一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置

摘要

本发明公开了一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置，工作原理为：由真空泵对负压调节罐和备用调节罐抽取气体，使罐内负压值达到0～-0.09MPa，然后关闭控制阀和真空泵；开启连通筒型基础模型各个分舱的多路控制阀，使各个分舱内部负压快速维持稳定；通过多次逐级施压后，达到需要的负压值。本发明提供了一种可以稳定试验模型的负压、结构简单、使用灵活、便于控制的试验装置，解决了现有技术的负压不易控制、无法实现逐级加载和难以保证各个分舱之间施加负压稳定性的缺点。

权利要求

1.一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置,包括筒型基础模型、负压调节罐、控制阀和连接管路，其特征在于，负压调节罐(2)的前端设置有真空泵(1)，真空泵(1)通过连接管路Ⅰ(8)与负压调节罐(2)相连接，连接管路Ⅰ(8)临近负压调节罐(2)的一端设置有负压调节罐控制阀(10)；负压调节罐(2)的顶部还设置有负压调节罐真空表(4)和负压调节罐补气控制阀(11)；负压调节罐(2)的顶部中央位置设置连接管路Ⅲ(31)，连接管路Ⅲ(31)上设置有模型控制阀(12)，连接管路Ⅲ(31)通过筒型基础模型(6)的分舱一连接管路(17)、分舱二连接管路(18)、分舱三连接管路(19)、分舱四连接管路(20)、分舱五连接管路(21)、分舱六连接管路(22)、和分舱七连接管路(23)、分别与分舱一(24)、分舱二(25)、分舱三(26)、分舱四(27)、分舱五(28)、分舱六(29)及分舱七(30)相连接；负压调节罐(2)通过连接管路Ⅱ(9)与备用调节罐(3)相连接，连接管路Ⅱ(9)上设置有备用调节罐控制阀(13)，备用调节罐(3)的顶部设置有备用调节罐真空表(5)和备用调节罐补气控制阀(14)；负压调节罐(2)和备用调节罐(3)的侧壁底部分别设置有负压调节罐排水控制阀(15)和备用调节罐排水控制阀(16)。

2.根据权利要求1的一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置,其特征在于，负压调节罐(2)与备用调节罐(3)的内部空间总体积大于筒型基础模型(6)体积的10倍。

3.根据权利要求1的一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置,其特征在于，连接管路Ⅱ(9)与连接管路Ⅲ(31)的管径为DN50，连接管路Ⅰ(8)与分舱一连接管路(17)、分舱二连接管路(18)、分舱三连接管路(19)、分舱四连接管路(20)、分舱五连接管路(21)、分舱六连接管路(22)、分舱七连接管路(23)的管径均为DN15。

4.根据权利要求1的一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置,其特征在于，所述负压调节罐控制阀(10)、负压调节罐补气控制阀(11)、模型控制阀(12)、备用调节罐控制阀(13)、备用调节罐补气控制阀(14)、负压调节罐排水控制阀(15)和备用调节罐排水控制阀(16)均为球阀。

5.根据权利要求1的一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置,其特征在于，所述真空泵(1)为水环式真空泵，额定功率大于1KW，极限真空可达到-0.09MPa。

说明书

一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海洋及港口工程的试验装置，尤其是涉及一种稳定复合式筒型基础分舱负压的新型试验装置。

背景技术

[0002] 筒型基础于1994年在挪威首先成功应用，是一种新型的的海洋平台基础形式，它的外形像一只倒扣在土中的筒，实质上是一种裙板基础。由于筒型基础具有施工简便、可重复利用以及造价低等优点，被誉为“导管架基础工程技术新时代的曙光”，近年来筒型基础也逐渐被应用于港口航道工程以及海上风电领域。复合式筒型基础是一种适用于海上风机结构的新型筒型基础结构，与传统筒型基础不同，其筒体内部设置分舱，解决了单筒气浮托航浮稳性问题和精细调平控制的问题。依靠负压实现沉放安装就位，是筒型基础区别于其他基础的突出特点，也是其实现工程应用的前提。国内外工程证明，部分筒型基础之所以失败，多数是因为沉放过程出现问题，因此非常有必要开展对筒型基础沉放过程方面的研究。在施工沉放过程中，筒型基础平台首先在自重等作用下沉入土中一段距离，筒内与海床土体之间形成密封，然后通过筒内抽气或抽水在筒内外之间形成压力差（即负压），继而形成作用在顶盖上的压力将模型压入土中。施加负压过大或不足都会影响筒型基础顺利安装就位，目前由于筒型基础在国内外的应用历史尚短，工程经验尚不够丰富，相关的规范、规程更为缺乏，因此非常有必要开展模型试验研究，以指导筒型基础的设计和施工作业。

