁空心部件的空心區域內活動。另外，當平臺10在海上浮運需要提供額外浮力時，空心部件的空心區間可以容納空氣以提供額外的浮力。而平臺10固定安裝好后，為了抵抗風力產生的向上拔力，可在空心部件中填充比重較大的物質，例如水和/或沙和/或混凝土等以增加自重。從以上可以看出，依據本發明實施例的海上風電平臺10的設計是針對風力產生的彎矩對平臺10基座所產生的上升拔力。對用于安裝5MW水平軸風機的四邊形平臺10，如果在水深30米處使用，其尺寸為38米X38米。其中，為了防止在風力的作用下發生傾覆或松動，在固定好的平臺10的衛星浮力筒I中填充比重較大的物質，例如混凝土，來抵消風力作用下所產生的向上拔力。另外基座錐體14能傳遞水平荷載至混凝土基床17再以基床17與海床6之間的摩阻力傳至海床。如果在水深50米處使用，其尺寸增加到50米X 50米。在該示范實施例中，上述的四邊形平臺10還可支撐海洋建筑結構或水中建筑結構。其中，中心浮筒9的直徑為10米、高度為20米、壁厚為0.35米到0.4米、以及頂板為0.5米和底板為0.4米到0.60米。四個衛星浮力筒I的直徑為10米，高度為20米，分別設置在50米X 50米的矩形的節點處。浮力筒的壁厚在底部為0.35米到0.4米，頂板厚度為0.35米到0.5米，以及底板為0.35米到0.6米。在本發明的實施例中，平臺10上還可支撐橋梁，例如如圖5所示，衛星浮力筒I對稱布置，既可以軸對稱，也可以是鏡面對稱。例如，圖5中6個衛星浮力筒I鏡面對稱排布，當然，也可以3個或6個衛星浮力筒I軸對稱排布，使得受力均勻。多個衛星浮力筒I上共同支撐有樁承臺32，該樁承臺32上支撐有橋梁的橋墩，從而平臺10可以支撐橋梁，衛星浮力筒I直徑為5米、高度為30米、壁厚為0.4米，水深25米。在本發明的實施例中，平臺10上還可支撐海洋建筑物，例如如圖6所示，平臺10為網格結構，衛星浮力筒I分別設置在網格的格點上；平臺10上支撐有海洋建筑物。為了使平臺10更加穩固，可在連接衛星浮力筒I的連接結構之間進一步設置次梁35。支撐海洋建筑結構或水中建筑結構的預應力(輕質)混凝土浮力支撐固定平臺，基本模塊為四個浮力圓筒和連接四個浮力圓筒的格子梁框架結構，格子梁為30米X 30米，可增加浮力圓筒和連接浮力圓筒的格子梁，形成2個或多個30米X 30米浮力圓筒格子梁體系的海洋建筑結構或水中建筑結構的浮力支撐固定平臺。水深30米。浮力圓筒直徑為8米、高度為30米、空心圓筒壁厚為0.4米到0.5米、以及頂板為
0.5米和底板為0.4米到0.60米。浮力圓筒底部的錐體基礎直徑為10米、高度為4米，格子梁的空心頂梁和空心底梁均為3米寬X4米高及壁厚0.35米至0.5米。支承樓板的空心格子次梁為1.5米寬X 2米高及壁厚0.25米。海洋建筑結構或水中建筑結構共有八層，每層凈高3米。其它建筑結構桿件(支承樓板的空心格子次梁等)按相關規范設計。可選擇的連接浮力圓筒頂部和水上建筑結構的多密封空心箱體作為水下建筑結構，能提供額外的浮力。海洋建筑結構或水中建筑結構及浮力支撐結構和基礎的設計和施工及安裝中應用標準化模塊化建設，從而有效降低成本。在對依據本發明實施例的海上風電支撐平臺10進行施工安裝時，首先在船塢或港口例如以節段預制“濕法”制作上述依據本發明實施例的海上風電支撐平臺10。因此這種新穎的方法稱為預應力(輕質)混凝土浮力固定平臺節段施工“濕法”。隨后對制作完成的海上風電支撐平臺10進行浮力筒基礎工程施工安裝，下面將按步驟描述該浮力筒基礎工程施工安裝方法和預應力(輕質)混凝土浮力固定平臺節段施工“濕法”。S101、如圖5所示，在安裝點處與上述平臺10的衛星浮力筒I對應的位置處，采用挖泥船分別開挖海床軟土至海床的持力層6，用以形成尺寸大于衛星浮力筒I的錐形底部14的凹槽15。在開挖之前優選預先對海床進行探測，確定其軟土層7的厚度。或者可根據開挖出的物質判斷是否已經開挖到持力層6。為了防止軟土坍塌，還可在緊貼所述凹槽15的內壁上設置鋼板環18。環內可設置鋼筋。S102、從海上拖運海上風電支撐平臺10至安裝點處，調節平臺10以使所述衛星浮力筒I與所述凹槽15上下一一對應。
