CN115094890B - 一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，属于基床整平施工技术领域，该方法包括如下步骤：整平船进入预设船位，通过锚缆对整平船系泊；向整平船的船体内打入压载水；按照四角插桩方式插桩，直至整平船的吃水深度达到最小吃水深度或整平船的桩腿荷载接近施工区域的地基容许承载力，排出船体内的压载水以使桩腿处于超压载状态；根据潮位调整船体的高度至施工高度，在调整过程中根据整平船的吃水深度同步调控船体内的压载水水量；在整平施工过程中，根据整平船的吃水深度调控船体内的压载水水量。该自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法能够根据涨落潮控制施工，彻底打破了平潮期施工的局限性，避免了因涨落潮而带来的不可控施工风险。

Description

一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法

技术领域

本发明属于基床整平施工技术领域，尤其涉及一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法。

背景技术

整平船是用于对构(建)筑物水下基础进行整平的一种工程船，为了满足沉管隧道施工中外海深水水下碎石基床的整平要求，我国自主研发了“一航津平2”整平船，其是一种自升式碎石铺设整平船，在整平施工时，通过插桩固定于海底，以减小水深、水流和风浪等自然条件对施工的影响。

这种自升平台式整平船在海底地质不满足插桩条件时(如炸礁后形成的岩石基础)，存在“穿刺”等施工风险，因而，为了克服这一问题，通过进一步的研发，在专利CN113668545A中又提出了一种沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其仅将整平船的桩退插入至其受力允许范围，使整平船处于半漂浮状态，从而降低了插桩风险。然而，该方法仅能在平潮时进行插桩，具有较大的局限性；而且，在确定整平船抬升高度时，依赖于两天可预测的高潮位以及预测最大波高，存在不可控的施工风险。

因而，如何打破自升平台式整平船半漂浮插桩存在的平潮期施工局限性，以及降低自升平台式整平船半漂浮插桩施工中的不可控施工风险，是当前急需解决的技术问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其考虑了船舶平面稳定性和涨落潮时船体对地基压力变化情况，能够根据涨落潮控制施工，无需等待平潮期施工，增加了适用作业窗口，彻底打破了平潮期施工的局限性，避免了因涨落潮而带来的不可控施工风险。

本发明提供一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，包括如下步骤：

整平船系泊：整平船进入预设船位，通过锚缆对整平船系泊，以保持整平船的船体平面稳定；

预压载：向整平船的船体内打入压载水；

插桩：按照四角插桩方式插桩，直至整平船的吃水深度达到最小吃水深度或整平船的桩腿荷载接近施工区域的地基容许承载力，进行稳桩直至整平船的桩腿不存在下沉情况，排出船体内的压载水以使桩腿处于超压载状态；

调整船体高度：根据潮位调整船体的高度至施工高度，在调整过程中根据整平船的吃水深度同步调控船体内的压载水水量，以使整平船的桩腿受负浮力作用且桩腿荷载不超过地基容许承载力；当船体位于施工高度时，整平船的吃水深度满足如下关系式：

H_s＝H₀+h_s-h_min，

其中，H_s为船体位于施工高度时整平船的吃水深度，H₀为整平船的最小吃水深度，h_s为当前潮位，h_min为单船位施工期间最低潮位；

调整船体稳定性：在整平施工过程中，根据整平船的吃水深度调控船体内的压载水水量，以使整平船的桩腿在整平施工过程中始终受负浮力作用且桩腿荷载不超过地基容许承载力。

在其中一些实施例中，整平船系泊步骤中，系泊时收紧锚缆，锚缆的受力吨位根据整平船所受水平力的最大值确定。

在其中一些实施例中，预压载步骤中，打入的压载水的水量根据整平施工过程中的预设动荷载确定。

在其中一些实施例中，在插桩步骤前，还包括扫测不同桩腿对应的海底预设插桩位置之间的高度差，根据高度差调整桩腿高度，以确保插桩时全部桩腿同时插入对应的海底预设插桩位置。

