安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构的制作方法

本发明涉及自升式海工平台技术领域，特别是涉及一种安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构。

背景技术：

自升式平台服务于海洋作业环境。自升式平台具备桩腿和安装在桩腿底部的桩靴，能够在海上实现各种作业功能的海上工作平台。作为一种高效、实用的移动平台，它在服役期内需要进行频繁的移位作业，每次作业时海底土质条件不同，平台的桩靴入泥深度也不同。当海底土质较软时，桩腿入泥较深，长时间作业后会导致平台拔桩阻力过大及拔桩困难。

平台拔桩过程是一个桩土相互作用的过程，受环境载荷及海土非线性的物理力学性质等因素的影响，拔桩阻力分析是一个非常复杂的问题，目前尚没有被普遍接受的计算方法，但是，有一点是被普遍认可的，就是在持力层为黏土层的情况下，拔桩阻力往往很大。因此，为了减少拔桩阻力，自升式平台都需配备冲桩系统，在拔桩过程中对桩靴表面的土体进行冲刷作业。

自升式平台在拔桩过程中的吸附力产生于桩靴、土体以及孔隙水之间的相互作用，吸附力由土层与桩靴底面间的黏着力、桩靴提升过程中产生的负孔隙水压力以及桩靴底部土体的抗剪强度组成。在平台作业过程中，插桩产生的超静孔隙水压力随着时间的推移而逐渐消散，土体发生固结，固结过程实质上就是超静孔隙水压力向土体有效应力转化的过程，因此在该过程中土体有效应力增加，土体强度恢复，导致在平台拔桩过程中吸附力增大。平台冲桩时，通过开设在桩靴表面处的出水口(出水口与位于桩靴内的冲桩管路连通)向桩靴底部土体中注入高压冲桩水，人为改变桩靴底部土体中的孔隙水压力大小与分布，通过在桩靴底部土体中产生超静孔隙水压力来消除拔桩吸附力。而桩靴表面处的出水口的防堵措施对于自升式平台的冲桩系统能否正常有效地工作，以及对于平台的安全拔桩作业显得非常重要。

尽管一些自升式平台在桩靴底部的出水口处安装防堵保护罩，主要是防止桩靴在下桩入泥时海床泥沙从出水口直接进入冲桩管路内，但现有的防堵保护罩存在以下主要缺陷：首先，防堵保护罩不具有任何引导海床泥沙流动的结构，泥沙依然会进入防堵保护罩内部，严重时会堵塞出水口。其次，防堵保护罩的冲桩喷水口的位置设置不合理，增加了堵塞的可能性。最后，防堵保护罩内部形成的冲桩水保压腔的容积较小，冲桩作业时在冲桩水保压腔内的存水量受限，造成一部分泥沙没有冲刷效果。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构，能有效避免海床泥沙对出水口造成的堵塞。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构，包括设于桩靴底部并沿水平方向布置的出水槽，出水槽与开设在桩靴表面的出水口相连通，出水槽的底部封闭，顶部与桩靴底面密封连接，出水槽的端面开口设有倒角部，所述倒角部被倾斜固定的导泥板封闭，导泥板顶部与桩靴底面之间的出水槽端面开口形成水平方向的冲桩水喷口。

优选地，所述出水槽垂直于出水方向的横截面呈上大下小的形状。

优选地，所述出水槽垂直于出水方向的横截面呈v形。

优选地，所述出水槽垂直于出水方向的横截面呈半圆形，所述出水槽由半圆管构成。

优选地，所述桩靴表面的每个出水口同时与多个出水槽相通，所述多个出水槽以出水口为中心呈放射状分布。

优选地，所述桩靴表面的每个出水口同时与四个出水槽相通，所述四个出水槽以出水口为中心呈十字形放射状分布。

优选地，所述出水槽焊接在桩靴底面上。

优选地，所述出水槽由船用高强度钢制成。

优选地，所述出水槽的内外表面镀锌处理。

优选地，所述出水槽的外表面喷涂防腐防锈油漆。

如上所述，本发明的安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构，具有以下有益效果：

1、本发明的导泥板能够引导海床泥沙朝冲桩结构的外侧方向流动，减少从冲桩水喷口进入出水槽内的泥沙量，从而有效避免海床泥沙对出水口造成的堵塞。

2、桩靴表面的出水口与出水槽相通，这样增大了冲桩水保压腔的容积，保证每个冲桩水喷口处的水压和水量均匀，提高了自升式平台冲桩系统的作业效率。

附图说明

图1显示为本发明的安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构的工作示意图；

图2显示为冲桩结构的优选实施例的结构示意图；

图3显示为图2的仰视图；

图4显示为冲桩结构的优选实施例的工作示意图；

图5显示为冲桩结构的一种实施例的仰视图。

元件标号说明

1桩靴底部

2出水槽

3出水口

4端面开口

5倒角部

6导泥板

7冲桩水喷口

8海床土壤层

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种安装于自升式平台桩靴表面的冲桩结构，包括设于桩靴底部1并沿水平方向布置的出水槽2，出水槽2与开设在桩靴表面的出水口3相连通，出水槽2的底部封闭，顶部与桩靴底面密封连接，出水槽2的端面开口4设有倒角部5，所述倒角部5被倾斜固定的导泥板6封闭，导泥板顶部与桩靴底面之间的出水槽端面开口形成水平方向的冲桩水喷口7。

