CN111139830A - 一种座底插桩式单桩稳桩架及沉桩方法 - Google Patents
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Abstract
一种座底插桩式单桩稳桩架，涉及稳桩平台，包括稳桩桁架，在稳桩桁架的中上部上下排列安装有若干稳桩平台，在稳桩桁架的下部固定安装有防沉板，在平台本体的前部设有抱桩机构，在喂桩口内沿圆周方向环设有若干单桩导正机构，单桩导正机构包括导正滚轮和驱动导正滚轮行进的伸缩调节装置，导正滚轮用于搭接在单桩上以调节单桩位置。本发明具有结构稳定可靠、定位精度高、调节控制方便、垂直度调节精度高等优点。本发明还公开了一种采用上述座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，该方法提高了单桩沉桩的垂直精度，节约了沉桩时间，提高了沉桩的效率。
Description
技术领域
本发明涉及稳桩平台，特别是一种座底插桩式单桩稳桩架。本发明还涉及一种座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法。
背景技术
风能是一种可再生清洁能源，现有技术中通常采用风电机组采集风能。由于海中的可利用空间多且风力大，越来越多的风电场建设在海上。现有技术的风电机组多采用单桩结构，单桩基础结构是目前国际、国内主流的海上风电基础结构型式，而国内单桩基础多采用的是无过渡法兰结构，其对单桩的垂直度要求极高，因此在单桩安装时需采用稳桩设备辅助沉桩，以满足桩的垂直度要求。现有技术存在许多不同类型的稳桩平台，如公开号为CN207829001U的中国专利文献公开了一种用于海上风电单桩基础稳桩定位平台，其包括：主平台，其艏部设置喂桩口；抱桩机构，设置在主平台的艏部，与单桩基础配合连接；四个平台桩腿，每个平台桩腿上设有冲桩系统；四个抬升系统，每个抬升系统对应安装在一个平台桩腿与主平台的交接处；两个舵浆系统，这两个舵浆系统设置在主平台的艉部；四套锚绞车，这四套锚绞车对称设置在主平台的左右舷艏/艉处。该稳桩定位平台通过主平台上的喂桩口定位单桩，由于只设有一个主平台，当单桩下部受水流冲击及其他因素发生切斜时，单个喂桩口难以有效起到限位作用，进而影响单桩安装的垂直度；且通过该喂桩口取放单桩也比较麻烦；同时该稳桩定位平台上设有较多其他机构，由于海水具有的腐蚀性，需要经常对该稳桩定位平台进行维护保养，其维护费用高。
现有技术中多采用风电深水水下导管架以建造海上风电机组，水下导管架式风机基础钢管桩采用液压锤沉桩施工，桩顶标高控制偏差较大。水深越深、海况越差的条件下，液压锤沉桩的桩位偏差越大。在海上打桩过程中，由于施工区域广、作业面大、施工环境和气候条件差，按照常规测量定位方式，桩位偏差控制无法满足要求。如果不采取特殊的施工工艺和控制措施，桩顶相对位置误差无法满足设计的要求。为了保证水下钢管桩沉桩精度满足要求，必须研制一套完整的沉桩控制工艺对钢管桩沉桩进行控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构简单可靠、使用方便、控制精度高且易于维护的座底插桩式单桩稳桩架。
本发明所要解决的另一个问题是提供一种施工效率高、控制方便精准的座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，该沉桩方法能够通过单桩稳桩架对基础钢管桩沉桩进行有效控制，确保风机机位中心、钢管桩桩顶标高、垂直度、桩位偏差等满足设计要求。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种座底插桩式单桩稳桩架，其特点是：包括稳桩桁架，稳桩桁架主要由若干竖向支撑筒柱构成，支撑筒柱之间通过加强撑固定相连接构成稳桩桁架主体部分，支撑筒柱内设有中空筒腔，中空筒腔用于供配套的定位桩穿装使用，定位桩穿装在中空筒腔中并且定位桩底部固定在海床中；
