底板带有栅缝的复合型防沉板基础及其制造方法.pdf

发明公开了一种底板带有栅缝的复合型防沉板基础及其制造方法。该防沉板基础由底板和连接梁构成，基础底板表面呈栅缝状，相邻两钢板之间的缝隙宽度为钢板宽度的0.1~0.3倍，各条缝隙的宽度相等或不等，底板两侧或设置朝上或朝下的裙板。其制备方法过程包括：基础底板制造和在基础底板上焊接裙板及连接梁，其中基础底板采用钢板排列布置而成，相邻钢板间留有间隙构成基础底板的栅缝，然后在底板上焊接裙板及连接梁。本发明的优点在于制造方法简单、制造周期短、焊接工作量小、制造成本低，所制得的防沉板基础在保证结构刚度的基础上与常规防沉板基础相比提高了10%~50%的承载能力。

1.  一种底板带有栅缝的复合型防沉板基础，该防沉板基础为矩形板体结构，它包括底板和底板之上的连接梁构成，所述的底板需根据设计要求选择某一种型号的钢板，按整块钢板的宽度方向将钢板并列排成至少两排，用以构成防沉板基础底板的宽度，其中，每一排钢板构成防沉板基础底板的底板条，各底板条的长度相等且构成底板的长度，所述的连接梁也是根据设计要求选用某一型号的槽钢或H型钢，按型钢的长度尺寸方向与底板条的宽度尺寸方向保持一致，在底板条上部等间距或者不等间距地布置2~6根，其特征在于，基础底板表面呈栅缝状，相邻两底板条之间的缝隙宽度为底板条宽度尺寸的0.1~0.3倍，各条栅缝的宽度尺寸相等或不等，在底板条长度方向于底板条两侧或设置朝上或朝下的裙板。

2.  按权利要求1所述的底板带有栅缝的复合型防沉板基础，其特征在于，所述的裙板是采用厚度与底板条厚度一致的钢条，当裙板朝上布置时，裙板高度最小为0.1m且最大不超过连接梁高度，裙板在连接梁处中断并用连接板与连接梁连接；当裙板朝下布置时，裙板的高度为0.1m~3m，裙板沿底板条长度尺寸方向连续布置。

3.  一种按权利要求1所述的底板带有栅缝的复合型防沉板基础的制造方法，其特征在于包括以下过程：
1）选择平整的水泥场地作为制造现场，并清除场地内的硬度颗粒物；
2）按设计要求选择适宜型号和数量的钢板和型钢，并进行除锈去污处理；
3）根据设计图纸确定基础是否布置有裙板，若无裙板则按底板的宽度尺寸将钢板按其宽度尺寸排列布置，相邻两排钢板之间预留好设计指定的缝隙并用定位块或定位板定位，以保证各排钢板的平行度及缝隙尺寸，若单块钢板长度与底板条长度不符，则沿钢板长度方向进行裁板或焊接拼板作业，连接时两块钢板之间先用点焊固定，再进行全焊，底板铺设好之后，在底板长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁，连接梁数量多于2根时，其余连接梁则布置于裙板间断区域，摆放时，连接梁摆放形式需根据连接梁截面形状确定，当选用H型钢连接梁时，按H型钢翼缘与底板平行放置；当选用槽钢连接梁时，槽钢开口面向底板放置；当选用对口槽钢截面连接梁时，两槽钢对口，并将槽钢翼缘与底板平行放置，连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板焊接固定；
4）当需要在防沉板基础的底板上制有朝上的裙板时，则在完成第3）步的基础上，裁剪裙板条，将其朝上焊接于底板条两侧，焊接时裙板条在连接梁处中断，焊接时采用先点焊固定再用全焊连接的方法；
5）当需要在防沉板基础的底板上制有朝下的裙板时，则先裁剪裙板条，将其朝下焊接于底板条两侧，采用先点焊固定再用全焊连接的方法制成完整底板条，将制备好带有裙板底板条按其宽度尺寸排列布置，相邻两排底板条之间预留好设计指定的缝隙并用定位块或定位板定位，以保证各钢板的平行度及缝隙尺寸，底板条铺设好之后，在底板条长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板条宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁，连接梁数量多于2根时，其余连接梁则按设计要求布置于底板中间区域，摆放时，连接梁摆放形式需根据连接梁截面形状确定，当选用H型钢连接梁时，按H型钢翼缘与底板条平面平行放置；当选用槽钢连接梁时，槽钢开口面向底板条平面放置；当选用对口槽钢截面连接梁时，两槽钢对口焊接成，并将槽钢翼缘与底板条平行放置，连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板条焊接固定；
