CN106926989B - 一种组合式简易海洋平台及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式简易海洋平台及其施工方法，包括方钢框架、钢板、钢桩与上部作业平台，上部作业平台由四根中空立柱与平台板焊接而成，四根立柱之间焊接有横向、斜向的撑杆形成空间网架体系，四根立柱的底部侧面通过钢管对称的焊接套管，施工时先打设四根钢桩，基于套筒把第一个方钢框架套在四根钢桩上，然后基于条形孔把钢板套住钢桩上，再把第二个方钢框架套在四根钢桩上，然后起吊上部作业平台基于四个套管套住四根钢桩并用螺栓固定，利用海水重量把地基压至稳定状态，由此构成简易海洋平台。所提海洋平台结构简单，构件重量小，基础底面积大，利用海水重量对地基进行预压固结，适应淤泥、潮间带的施工环境，具有经济性与实用性。

Description

一种组合式简易海洋平台及其施工方法

技术领域：

本发明涉及海洋平台结构，具体涉及一种组合式简易海洋平台及其施工方法。

背景技术：

我国海洋滩涂、潮间带土地资源丰富，具有面积大、分布集中、区位条件好、农牧渔业综合开发潜力大的特点。潮间带是水产养殖和发展农业生产的重要基地，是开发海洋、发展海洋产业的一笔宝贵财富。

通常，需要在滩涂、潮间带地区建造简易海洋平台供海洋作业使用。滩涂、潮间带地区土层松软，承载力较低，且潮间带受潮水涨落起伏的影响，一天中高水位持续时间较短，且水位高度有限，施工环境较差。

一般地，可采用桩基础或桶形基础作为潮间带简易海洋平台的基础型式。但如果桩基础的长度与重量较大，需要大型起重及打桩设备，但潮间带水位无法供大型施工船进入；如果采用桶形基础，由于潮间带高水位有限，在较小的水压差作用下桶形基础难以贯入海床至设计深度。可见，设计一种适应滩涂、潮间带施工环境的基础型式是淤泥地区简易海洋平台的关键技术之一。

虽然滩涂、潮间带地区多为淤泥、淤泥质土，承载力较低，但若基础的面积足够大，甚至用多块钢板拼装组成基础，并对基底淤泥进行一定的预压固结，也可使海洋平台满足变形与稳定要求。可见，有必要探讨适应淤泥地区的简易海洋平台结构型式及其施工方法，促进现有技术的革新与进步。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种组合式简易海洋平台及其施工方法，采用桩与钢板组合的基础形式，并利用海水重量进行预压沉降，施工简便。

本发明的技术方案如下：

组合式简易海洋平台，其特征在于，包括两个方钢框架、钢板、钢桩与上部作业平台及在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩，四根钢桩上依次套入第一个方钢框架、钢板、第二个方钢框架，四根钢桩上端伸出第二个方钢框架并安装有上部作业平台。

所述的组合式简易海洋平台，其特征在于，所述的方钢框架由相互垂直的多根方钢纵横交错焊接而成网格状，整体呈正方形形状，在其内部对称、均匀的焊接四个套筒，四个套筒连线也呈正方形形状，两个对角位置的套筒之间还用方钢进行斜向焊接连接。

所述的组合式简易海洋平台，其特征在于，所述的上部作业平台由四根立柱与平台板焊接构成，四根立柱分布于正方形四个拐点纵向竖立，四根立柱中相邻两根之间焊接有横向、斜向撑杆构成空间网架体系，四根立柱的底部焊接有口字型的扩展板，各立柱底部侧面通过钢管对称焊接有套管，套管侧壁与扩展板焊接固定。

所述的组合式简易海洋平台，其特征在于，所述的上部作业平台上四个套管中心距与方钢框架上四个套筒中心距相等，套管内径与套筒的内径相等，套管内径大于钢桩外径1~2cm。

所述的组合式简易海洋平台，其特征在于，所述的钢板有两块，两块相对设置铺设在第一个方钢框架与第二个方钢框架之间，钢板上条形孔宽度略大于钢桩外径，条形孔长度大于钢桩外径的三倍以上，每块钢板上两个条形孔中心距与方钢框架上相邻两个套筒中心距相等。

一种组合式简易海洋平台的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、打入四根钢桩：

根据设计参数，在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩，最终使四根钢桩的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求；