S103、如圖6所示，下沉平臺10到海床面上訪附近，并在凹槽15內、衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點與持力層6之間澆注形成預設厚度的混凝土層17。如果此時凹槽15內設有鋼板環18，則在鋼板環18內、衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點與持力層6之間澆注形成預設厚度的混凝土層17。S104、如圖7和8所示，在該混凝土層17完全凝固之前，繼續下沉平臺10，以使錐形底部14完全陷入混凝土層17，保持水平與位置到混凝土凝固再上升平臺10以脫離混凝土層17。當該混凝土層17完全凝固之后，混凝土層17中將形成與錐形底部14對應的錐形凹槽，而且該錐形凹槽能與錐形底部14較好地契合。S105、如圖9A和9B所示，在混凝土層17達到預設強度之后再次下沉所述平臺10，以在錐形底部14與錐形凹槽之間形成狹縫11。S106、如圖1OA和IOB所示，通過壓漿填滿上述狹縫11，形成填滿的狹縫12，并將平臺10略為下降至所述平臺10開始支撐在混凝土層17上，待壓槳達至預設強度后將所述平臺10完全支撐在混凝土層17上，從而將衛星浮力筒I固定在海床上，即將平臺10固定在海床上。至此，已經完成了平臺10的安裝。S107、在平臺10的中心支撐桿件上安裝水平軸風機，以及在至少一個衛星浮力筒I上安裝垂直軸風機。在本發明的另一實施例中，平臺10的施工安裝方法包括以下步驟:S201、浮運海上風電支撐平臺10至安裝點處；S202、下沉平臺10至海床上方，并啟動衛星浮力筒I中的水泵，以通過壓力管16位于衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點處的開口泵壓出水，從而在錐形底部14的下方沖刷海床軟土至海床的持力層6，用以形成尺寸大于錐形底部14的凹槽15 ;在該步驟中，可優選預先對海床進行探測 ，確定其軟土層7的厚度；或者可根據開挖出的物質判斷是否已經開挖到持力層6 ；S203、啟動外置的混凝土泵，以通過壓力管16位于衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點處的開口泵壓出混凝土，從而在衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點與持力層6之間澆注形成預設高度的混凝土層17 ；S204、在混凝土層17完全凝固之前繼續下沉平臺10，以使錐形底部14完全陷入混凝土層17，保持水平與位置到混凝土凝固再上升平臺10以在混凝土層17中形成錐形凹槽；S205、在混凝土層17達到預設硬度之后下沉平臺10，以在錐形底部14與錐形凹槽之間形成狹縫11;以及S206、啟動衛星浮力筒I中的水泥砂漿泵，以通過壓力管16位于衛星浮力筒I的錐形底部14的最底點處的開口泵壓出水泥砂漿來壓漿填滿狹縫11，形成填滿的狹縫12，并將平臺10略為下降至所述平臺10開始支撐在混凝土層17上，待壓槳達至預設強度后將所述平臺10完全支撐在混凝土層17上，從而將衛星浮力筒I以及平臺10固定在海床上；S207、在平臺10的中心支撐桿件上安裝水平軸風機，以及在至少一個衛星浮力筒I上安裝垂海上風機和/或橋梁和/或海上建筑物。在上述兩種施工安裝方法中，可在衛星浮力筒I固定在海床上之后，在衛星浮力筒I中填充水或沙或混凝土以壓重衛星浮力筒I。
在本發明的優選實施例中，施工安裝方法進一步包括采用節段預制施工法制作平臺10。構建的開始為澆注這些預應力(輕質)混凝土平臺10。可以常規方式在干塢上的陸上條件下實施澆注。不是在干塢完成，而是在船塢或港口側節段預制方法建造該平臺，因此這種新穎的方法稱為預應力(輕質)混凝土平臺節段施工“濕法”。