在其中一些实施例中，插桩步骤中，通过设置于整平船的船体倾斜测控系统实时监控船体的倾斜情况，若发现船体倾斜，则将插桩方式调整为对角插桩，并降低插桩速度。

在其中一些实施例中，在插桩步骤和船体调整步骤之间还包括插桩检验步骤，插桩检验步骤包括：模拟整平施工状态，使整平船的大小车沿月池行走，观察桩腿的高程是否发生变化，若桩腿的高程不发生变化，则说明插桩到位。

在其中一些实施例中，整平船的最小吃水深度通过船舶静水力参数表根据整平船的最小排水量查得。

在其中一些实施例中，整平船的最小排水量满足如下关系式：

V₀>(M_s+M₀+F×N/g)/ρ_水，

其中，V₀为整平船的最小排水量；M_s为整平船的重量；M₀为预压载步骤中打入的压载水的水量；F为施工区域的地基容许承载力，根据地勘或插桩试验结果分析计算获得；N为桩腿数量；g为重力加速度；ρ_水为海水密度。

在其中一些实施例中，调整船体高度步骤和调整船体稳定性步骤中，调整船体高度步骤和调整船体稳定性步骤中，当整平船的吃水深度增加时增加船体内的压载水水量，当整平船的吃水深度减小时排出船体内的部分压载水。

在其中一些实施例中，调整船体高度步骤和调整船体稳定性步骤中，在调控船体内的压载水水量时，压载水的水量满足如下关系式：

F_波/g+Vρ_水-M_s<M≤F₀×N/g-M_s+Vρ_水，

其中，M为船体内的压载水水量，M_s为整平船的重量，F₀为整平船的吃水深度达到最小吃水深度时单根桩腿的荷载，F_波为波浪浮托力，V为整平船在当前吃水深度时对应的排水量，N为桩腿数量，g为重力加速度，ρ_水为海水密度。

基于上述技术方案，本发明提供的自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，通过锚缆抵抗整平船所受水平力，以保持船舶平面稳定性，同时，插桩前进行预压载，插桩后将预压载的压载水排出，以使桩腿具有一定的超压载量，进而，在将船体调整至施工高度以及后续整平施工过程中，配合压载水的调控抵抗由潮位变化和波浪浮托力带来的竖向受力变化，能够有效控制桩腿对地基荷载，满足涨落潮期间的施工作业要求，无需等待平潮期施工，增加了适用作业窗口，彻底打破了平潮期施工的局限性，避免了由于涨落潮而带来的桩腿受力不可控的施工风险。

具体实施方式

下面对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例涉及一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，包括如下步骤：

S1整平船系泊：整平船进入预设船位，通过锚缆对整平船系泊，以保持整平船的船体平面稳定。

本步骤通过系泊锚缆抵抗整平船所受水平力，解决了整平船受水流影响而产生的船体平面稳定问题。需要说明的是，系泊时，通过整平船自身配置的锚机系统收紧锚缆以对整平船进行系泊。系泊时收紧锚缆以抵抗整平船所受水平力，锚缆的受力吨位根据整平船所受水平力(包括水平方向的水流力和风力等)的最大值确定。

S2预压载：向整平船的船体内打入压载水。

本步骤通过向船体内打入压载水，实现整平船的预压载，以在后续插桩完成排出压载水后，使桩腿具有一定的超压载量。需要说明的是，打入的压载水的水量根据整平施工过程中的预设动荷载确定，以保证整平施工过程中桩腿荷载不超过预压载荷载。

S3插桩：按照四角插桩方式插桩，直至整平船的吃水深度达到最小吃水深度或整平船的桩腿荷载接近施工区域的地基容许承载力，进行稳桩直至整平船的桩腿不存在下沉情况，排出船体内的压载水以使桩腿处于超压载状态。

本步骤中，整平船在预压载状态下插桩至整平船的吃水深度达到最小吃水深度或整平船的桩腿荷载接近施工区域的地基容许承载力，稳桩后排出船体内的压载水，从而使桩腿处于具有一定的超压载量，在后续整平施工过程中，只要控制桩腿荷载不超过该超压载量，即可确保桩腿不会下沉，避免“穿刺”等施工风险。