2）、平整海床：

对四根钢桩周边大于方钢框架外轮廓范围内的海床进行平整，使平整范围内的海床土体最大高差小于10cm；

3）、第一个方钢框架套住钢桩：

起吊第一个方钢框架，使方钢框架上的四个套筒套住相应的四根钢桩并下沉直至接触海床；

4）、钢板套住钢桩：

依次逐个起吊两块钢板，使钢板上的两个条形孔套住相邻的两根钢桩下沉并压在第一个方钢框架上；

5）、第二个方钢框架套住钢桩：

起吊第二个方钢框架，使方钢框架上的四个套筒套住相应的四根钢桩下沉并压在钢板上；

6）、连接上部作业平台：

起吊上部作业平台并下沉至桩基础位置处，使上部作业平台的四个套管套住四根钢桩下沉并压在第二个方钢框架上，并用螺栓固定钢桩上的螺栓孔，实现上部作业平台与钢桩之间的相互连接；

7）、水箱预压海洋平台：

在上部作业平台的平台板上均匀、对称的放置水箱，用水泵抽取海水逐步对称的填满各水箱，使海洋平台在水箱重力作用下沿着钢桩压缩海床至稳定状态；

8）、移除水箱，完成施工：

海洋平台底部的海床土体预压满足设计要求且海洋平台达到稳定状态后，逐步对称的移除水箱，并对简易海洋平台进行必要的检测与校验，最终完成简易海洋平台的施工。

本发明的有益效果是：

1、本发明各构件是相互独立的，这种化整为零的做法使得各单独构件的重量较小，降低了对海上作业的运输与起吊及其它施工设备的要求，适应淤泥、潮间带的施工环境；

2、本发明各构件之间的连接方式简单，无复杂的连接方法及施工要求，今后若需拆卸，按照安装方法相反的步骤即可完成移除作用，操作简单，施工方便；

3、本发明由方钢框架与钢板组合而成，其与海床土体接触面积非常大，可达到平台板面积的两倍以上，能适应淤泥质海床地质条件，且制作简单，施工方便，是一种简便、实用、经济的设计方案；

4、本发明施工过程中，在平台板上放置系列水箱并抽取海水填充，利用海水重量对海洋平台的地基土体进行预压固结，使地基土体的强度与工后沉降满足使用要求，利用海洋平台结构本身进行海床地基处理，具有经济性、实用性与合理性。

附图说明：

图1为本发明的方钢框架结构示意图。

图2为本发明的受力钢板结构示意图。

图3为本发明的上部作业平台俯视图。

图4为本发明的上部作业平台仰视图。

图5为本发明的四根钢桩施工完毕示意图。

图6为本发明的第一个方钢框架套入钢桩示意图。

图7为本发明的受力钢板套入钢桩示意图。

图8为本发明的第二个方钢框架套入钢桩示意图。

图9为本发明的上部作业平台套入钢桩示意图。

图10为本发明的水箱辅助海洋平台压入海床示意图。

图11为本发明的海洋平台施工完毕三维结构示意图。

图12为本发明的海洋平台施工完毕主视图。

附图标记说明：1、方钢框架；2、套筒；3、钢板；4、条形孔；5、立柱；6、平台板；7、套管；8、扩展板；9、钢桩；10、锥状桩尖；11、螺栓孔；12、螺栓；13、水箱； A、海平面；B、海床面；C、压缩沉降量。

具体实施方式：

参见附图：

一种组合式简易海洋平台，包括方钢框架1、钢板3、钢桩9与上部作业平台，上部作业平台由四根中空立柱5与平台板6焊接而成，四根立柱5之间焊接有横向、斜向的撑杆形成空间网架体系，四根立柱5的底部侧面通过钢管对称的焊接套管7，施工时先打设四根钢桩9，基于套筒2把第一个方钢框架1套在四根钢桩9上，然后基于条形孔4把钢板3套住四根钢桩9并压在第一个方钢框架1上，再基于套筒2把第二个方钢框架1套在四根钢桩9并压在钢板3上，然后起吊上部作业平台基于四个套管7套住四根钢桩9压在第二个方钢框架1上并用螺栓固定，利用海水重量把海床地基压至稳定状态，由此构成简易海洋平台。