具體而言，如圖13-17所示，施工安裝方法中可采用節段預制施工法制作預應力混凝土或預應力輕質混凝土或預應力纖維混凝土平臺10，包括:在預制場或工廠內使用節段預制方法匹配澆注組成衛星浮力筒I的衛星浮力筒節段53 ；連接各衛星浮力筒I的連接結構分成連接結構節段56 ；在預制場或工廠內使用節段預制方法匹配澆注連接結構節段，使用預應力逐個連接結構節段以拼裝連接結構節段，從而完成整個預制拼裝連接結構57 ；在港口側的海上插打引導樁51，每個衛星浮力筒I對應設置至少三根引導樁51，從而能夠在港口側的海上支撐定位鋼桁架52以進行衛星浮力筒I的安裝；將預制衛星浮力筒節段53運輸至港口側；使用預應力拼裝衛星浮力筒節段53，以完成整個衛星浮力筒I的預制拼裝(圖17中標號58代表拼裝完成后的衛星浮力筒)；通過浮吊(例如采用吊索55)將完成的整個預制拼裝衛星浮力筒吊至引導樁51的位置處，并下降定位鋼桁架52以固定在引導樁51上；調節衛星浮力筒I的水平和位置，并采用定位鋼桁架進行固定，使連接結構能在陸上條件安裝；將整個預制拼裝連接結構57運輸至港口側；采用浮吊，將整個預制拼裝連接結構57下降到與各衛星浮力筒I對應的接頭位置處，以及通過預應力和錨具連接和固定接頭；重復以上步驟到完成平臺的節段施工法；移除鎖定設備并移除定位鋼桁架52，平臺自由后即可拖至海上安裝海域進行平臺的基礎工程施工安裝。另外，在海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法中，可采用工廠預制工地整體拼接制作鋼平臺10，包括:支撐海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑結構的鋼平臺施工采用工廠預制，在港口附近工地拼接成整個鋼平臺，通過浮吊將完成的整個鋼平臺整體吊至水中，或利用滑道將平臺下滑至海上。將懸浮鋼平臺拖至海上安裝海域進行鋼平臺各浮力筒的基礎工程施工。風險評估依據事故的結果對風險進行分類。以海上風電場為例，第一級風險是浮力支撐固定平臺與船發生撞擊。第二級風險是在惡劣天氣下，風機葉片和塔被損壞。其它的風險是對航海、航運以及漁業的影響，后二者可采用常規方法進行處理。對于第一級風險，可在風機周圍設置足夠多的警告提醒，應當將風機刷成明亮的顏色來警示船只。類似的事故還可能由失去動力的 漂浮的船只所導致，因此需要將浮力支撐固定平臺設計成能抵御船只的撞擊，使其只能產生局部損害。社會效益和經濟效益
本浮力支撐固定平臺技術(水深約10米至50米)和我們的海上風電和海洋能預應力輕質混凝土浮式平臺技術(水深約20米至500米)能擴展應用在海上太陽能，海洋能，海洋生物能等海上綠色能源，海洋牧場，海洋生物，海水淡化等海洋資源，海洋農業,海洋城市，海洋旅游，海島房地產，該技術對開發海洋綠色能源和資源及海島經濟具有重大經濟效益和戰略意義。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于 本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述浮力支撐固定平臺(10)包括 至少三個垂直布置的且具有錐形底部(14)的衛星浮力筒(1)，通過混凝土固定支撐在海床上，其中所述衛星浮力筒(1)為空心柱體；以及 連接結構，用以相互連接所述衛星浮力筒(1);其中， 所述平臺(10)上支撐有海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。
2.根據權利要求1所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述浮力支撐固定平臺(10)的平面為三角形或四邊形或多邊形且包含三角形劃分單元，其中， 所述衛星浮力筒(1)分別設于所述平面為三角形或四邊形或多邊形的節點處，且至少一個所述衛星浮力筒(1)上支撐海上風機； 所述連接結構為鋼拉索(13)或空心桿件，用以相互連接所述衛星浮力筒(I)。
3.根據權利要求2所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于， 所述平臺(10)進一步包括中心支撐桿件(9)和框架結構，所述框架結構用以連接所述衛星浮力筒(1)與所述中心支撐桿件(9);所述中心支撐桿件(9)位于所述平臺(10)的平面重心處，且支撐海上風機。