6）对制造完成的防沉板基础进行检验，确保无制造缺陷。

底板带有栅缝的复合型防沉板基础及其制造方法
技术领域
 本发明涉及一种底板带有栅缝的复合型防沉板基础及其制造方法，属于深海海底基础工程领域。
背景技术
防沉板基础是一种预制的钢制结构物，在深海油气资源的开发中，承担着水下生产系统各个组块（如水下井口、管汇节点、管汇终端等）的荷载并将其传递到地基当中，属于永久性支撑结构，是水下生产系统各组块的基础。防沉板基础按形状可分为矩形基础、方形基础、圆形基础等；按结构特点可分为：集成式、折叠式和分离式；按是否可滑动分为：不可滑动式、局部滑动式和整体滑动式；此外还可根据需要在防沉板基础底部设置裙板和排水孔。
现阶段工程中采用的防沉板基础多以矩形基础为主，方形和圆形基础应用较少，格栅基础尚未应用。这些防沉板基础均采用钢质空间框架结构作为主体结构，基础部分采用板梁组合结构。基础部分的“板”即底板，采用热轧钢板拼接而成，为便于下水安装通常还需在底板上布置开孔。基础部分的“梁”即支撑梁，由主梁和次梁构成，通常采用H型钢或焊接H梁，支撑梁纵横交叉布置于底板上部，为底板提供刚度，同时也是主体与底板连接的过渡部分。现有防沉板基础建造时，基础部分需首先加工焊接支撑梁，然后将热轧钢板无缝隙地铺设在主体结构底部，并进行底板焊接工作，焊接完成后需要在底板预定位置进行开孔作业。
中国专利CN201220652014.8公开了一种水下防沉板基础，其特征在于防沉板基础底板的下方安装有数道裙板，裙板侧表面安装有数个加筋板，可以提高防沉板的承载能力和抗滑稳性。此外，其独特的上部结构可使水下结构物在防沉板上自由滑动，从而使海底管道膨胀量得以充分释放。中国专利201310654782公开了一种重力式防沉板基础，该基础部分的支撑梁由主梁和次梁构成，主梁为多条H型钢，交叉分布固定在防沉板底板顶面，次梁为多条H型钢分布固定在底板顶面且分别贯穿主梁的腹板，底板采用钢板无缝拼接而成，且在底板底面设置数道裙板和排水孔；这两种防沉板基础均在底板底面设置了数道裙板，用于提高防沉板基础的承载性能。
常规防沉板基础的底板在宽度尺度方向采用钢板进行无缝拼接，基础支撑梁设有主梁和次梁，主梁和次梁布置间距通常较小，数量较多，且加工制造时不仅需要进行底板和主、次梁的焊接工作，还需进行底板的拼接焊接工作和底板开孔作业，导致防沉板基础的刚度在满足使用要求的前提下，制造工艺复杂、制造工作成本较高、制造周期较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种底板带有栅缝的复合型防沉板基础及其制造方法，该复合型防沉板基础具有制备过程简单、焊接工作量小、制造成本低和制造周期短的优点。
本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种底板带有栅缝的复合型防沉板基础，该防沉板基础为矩形板体结构，它包括底板和底板之上的连接梁构成，所述的底板需根据设计要求选择某一种型号的钢板，按整块钢板的宽度方向将钢板并列排成至少两排，用以构成防沉板基础底板的宽度，其中，每一排钢板构成防沉板基础底板的底板条，各底板条的长度相等且构成底板的长度，所述的连接梁也是根据设计要求选用某一型号的槽钢或H型钢，按型钢的长度尺寸方向与底板条的宽度尺寸方向保持一致，在底板条上部等间距或者不等间距地布置2~6根，其特征在于，基础底板表面呈栅缝状，相邻两底板条之间的缝隙宽度为底板条宽度尺寸的0.1~0.3倍，各条栅缝的宽度尺寸相等或不等，在底板条长度方向于底板条两侧或设置朝上或朝下的裙板。
