一种后桩法深水导管架插桩装置及其施工方法与流程

本发明涉及海上导管架插桩设备及方法，特别是涉及一种后桩法深水导管架插桩装置及其施工方法。

背景技术：

1、随着全球能源转型的加速和新能源成本的降低，海上风电作为一种清洁、高效、可再生的能源，受到了越来越多国家的重视和发展。海上风电具有风能资源稳定、不占用土地、适宜大规模开发、风机水路运输方便、靠近沿海电力负荷中心等优势，对保障能源安全、推进绿色低碳发展具有重要意义。

2、我国拥有丰富的海上风能资源，国家高度重视海上风电的发展，随着技术进步和成本下降，我国海上风电正朝深远海、大型化方向发展。深远海风场的水深将达到50-100m，波浪条件更加恶劣。其中位于风场中心的海上升压站具有上部组块重量大，尺寸宽的结构特性。受以上因素影响，深远海风场的海上升压站主要以“后桩法”的导管架基础打桩支撑为主。

3、“后桩法”导管架基础的施工顺序为先放置导管架基础然后再进行插桩，不好布置临时施工平台。沉桩过程中，桩体仅依靠泥面处的裙桩套筒进行插桩导向定位，桩顶无任何水平向约束。现有技术中“后桩法”的桩体基础施工时可视为一个一端自由、一端固支的压杆，压杆的有效长度越大(深远海桩长的增加无法避免)，水平荷载越大(深远海波、浪、流等环境荷载更大)对桩体的扰动越大，维持整个系统的稳定则越难。为保证桩体入水的精准性，需要潜水员或水下机器人入水查看桩体的插桩情况。

4、除此以外，目前多数的桩锤无法在水下进行施工，随着桩体的嵌入深度增加还要连接送桩器以保证桩锤的施工高度，也就意味着整个施工过程中都无法减少压杆的有效长度，风险并不会随着施工进度的推进而释放。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种后桩法深水导管架插桩装置及其施工方法，用于解决现有技术中桩体仅有裙装套筒在海床处进行定位，打桩过程中桩体有可能会出现偏移插桩过程不好定位，需要潜水员或水下机器人频繁入水查看插桩情况的问题，同时在插桩过程中对桩体进行一个水平方向的支撑，避免桩体晃动过大对桩锤施工造成影响，从而可以适当增加可作业窗口期。

2、本发明提供一种后桩法深水导管架插桩装置，应用在海上升压站导管架桩基础施工作业中；包括导管架基础、裙桩套筒、桩体、以及限位组件，所述导管架基础包括若干个导管架主腿，相邻所述导管架主腿之间通过若干个加强杆连接；所述裙桩套筒设置在导管架主腿的外周上，所述桩体的底端插入到裙桩套筒中；所述限位组件设置在桩体的外周面和导管架主腿的外周面之间，用于在桩体下沉的过程中限制桩体的晃动。

3、优选的，所述限位组件包括扣环、连接架、以及桩体限位圈，所述扣环套设在导管架主腿上，所述桩体限位圈套设在桩体上，所述连接架设置在扣环和桩体限位圈之间。

4、优选的，所述扣环为“c”形件，所述扣环通过“c”形件的开口套设在导管架主腿上，所述扣环的内壁表面设置有摩擦垫，所述扣环通过摩擦垫与导管架主腿的外周面抵接。

5、优选的，所述扣环包括上半环体、及下半环体，所述上半环体包括上半环体弧形段、及上半环体竖直段，所述上半环体弧形段和上半环体竖直段为一体件；所述下半环体包括下半环体弧形段、及下半环体套筒，所述上半环体竖直段穿设在下半环体套筒中、且上半环体竖直段在下半环体套筒中的长度可调节。