在稳桩桁架的中上部上下排列安装有若干稳桩平台，在稳桩桁架的下部固定安装有防沉板，所述稳桩平台包括固定设置在稳桩桁架上的平台本体，在平台本体的前部设有抱桩机构，抱桩机构包括开设在平台本体上的单桩卡槽，在单桩卡槽的两侧部均铰接有抱臂，两个抱臂均与配套的驱动装置相接构成摆动结构，并且两个抱臂的前端安装有相配合的活动连接结构，抱臂与单桩卡槽间形成供单桩安装使用的喂桩口，喂桩口之间上下对应设置；
在喂桩口内沿圆周方向环设有若干单桩导正机构，单桩导正机构包括导正滚轮和驱动导正滚轮行进的伸缩调节装置，伸缩调节装置固定安装在抱臂与/或平台本体上，并且伸缩调节装置的行进方向指向喂桩口中心，导正滚轮用于搭接在单桩上以调节单桩位置。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述的稳桩平台至少设有2个。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述导正滚轮设置至少设有3个，导正滚轮间沿圆周方向均匀间隔排列设置。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述的导正滚轮设有4个。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述的稳桩桁架包括4根支撑筒柱，支撑筒柱间呈矩形结构排列设置。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：所述的稳桩平台上均固定设有若干与支撑筒柱相配合的套筒，稳桩平台通过套筒套装在支撑筒柱上并固定连接。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：在抱桩机构下方的稳桩桁架上固定设有若干平衡浮箱。
本发明还提供了一种采用上述的座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，其特点是：包括如下步骤：
（1）单桩稳桩架的装船运输：利用船舶将单桩稳桩架运输到指定海域；
（2）单桩稳桩架进场起吊翻身及沉桩：通过吊装工具对步骤（1）中的单桩稳桩架进行起吊翻身，使得单桩稳桩架在设计位置沉桩到海床上，翻身过程中单桩稳桩架上的稳桩平台均位于海平面上方，单桩稳桩架沉桩后稳桩平台与海平面相平行，随后将定位柱分别插入单桩稳桩架四角的支撑筒柱中，并将定位桩打入海床中，使单桩稳桩架固定在海床上；
（3）单桩的安装及固定：打开稳桩平台上的抱臂，将待固定单桩竖向吊装进喂桩口中，随后关闭抱臂，并通过单桩导正机构上的导正滚轮对单桩的垂直度进行调节，使单桩的垂直度偏差不超过1.0‰；
单桩调节完毕后，先利用单桩自重使其下沉至海床中，稳定后再利用液压锤对其进行液压锤击沉桩，沉桩完成后单桩的垂直度偏差不超过3.0‰；
（4）单桩稳桩架的拆除：打开抱臂，并将导正滚轮从单桩上移开，将定位桩起吊拔出，随后将单桩稳桩架起吊到船舶上运输到下一位置。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：在步骤（2）中，同时利用主吊船和辅吊船对单桩稳桩架进行起吊翻身，主吊船通过吊钩起吊单桩稳桩架顶部，辅吊船通过吊钩起吊单桩稳桩架尾部；
主吊船和辅吊船相配合将单桩稳桩架横向吊装至海面上，启动辅吊船将单桩稳桩架尾部下放至距离海底泥面4m~5m，并使单桩稳桩架尾部保持稳定，此时启动主吊船将单桩稳桩架提升使得单桩稳桩架上的稳桩平台旋转至水平状态；
随后主吊船继续向上提升单桩稳桩架，使得单桩稳桩架尾部升至水面上方2m~3m位置，此时将辅吊船的吊钩从单桩稳桩架尾部取下；
随后调整单桩稳桩架摆放角度至设计位置，主吊船落钩将单桩稳桩架浸入海水中坐底，并且稳桩平台均位于海平面上方，再对单桩稳桩架的位置进行调节，单桩稳桩架位置调节完毕后将定位柱分别插入单桩稳桩架四角的支撑筒柱中，并将定位桩打入海床中，进而使单桩稳桩架固定在海床上。
以上所述的本发明一种座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，其进一步优选的技术方案或者技术特点是：步骤（3）中，将单桩吊装进喂桩口后，吊钩并不解除，单桩在自重作用下下沉至海底泥面中，当单桩确认稳定后，继续下放一定长度拉索，使得单桩处于不受力且不脱钩状态，观察15分钟，确认单桩稳定后解除单桩上的吊钩，完成单桩的初步固定；
