一種環形分區水力破土開槽裝置的制作方法

本發明涉及海上風電基礎結構，特別是一種環形分區水力破土開槽裝置。

背景技術：

海上風電具有風場流態好、不占用土地、年利用小時高等優勢，近年來的開發形勢十分良好。然而，海上環境復雜，對基礎結構的要求一般較高。目前，應用最為廣泛的基礎結構當屬樁結構或樁結構的衍伸結構。不過，樁基礎的造價較高，經濟性并不良好。同時，由于風機的橫向荷載較大，容易使得樁基礎發生較大的橫向變形。隨著工程界與學術界對海上結構物的不斷探索與研究，人們發現寬淺式筒形基礎可有效抵抗海上風機在工作過程中的較大橫向荷載。由此，針對海上風機筒形基礎的研究逐步開展并逐漸深入，而筒形基礎結構也逐步在我國東部沿海地區的海上風電場建設當中得以應用。

現階段，筒形基礎多采用薄壁鋼筒結構，該結構簡單輕便，易于制造，也易于負壓下沉。不過，對于某些地質條件，筒形基礎的下沉作業需要施加很大的負壓，而過大的負壓會導致筒壁的屈曲變形，最終影響結構的安全穩定。為此，一些學者建議使用鋼混結構的筒形基礎。但鋼混筒形基礎為厚壁結構，下沉過程的端阻力很大，不能保證快速有效的下沉作業。為此，學者們又進一步提出了在鋼混筒形基礎底部設置破土裝置，如開槽破土或高壓噴射破土。然而，目前的破土裝置都是整體結構，整體破土。一旦筒形基礎的不同部位的地質結構存在差異，很容易造成筒形基礎下沉過程中的水平度失衡。另外，目前并未有一種破土裝置具有沖沙或排沙系統，當土體擾動后，擾動的土體依然存在筒形基礎下部，使得基礎的沉放效率不高，并存在擴大土體擾動區域的風險。為此，本申請提出一種采用水力作用進行破土的環形分區的開槽破土裝置，其有效限制了擾動土體的區域范圍，實現了分區控制，保證了水平度的控制，并加設了沖沙排沙裝置，從而有效保證了筒形基礎快速有效安全的沉放作業。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述存在問題，提出一種環形分區水力破土開槽裝置，該裝置有效限制了擾動土體的區域范圍，實現了分區控制，保證了水平度的控制，并加設了沖沙排沙裝置，從而有效保證了筒形基礎快速有效安全的沉放作業，有效提高了破土效果。

本發明的技術方案：

一種環形分區水力破土開槽裝置，由分區破土槽、分區隔板、高壓噴流管、高壓噴流管堵頭、高壓噴頭、防淤堵塊、沖沙管、排沙管構成，筒形基礎邊壁底部通過6-10塊分區隔板分隔成6-10個分區破土槽；分區破土槽為兩圈鋼板結構，鋼板厚度5-10mm，高度為0.5-1.2m，在每個分區破土槽內的混凝土邊壁內部埋設兩根高壓噴流管、兩根沖沙管與一根排砂管，由中間向兩側依次布置排沙管、高壓噴流管與沖沙管；高壓噴流管直徑12-15cm，高壓噴流管頂部延伸出筒形基礎邊壁并與高壓噴流裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，然后發生90°折角，使得管道方向垂直于邊壁并平行于底面；在高壓噴流管橫向端頭設置高壓噴流管堵頭，阻斷管內水體繼續前行；在平行于底面的高壓噴流管管段的底部設置5-10個、直徑0.8-1.5cm的高壓噴頭，噴頭周邊設置防淤堵塊；沖沙管直徑12-15cm，沖沙管頂部延伸出筒形基礎邊壁并與沖沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區破土槽聯通；排沙管直徑15cm，排沙管頂部延伸出筒形基礎邊壁并與排沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區破土槽聯通；開槽裝置設置于分區破土槽對應的筒形基礎的壁內，筒形基礎邊壁頂部連接過渡段。

該裝置的破土原理是：1)當筒形基礎9下沉時，每個分區破土槽1內的土體與外界相互獨立；2)高壓水體通過高壓噴流管3流至筒形基礎9邊壁底部，并通過高壓噴頭5噴射而出，隨即高壓射流擾動土體，使得土體產生較大流動性；3)沖沙管7內水體沖至分區破土槽1內，進一步增強擾動土體的流動性，并攜帶土體沖至排沙管8內，隨即土體通過排沙管8與相應排沙裝置排至筒外，完成破土工作。

該開槽裝置適用于厚壁鋼筋混凝土筒形基礎下沉施工。

本發明的有益效果是：

該開槽裝置通過設置環形分區可有效縮小土體的擾動區域，實現各個區間破土工作的獨立進行，從而有效提升筒形基礎下沉過程中的水平度控制能力；分區內的高速噴流射流系統可快速擾動分區內部土體，保證土體的流動性，克服水下壓力；分區內的沖沙、排沙裝置可快速將擾動后的土體快速排出，提高筒形基礎的下沉效率；噴頭周圍的防淤堵塊可有效避免噴頭在工作過程中發生淤堵；噴流、射流、沖沙、排沙等裝置之間可交互應用也可聯合應用，從而達到控制下沉過程中的水頭與流量的綜合控制，進而保證了下沉過程中筒形基礎的安全穩定。

附圖說明

圖1為該環形分區水力破土開槽裝置縱剖面結構示意圖。

圖2為加裝該開槽裝置的筒形基礎結構縱剖面結構示意圖。

圖3為加裝該開槽裝置的筒形基礎結構橫剖面結構示意圖。

圖中1、分區破土槽；2、分區隔板；3、高壓噴流管；4、高壓噴流管堵頭；5、高壓噴頭；6、防淤堵塊；7、沖沙管；8、排沙管；9、筒形基礎；10、過渡段。

具體實施方式

實施例：

一種環形分區水力破土開槽裝置，由分區破土槽1、分區隔板2、高壓噴流管3、高壓噴流管堵頭4、高壓噴頭5、防淤堵塊6、沖沙管7、排沙管8構成，筒形基礎9邊壁底部通過8塊分區隔板2分隔成8個分區破土槽1；分區破土槽1為兩圈鋼板結構，鋼板厚度8mm，高度為0.5m，在每個分區破土槽1內的混凝土邊壁內部埋設兩根高壓噴流管3、兩根沖沙管7與一根排砂管8，由中間向兩側依次布置排沙管8、高壓噴流管3與沖沙管7；高壓噴流管3直徑12cm，高壓噴流管3頂部延伸出筒形基礎9邊壁并與高壓噴流裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，然后發生90°折角，使得管道方向垂直于邊壁并平行于底面；在高壓噴流管3橫向端頭設置高壓噴流管堵頭4，阻斷管內水體繼續前行；在平行于底面的高壓噴流管3管段的底部設置6個、直徑0.8cm的高壓噴頭5，噴頭周邊設置防淤堵塊6；沖沙管7直徑12cm，沖沙管7頂部延伸出筒形基礎9邊壁并與沖沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區破土槽1聯通；排沙管8直徑15cm，排沙管8頂部延伸出筒形基礎9邊壁并與排沙裝置連接，底部延伸至邊壁下緣，并與分區破土槽1聯通；開槽裝置設置于分區破土槽1對應的筒形基礎9的壁內，筒形基礎9邊壁頂部連接過渡段10。該實施例中：筒形基礎1外徑20m，頂蓋厚0.7m，壁厚1m，壁高6m；過渡段10頂部外徑6m，壁厚0.6m，高度10m。