本發(fā)明涉及海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，特別是一種環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置。

背景技術(shù)：

近年來，海上風(fēng)電開發(fā)形勢良好，我國沿岸相繼建成了多個海上風(fēng)電場。海上風(fēng)電具有風(fēng)場湍流度低、不占用耕地、年利用小時高等優(yōu)勢，這些特點使得海上風(fēng)電顯著優(yōu)于陸上風(fēng)電。不過，海上風(fēng)電的開發(fā)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。海上環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)、浪、流及腐蝕等耦合作用顯著。因此海上風(fēng)電的開發(fā)對其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在施工與運行過程中的要求都較高。目前，我國海上風(fēng)電運用較多的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為樁基礎(chǔ)或復(fù)合樁基礎(chǔ)，其設(shè)計簡單，技術(shù)成熟且易于施工。不過，樁基礎(chǔ)成本較高，在橫向荷載下(風(fēng)、浪、流等)的水平向變形較大，某些環(huán)境下，樁基礎(chǔ)并非最優(yōu)的基礎(chǔ)形式。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)界與工業(yè)界發(fā)現(xiàn)寬淺式筒形基礎(chǔ)可有效抵抗海上風(fēng)機(jī)在工作過程中的較大橫向荷載，且其結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，施工便捷。由此，針對海上風(fēng)機(jī)筒形基礎(chǔ)的研究逐步開展并逐漸深入，而筒形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也逐步在我國東部沿海地區(qū)的海上風(fēng)電場建設(shè)當(dāng)中得以應(yīng)用。

現(xiàn)階段，筒形基礎(chǔ)多采用薄壁鋼筒結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單輕便，易于制造，也易于負(fù)壓下沉。不過，對于某些地質(zhì)條件，筒形基礎(chǔ)的下沉作業(yè)需要施加很大的負(fù)壓，而過大的負(fù)壓會導(dǎo)致筒壁的屈曲變形，最終影響結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。為此，一些學(xué)者建議使用鋼混結(jié)構(gòu)的筒形基礎(chǔ)。但鋼混筒形基礎(chǔ)為厚壁結(jié)構(gòu)，下沉過程的端阻力很大，不能保證快速有效的下沉作業(yè)。為此，學(xué)者們又進(jìn)一步提出了在鋼混筒形基礎(chǔ)底部設(shè)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(jié)構(gòu)，整體破土。一旦筒形基礎(chǔ)的不同部位的地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，很容易造成筒形基礎(chǔ)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功能，當(dāng)土體擾動后，擾動的土體依然存在筒形基礎(chǔ)下部，使得基礎(chǔ)的沉放效率不高，并存在擴(kuò)大土體擾動區(qū)域的風(fēng)險。為此，本申請?zhí)岢鲆环N采用水力與機(jī)械聯(lián)合作用進(jìn)行破土的環(huán)形分區(qū)的開槽破土裝置，其有效限制了擾動土體的區(qū)域范圍，實現(xiàn)了分區(qū)控制，保證了水平度的控制，并加設(shè)了沖沙排沙裝置，從而有效保證了筒形基礎(chǔ)快速有效安全的沉放作業(yè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提出一種環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置，該裝置有效限制了擾動土體的區(qū)域范圍，實現(xiàn)了分區(qū)控制，保證了水平度的控制，并加設(shè)了沖沙排沙裝置，從而有效保證了筒形基礎(chǔ)快速有效安全的沉放作業(yè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置，由分區(qū)破土槽、分區(qū)隔板、拉索導(dǎo)向槽、定滑輪、旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)、拉索、導(dǎo)向塊、破土刷、防堵塊、沖沙管及排沙管構(gòu)成，筒形基礎(chǔ)邊壁底部通過6-10個分區(qū)隔板分隔為6-10個分區(qū)破土槽；分區(qū)破土槽為兩圈鋼板結(jié)構(gòu)，鋼板厚度5-10mm，高度為0.5-1.2m，在每個分區(qū)破土槽內(nèi)的混凝土邊壁內(nèi)部設(shè)置條拉索導(dǎo)向槽，拉索導(dǎo)向槽頂部貫穿至筒形基礎(chǔ)頂部，底部通向分區(qū)破土槽；每個拉索導(dǎo)向槽底端設(shè)置定滑輪，而頂端設(shè)置旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)；拉索導(dǎo)向槽內(nèi)部設(shè)置拉索，拉索從一端的旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)連出，通過拉索導(dǎo)向槽連接該側(cè)的定滑輪，然后再連接另一端的定滑輪，再通過這一測的拉索導(dǎo)向槽連接該側(cè)的旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)；拉索導(dǎo)向槽上部分別設(shè)置導(dǎo)向塊，使得拉索的底部可沿土體平面做往復(fù)運動；拉索底部設(shè)置七個破土刷，材料為柔性鋼絲材料，長度20-30cm；破土刷兩側(cè)分別設(shè)置防堵塊，以保證破土刷的持續(xù)破土功能；在每個分區(qū)破土槽內(nèi)的混凝土邊壁內(nèi)部分別設(shè)置一根沖沙管與一根排沙管，分設(shè)在拉索導(dǎo)向槽外側(cè)，沖沙管直徑12-15cm，排沙管直徑12-15cm；沖沙管與排沙管的頂部均延伸出筒形基礎(chǔ)邊壁并與沖沙裝置連接，底部分別延伸至邊壁下緣，并與分區(qū)破土槽聯(lián)通；開槽裝置設(shè)置于分區(qū)破土槽對應(yīng)的筒形基礎(chǔ)的壁內(nèi)，筒形基礎(chǔ)邊壁頂部連接過渡段。