随后利用液压锤对单桩进行液压锤击沉桩，液压锤和单桩同轴线设置；当液压锤与单桩初次接触后，逐步放下液压锤，使液压锤作用在单桩上的重量逐步增加，单桩垂直度没有发生变化，则继续通过液压锤先以小当量液压锤击单桩施工，观察单桩垂直度，单桩每下沉1m~2m时对单桩进行观测和调整，反复进行3~4次后单桩垂直度依然没有变化时，则液压锤改为连续液压锤击沉桩。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的单桩稳桩架通过稳桩桁架和定位桩相配合，定位桩使得稳桩桁架能够精确固定在海床指定位置，其减少了海流和海风对稳桩桁架的影响，使得稳桩桁架的定位精度更高；并且在上下排列设置的稳桩平台上，通过伸缩调节装置调节导正滚轮位置，能够有效控制单桩的垂直度，保证沉桩质量，其控制方便、垂直度调节精度高；综上，本发明具有结构稳定可靠、定位精度高、调节控制方便、垂直度调节精度高等优点。
本发明在抱桩机构下方的稳桩桁架上固定设有平衡浮箱，通过平衡浮箱提供一部分浮力以平衡抱桩机构的重量，防止稳桩桁架因重力分布不均造成的自沉深度不均现象。
（2）本发明的单桩稳桩架的沉桩方法中采用了单桩稳桩架，通过单桩稳桩架提高了单桩沉桩的垂直精度，使得沉桩方法中对单桩的精度调节更加便捷、高效，从而调高了沉桩的成果率，节约了沉桩时间，提高了沉桩的效率。
本发明的沉桩方法中稳桩平台均位于海平面上方，这避免了海水对抱桩机构和单桩导正机构造成腐蚀，减少了单桩稳桩架的维护成本，提高了单桩稳桩架的使用寿命。
单桩在自重作用下下沉稳定后，对单桩进行观察和调整以提高单桩的垂直度；在进行液压锤击沉桩前先进行试锤，这也进一步保障了单桩在沉桩过程中的垂直度。
附图说明
图1为本发明座底插桩式单桩稳桩架的一种结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为图2中A处局部放大图；
图中，1支撑筒柱，2加强撑，3 稳桩平台，4防沉板，5单桩卡槽，6抱臂，7驱动装置，8导正滚轮，9伸缩调节装置，10平衡浮箱，11单桩。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
一种座底插桩式单桩稳桩架，包括稳桩桁架，稳桩桁架主要由若干竖向支撑筒柱1构成，支撑筒柱1之间通过加强撑2固定相连接构成稳桩桁架主体部分，支撑筒柱1内设有中空筒腔，中空筒腔用于供配套的定位桩穿装使用，定位桩穿装在中空筒腔中并且定位桩底部固定在海床中；
在稳桩桁架的中上部上下排列安装有若干稳桩平台3，在稳桩桁架的下部固定安装有防沉板4，所述稳桩平台3包括固定设置在稳桩桁架上的平台本体，在平台本体的前部设有抱桩机构，抱桩机构包括开设在平台本体上的单桩卡槽5，在单桩卡槽5的两侧部均铰接有抱臂6，两个抱臂6均与配套的驱动装置7相接构成摆动结构，并且两个抱臂6的前端安装有相配合的活动连接结构，抱臂6与单桩卡槽5间形成供单桩安装使用的喂桩口，喂桩口之间上下对应设置；
驱动装置7为液压油缸，液压油缸通过配套的液压油缸控制系统控制。活动连接结构为插板和凹槽构成插扣式结构，扣合后通过销轴固定。
在喂桩口内沿圆周方向环设有若干单桩导正机构，单桩导正机构包括导正滚轮8和驱动导正滚轮7行进的伸缩调节装置9，伸缩调节装置9固定安装在抱臂6与/或平台本体上，并且伸缩调节装置9的行进方向指向喂桩口中心，导正滚轮7用于搭接在单桩上以调节单桩位置。
伸缩调节装置9选用液压油缸，液压油缸通过配套的油缸控制系统控制。
所述的稳桩平台3设有2个。
所述导正滚轮8设置设有4个，导正滚轮8间沿圆周方向均匀间隔排列设置。所述的稳桩桁架包括4根支撑筒柱1，支撑筒柱1间呈矩形结构排列设置。
所述的稳桩平台3上均固定设有4个与支撑筒柱1相配合的套筒，稳桩平台3通过套筒套装在支撑筒柱1上并固定连接。4个套筒分别固定在稳桩平台3的四角。