方钢框架1由相互垂直的多根方钢焊接而成，整体呈正方形形状，在其内部对称、均匀的焊接四个套筒2，四个套筒2的连线也呈正方形形状，两个对角位置的套筒2之间还用方钢进行斜向焊接连接，如图1所示。

方钢框架1的上下表面均为平面，能与钢板3紧密接触。所提简易海洋平台中共使用两个方钢框架1，钢板3加在两个方钢框架1之间形成基础底板，海洋平台荷载通过钢板3传递给海床。方钢框架1对钢板3起到约束、控制的作用，上部荷载通过方钢框架1均匀的传递给钢板3，方钢框架1使钢板3各处受力基本均匀，起到荷载扩散的作用。

由于淤泥、淤泥质土的承载力较低，故可增大方钢框架1与钢板3尺寸，达到增加基底面积的目的。一般地，方钢框架1的面积可达到平台板6面积的两倍以上。方钢框架1与钢板3组合形成的基础形式与海床土体接触面积非常大，能适应淤泥质海床地质条件，且制作简单，施工方便，是一种简便、实用的设计方案。

上部作业平台由四根立柱5与平台板6焊接而成，四根立柱5组成正方形形状，四根立柱5之间焊接有横向、斜向的撑杆形成空间网架体系，四根立柱5的底部焊接有封闭的口字型扩展板8，各立柱5的底部侧面通过钢管对称的焊接套管7，如图3与图4所示。

上部作业平台上设置一圈扩展板8，是为了增加上部作业平台与方钢框架1的接触面积，使上部荷载能通过方钢框架1有效扩散至钢板3上，避免应力集中而产生过大变形。

上部作业平台上四个套管7的中心轴线之间的距离与方钢框架1上四个套筒2中心轴线之间的距离相等，套管7的中空内径与套筒2的中空内径相等。最终，四个套管7与四个套筒2均套在钢桩9上，故套管7与套筒2位置关系需一致。

套管7的内径大于钢桩9外径1~2cm，钢板3上条形孔4的宽度略大于钢桩9的外径、条形孔4的长度大于钢桩9外径的三倍以上，钢板3上两个条形孔4中心点之间的距离与方钢框架1上相邻两个套筒2中心轴线之间的距离相等。

一块钢板3上共设置两个条形孔4，两块钢板3拼装起来即可布满方钢框架1，如图7所示。条形孔4的长度大于钢桩9外径的三倍以上，是为了方便钢板3套在钢桩9上。

在四根钢桩9的垂直度满足要求情况下，方钢框架1与钢板3套在钢桩9后，其只能沿着钢桩9发生竖直向下的沉降，而不会发生水平方向位移。即钢桩9对方钢框架1与钢板3起到定位、约束与控制的作用，钢桩9本身并不承担海洋平台的竖向荷载。故钢桩9的截面尺寸不需要太大，只要其能打入密实土层中在外荷载作用下保持稳定性即可。

海洋平台受到的水平荷载由四根钢桩9、方钢框架1与钢板3组成的结构体系共同承担，故钢桩9需有足够的入土深度，在较大水平荷载作用下能维持其铅垂度与稳定性。

钢桩9、方钢框架1、上部作业平台均由钢材焊接而成，各构件、焊缝及整体结构的强度应满足复杂工况下组合荷载的作用需求而不发生屈服，各构件应满足应力集中需要而不发生超过规范允许的过大变形。

一种组合式简易海洋平台的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、打入四根钢桩：

根据设计参数，在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩9，最终使四根钢桩9的中心距、铅垂度、入土深度等参数满足设计要求，如图5所示。

四根钢桩9中心轴线之间的距离、四个套管7的中心轴线之间的距离与方钢框架1上四个套筒2中心轴线之间的距离均相等，即方钢框架1基于四个套筒2可套在四根钢桩9上滑入海床，上部作业平台可基于套管7套在四根钢桩9上滑入海床。

