[实用新型]一种环形分区水力破土开槽装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及海上风电基础结构，特别是一种环形分区水力破土开槽装置。

背景技术

海上风电具有风场流态好、不占用土地、年利用小时高等优势，近年来的开发形势十分良好。然而，海上环境复杂，对基础结构的要求一般较高。目前，应用最为广泛的基础结构当属桩结构或桩结构的衍伸结构。不过，桩基础的造价较高，经济性并不良好。同时，由于风机的横向荷载较大，容易使得桩基础发生较大的横向变形。随着工程界与学术界对海上结构物的不断探索与研究，人们发现宽浅式筒形基础可有效抵抗海上风机在工作过程中的较大横向荷载。由此，针对海上风机筒形基础的研究逐步开展并逐渐深入，而筒形基础结构也逐步在我国东部沿海地区的海上风电场建设当中得以应用。

现阶段，筒形基础多采用薄壁钢筒结构，该结构简单轻便，易于制造，也易于负压下沉。不过，对于某些地质条件，筒形基础的下沉作业需要施加很大的负压，而过大的负压会导致筒壁的屈曲变形，最终影响结构的安全稳定。为此，一些学者建议使用钢混结构的筒形基础。但钢混筒形基础为厚壁结构，下沉过程的端阻力很大，不能保证快速有效的下沉作业。为此，学者们又进一步提出了在钢混筒形基础底部设置破土装置，如开槽破土或高压喷射破土。然而，目前的破土装置都是整体结构，整体破土。一旦筒形基础的不同部位的地质结构存在差异，很容易造成筒形基础下沉过程中的水平度失衡。另外，目前并未有一种破土装置具有冲沙或排沙系统，当土体扰动后，扰动的土体依然存在筒形基础下部，使得基础的沉放效率不高，并存在扩大土体扰动区域的风险。为此，本申请提出一种采用水力作用进行破土的环形分区的开槽破土装置，其有效限制了扰动土体的区域范围，实现了分区控制，保证了水平度的控制，并加设了冲沙排沙装置，从而有效保证了筒形基础快速有效安全的沉放作业。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述存在问题，提出一种环形分区水力破土开槽装置，该装置有效限制了扰动土体的区域范围，实现了分区控制，保证了水平度的控制，并加设了冲沙排沙装置，从而有效保证了筒形基础快速有效安全的沉放作业，有效提高了破土效果。

本实用新型的技术方案：

一种环形分区水力破土开槽装置，由分区破土槽、分区隔板、高压喷流管、高压喷流管堵头、高压喷头、防淤堵块、冲沙管、排沙管构成，筒形基础边壁底部通过6-10块分区隔板分隔成6-10个分区破土槽；分区破土槽为两圈钢板结构，钢板厚度5-10mm，高度为0.5-1.2m，在每个分区破土槽内的混凝土边壁内部埋设两根高压喷流管、两根冲沙管与一根排砂管，由中间向两侧依次布置排沙管、高压喷流管与冲沙管；高压喷流管直径12-15cm，高压喷流管顶部延伸出筒形基础边壁并与高压喷流装置连接，底部延伸至边壁下缘，然后发生90°折角，使得管道方向垂直于边壁并平行于底面；在高压喷流管横向端头设置高压喷流管堵头，阻断管内水体继续前行；在平行于底面的高压喷流管管段的底部设置5-10个、直径0.8-1.5cm的高压喷头，喷头周边设置防淤堵块；冲沙管直径12-15cm，冲沙管顶部延伸出筒形基础边壁并与冲沙装置连接，底部延伸至边壁下缘，并与分区破土槽联通；排沙管直径15cm，排沙管顶部延伸出筒形基础边壁并与排沙装置连接，底部延伸至边壁下缘，并与分区破土槽联通；开槽装置设置于分区破土槽对应的筒形基础的壁内，筒形基础边壁顶部连接过渡段。

该装置的破土原理是：1)当筒形基础9下沉时，每个分区破土槽1内的土体与外界相互独立；2)高压水体通过高压喷流管3流至筒形基础9边壁底部，并通过高压喷头5喷射而出，随即高压射流扰动土体，使得土体产生较大流动性；3)冲沙管7内水体冲至分区破土槽1内，进一步增强扰动土体的流动性，并携带土体冲至排沙管8内，随即土体通过排沙管8与相应排沙装置排至筒外，完成破土工作。

该开槽装置适用于厚壁钢筋混凝土筒形基础下沉施工。

本实用新型的有益效果是：

该开槽装置通过设置环形分区可有效缩小土体的扰动区域，实现各个区间破土工作的独立进行，从而有效提升筒形基础下沉过程中的水平度控制能力；分区内的高速喷流射流系统可快速扰动分区内部土体，保证土体的流动性，克服水下压力；分区内的冲沙、排沙装置可快速将扰动后的土体快速排出，提高筒形基础的下沉效率；喷头周围的防淤堵块可有效避免喷头在工作过程中发生淤堵；喷流、射流、冲沙、排沙等装置之间可交互应用也可联合应用，从而达到控制下沉过程中的水头与流量的综合控制，进而保证了下沉过程中筒形基础的安全稳定。

附图说明