在抱桩机构下方的稳桩桁架上固定设有2个平衡浮箱10，平衡浮箱10分别固定在抱桩机构下方的支撑筒柱1上，平衡浮箱10置于海中提供浮力，通过平衡浮箱10的浮力以平衡抱桩机构的重量，使得稳桩桁架根据平衡、稳定。
一种采用上述的座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，包括如下步骤：
（1）单桩稳桩架的装船运输：利用船舶将单桩稳桩架运输到指定海域；
（2）单桩稳桩架进场起吊翻身及沉桩：通过吊装工具对步骤（1）中的单桩稳桩架进行起吊翻身，使得单桩稳桩架在设计位置沉桩到海床上，翻身过程中单桩稳桩架上的稳桩平台均位于海平面上方，单桩稳桩架沉桩后稳桩平台与海平面相平行，随后将定位柱分别插入单桩稳桩架四角的支撑筒柱中，并将定位桩打入海床中，使单桩稳桩架固定在海床上；
（3）单桩的安装及固定：打开稳桩平台上的抱臂，将待固定单桩竖向吊装进喂桩口中，随后关闭抱臂，并通过单桩导正机构上的导正滚轮对单桩的垂直度进行调节，使单桩的垂直度偏差不超过1.0‰；
单桩调节完毕后，先利用单桩自重使其下沉至海床中，稳定后再利用液压锤对其进行液压锤击沉桩，沉桩完成后单桩的垂直度偏差不超过3.0‰；
（4）单桩稳桩架的拆除：打开抱臂，并将导正滚轮从单桩上移开，将定位桩起吊拔出，随后将单桩稳桩架起吊到船舶上运输到下一位置。
在步骤（2）中，同时利用主吊船和辅吊船对单桩稳桩架进行起吊翻身，主吊船通过吊钩起吊单桩稳桩架顶部，辅吊船通过吊钩起吊单桩稳桩架尾部；
主吊船和辅吊船相配合将单桩稳桩架横向吊装至海面上，启动辅吊船将单桩稳桩架尾部下放至距离海底泥面4m~5m，并使单桩稳桩架尾部保持稳定，此时启动主吊船将单桩稳桩架提升使得单桩稳桩架上的稳桩平台旋转至水平状态；
随后主吊船继续向上提升单桩稳桩架，使得单桩稳桩架尾部升至水面上方2m~3m位置，此时将辅吊船的吊钩从单桩稳桩架尾部取下；
随后调整单桩稳桩架摆放角度至设计位置，主吊船落钩将单桩稳桩架浸入海水中坐底，并且稳桩平台均位于海平面上方，再对单桩稳桩架的位置进行调节，单桩稳桩架位置调节完毕后将定位柱分别插入单桩稳桩架四角的支撑筒柱中，并将定位桩打入海床中，进而使单桩稳桩架固定在海床上。
步骤（3）中，将单桩吊装进喂桩口后，吊钩并不解除，单桩在自重作用下下沉至海底泥面中，当单桩确认稳定后，继续下放一定长度拉索，使得单桩处于不受力且不脱钩状态，观察15分钟，确认单桩稳定后解除单桩上的吊钩，完成单桩的初步固定；
随后利用液压锤对单桩进行液压锤击沉桩，液压锤和单桩同轴线设置；当液压锤与单桩初次接触后，逐步放下液压锤，使液压锤作用在单桩上的重量逐步增加，单桩垂直度没有发生变化，则继续通过液压锤先以小当量液压锤击单桩施工，观察单桩垂直度，单桩每下沉1m~2m时对单桩进行观测和调整，反复进行3~4次后单桩垂直度依然没有变化时，则液压锤改为连续液压锤击沉桩。
Claims (10)
1.一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：包括稳桩桁架，稳桩桁架主要由若干竖向支撑筒柱构成，支撑筒柱之间通过加强撑固定相连接构成稳桩桁架主体部分，支撑筒柱内设有中空筒腔，中空筒腔用于供配套的定位桩穿装使用；
在稳桩桁架的中上部上下排列安装有若干稳桩平台，在稳桩桁架的下部固定安装有防沉板，所述稳桩平台包括固定设置在稳桩桁架上的平台本体，在平台本体的前部设有抱桩机构，抱桩机构包括开设在平台本体上的单桩卡槽，在单桩卡槽的两侧部均铰接有抱臂，两个抱臂均与配套的驱动装置相接构成摆动结构，并且两个抱臂的前端安装有相配合的活动连接结构，抱臂与单桩卡槽间形成供单桩安装使用的喂桩口，喂桩口之间上下对应设置；
在喂桩口内沿圆周方向环设有若干单桩导正机构，单桩导正机构包括导正滚轮和驱动导正滚轮行进的伸缩调节装置，伸缩调节装置固定安装在抱臂与/或平台本体上，并且伸缩调节装置的行进方向指向喂桩口中心，导正滚轮用于搭接在单桩上以调节单桩位置。
2.根据权利要求1所述的一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：所述的稳桩平台至少设有2个。