4.根據權利要求2所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述中心支撐桿件為垂直布置的半潛式懸浮的中心浮筒(9)或通過水下混凝土固定支撐在海床上的中心浮力筒；其中，所述中心浮筒(9)或中心浮力筒均為空心柱體。
5.根據權利要求2所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述框架結構包括從下部連接所述衛星浮力筒(1)與所述中心支撐桿件的下連接梁(2)以及對角連接所述衛星浮力筒(1)與所述中心支撐桿件的斜撐(4)。
6.根據權利要求1所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述衛星浮力筒(1)對稱布置，且所述衛星浮力筒(I)上共同支撐有樁承臺(32)，所述樁承臺(32)上支撐橋梁的橋墩。
7.根據權利要求I所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述平臺(10)為網格結構，所述衛星浮力筒(I)分別設置在所述網格的格點上；所述平臺(10)上支撐海洋建筑物。
8.根據權利要求I所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述平臺(10)包括多個正方形子平臺，各正方形子平臺由連接結構連接，所述衛星浮力筒(I)分別設置在所述正方形子平臺的節點上；所述平臺(10)上支撐專供乘客上下、貨物裝卸的人工碼頭建筑物。
9.根據權利要求I所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述平臺(10)分為為一個或多個平臺，多個平臺時各平臺由框架結構連接，所述衛星浮力圓筒(I)分別設置在所述一個至多個平臺的節點上；所述平臺(10)上支撐人工建造的人工島及其島上建筑物。
10.根據權利要求I所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述衛星浮力筒(I)和/或連接結構和/或框架結構由鋼或預應力混凝土或預應力輕質混凝土或預應力纖維混凝土或預應力鋼管混凝土或鋼-混凝土組合材料制成。
11.根據權利要求I所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述衛星浮力筒(I)內設有泵壓系統，所述泵壓系統包括設置在所述衛星浮力筒(I)內部的水泵和多根壓力管(16)以及設置在外部的混凝土泵和水泥沙漿泵；其中，所述多根壓力管(16)各自的一端開口分別與所述水泵、混凝土泵和所述水泥沙漿泵連接，另一端開口穿過所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點與外界相通，用以將分別從所述水泵、混凝土泵或水泥沙漿泵輸出的水、混凝土或水泥沙漿擠壓至外界。
12.根據權利要求I所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，其特征在于，所述衛星浮力筒(I)內灌沙或灌水，用以增加所述平臺(10)的自重，從而抵抗風荷載引起的上拔力。
13.—種海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，其特征在于，所述施工安裝方法用于權利要求I至10中任一項所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，包括以下步驟 在安裝點與所述平臺(10)的衛星浮力筒(I)對應的位置處分別開挖海床軟土(7)至所述海床的持力層￠)，用以形成尺寸大于所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的凹槽(15)； 拖運所述平臺(10)至所述安裝點處，調節所述平臺(10)以使所述衛星浮力筒(I)與所述凹槽(15)--對應； 