本步骤中，需要说明的是，整平船的最小吃水深度通过船舶静水力参数表根据整平船的最小排水量查得。其中，整平船的最小排水量满足如下关系式：

式(1)中，V₀为整平船的最小排水量；M_s为整平船的重量；M₀为预压载步骤中打入的压载水的水量；F为施工区域的地基容许承载力，根据地勘或插桩试验结果分析计算获得；N为桩腿数量；g为重力加速度；ρ_水为海水密度。

还需要说明的是，由于采用四角插桩方式插桩，为了保证桩腿能够同时插入海底，优选的，在插桩步骤前，还包括扫测不同桩腿对应的海底预设插桩位置之间的高度差，根据高度差调整桩腿高度，以确保插桩时全部桩腿同时插入对应的海底预设插桩位置。

进一步还需要说明的是，为了保证插桩施工的安全性，防止整平船倾斜，优选的，在插桩时，通过设置于整平船的船体倾斜测控系统实时监控船体的倾斜情况，若发现船体倾斜，则将插桩方式调整为对角插桩，并降低插桩速度。

此外，还需要说明的是，为了确保插桩到位，在插桩完成后还包括插桩检验步骤，插桩检验步骤包括：模拟整平施工状态，使整平船的大小车沿月池行走，观察桩腿的高程是否发生变化，若桩腿的高程不发生变化，则说明插桩到位。

S4调整船体高度：根据潮位调整船体的高度至施工高度，在调整过程中根据整平船的吃水深度同步调控船体内的压载水水量，以使整平船的桩腿受负浮力作用且桩腿荷载不超过地基容许承载力；当船体位于施工高度时，整平船的吃水深度满足如下关系式：

H_s＝H₀+h_s-h_min (2)

式(2)中，H_s为船体位于施工高度时整平船的吃水深度，H₀为整平船的最小吃水深度，h_s为当前潮位，h_min为单船位施工期间最低潮位。

本步骤中，在将船体高度调整至施工高度的过程中，根据整平船的吃水深度同步调控船体内的压载水水量，能够确保整平船的桩腿受负浮力作用且桩腿荷载不超过地基容许承载力，从而使得插桩过程无需在平潮期施工。本步骤中，需要说明的是，调控船体内压载水水量的具体步骤为：当整平船的吃水深度增加时(即船体下降时)增加船体内的压载水水量，当整平船的吃水深度减小时(即船体上升时)排出船体内的部分压载水。

S5调整船体稳定性：在整平施工过程中，确保锚缆全部均匀受力，同时根据整平船的吃水深度调控船体内的压载水水量，以使整平船的桩腿在整平施工过程中始终受负浮力作用且桩腿荷载不超过地基容许承载力。

本步骤中，在整平施工过程中，根据潮位变化情况调控船体内的压载水水量，能够确保整平船的桩腿在各种潮位下均能够受负浮力作用且桩腿荷载不超过地基容许承载力，可满足涨落潮期间的施工作业要求，无需等待平潮施工。本步骤中，需要说明的是，调控船体内压载水水量的具体步骤为：当整平船的吃水深度增加时(即潮位上涨时)增加船体内的压载水水量，当整平船的吃水深度减小时(即潮位下降时)排出船体内的部分压载水。

针对上述步骤S4和步骤S5，需要说明的是，在调控船体内的压载水水量时，压载水的水量满足如下关系式：

F_波/g+Vρ_水-M_s<M≤F₀×N/g-M_s+Vρ_水 (3)

式(3)中，M为船体内的压载水水量，M_s为整平船的重量，F₀为整平船的吃水深度达到最小吃水深度时单根桩腿的荷载，F_波为波浪浮托力，V为整平船在当前吃水深度时对应的排水量，N为桩腿数量，g为重力加速度，ρ_水为海水密度。

上述自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，通过锚缆抵抗整平船所受水平力，以保持船舶平面稳定性，同时，插桩前进行预压载，插桩后将预压载的压载水排出，以使桩腿具有一定的超压载量，进而，在将船体调整至施工高度以及后续整平施工过程中，配合压载水的调控抵抗由潮位变化和波浪浮托力带来的竖向受力变化，能够有效控制桩腿对地基荷载，满足涨落潮期间的施工作业要求，无需等待平潮期施工，增加了适用作业窗口，彻底打破了平潮期施工的局限性，避免了由于涨落潮而带来的桩腿受力不可控的施工风险。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