該裝置的破土原理如下：1)當(dāng)筒形基礎(chǔ)12下沉?xí)r，每個分區(qū)破土槽1內(nèi)的土體與外界相互獨立；2)開啟旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)5后，拉索6帶動破土刷8開始做橫向往復(fù)運動，使得土體擾動產(chǎn)生流動性；3)沖沙管11內(nèi)水體沖至分區(qū)破土槽1內(nèi)，進(jìn)一步增強(qiáng)擾動土體的流動性，并攜帶土體沖至排沙管12內(nèi)，隨即土體通過排沙管12與相應(yīng)排沙裝置排至筒外，完成破土工作。

該裝置適用于厚壁鋼筋混凝土筒形基礎(chǔ)的下沉施工。

本發(fā)明的有益效果是：

該開槽裝置通過設(shè)置環(huán)形分區(qū)可有效縮小土體的擾動區(qū)域，實現(xiàn)各個區(qū)間破土工作的獨立進(jìn)行，從而有效提升筒形基礎(chǔ)下沉過程中的水平度控制能力；分區(qū)內(nèi)往復(fù)運動的拉索與破土刷可快速均勻的擾動分區(qū)內(nèi)部土體，保證土體的流動性；分區(qū)內(nèi)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(chǔ)的下沉效率；破土刷周邊的防淤堵塊可有效避免破土刷在工作過程中發(fā)生淤堵；拉索導(dǎo)向槽內(nèi)的導(dǎo)向塊可有效保證破土工作時拉索的行進(jìn)軌跡，從而保證破土的工作效率；機(jī)械破土裝置、沖沙、排沙等裝置之間可交互應(yīng)用也可聯(lián)合應(yīng)用，從而達(dá)到控制下沉過程中的水頭與流量的綜合控制，進(jìn)而保證了下沉過程中筒形基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為加裝該環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置的筒形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為加裝該環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置的筒形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1、分區(qū)破土槽；2、分區(qū)隔板；3、拉索導(dǎo)向槽；4、定滑輪；5、旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)；6、拉索；7、導(dǎo)向塊；8、破土刷；9、防堵塊；10、沖沙管；11、排沙管；12、筒形基礎(chǔ)；13、過渡段。

具體實施方式

實施例：

一種環(huán)形分區(qū)機(jī)械-水力聯(lián)合破土開槽裝置，由分區(qū)破土槽1、分區(qū)隔板2、拉索導(dǎo)向槽3、定滑輪4、旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)5、拉索6、導(dǎo)向塊7、破土刷8、防堵塊9、沖沙管10及排沙管11構(gòu)成，筒形基礎(chǔ)12邊壁底部通過6個分區(qū)隔板2分隔為8個分區(qū)破土槽1；分區(qū)破土槽1為兩圈鋼板結(jié)構(gòu)，鋼板厚度8mm，高度為0.5m，在每個分區(qū)破土槽1內(nèi)的混凝土邊壁內(nèi)部設(shè)置2條拉索導(dǎo)向槽3，拉索導(dǎo)向槽3頂部貫穿至筒形基礎(chǔ)12頂部，底部通向分區(qū)破土槽1；每個拉索導(dǎo)向槽3底端設(shè)置定滑輪4，而頂端設(shè)置旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)5；拉索導(dǎo)向槽3內(nèi)部設(shè)置拉索6，拉索6從一端的旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)5連出，通過拉索導(dǎo)向槽3連接該側(cè)的定滑輪4，然后再連接另一端的定滑輪4，再通過這一測的拉索導(dǎo)向槽3連接該側(cè)的旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)5；拉索導(dǎo)向槽3上部分別設(shè)置導(dǎo)向塊7，使得拉索6的底部可沿土體平面做往復(fù)運動；拉索底部設(shè)置七個破土刷8，材料為柔性鋼絲材料，長度30cm；破土刷8兩側(cè)分別設(shè)置防堵塊9，以保證破土刷的持續(xù)破土功能；在每個分區(qū)破土槽1內(nèi)的混凝土邊壁內(nèi)部分別設(shè)置一根沖沙管10與一根排沙管11，分設(shè)在拉索導(dǎo)向槽3外側(cè)，沖沙管10直徑12cm，排沙管11直徑15cm；沖沙管10與排沙管11的頂部均延伸出筒形基礎(chǔ)12邊壁并與沖沙裝置連接，底部分別延伸至邊壁下緣，并與分區(qū)破土槽1聯(lián)通；開槽裝置設(shè)置于分區(qū)破土槽1對應(yīng)的筒形基礎(chǔ)12的壁內(nèi)，筒形基礎(chǔ)12邊壁頂部連接過渡段13。該實施例中：筒形基礎(chǔ)1外徑20m，頂蓋厚0.7m，壁厚1m，壁高6m；過渡段13頂部外徑6m，壁厚0.6m，高度10m。