下沉所述平臺(10)，并在所述凹槽(15)內、所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點與所述持力層(6)之間澆注形成預設厚度的混凝土層(17)； 在所述混凝土層(17)完全凝固之前繼續下沉所述平臺(10)，以使所述錐形底部(14)完全嵌入所述混凝土層(17)，保持水平及至所述混凝土層(17)中形成與所述錐形底部(14)對應的錐形凹槽，最后上升所述平臺(10)； 在所述混凝土層(17)達到預設強度之后下沉所述平臺(10)，以在所述錐形底部(14)與所述錐形凹槽之間形成狹縫(11);以及 壓漿填滿所述狹縫(11)，并將平臺略為下降至所述平臺(10)開始支撐在混凝土層(17)上，待壓槳達至預設強度后將所述平臺(10)完全支撐在混凝土層(17)上，從而將所述衛星浮力筒(I)以及所述平臺(10)固定在所述海床上； 在所述平臺(10)上安裝海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。
14.一種海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，其特征在于，所述方法用于權利要求11所述的平臺(10)，包括以下步驟 拖運所述平臺(10)至安裝點處； 下沉所述平臺(10)至海床上方，并啟動衛星浮力筒(I)中的水泵，以通過壓力管(16)位于衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點處的開口泵壓出水，從而在所述錐形底部(14)的下方沖刷海床軟土(7)至所述海床的持力層￠)，用以形成尺寸大于所述錐形底部(14)的凹槽(15);啟動外置的混凝土泵，以通過壓力管(16)位于衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點處的開口泵壓出混凝土，從而在所述凹槽(15)內、所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點與所述持力層(6)之間澆注形成預設厚度的混凝土層(17)； 在所述混凝土層(17)完全凝固之前繼續下沉所述平臺(10)，以使所述錐形底部(14)完全嵌入所述混凝土層(17)，保持水平及至所述混凝土層(17)中形成與所述錐形底部(14)對應的錐形凹槽，最后上升所述平臺(10)； 在所述混凝土層(17)達到預設強度之后下沉所述平臺(10)，以在所述錐形底部(14)與所述錐形凹槽之間形成狹縫(11);以及(CW:strength)壓漿填滿所述狹縫(11)，并將平臺略為下降至所述平臺(10)開始支撐在混凝土層(17)上，待壓槳達至預設強度后將所述平臺(10)完全支撐在混凝土層(17)上，從而將所述衛星浮力筒(I)以及所述平臺(10)固定在所述海床上； 在所述平臺(10)上安裝海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。
15.一種海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，其特征在于，所述施工安裝方法用于權利要求11所述的支撐海上風機、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺，包括以下步驟:在安裝點與所述平臺(10)的衛星浮力筒(I)對應的位置處分別開挖海床軟土(7)至所述海床的持力層￠)，用以形成尺寸大于所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的凹槽(15)； 拖運所述平臺(10)至所述安裝點處，調節所述平臺(10)以使所述衛星浮力筒(I)與所述凹槽(15)--對應； 啟動外置的混凝土泵，以通過壓力管(16)位于衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點處的開口泵壓出混凝土，從而在所述凹槽(15)內、所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點與所述持力層(6)之間澆注形成預設厚度的混凝土層(17)； 