2）、平整海床：

对四根钢桩9周边大于方钢框架1外轮廓范围内的海床进行平整，使平整范围内的海床土体最大高差小于10cm。

后续方钢框架1、钢板3均套在四根钢桩9上接触海床，若海床表面不平整、高差过大，会导致钢板3的下沉产生倾斜与扭力。故对海床进行平整，有利于提高海洋平台的稳定性。

3）、第一个方钢框架套住钢桩：

起吊第一个方钢框架1，使方钢框架1上的四个套筒2套住相应的四根钢桩9并下沉直至接触海床，如图6所示。

由于套筒2具有一定长度，其沿着钢桩9下沉，在钢桩9的铅垂度满足要求情况下，其只能发生竖向沉降，而不产生水平位移。

第一个方钢框架1的作用是：约束与控制其上方钢板3向下发生均匀的沉降，维持钢板3受到荷载作用后仍呈水平状态。

4）、钢板套住钢桩：

依次逐个起吊两块钢板3，使钢板3上的两个条形孔4套住相邻的两根钢桩9下沉并压在第一个方钢框架1上，如图7所示。

两块钢板3合并起来的面积即为方钢框架1的外轮廓面积。钢板3作用是把海洋平台的上部荷载传至较大面积的海床土体上去。由于钢板3的面积可取较大值，使得钢板3底部海床土体的基底压力较小，适应淤泥、淤泥质土等海床土体强度较低、压缩性较大的特性。

5）、第二个方钢框架套住钢桩：

起吊第二个方钢框架1，使方钢框架1上的四个套筒2套住相应的四根钢桩9下沉并压在钢板3上，如图8所示。

第二个方钢框架1的作用是：把海洋平台受到的荷载有效、均匀的传递给钢板3，避免钢板3局部受力过大而发生不均匀变形。

6）、连接上部作业平台：

起吊上部作业平台并下沉至桩基础位置处，使上部作业平台的四个套管7套住四根钢桩9下沉并压在第二个方钢框架1上，并用螺栓固定钢桩9上的螺栓孔，实现上部作业平台与钢桩之间的相互连接，如图9所示。

上部作业平台的扩展板8与其正下方的方钢框架1是紧密接触的，由于方钢框架1具有足够的强度与刚度，其能把扩展板8传递过来的荷载有效、均匀的传递给下方的钢板3，实现应力的有效扩散。

在后续使用荷载作用下，上部作业平台压在方钢框架上，故钢桩9上的螺栓孔中螺栓仅起到栓固作用，防止特殊情况下上部作业平台与钢桩9之间的分离与脱落。上部作业平台受到的水平荷载，将通过套管7传递给钢桩9，故套管7应具有足够的强度与刚度，能承受复杂工况下组合荷载的作用而不发生屈曲与变形。

在四根钢桩9垂直度满足要求的情况下，方钢框架1、钢板3与上部作业平台沿着四根钢桩9竖向的压迫海床土体，使得方钢框架1、钢板3与上部作业平台只能发生竖向沉降而不发生水平位移，钢桩9起到引导、约束、控制方钢框架1、钢板3与上部作业平台作用。竖向荷载均由钢板3传递给海床，钢桩9本身并不承担竖向荷载。

7）、水箱预压海洋平台：

在上部作业平台的平台板6上均匀、对称的放置水箱13，用水泵抽取海水逐步对称的填满各水箱13，使海洋平台在水箱重力作用下沿着钢桩9压缩海床至稳定状态。

海水的密度一般为1.025g/cm³，即1m³的海水重1t左右。若数量较多的水箱累计充水后达到10m³，则可给海床土体施加10t的竖向荷载；若水箱累计充水15m³，则可给海床土体施加15t的竖向荷载；若水箱累计充水20m³，则可给海床土体施加20t的竖向荷载。水箱一般由塑料制成，其费用较低，可以反复利用。可见，因地制宜的抽取海水给海床土体进行预压固结，是一种廉价、高效的施工方法。特别地，加载过程中可使水箱总重量超过后续使用荷载，使后续海洋平台使用过程中不再产生竖向沉降，提高海洋平台的整体稳定性。

水箱充水应沿平台板6的中轴线处对称、均匀的开展，避免产生不均匀荷载。且水箱本身应具有足够的强度，多层水箱层叠时，最下方的水箱应能承受上部荷载而不发生破损。

应循序渐进、缓慢的增加水箱的总体重量，合理设计各级加载荷载与加载时间，使待海床土体在由小变大的缓慢加载过程中逐渐压缩固结。应时刻观察、校对上部作业平台下沉的姿态，确保上部作业平台下沉的垂直度。若上部作业平台发生一定的倾斜，可在其倾斜相反方向多施加一些水箱，通过不均匀加载形成的弯矩可对倾斜海洋平台进行纠偏，从而确保海洋平台的垂直度满足要求。