6、优选的，所述下半环体套筒上开设有螺纹孔，所述螺纹孔中紧固有螺栓件，所述螺栓件紧固在螺纹孔中、且螺栓件的端面与上半环体竖直段的外周面抵接。

7、优选的，所述下半环体弧形段的内壁上设置有凸头，所述凸头上铰接有旋转支撑环体，所述旋转支撑环体的内壁表面设置有摩擦垫，所述旋转支撑环体通过摩擦垫与导管架主腿的外周面抵接。

8、优选的，所述连接架包括若干个连接主管、若干个连接支撑管、以及若干个管间加强管，所述连接主管的一端与下半环体弧形段连接，另一端与桩体限位圈连接；所述连接支撑管设置在连接主管上，用于在竖直方向对连接主管进行支撑；所述管间加强管设置在相邻连接主管之间、相邻连接支撑管之间、以及连接主管与连接支撑管之间，用于加强连接架的强度。

9、优选的，所述桩体限位圈为u形件，所述桩体限位圈的开口方向与扣环的开口方向相反；所述桩体限位圈的内壁表面设置有摩擦垫，所述桩体限位圈通过摩擦垫与桩体的外周面抵接。

10、为实现上述目的或其他目的，本发明还公开一种后桩法深水导管架插桩装置的施工方法，采用上述后桩法深水导管架插桩装置，所述限位组件包括扣环、连接架、以及桩体限位圈；步骤如下：

11、s1：操作人员通过安装船将导管架基础放置到预期位置，并调整水平度；

12、s2：将所述限位组件吊起，吊绳的数量为两根，一根设置在连接架上，一根设置在桩体限位圈上；两根吊绳使限位组件处于水平状态，然后使扣环水平套设在导管架主腿上，保持连接架上吊绳的高度不变，同时降低桩体限位圈上吊绳的高度，扣环抵接在导管架主腿的外周面上；

13、s3：操作人员将桩体从上到下依次贯穿桩体限位圈、裙桩套筒，完成插桩作业；

14、s4：通过桩锤对桩体进行打桩；

15、s5：打桩完成后，提升桩体限位圈上吊绳的高度，使限位组件处于水平状态，然后将限位组件从桩体的外周面、导管架主腿的外周面上拆卸；

16、s6：重复s2-s5的步骤，完成所有桩体的打桩作业。

17、优选的，步骤s4中，桩体通过桩锤下沉到入水前，桩体的顶端插入送桩器，完成桩体入水后的打桩。

18、如上所述，本发明的后桩法深水导管架插桩装置及其施工方法，具有以下有益效果：

19、1、本发明利用限位组件的自重实现扣环自锁在导管架主腿的外表面上，拆装快捷方便，时间短，占用空间小、运输方便、可重复使用。

20、2、本发明设置有桩体限位圈，在对桩体进行打桩的过程中提供桩体定位，避免因为水深过大视野不清所需要潜水员或水下机器人频繁入水确定插桩定位的问题。

21、3、本发明中的桩体限位圈能够在桩体打桩的过程中，限制桩体或送桩器在水平方向上的晃动，保证系统的稳定。

技术特征：

1.一种后桩法深水导管架插桩装置，应用在海上升压站导管架桩基础施工作业中；其特征在于：包括导管架基础(1)、裙桩套筒(2)、桩体(3)、以及限位组件(4)，所述导管架基础(1)包括若干个导管架主腿(11)，相邻所述导管架主腿(11)之间通过若干个加强杆(12)连接；所述裙桩套筒(2)设置在导管架主腿(11)的外周上，所述桩体(3)的底端插入到裙桩套筒(2)中；所述限位组件(4)设置在桩体(3)的外周面和导管架主腿(11)的外周面之间，用于在桩体(3)下沉的过程中限制桩体(3)的晃动。

2.根据权利要求1所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述限位组件(4)包括扣环(41)、连接架(42)、以及桩体限位圈(43)，所述扣环(41)套设在导管架主腿(11)上，所述桩体限位圈(43)套设在桩体(3)上，所述连接架(42)设置在扣环(41)和桩体限位圈(43)之间。