[0003] 目前沉放试验施加负压时存在的两个主要问题是：（1）为了更好地研究负压与沉放速度、下沉深度、渗流量等之间的关系，需要在试验中控制负压大小，逐级施加负压并维持稳定，而由于试验模型尺寸相对较小，筒内气体（或水）体积非常有限，若在试验中直接使用真空泵（或渗流泵）抽吸筒内气体（或水），往往会造成施加负压过大，负压数值波动不稳定，并且施加负压不易控制，无法实现逐级施加；（2）对于多舱筒型基础，为保证其在沉放过程水平度满足要求，保持良好下沉姿态，应做到分舱均匀加载，即各分舱之间的负压值应保持一致，而现有试验技术难以实现在相互独立的各分舱之间施加相同且稳定的负压。这都大大降低了试验结果的可靠性和实用性。

发明内容

[0004] 本发明的目的，是针对现有技术在沉放试验时负压不易控制、无法实现逐级施压和难以保证各个分舱之间施加负压稳定性的问题，提供一种可为分舱筒型基础稳定下沉负压，并且结构简单、便于控制的试验装置及其试验方法。

[0005] 本发明通过如下技术方案予以实施。

[0006] 一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置,包括负压调节罐、控制阀和连接管路，其特征在于，负压调节罐2的前端设置有真空泵1，真空泵1通过连接管路Ⅰ8与负压调节罐2相连接，连接管路Ⅰ8临近负压调节罐2的一端设置有负压调节罐控制阀10；负压调节罐2的顶部还设置有负压调节罐真空表4和负压调节罐补气控制阀11；负压调节罐2的中央位置通过连接管路31与筒型基础模型6相连接，连接管路Ⅲ31上设置有模型控制阀（12），连接管路Ⅲ31通过复合式筒型基础6的分舱一连接管路17、分舱二连接管路18、分舱三连接管路19、分舱四连接管路20、分舱五连接管路21、分舱六连接管路22、和分舱七连接管路23、分别与分舱一24、分舱二25、分舱三26、分舱四27、分舱五28、分舱六29及分舱七30相连接；负压调节罐2通过连接管路Ⅱ9与备用调节罐3相连接，连接管路Ⅱ9上设置有备用调节罐控制阀13，备用调节罐3的顶部设置有备用调节罐真空表5和备用调节罐补气控制阀14；负压调节罐2和备用调节罐3的侧壁底部分别设置有负压调节罐排水控制阀15和备用调节罐排水控制阀16；

[0007] 负压调节罐2与备用调节罐3均为圆筒结构，直径为1.2m，高度为1.2m。

[0008] 连接管路Ⅱ9与连接管路Ⅲ31的管径为DN50，连接管路Ⅰ8与分舱一连接管路17、分舱二连接管路18、分舱三连接管路19、分舱四连接管路20、分舱五连接管路21、分舱六连接管路22、分舱七连接管路23的管径均为DN15。

[0009] 所述负压调节罐控制阀10、负压调节罐补气控制阀11、模型控制阀12、备用调节罐控制阀13、备用调节罐补气控制阀14、负压调节罐排水控制阀15和备用调节罐排水控制阀16均为球阀。

[0010] 所述真空泵1为水环式真空泵，额定功率大于1KW，极限真空可达到-0.09MPa。

[0011] 本发明的一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置，其主要特点是利用负压调节罐稳定负压，具有工作稳定、运用灵活、可扩展使用、适用范围广、制作成本低等优点。具体有益效果如下：

[0012] （1）试验装置可以为复合式筒型基础每个分舱提供相同的负压，负压调节罐起到调节和平衡负压的作用，解决了现有技术中各个分舱负压难以维持平衡的问题；

[0013] （2）由于所述负压调节罐的体积远大于筒型基础模型体积，负压调节罐经抽吸且罐内部负压达到设定值后，便可通过管路和控制阀为筒型基础模型快速提供稳定的负压，克服了传统技术手段中负压不稳定和易消散的不足，并可通过控制阀的开度调节负压，延长负压稳定作用的时间；

[0014] （3）在一次沉放试验过程中，当一级负压施加完毕后，关闭相应阀门，负压调节罐又可重新抽吸至所需真空度并提供给筒型基础模型，实现逐级施加负压的目的，解决了传统技术手段中负压不易定量控制的问题；

[0015] （4）根据试验模型大小和其他需要，负压调节罐的数量可通过设置在罐顶的管路和连接控制阀进行扩展，提高了试验装置的实用性和灵活性；

[0016] （5）本发明的试验装置适用性较强，由于不同试验或工况中水深可能不同，筒型基础模型内部既有可能是气、水混合物，也有可能全部是水，在上述两种情况下负压调节罐均可提供稳定负压，真空泵只需抽吸罐内气体，进入调节罐中的水在试验后通过排水控制阀将水排出即可。

[0017] （6）试验装置所需的负压调节罐、备用调节罐可通过废旧容器经简单密封处理后即可制得，连接管路和控制阀等材料均为常规五金材料，因此本发明的成本较低、经济可行。