3.根据权利要求1所述的一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：所述导正滚轮设置至少设有3个，导正滚轮间沿圆周方向均匀间隔排列设置。
4.根据权利要求3所述的一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：所述的导正滚轮设有4个。
5.根据权利要求1所述的一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：所述的稳桩桁架包括4根支撑筒柱，支撑筒柱间呈矩形结构排列设置。
6.根据权利要求1所述的一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：所述的稳桩平台上均固定设有若干与支撑筒柱相配合的套筒，稳桩平台通过套筒套装在支撑筒柱上并固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种座底插桩式单桩稳桩架，其特征在于：在抱桩机构下方的稳桩桁架上固定设有若干平衡浮箱。
8.一种采用权利要求1~8任何一项所述的座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）单桩稳桩架的装船运输：利用船舶将单桩稳桩架运输到指定海域；
（2）单桩稳桩架进场起吊翻身及沉桩：通过吊装工具对步骤（1）中的单桩稳桩架进行起吊翻身，使得单桩稳桩架在设计位置沉桩到海床上，翻身过程中单桩稳桩架上的稳桩平台均位于海平面上方，单桩稳桩架沉桩后稳桩平台与海平面相平行，随后将定位柱分别插入单桩稳桩架四角的支撑筒柱中，并将定位桩打入海床中，使单桩稳桩架固定在海床上；
（3）单桩的安装及固定：打开稳桩平台上的抱臂，将待固定单桩竖向吊装进喂桩口中，随后关闭抱臂，并通过单桩导正机构上的导正滚轮对单桩的垂直度进行调节，使单桩的垂直度偏差不超过1.0‰；
单桩调节完毕后，先利用单桩自重使其下沉至海床中，稳定后再利用液压锤对其进行液压锤击沉桩，沉桩完成后单桩的垂直度偏差不超过3.0‰；
（4）单桩稳桩架的拆除：打开抱臂，并将导正滚轮从单桩上移开，将定位桩起吊拔出，随后将单桩稳桩架起吊到船舶上运输到下一位置。
9.根据权利要求8所述的座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，其特征在于：在步骤（2）中，同时利用主吊船和辅吊船对单桩稳桩架进行起吊翻身，主吊船通过吊钩起吊单桩稳桩架顶部，辅吊船通过吊钩起吊单桩稳桩架尾部；
主吊船和辅吊船相配合将单桩稳桩架横向吊装至海面上，启动辅吊船将单桩稳桩架尾部下放至距离海底泥面4m~5m，并使单桩稳桩架尾部保持稳定，此时启动主吊船将单桩稳桩架提升使得单桩稳桩架上的稳桩平台旋转至水平状态；
随后主吊船继续向上提升单桩稳桩架，使得单桩稳桩架尾部升至水面上方2m~3m位置，此时将辅吊船的吊钩从单桩稳桩架尾部取下；
随后调整单桩稳桩架摆放角度至设计位置，主吊船落钩将单桩稳桩架浸入海水中坐底，并且稳桩平台均位于海平面上方，再对单桩稳桩架的位置进行调节，单桩稳桩架位置调节完毕后将定位柱分别插入单桩稳桩架四角的支撑筒柱中，并将定位桩打入海床中，进而使单桩稳桩架固定在海床上。
10.根据权利要求8所述的座底插桩式单桩稳桩架的沉桩方法，其特征在于：步骤（3）中，将单桩吊装进喂桩口后，吊钩并不解除，单桩在自重作用下下沉至海底泥面中，当单桩确认稳定后，继续下放一定长度拉索，使得单桩处于不受力且不脱钩状态，观察15分钟，确认单桩稳定后解除单桩上的吊钩，完成单桩的初步固定；
随后利用液压锤对单桩进行液压锤击沉桩，液压锤和单桩同轴线设置；当液压锤与单桩初次接触后，逐步放下液压锤，使液压锤作用在单桩上的重量逐步增加，单桩垂直度没有发生变化，则继续通过液压锤先以小当量液压锤击单桩施工，观察单桩垂直度，单桩每下沉1m~2m时对单桩进行观测和调整，反复进行3~4次后单桩垂直度依然没有变化时，则液压锤改为连续液压锤击沉桩。
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