CN102296607A - 在水下地层中安装基础构件的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用打桩机(4)在水下地层(3)中安装基础构件，特别是(单)桩(2)的方法，所述方法包括如下步骤：将基础构件(2)放置在水下地层(3)上，并利用安装在水面舰船上的夹持器(10)将基础构件(2)保持在适当的位置上；围绕基础构件(2)放置用于降低来自打桩机(4)的噪声输入的套筒(6)；分开夹持器(10)；将套筒(6)下放到水下地层(3)上；以及，将打桩机(4)放置在基础构件(2)的顶部上。至少在分开夹持器(10)时，利用安装在水面舰船上的导向件(11)至少在侧面固定所述套筒(6)。

Description

在水下地层中安装基础构件的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种用打桩机(例如液压打桩机)在水下地层中安装基础构件、特别是(单)桩的方法。该方法包括如下步骤：将基础构件放置在水下地层上，并利用安装在水面舰船上的夹持器将基础构件固定于适当的位置。用于降低从打桩机输入到周围的水中的噪声输入的隔音套筒围绕基础构件放置，并下放至水下地层上。然后，将打桩机置于基础构件的顶部，并将基础构件夯入到适当的深度。

背景技术

如在欧洲专利公开1 989 358中所解释的那样，在水下执行离岸打夯工作，以建立例如用于钻探平台和风轮机的地基。对于风轮机，直径大于四米的大型单桩被夯入海底。这种夯入导致相当大的水下噪音输入，这种相当大的水下噪音输入可能会对海洋动物区系产生负面影响。为了降低水下噪音输入，在根据EP 1 989 358的方法和装置中，被夯入的材料被固定的淹没套筒包围。该套筒有利地具有夹层状结构。在EP1 989 358的图1中的示例中，套筒具有用于引导桩的至少一个阻尼引导元件。

T.J.Carlson等人的“Hydroacoustic Measurements During Pile Driving atthe Hood Canal Bridge，September Through November 2004”公开了一种HDPE管套筒，所述HDPE管套筒装在24英寸的桩上，并且从水上方的点到达水下的地面标高。所提及的套筒直径和壁厚分别是34英寸和1 3/8英寸。

在开始部分中所描述的方法中，如果不先分离夹持器，套筒就不能下放到海底上。分离夹持器会使基础构件处于无支撑状态，这意味着风险，尤其在遇到强大水流或施工大型基础构件(例如直径为4米或以上且长度为50米或以上的单桩)时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法和系统，所述方法和系统包括套筒，所述套筒用于降低打桩机产生的噪声输入，并且在安装过程中，特别是在放置套筒的过程中，优选地也在将基础构件打入海底的过程中，仍然支撑基础构件。

为此，根据本发明的方法的特征在于：至少在分离夹持器时，利用安装在水面舰船上的导向件至少从侧面保持所述套筒。在一个实施例中，通过套筒将基础构件保持于适当位置。因而，避免了在放置套筒的过程中中断对基础构件的支撑。

在一个实施例中，所述套筒沿基础构件被下放至地层上，并且同时套筒被保持在导向构件内部，也就是说，在下放过程中，导向件也支撑套筒。

在又一个实施例中，为了进一步提高稳定性，在放置套筒和/或分离第一夹持器之前，用打桩机将基础构件打入地层中相对较短的距离，例如小于基础构件直径的两倍的距离。在这个实施例中，打桩机优选地以小于其最大冲击能量的20％的能量操作。

本发明还涉及一种在水下地层中安装基础构件、特别是(单)桩的系统，所述系统包括：打桩机；水面舰船；用于将基础构件保持于适当位置的夹持器，所述夹持器安装在水面舰船上；以及，待围绕基础构件放置的套筒，在打入基础构件的过程中，套筒被置于水下地层上以降低来自打桩机的噪声输入。所述系统还包括安装在水面舰船上的导向件，用于至少从侧面保持所述套筒。

在一个实施例中，所述套筒在其内壁上包括一个或多个导向元件，为了降低从打桩机传递到套筒的噪声，所述导向元件优选包括降噪材料，例如橡胶。

为了更好地导向，尤其是在下放套筒以及打入基础构件的过程中，优选的是，至少将导向元件置于套筒的底部附近以及其上半部中。

在又一个实施例中，为了使所述系统适应不同直径的基础构件及套筒，用于套筒的导向件和/或套筒内部的导向元件的有效内径是可调的。例如，导向件和/或导向元件的多个部分能够在径向方向上扩张，或者能够与不同尺寸的部分或元件互换。