整平船系泊：整平船进入预设船位，通过锚缆对所述整平船系泊，以保持所述整平船的船体平面稳定；

预压载：向所述整平船的船体内打入压载水；

插桩：按照四角插桩方式插桩，直至所述整平船的吃水深度达到最小吃水深度或所述整平船的桩腿荷载接近施工区域的地基容许承载力，进行稳桩直至所述桩腿不存在下沉情况，排出所述船体内的压载水以使所述桩腿处于超压载状态；

调整船体高度：根据潮位调整所述船体的高度至施工高度，在调整过程中根据所述整平船的吃水深度同步调控所述船体内的压载水水量，以使所述整平船的桩腿受负浮力作用且桩腿荷载不超过所述地基容许承载力；当所述船体位于所述施工高度时，所述整平船的吃水深度满足如下关系式：

H_s＝H₀+h_s-h_min，

其中，H_s为所述船体位于所述施工高度时所述整平船的吃水深度，H₀为所述整平船的最小吃水深度，h_s为当前潮位，h_min为单船位施工期间最低潮位；

调整船体稳定性：在整平施工过程中，根据所述整平船的吃水深度调控所述船体内的压载水水量，以使所述整平船的桩腿在整平施工过程中始终受负浮力作用且桩腿荷载不超过所述地基容许承载力；

所述整平船的最小吃水深度通过船舶静水力参数表根据所述整平船的最小排水量查得；

所述整平船的最小排水量满足如下关系式：

V₀>(M_s+M₀+F×N/g)/ρ_水，

其中，V₀为所述整平船的最小排水量；M_s为所述整平船的重量；M₀为所述预压载步骤中打入的所述压载水的水量；F为施工区域的地基容许承载力，根据地勘或插桩试验结果分析计算获得；N为桩腿数量；g为重力加速度；ρ_水为海水密度；

所述调整船体高度步骤和所述调整船体稳定性步骤中，当所述整平船的吃水深度增加时增加所述船体内的压载水水量，当所述整平船的吃水深度减小时排出所述船体内的部分压载水；

所述调整船体高度步骤和所述调整船体稳定性步骤中，在调控所述船体内的压载水水量时，所述压载水的水量满足如下关系式：

F_波/g+Vρ_水-M_s<M≤F₀×N/g-M_s+Vρ_水，

其中，M为所述船体内的压载水水量，F₀为所述整平船的吃水深度达到最小吃水深度时单根桩腿的荷载，F_波为波浪浮托力，V为所述整平船在当前吃水深度时对应的排水量。

2.根据权利要求1所述的自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其特征在于，所述整平船系泊步骤中，系泊时收紧所述锚缆，所述锚缆的受力吨位根据所述整平船所受水平力的最大值确定。

3.根据权利要求1所述的自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其特征在于，所述预压载步骤中，打入的所述压载水的水量根据整平施工过程中的预设动荷载确定。

4.根据权利要求1所述的自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其特征在于，在所述插桩步骤前，还包括扫测不同桩腿对应的海底预设插桩位置之间的高度差，根据所述高度差调整所述桩腿高度，以确保插桩时全部桩腿同时插入对应的所述海底预设插桩位置。

5.根据权利要求1所述的自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其特征在于，所述插桩步骤中，通过设置于所述整平船的船体倾斜测控系统实时监控所述船体的倾斜情况，若发现所述船体倾斜，则将插桩方式调整为对角插桩，并降低插桩速度。

6.根据权利要求1所述的自升平台式整平船半漂浮插桩施工方法，其特征在于，在所述插桩步骤和所述船体调整步骤之间还包括插桩检验步骤，所述插桩检验步骤包括：模拟整平施工状态，使所述整平船的大小车沿月池行走，观察所述桩腿的高程是否发生变化，若所述桩腿的高程不发生变化，则说明插桩到位。