上述结构的底板带有栅缝的复合型防沉板基础，其特征在于，所述的裙板是采用厚度与底板条厚度一致的钢条，当裙板朝上布置时，裙板高度最小为0.1m且最大不超过连接梁高度，裙板在连接梁处中断并用连接板与连接梁连接；当裙板朝下布置时，裙板的高度为0.1m~3m，裙板沿底板条长度尺寸方向连续布置。
上述结构的底板带有栅缝的复合型防沉板基础的制造方法，其特征在于包括以下过程：
1选择平整的水泥场地作为制造现场，并清除场地内的硬度颗粒物；
2按设计要求选择适宜型号和数量的钢板和型钢，并进行除锈去污处理；
3根据设计图纸确定基础是否布置有裙板，若无裙板则按底板的宽度尺寸将钢板按其宽度尺寸排列布置，相邻两排钢板之间预留好设计指定的缝隙并用定位块或定位板定位，以保证各排钢板的平行度及缝隙尺寸，若单块钢板长度与底板条长度不符，则沿钢板长度方向进行裁板或焊接拼板作业，连接时两块钢板之间先用点焊固定，再进行全焊，底板铺设好之后，在底板长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁。连接梁数量多于2根时，其余连接梁则布置于裙板间断区域，摆放时，连接梁摆放形式需根据连接梁截面形状确定，当选用H型钢连接梁时，按H型钢翼缘与底板平行放置；当选用槽钢连接梁时，槽钢开口面向底板放置；当选用对口槽钢截面连接梁时，两槽钢对口，并将槽钢翼缘与底板平行放置，连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板焊接固定；
4当需要在防沉板基础的底板上制有朝上的裙板时，则在完成第3步的基础上，裁剪裙板条，将其朝上焊接于底板条两侧，焊接时裙板条在连接梁处中断，焊接时采用先点焊固定再用全焊连接的方法；
5当需要在防沉板基础的底板上制有朝下的裙板时，则先裁剪裙板条，将其朝下焊接于底板条两侧，采用先点焊固定再用全焊连接的方法制成完整底板条，将制备好带有裙板底板条按其宽度尺寸排列布置，相邻两排底板条之间预留好设计指定的缝隙并用定位块或定位板定位，以保证各钢板的平行度及缝隙尺寸，底板条铺设好之后，在底板条长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板条宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁，连接梁数量多于2根时，其余连接梁则按设计要求布置于底板中间区域，摆放时，连接梁摆放形式需根据连接梁截面形状确定，当选用H型钢连接梁时，按H型钢翼缘与底板条平面平行放置；当选用槽钢连接梁时，槽钢开口面向底板条平面放置；当选用对口槽钢截面连接梁时，两槽钢对口焊接成，并将槽钢翼缘与底板条平行放置，连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板条焊接固定；
6对制造完成的防沉板基础进行检验，确保无制造缺陷。
本发明的优势在于：通过改变常规防沉板基础构造形式和制造工艺，使底板带有栅缝的复合型防沉板基础能够在保证结构整体刚度的基础上提高10%~50%的承载能力，同时该基础的制造流程较常规防沉板基础制造流程而言更为简便，易于流水作业和批量生产，其焊接工作量、制造成本和制造周期也有大幅降低。太沙基条形基础极限承载力理论，条形基础完全发挥承载力时对周围土体的扰动范围为基础宽度的5~7倍，因而当数个条形基础并排布置，且相邻两条形基础的缝隙在此范围内则会发挥联动效应从而增加基础的承载力。根据上述理论及多次试验，确定了本发明防沉板基础底板采用栅缝结构，且栅缝尺寸为底板条宽度尺寸的0.1~0.3倍，因此本发明在满足刚度使用要求的条件下，与现有防沉板基础相比，具有节省钢材、降低制造成本，缩短制造时间和良好的经济效益的特点。
附图说明
