PDF《直立式防波堤桶式结构浮运安装》

侧向作用于桶壁,对于整个 桶壁合力为 0;

向上作用于桶顶,将桶体顶起浮 于水面.桶体处于静稳态时,桶内气体对桶顶向 上作用力与桶壁浮力之和等于桶体的重量,即桶 壁和桶内气体排开水体的重量等于桶体的重量. 本工程中气浮体采用的是无底有顶的单桶多 格舱钢筋混凝土结构,当气浮桶式结构在波浪、 潮流等外力作用下发生倾斜时,结构重心高于浮 心,结构重量会产生倾覆力矩.而桶体格舱内封 闭气体,一侧会随桶体升高,气体体积膨胀,气 压下降,对顶板压力减小;

另一侧随桶体下沉, 气体受压缩,气压升高,对顶板压力增加,此时, 各个格舱提供的浮力会发生明显的变化,浮力形 心点运动,因而形成一定的稳定力矩,只要稳定 力矩大于倾覆力矩,气浮桶式结构将是稳定的, 见图 1. 新型桶式基础矩形断面结构 n 舱气浮稳定判 别通式[2] , 根据模型试验修正形成计算公式 (1) . n2 -

1 n2 籽-(YG - YC ) 逸0 (1) 式中:n 为结构单元的格舱数;

籽 为定倾半径;

YG 为结构重心位置;

YC 为结构浮心位置;

YG - YC 为 结构重心到浮心的距离. 根据公式 (1) 推导出本工程气浮桶体定倾高 度m为: m =

8 9 籽-琢(2) 式中:籽 为定倾半径;

琢 为重心到浮心距离;

m 为 定倾高度. 根据本工程气浮拖运的海况条件,考虑安全 因素,当m>

0.6 时,气浮浮游稳定;

同时还需 满足下桶体顶部的干舷高度逸80 cm[3] . 以下桶高 10.15 m,上筒高 9.95 m 的桶式结 构为例,计算其气浮拖运施工参数见表 1. 2.2 桶式结构负压下沉验算 桶式结构下沉则通过排气、排水、抽真空形 成负压,在自重及负压的作用下,克服土体阻力 下沉.第一阶段为排气自重下沉.打开桶体上方 的排气排水阀门,桶内气体排出,桶式结构在自 身重力的作用下入泥下沉,通过调节排气速度控 制下沉速率,下沉过程中发生倾斜时,通过调节 不同格舱排气量将桶体调节至水平状态,直至桶 体结构自重和土体阻力平衡,结构停止下沉为止. 第二阶段为抽水抽气负压下沉.当桶体内的气体 全部排出后,利用潜水排污泵从抽水孔中将桶内 水体抽出,结构继续下沉;

在无水可抽时,通过 抽气形成负压加力. 本工程土层分部相对较均匀,根据设计要求, 桶式结构穿过表层淤泥层后进入下层粉质黏土层 1耀2 m,下沉需要克服土体摩阻力及端阻力.表层 淤泥层流塑,压缩性极高,其下粉质黏土层主要 由黏土、粉质黏土组成,可塑. 为了确定土层的摩阻及端阻系数,通过现场

1 颐6 比尺的桶式结构模型下沉试验,结合原状土 室内试验结果,经分析论证各土层的摩阻及端阻 系数取值见表 2. 各土层厚度按桶式结构附近钻孔取值选取, 施工潮位取+3.0 m,潜水排污泵和真空泵分别能 达到的真空度为

30 %和90 %,按以上参数计算 典型桶式结构下沉力和阻力,结果见表 3. 图1桶式结构气浮示意图 Fig.

1 Pneumatically floated bucket-based structure 基础桶体 桶内水面 泥面 表1桶式结构气浮拖运施工参数计算结果 Table

1 Calculated results of parameters for floating transportation of bucket-based structure 下桶高/m 上筒高/m 总重/kN 浮游稳定 吃水/m 定倾高度/ m 桶内气压/ (105 Pa) 10.15 9.95

29754 8.65 1.55 1.52 注:海水密度取 1.025伊103 kg/m3 ,g 取9.8 N/kg. 曹义国,等:直立式防波堤桶式结构浮运安装