施工过程中，应避免最底层的水箱浸泡于海水中。若水箱浸泡于海水中，其受到向上浮力，抵消了水箱的重量，显然对预压固结不利。

最终的加载荷载即水箱总重量可超过该海洋平台的后续使用荷载，使海洋平台产生较大的压缩沉降量C，如图12所示，可使海洋平台使用过程中不再产生竖向沉降，提高海洋平台的整体稳定性。可见，因地制宜的抽取海水给海洋平台施加竖向荷载，是一种廉价、高效的施工方法。

8）、移除水箱，完成施工：

海洋平台底部的海床土体预压满足设计要求且海洋平台达到稳定状态后，逐步对称的移除水箱13，并对简易海洋平台进行必要的检测与校验，最终完成简易海洋平台的施工。

移除水箱过程中，应保持剩余水箱荷载的均匀性与对称性，不可产生不均匀荷载，不可使海洋平台产生倾斜与偏移。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种组合式简易海洋平台，其特征在于，包括两个方钢框架、钢板、钢桩与上部作业平台及在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩，四根钢桩上依次套入第一个方钢框架、钢板、第二个方钢框架，四根钢桩上端伸出第二个方钢框架并安装有上部作业平台；所述的方钢框架由相互垂 直的多根方钢纵横交错焊接而成网格状，整体呈正方形形状，在其内部对称、均匀的焊接四 个套筒，四个套筒连线也呈正方形形状，两个对角位置的套筒之间还用方钢进行斜向焊接连接；所述的上部作业平台由四 根立柱与平台板焊接构成，四根立柱分布于正方形四个拐点纵向竖立，四根立柱中相邻两 根之间焊接有横向、斜向撑杆构成空间网架体系，四根立柱的底部焊接有口字型的扩展板， 各立柱底部侧面通过钢管对称焊接有套管，套管侧壁与扩展板焊接固定。

2.根据权利要求1所述的组合式简易海洋平台，其特征在于，所述的上部作业平台上四个套管中心距与方钢框架上四个套筒中心距相等，套管内径与套筒的内径相等，套管内径大于钢桩外径1~2cm。

3.根据权利要求1所述的组合式简易海洋平台，其特征在于，所述的钢板有两块，两块相对设置铺设在第一个方钢框架与第二个方钢框架之间，钢板上条形孔宽度略大于钢桩外径，条形孔长轴大于钢桩外径的三倍，每块钢板上两个条形孔中心距与方钢框架上相邻两个套筒中心距相等。

4.一种组合式简易海洋平台的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、打入四根钢桩：

根据设计参数，在设计指定的海域竖直的打入四根钢桩，最终使四根钢桩的中心距、铅垂度、入土深度满足设计要求；

2）、平整海床：

对四根钢桩周边大于方钢框架外轮廓范围内的海床进行平整，使平整范围内的海床土体最大高差小于10cm；

3）、第一个方钢框架套住钢桩：

起吊第一个方钢框架，使方钢框架上的四个套筒套住相应的四根钢桩并下沉直至接触海床；

4）、钢板套住钢桩：

依次逐个起吊两块钢板，使钢板上的两个条形孔套住相邻的两根钢桩下沉并压在第一个方钢框架上；

5）、第二个方钢框架套住钢桩：

起吊第二个方钢框架，使方钢框架上的四个套筒套住相应的四根钢桩下沉并压在钢板上；

6）、连接上部作业平台：

起吊上部作业平台并下沉至桩基础位置处，使上部作业平台的四个套管套住四根钢桩下沉并压在第二个方钢框架上，并用螺栓固定钢桩上的螺栓孔，实现上部作业平台与钢桩之间的相互连接；

7）、水箱预压海洋平台：

在上部作业平台的平台板上均匀、对称的放置水箱，用水泵抽取海水逐步对称的填满各水箱，使海洋平台在水箱重力作用下沿着钢桩压缩海床至稳定状态；

8）、移除水箱，完成施工：

海洋平台底部的海床土体预压满足设计要求且海洋平台达到稳定状态后，逐步对称的移除水箱，并对简易海洋平台进行必要的检测与校验，最终完成简易海洋平台的施工。