图1为底板带有栅缝的无裙板的连接梁为H型钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图2为底板带有栅缝的无裙板的连接梁为槽钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图3为底板带有栅缝的无裙板的连接梁为对口槽钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图4为底板带有栅缝的裙板朝下的连接梁为H型钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图5为底板带有栅缝的裙板朝下的连接梁为槽钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图6为底板带有栅缝的裙板朝下的连接梁为对口槽钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图7为底板带有栅缝的裙板朝上的连接梁为H型钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图8为底板带有栅缝的裙板朝上的连接梁为槽钢的复合型防沉板基础结构示意图。
图9为底板带有栅缝的裙板朝上的连接梁为对口槽钢的复合型防沉板基础结构示意图。
上述图中：1为无裙板的基础底板；2为H型连接梁；3槽钢连接梁；4为对口槽钢连接梁；5为带有朝下裙板的基础底板；6为带有朝上裙板的基础底板。
具体实施方式
实施例1
底板带有栅缝的复合型防沉板基础主尺度为10 m×8.2 m，根据设计宽度要求选用长度为10 m，宽度为1 m，厚度为16 mm的钢板构成基础底板，将7块钢板按其宽度尺寸方向在建造场地并排铺设成7排，相邻两排钢板之间的间隙相等均为0.2 m，且采用定位块或定位板固定。整个防沉板基础底板不设置裙板。防沉板基础主体支撑梁采用4根长度为8.2 m规格为200×150×6×8 mm的H型钢，底板铺设好之后，在底板长度方向的两端按H型钢连接梁长度方向与底板宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁，沿复合型防沉板基础长度方向均匀放置，H型钢翼缘与底板条平面平行，相邻两根支撑梁之间的距离为3.3 m。所有焊接采用混合焊焊接工艺。本实施例竖直向极限承载力为188吨，用钢量为9.7吨，焊接总成本为8288元，与对比例1相比，本实施例可节省建造时间1天。本实施例中，基础支撑梁类型可由H型钢调整为槽钢或对口槽钢。
对上述制得的底板带有栅缝的复合型防沉板基础采用超声波探伤等对焊缝进行质量检测，采用水平仪等对基础底板和其它构件进行平整度和平行度进行检测。
对比例1
常规矩形防沉板基础，该基础主尺度为10×7m，基础底板由7块长度为10m，宽度为1m，厚度为16mm的热轧钢板构成，底板不设置裙板。防沉板基础主体结构的支撑梁选用8根规格为200×100×6×8mm的H型钢，其中4根长度为10m、4根长度为7m。8根H型钢成田字形交叉焊接等间距布满底板板面。与实施例1相同，且所有焊接采用混合焊焊接工艺。本对比例竖直向极限承载力为171吨，用钢量为10.3吨，焊接总成本为17802元。
实施例2
底板带有栅缝的复合型防沉板基础主尺度为12 m×10.2 m，形状为矩形，该基础底板由3块长度为12 m，宽度为3 m，厚度为10 mm的热轧钢板构成，将3块钢板在建造场地并排铺设，相邻两块钢板之间留有一定空隙，作为防沉板基础底板的栅缝，空隙间隔相等均为0.6 m。整个防沉板基础底板连续布置朝下的裙板，裙板高度为1 m，厚度为10 mm。防沉板基础主体支撑梁采用5根长度为10.2m规格为[40c的槽钢。建造时先裁剪裙板条，将其朝下焊接于底板条两侧，采用先点焊固定再用全焊连接的方法制成完整底板条。将制备好带有裙板底板条按其宽度尺寸排列布置，相邻两排底板条之间预留好设计指定的缝隙并用定位块或定位板定位，以保证各钢板的平行度及缝隙尺寸。底板条铺设好之后，在底板条长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板条宽度方向一致，摆放好槽钢连接梁。其余连接梁相隔3 m均匀布置于底板中间区域，摆放时槽钢开口面向底板条平面放置；连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板条焊接固定。该基础用钢量为13.1吨，焊接总成本为15920元，与对比例2相比，本实施例可节省建造时间1天。本实施例中，基础支撑梁类型可由槽钢调整为H型钢或对口槽钢。
