一种基于吸力筒式稳桩平台的水下沉桩装置及工艺的制作方法

本发明涉及海上装备制造，特别涉及一种基于吸力筒式稳桩平台的水下沉桩装置及工艺。

背景技术：

1、钢管桩是桥梁、风电平台等建筑结构物体常用的定位安装支撑物，具有施工精度要求高、工况复杂、沉桩深度深等特点。目前，钢管桩的精确沉桩是打桩作业的难点和关键点，尤其在海上风电大直径单桩基础的打桩作业中，沉桩垂直度要求很高。在海上，尤其是深海施工环境恶劣，受风浪、水流和潮汐的影响，在钢管桩的沉桩施工过程会产生一定的误差或位移偏移。

2、稳桩平台是海上风电基础桩施工的必备工具，该工具主要目的是导管桩打桩过程中随时调整其垂直度，保证钢管桩的垂直度误差在3‰以内，现有的稳桩平台包括支撑架以及卡箍平台，卡箍平台上抱箍组件位于卡箍平台的一侧端，支撑架通过吸力筒或者打入定位桩进行定位，这种结构存在如下缺陷在每次施工前，需提前打好数个辅助桩，因此，作业时间较长，效率较低；另外由于海面上海浪与海风的拍打，整体稳桩平台的稳定程度不够高，从而使得钢管桩在沉桩过程中需要不断的调整，从而保证沉桩作业的垂直度，即使如此精度也不高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于吸力筒式稳桩平台的水下沉桩装置及工艺，能够在水下海床表面进行稳桩平台定位沉桩，同时能够适应复杂的海床表面实现平台的调平，从而精确保证沉桩作业的垂直度。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种基于吸力筒式稳桩平台的水下沉桩装置，固定设置于海床面上，其特征在于，包括安装立柱、安装平台、吸力筒以及抱箍，所述吸力筒顶部通过四组调节油缸与安装平台底部固定连接，所述安装平台上设置有水平仪，所述安装立柱共设置有四组分别固定设置于安装平台上方，所述安装立柱顶部均设置有吊点，所述安装立柱之间通过桁架固定连接，所述抱箍共设置有两组，分别固定安装于一侧两组安装立柱的上下，所述吸力筒外壁套设有一定位环，所述定位环可沿吸力筒外壁高度方向滑动，所述定位环贴合设置于海床面，所述安装平台下方还通过一脱钩固定装置与吸力筒顶部连接，所述吸力筒顶部贯通设置有注排水管道，所述注排水管道上连接有注排水动力装置，所述安装平台底部中心处安装有可360°旋转的摄像头。

4、优选的，所述吸力筒内部中心处竖直设置有一定位柱，所述定位柱底部直径小于顶部直径，所述吸力筒内部顶端于定位柱四周设置有多组均匀分布的距离传感器，所述吸力筒外壁设置有多组沿高线方向设置的导向板，所述定位环内侧通过设置导向组件沿导向板设置方法滑动。

5、优选的，所述导向组件包括多组限位轮，所述限位轮贴合传动设置于导向板两端。

6、优选的，所述定位环底部外侧设置有锥形定位钉，所述定位环通过锥形定位钉固定安装于海床表面，所述定位环底部内侧还设置有多个压力传感器。

7、优选的，所述脱钩固定装置包括固定头、勾爪、限位架以及推动油缸，所述固定头与吸力筒上部固定连接，所述固定头顶部两侧设置有钩槽，所述勾爪底部与钩槽配合固定，所述限位架固定安装于调节油缸内部的安装平台底部，所述勾爪上方转动安装于限位架上方，所述限位架为整体为倒置的l型设置，所述限位架底部与勾爪内侧相抵，所述推动油缸安装于安装平台上，所述推动油缸输出端贯穿安装平台并与勾爪顶部活动铰接。