附图说明

[0018] 图1是本发明一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置剖视图；

[0019] 图2是图1俯视图；

[0020] 图3是一种筒型基础及其分舱示意图。

[0021] 本发明附图标记如下：

[0022] 1———真空泵 2———负压调节罐

[0023] 3———备用调节罐 4———负压调节罐真空表

[0024] 5———备用调节罐真空表 6———筒型基础模型

[0025] 7———分舱板 8———连接管路Ⅰ

[0026] 9———连接管路Ⅱ 10———负压调节罐控制阀

[0027] 11———负压调节罐补气控制阀 12———模型控制阀

[0028] 13———备用调节罐控制阀 14———备用调节罐补气控制阀

[0029] 15———负压调节罐排水控制阀 16———备用调节罐排水控制阀

[0030] 17———分舱一连接管路 18———分舱二连接管路

[0031] 19———分舱三连接管路 20———分舱四连接管路

[0032] 21———分舱五连接管路 22———分舱六连接管路

[0033] 23———分舱七连接管路 24———分舱一

[0034] 25———分舱二 26———分舱三

[0035] 27———分舱四 28———分舱五

[0036] 29———分舱六 30———分舱七

[0037] 31———连接管路Ⅲ

具体实施方式

[0038] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0039] 本发明一种稳定筒型基础下沉负压的试验装置，参见图1～图3。负压调节罐2通过连接管路Ⅱ9和备用调节罐控制阀13与备用调节罐3连接，备用调节罐3扩大了试验装置的体积，提高了负压稳定调节的能力；备用调节罐3还可根据试验需要继续扩展。负压调节罐2与模型控制阀12，经分舱一连接管路17、分舱二连接管路18、分舱三连接管路19、分舱四连接管路20、分舱五连接管路21、分舱六连接管路22、和分舱七连接管路23、分别与筒型基础分舱一24、分舱二25、分舱三26、分舱四27、分舱五28、分舱六29及分舱七30相连接；每个支路上皆设置有二级控制阀（图中未画出）。负压调节罐2通过连接管路Ⅰ8和负压调节罐控制阀10与真空泵1相连接。负压调节罐2和备用调节罐3的顶部分别安装负压调节罐补气控制阀11、备用调节罐补气控制阀14，用于快速消散罐内残余负压；还分别安装有负压调节罐真空表4和备用调节罐真空表5，以显示罐内的负压值。负压调节罐2和备用调节罐3的侧壁底部还分别安装负压调节罐排水控制阀15、备用调节罐排水控制阀16，用于排除试验中吸入调节罐的水。

[0040] 本发明的负压调节罐1与备用调节罐2均为圆筒结构，直径1.2m，高度1.2m；连接管路Ⅱ9、连接管路Ⅲ31的管径均为DN50，连接管路Ⅰ8与分舱一连接管路（17）、分舱二连接管路18、分舱三连接管路19、分舱四连接管路20、分舱五连接管路21、分舱六连接管路22、分舱七连接管路23的管径均为DN15。全部控制阀均为常规球阀。

[0041] 本发明的使用方法如下。

[0042] 首先打开筒型基础模型每个分舱顶盖上设置的排气阀，使筒型基础模型在自重作用下沉入土中一段距离，待自重下沉稳定后，关闭每个分舱顶盖上设置的排气阀，模型内部与土体之间便形成密封环境，然后进行以下步骤：

[0043] （1）给予筒型基础模型各分舱施加相同的稳定负压。在确认所有控制阀处于关闭状态后，然后开启负压调节罐控制阀10和备用调节罐控制阀13，再开启真空泵1抽气，待罐内负压值达到要求时（0～-0.09MPa），关闭负压调节罐控制阀10和真空泵1；

[0044] （2）打开分舱一连接管路17、分舱二连接管路18、分舱三连接管路19、分舱四连接管路20、分舱五连接管路21、分舱六连接管路22、和分舱七连接管路23上的二级控制阀（图中未画出），然后缓慢开启模型控制阀12至设定开度，筒型基础模型（6）各分舱内部负压会快速维持稳定，待筒型基础模型（6）在此稳定负压作用下不再发生位移后，关闭模型控制阀12；

[0045] （3）当上述一级负压施加完毕，如果需要继续给予筒型基础模型施加另一级负压时，重复上述步骤（1）、（2），即可实现逐级施加稳定负压，即“逐级施压”，也就是对筒型基础模型进行多次施压后最终达到所需要的负压值。

[0046] （4）试验完毕后，打开负压调节罐补气控制阀11、备用调节罐补气控制阀14和负压调节罐排水控制阀15、备用调节罐排水控制阀16，待两个调节罐内负压消散、吸入水排出后，关闭负压调节罐补气控制阀11、备用调节罐补气控制阀14和负压调节罐排水控制阀15、备用调节罐排水控制阀16。

[0047] 若需要给予筒型基础模型（6）某一个分舱或某几个分舱施加负压时，只需在上述步骤（2）中，打开相应管路上的二级控制阀即可，其他操作相同。

[0048] 上述具体实施结果表明：本发明的试验装置可稳定试验模型负压，可快速实现逐级加载，并且设备结构简单、制作方便、使用灵活。