在所述混凝土層(17)完全凝固之前繼續下沉所述平臺(10)，以使所述錐形底部(14)完全嵌入所述混凝土層(17)，保持水平及至所述混凝土層(17)中形成與所述錐形底部(14)對應的錐形凹槽，最后上升所述平臺(10)； 在所述混凝土層(17)達到預設強度之后下沉所述平臺(10)，以在所述錐形底部(14)與所述錐形凹槽之間形成狹縫(11);以及壓漿填滿所述狹縫(11)，并將平臺略為下降至所述平臺(10)開始支撐在混凝土層(17)上，待壓槳達至預設強度后將所述平臺(10)完全支撐在混凝土層(17)上，從而將所述衛星浮力筒(I)以及所述平臺(10)固定在所述海床上； 在所述平臺(10)上安裝海上風機和/或橋梁和/或海洋建筑物。
16.根據權利要求13-15任一項所述的海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，其特征在于， 在所述衛星浮力筒(I)固定在所述海床上之后，在所述衛星浮力筒(I)中填充水或沙以壓重所述衛星浮力筒(I)。
17.根據權利要求13-15任一項所述的海上浮力支撐平臺的施工安裝方法，其特征在于，所述施工安裝方法進一步包括在緊貼所述凹槽(15)的內壁上設置鋼板環(18)，并在所述鋼板環(18)內部設置鋼筋，從而在所述凹槽(15)內、所述衛星浮力筒(I)的錐形底部(14)的最底點與所述持力層(6)之間澆注形成預設厚度的混凝土層(17)，用以防止所述凹槽(15)側海床軟土(7)的坍塌。
18.根據權利要求13-15任一項所述的海上浮力支撐固定平臺的施工安裝方法，其特征在于，所述施工安裝方法進一步包括采用節段預制施工法制作所述預應力混凝土或預應力輕質混凝土或預應力纖維混凝土平臺(10)，包括: 在預制場或工廠內使用節段預制方法匹配澆注組成衛星浮力筒(I)的衛星浮力筒節段(53)； 連接各衛星浮力筒(I)的連接結構分成連接結構節段(56)； 在預制場或工廠內使用節段預制方法匹配澆注所述連接結構節段，使用預應力逐個連接結構節段以拼裝連接結構節段，從而完成整個預制拼裝連接結構(57)； 在港口側的海上插打引導樁(51)，每個所述衛星浮力筒(I)對應設置至少三根引導樁(51)，從而能夠在港口側的海上支撐定位鋼桁架(52)以進行衛星浮力筒(I)的安裝； 將所述預制衛星浮力筒節段(53)運輸至所述港口側； 使用預應力拼裝衛星浮力筒節段(53)，以完成整個衛星浮力筒(I)的預制拼裝； 通過浮吊將所述完成的整個預制拼裝衛星浮力筒吊至引導樁(51)的位置處，并下降所述定位鋼桁架(52)以固定在所述引導樁(51)上； 調節所述衛星浮力筒(I)的水平和位置，并采用所述定位鋼桁架進行固定，使連接結構能在陸上條件安裝； 將所述整個預 制拼裝連接結構(57)運輸至所述港口側； 采用浮吊，將所述整個預制拼裝連接結構(57)下降到與各衛星浮力筒(I)對應的接頭位置處，以及通過預應力和錨具連接和固定接頭； 重復以上步驟到完成平臺的節段施工法； 移除鎖定設備并移除所述定位鋼桁架(52)，平臺自由后即可拖至海上安裝海域進行平臺的基礎工程施工安裝。
全文摘要
本發明公開了一種海上風電、橋梁、海洋建筑物的浮力支撐固定平臺及其施工安裝方法。該浮力支撐固定平臺包括至少三個空心圓柱體浮力筒和一個可選擇空心浮筒，通過橫向框架結構連接各浮力筒和浮筒以形成平面為三角形或四邊形或多邊形的浮力支撐結構，以及由海床水底混凝土支承的浮力筒底部基礎。浮力筒的浮力抵消部分水工建筑物的重量提高了基礎承載能力，浮力筒嵌入到海床提高了平臺水平抗力和穩定性，并對很深的軟土可選擇軟土加固。嵌入到海床的浮力支撐固定平臺安裝方法是本發明獨有的發明和重點。本發明應用于水深約10米至30米至部分海域可達50米的海上風電等海洋綠色能源和橋梁及海洋建筑結構，潛在經濟效益巨大。
文檔編號E02B17/00GK103255752SQ20121003480
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者黃燦光, 陳立強 申請人:珠海強光海洋工程有限公司