8、优选的，所述吸力筒外壁上下两端分别设置有上限位板与下限位板，所述定位环通过上限位板与下限位板于吸力筒外壁限位活动。

9、优选的，所述抱箍包括固定座、抱臂以及对中油缸，所述固定座与安装立柱固定连接，所述固定座内侧以及抱臂整体为弧形，每组固定座两端开口处均分别活动铰接有两组抱臂，所述固定座外侧设置有一抱臂油缸，所述抱臂油缸输出端与抱臂活动连接，所述对中油缸至少设置有四组，分别对称固定安装于固定座与抱臂内部，所述对中油缸输出端均固定安装有一弧形抱板，所述弧形抱板上设置有多组导向轮，所述导向轮与钢管桩外壁贴合。

10、优选的，所述导向轮包括固定导向轮与调节导向轮，所述固定导向轮通过连接座固定安装于弧形抱板中部，调节导向轮通过缓冲组件与连接座安装于固定导向轮两侧的弧形抱板上，所述缓冲组件包括滑块与缓冲弹簧，连接座两端对应滑块设置有缓冲槽，所述滑块固定设置于调节导向轮的安装轴两端，所述滑块滑动安装于缓冲槽内，所述缓冲弹簧安装于滑块与缓冲槽之间，所述连接座于缓冲槽内贯通设置有排水口与外部连通。

11、一种基于吸力筒式稳桩平台的水下沉桩工艺，其特征在于：包括如下步骤：

12、（1）首先安装平台上部整体与吸力筒为分开运输，需要进行水下沉桩之前通过吊机对安装平台上安装立柱的吊点进行起吊，将安装平台底部的调节油缸分别与吸力筒铰接处进行活动连接，并通过脱钩固定装置对吸力筒顶部进行抓取固定，此时调节油缸处于不工作状态；

13、（2）通过gps定位确定钢管桩具体沉桩位置后，通过吊机对整体装置进行吊装，

14、并逐步放入海水中，直至整体装置落在水下海床表面；

15、（3）通过摄像头与定位环底部的压力传感器判断定位环与对应海床表面的角度偏差，此时通过驱动对应吸力筒上不同方向调节油缸的行程，使得定位环底部整体与对应海床表面贴合；

16、（4）驱动推动油缸使得脱钩固定装置实现脱钩放开，通过水平仪与摄像头确定处于最低平面处的吸力筒，再通过注排水动力装置将吸力筒内部进行抽筒形成负压，吸力筒在负压作用下缓慢压入海床地基中，各个吸力筒则沿着定位环的导向方向打入，通过处于最低平面处吸力筒内部的距离传感器判断该吸力筒是否达到最大深度，此时通过水平仪调整其他吸力筒的打入深度，从而使得安装平台处于同一水平面；

17、（5）待完成调平后，打开上下两组抱臂，通过吊钩对钢管桩进行精确起吊，钢管桩底部进入抱臂内部范围后，通过抱臂油缸收回并夹紧钢管桩，驱动并调整对中油缸的行程，使得上下抱箍的导向轮紧密贴合于钢管桩外壁，并使得钢管桩垂直度满足打桩需求，再进行打桩工作；

18、（6）钢管桩桩体打入完成后，回收抱臂油缸并打开抱臂，通过注排水动力装置注水进入吸力筒内，从而将整体从海床表面进行拔出，拔出完成后，将调节油缸调整至初始行程，再通过脱钩固定装置对吸力筒顶部进行固定，最后通过吊架将整体装置起吊，起吊过程中避免触碰钢管桩外部。

19、综上所述，本发明具有以下有益效果：

20、本发明通过在吸力筒顶部设置调节油缸实现角度可调，从而尽可能贴合在对应的复杂海床表面，对海床表面进行稳定的吸附。

21、本发明通过在吸力筒外侧设置定位环，通过定位环预先固定于海床避免，从而对吸力筒实现导向作用，避免吸力筒在压入海床地基过程中发生偏移，同时能够增强整体装置的稳定性。

22、本发明通过在吸力筒内部中央设置定位柱，由于定位柱底部直径小于顶部直径，吸力筒不断压入的过程中定位柱对周围的基土进行挤压，使得吸力筒与海床面之间连接更加稳定。

23、本发明通过定位环底部的压力传感器、水平仪以及摄像头进行联合控制，从而实现装置整体的调平，为后续钢管桩的沉桩工作进行准备。