在桩靴入泥的过程中，本发明中的导泥板6能够引导海床泥沙朝冲桩结构的外侧方向流动，减少从冲桩水喷口7进入出水槽2内的泥沙量，从而有效避免海床泥沙对出水口3和冲桩水喷口7造成的堵塞。具体原理如下：图1中海床土壤层8上的箭头指向为海床泥沙的流动方向。在桩靴向下插入海床土壤层8的过程中，冲桩结构下的海床泥沙受出水槽2的挤压影响，海床泥沙从出水槽2的底面处流向导泥板6的侧面处，再朝冲桩水喷口7的出水方向流向冲桩结构的外侧。因此，导泥板6起到引导海床泥沙流向冲桩结构外侧的作用，防止海床泥沙从冲桩水喷口7进入出水槽2内，从而有效避免海床泥沙堵塞桩靴表面的出水口3。

图1中出水槽2中的箭头指向为冲桩水流动的方向。自升式平台在拔桩时为了降低拔桩阻力，需要进行冲桩作业，高压冲桩水经冲桩管路输送至桩靴表面的出水口3处。由于冲桩作业是在桩靴完全埋在海床泥沙内部的状态下进行，此时，出水槽2的内部容腔构成冲桩水保压腔，高压冲桩水的水压和水量会在上述冲桩水保压腔内形成短暂保持的状态。高压冲桩水在冲桩水保压腔内短暂积存后，从出水槽端部的冲桩水喷口7处喷出，冲桩水沿着桩靴底面水平喷射，水流直接作用于桩靴与海底泥沙的接触面，不断往桩靴底部的泥沙中注入高压冲桩水，人为改变桩靴底部处的海床泥沙的孔隙水压力大小与分布，从而消除海床土壤层8对桩靴的吸附力。冲桩水喷口7靠近桩靴底面，提高了冲桩水的有效冲桩面积，实现了更优的冲桩效果。

另外，本发明结构简单，安装方便，可在车间内场完成加工制作，外场完成定位安装。

为了减小上述出水槽2插入海床土壤层8的阻力，同时减小出水槽2拔出海床土壤层8的阻力，出水槽横截面(垂直于出水方向的截面)呈上大下小的形状。

作为上述出水槽2的一具体实施例：出水槽垂直于出水方向的横截面呈v形，减小上述阻力的效果比较显著。

如图2所示，作为上述出水槽2的优选实施例：出水槽垂直于出水方向的横截面呈半圆形，出水槽2由半圆管构成。在具体实施时，半圆管可以由一根完整的圆管对半切开后制成，取材容易，加工方便。将半圆管的端部加工出倒角部5，并在倒角部处焊接导泥板6，然后将半圆管的开口面朝上焊接在桩靴底部1，构成上述出水槽2。

为了扩大上述冲桩结构的冲刷范围，桩靴表面的每个出水口3可以同时与多个出水槽2相通，所述多个出水槽2以出水口3为中心呈放射状分布，图5示出了三个出水槽2以出水口3为中心呈放射状分布的实施例，当然出水槽2的数量还可以更多。如此设计，显著增大了冲桩结构的冲桩水保压腔的容积，保证冲桩水保压腔内的高压冲桩水均匀流向每个出水槽2的冲桩水喷口7，使每个冲桩水喷口7处的水压和水量均匀，扩大了桩靴冲桩作业的冲刷范围，提高了自升式平台冲桩系统的作业效率。

进一步地，如图3所示，作为上述冲桩结构的优选实施例：桩靴表面的每个出水口3同时与四个出水槽2相通，所述四个出水槽2以出水口3为中心呈十字形放射状分布。本实施例在保证较大的冲桩水保压腔和较广的冲刷范围的前提下，其制造工艺简单，并且制造成本低。图4示出了具有这种冲桩结构的桩靴在入泥的过程中泥沙的流动方向。

为了提高上述出水槽2与桩靴底部的连接密封性，同时提高出水槽2与桩靴底部的连接强度，出水槽2焊接在桩靴底面上。

为了增强上述出水槽2的结构强度，出水槽2由船用高强度钢制成。

由于上述出水槽2一般由钢铁材料制成，为了防止出水槽2发生电化学腐蚀，保护出水槽2不被氧化，出水槽2的内外表面镀锌处理。

为了增强上述出水槽2的防腐防锈能力，出水槽2的外表面喷涂防腐防锈油漆。

综上所述，本发明的导泥板能够引导海床泥沙朝冲桩结构的外侧方向流动，减少从冲桩水喷口进入出水槽内的泥沙量，从而有效避免海床泥沙对出水口造成的堵塞。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。