对上述制得的底板带有栅缝的复合型防沉板基础采用超声波探伤等对焊缝进行质量检测，采用水平仪等对基础底板和其它构件进行平整度和平行度进行检测。

对比例2
常规矩形防沉板基础，该基础主尺度为12×9m，基础底板由3块宽度长度为12m，宽度为3m，厚度为10mm的热轧钢板构成，底板四周设置连续布置的裙板，裙板高度为1m，厚度为10mm。防沉板基础主体结构的支撑梁选用8根规格为200×150×6×8mm的H型钢，其中4根长度为12m、4根长度为9m。8根H型钢成田字形交叉焊接等间距布满底板板面。与实施例1相同所有焊接采用混合焊焊接工艺。该基础用钢量为13.8吨，焊接总成本为30323元。
实施例3
根据设计图纸确定基础是否布置有裙板，若无裙板则按底板的宽度尺寸将钢板按其宽度尺寸排列布置，相邻两排钢板之间预留好设计指定的缝隙并用定位块或定位板定位，以保证各排钢板的平行度及缝隙尺寸。若单块钢板长度与底板条长度不符，则沿钢板长度方向进行裁板或焊接拼板作业，连接时两块钢板之间先用点焊固定，再进行全焊。底板铺设好之后，在底板长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁。连接梁数量多于2根时，其余连接梁则布置于裙板间断区域。摆放时，连接梁摆放形式需根据连接梁截面形状确定，当选用H型钢连接梁时，按H型钢翼缘与底板平行放置；当选用槽钢连接梁时，槽钢开口面向底板放置；当选用对口槽钢截面连接梁时，两槽钢对口，并将槽钢翼缘与底板平行放置。连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板焊接固定。
当需要在防沉板基础的底板上制有朝上的裙板时，则在完成第3步的基础上，裁剪裙板条，将其朝上焊接于底板条两侧，焊接时裙板条在连接梁处中断，焊接时采用先点焊固定再用全焊连接的方法。
底板带有栅缝的复合型防沉板基础主尺度为10×8.6m，形状为矩形，该基础底板由4块长度为10m，宽度为2m，厚度为10mm的热轧钢板构成，将4块钢板在建造场地并排铺设，相邻两块钢板之间留有一定空隙，作为防沉板基础底板的栅缝，空隙间隔相等均为0.2m。整个防沉板基础底板连续布置朝上的裙板，裙板高度为0.2 m，厚度为10 mm。防沉板基础主体支撑梁采用5根长度为8.6m规格为200×150×6×8 mm的H型钢。建造时，先将钢板按设计尺寸铺设好，在底板长度方向的两端按型钢连接梁长度方向与底板宽度方向一致，分别摆放好型钢连接梁，其余H型钢连接梁间隔2.5 m均匀布置于裙板间断区域，摆放时H型钢翼缘与底板平行放置。连接梁摆放好后，采用先点焊后全焊的方法将连接梁与底板焊接固定。然后裁剪裙板条，将其朝上焊接于底板条两侧，焊接时裙板条在连接梁处中断，焊接时采用先点焊固定再用全焊连接的方法。该基础用钢量为9.4吨，焊接总成本为14656元。本实施例中，基础支撑梁类型可由H型钢调整为槽钢或对口槽钢。
实施例4
底板带有栅缝的复合型防沉板基础主尺度为10×9m，形状为矩形，该基础底板由4块长度为10m，宽度为2m，厚度为10mm的热轧钢板构成，将4块钢板在建造场地并排铺设，相邻两块钢板之间留有一定空隙，作为防沉板基础底板的栅缝，两侧空隙间距为0.3 m，中间空隙间距为0.4m。整个防沉板基础底板不设置裙板。防沉板基础主体支撑梁采用5根长度为9m规格为[40c的对口槽钢，沿复合型防沉板基础长度方向均匀放置，槽钢开口面向底板两侧与底板焊接，相邻两根支撑梁之间的距离为2.5m。本是实施例建造方法与实施例1相同，且所有焊接采用混合焊焊接工艺。该基础用钢量为7.5吨，焊接总成本为22742元。本实施例中，基础支撑梁类型可由对口槽钢调整为槽钢或H型钢。