3.根据权利要求2所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述扣环(41)为“c”形件，所述扣环(41)通过“c”形件的开口套设在导管架主腿(11)上，所述扣环(41)的内壁表面设置有摩擦垫(415)，所述扣环(41)通过摩擦垫(415)与导管架主腿(11)的外周面抵接。

4.根据权利要求3所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述扣环(41)包括上半环体(411)、及下半环体(412)，所述上半环体(411)包括上半环体弧形段(4111)、及上半环体竖直段(4112)，所述上半环体弧形段(4111)和上半环体竖直段(4112)为一体件；所述下半环体(412)包括下半环体弧形段(4121)、及下半环体套筒(4122)，所述上半环体竖直段(4112)穿设在下半环体套筒(4122)中、且上半环体竖直段(4112)在下半环体套筒(4122)中的长度可调节。

5.根据权利要求4所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述下半环体套筒(4122)上开设有螺纹孔，所述螺纹孔中紧固有螺栓件，所述螺栓件紧固在螺纹孔中、且螺栓件的端面与上半环体竖直段(4112)的外周面抵接。

6.根据权利要求4所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述下半环体弧形段(4121)的内壁上设置有凸头(413)，所述凸头(413)上铰接有旋转支撑环体(414)，所述旋转支撑环体(414)的内壁表面设置有摩擦垫(415)，所述旋转支撑环体(414)通过摩擦垫(415)与导管架主腿(11)的外周面抵接。

7.根据权利要求2所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述连接架(42)包括若干个连接主管(421)、若干个连接支撑管(422)、以及若干个管间加强管(423)，所述连接主管(421)的一端与下半环体弧形段(4121)连接，另一端与桩体限位圈(43)连接；所述连接支撑管(422)设置在连接主管(421)上，用于在竖直方向对连接主管(421)进行支撑；所述管间加强管(423)设置在相邻连接主管(421)之间、相邻连接支撑管(422)之间、以及连接主管(421)与连接支撑管(422)之间，用于加强连接架(42)的强度。

8.根据权利要求3所述的后桩法深水导管架插桩装置，其特征在于：所述桩体限位圈(43)为u形件，所述桩体限位圈(43)的开口方向与扣环(41)的开口方向相反；所述桩体限位圈(43)的内壁表面设置有摩擦垫(415)，所述桩体限位圈(43)通过摩擦垫(415)与桩体(3)的外周面抵接。

9.一种后桩法深水导管架插桩装置的施工方法，采用权利要求1-8任一项所述后桩法深水导管架插桩装置，所述限位组件(4)包括扣环(41)、连接架(42)、以及桩体限位圈(43)；其特征在于：步骤如下：

10.根据权利要求9所述的后桩法深水导管架插桩装置的施工方法，其特征在于：步骤s4中，桩体(3)通过桩锤下沉到入水前，桩体(3)的顶端插入送桩器(5)，完成桩体(3)入水后的打桩。

技术总结
本发明提供一种后桩法深水导管架插桩装置及其施工方法，应用在海上升压站导管架桩基础施工作业中；包括导管架基础、裙桩套筒、桩体、以及限位组件，导管架基础包括若干个导管架主腿，相邻导管架主腿之间通过若干个加强杆连接；裙桩套筒设置在导管架主腿的外周上，桩体的底端插入到裙桩套筒中；限位组件设置在桩体的外周面和导管架主腿的外周面之间，用于在桩体下沉的过程中限制桩体的晃动。本发明利用限位组件的自重实现扣环自锁在导管架主腿的外表面上，拆装快捷方便，时间短，占用空间小、运输方便、可重复使用。在对桩体进行打桩的过程中提供桩体定位，避免因为水深过大视野不清所需要潜水员或水下机器人频繁入水确定插桩定位的问题。

技术研发人员：吴子昂,张晓,范荣山,范云生,张健,范可,张守国
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17