为了完整起见，需要注意以下现有技术：

JP60-159218公开了一种包括隔声圆筒的用于打桩锤的隔声器，该隔声圆筒由弹性材料形成并且形成为波纹管(bellow)的形状。隔声圆筒绕着桩固定。

DE 1 784 396公开了一种包括可伸缩吸声套筒的打桩锤。

附图说明

现在将对照附图对本发明进行更详细的说明，这些附图示出了本方法及系统的优选实施例。

图1示出了根据本发明的用于安装基础构件的系统以及安装的第一阶段。

附图2-5示出了安装的4个阶段。

附图6示出了所述系统在处于第3阶段(如图3所示)时的细节。

需要指出的是，上述附图实际上为示意性的，可能已经省略了那些对于理解本发明来说非必要的细节。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于在水下地层3(例如海底)中安装单桩2的系统1的实施例。在这个示例中，单桩2具有圆形横截面，并且直径为五(5)米，在安装完成后，所述单桩2将用作风轮机的基础。

所述系统1包括：液压打桩机4(例如IHC液动锤S-1800)，其与诸如自升式驳船(jack-up barge)(未示出)的水面舰船上的动力单元相连；用于将打桩机牢固地安装在单桩上的打桩机套筒5；以及，用于将打桩机4的冲击能量传递给单桩的砧台(被打桩机套筒遮住而无法看到)。

所述系统进一步包括隔音套筒6，例如钢制的隔音套筒6，其被围绕基础构件放置并放置在水下地层上，以降低由打桩机到周围水中的噪声输入。在这个示例中，所述套筒为双壁结构，具有圆形横截面，并且内径为6米。所述双壁结构提供了用于空气或多孔材料的一个或多个腔室7(图6)，并且使套筒具有浮力。一般情况下，为了减轻或基本避免套筒因其自重而过度地穿入到海底，在根据本发明的系统中，优选的是，所述浮力(即所排开的水的重量)为套筒重量的至少60％，优选为至少80％。

所述套筒6的内壁设置有多个导向元件，在这个示例中，所述多个导向元件为两组导向轮8，所述导向轮8由降噪材料(例如橡胶)制成，并且沿着套筒的(内)圆周在套筒6的底部附近(如图6中详细示出的那样)并在套筒6的上半部中的某个位置(在这个示例中为在距其上缘几米处)设置成环形。将多组导向元件沿轴向分开提供了较大的导向长度，从而进一步增强稳定性。

所述套筒的上缘设置有可拆卸的扩展器9，所述扩展器9用来将套筒的有效长度调整为待安装基础构件的位置处的水的深度。一般情况下，优选的是，一旦就位，隔音套筒就从地层伸出至水位之上。

所述自升式驳船包括：用于提升和操作单桩2和套筒6的起重机；用于在选定方向(典型为竖直方向)保持单桩2的夹持器10；以及，用于套筒6的导向件11。所述导向件11为环状，并且包括用于从侧向接收单桩2的侧向开口12。导向件11的内壁的至少上部向上发散，以在套筒6下放到导向件11中时使套筒6居中。在这个示例中，导向件11的内壁包括导向块13，所述导向块由诸如聚乙烯(例如超高分子量聚乙烯)的低摩擦材料制成。

例如按照如下方式安装单桩。端部用盖封闭以便能够浮起的单桩被牵引至位于起重机的工作范围内的位置。将其中一个盖去除，从而单桩被水淹没，并使单桩提起至直立位置。将起重机的钢索附接到单桩的上端部，并且将单桩移动至位于打开的夹持器内的位置。将单桩下放到海底上，并如果情况需要，允许单桩在其自重作用下穿入到海底中。关闭夹持器，释放起重机的钢索并将钢索附接到套筒的顶部或一个或多个侧部，其中所述套筒在此时被及时放置在甲板上或海中。如图2所示，导向件从驳船伸出并围绕单桩定位，并且打桩机安装在桩上。

在这个阶段，将单桩打入海底中约10米的深度，以进一步稳定单桩。为避免到周围水中的过多的噪声输入，在这个阶段中，打桩机以其最大冲击能量的10％操作，这通常足以穿入最初的几米。将套筒提升至单桩以及位于单桩项部上的打桩机的上方，然后将套筒下放到导向件上。或者，如图3所示，可以先将套筒提升并下放到导向件中，然后再将打桩机放入套筒内部并置于桩的顶部上。

在这些步骤的过程中，基础构件通过夹持器被保持在适当位置，并保持足够的稳定性，以承受水中的强大水流，并防止例如由于进一步且失控的穿入而导致的倾覆。

在打桩机安装在桩的顶部上、套筒固定在导向件内部并且单桩固定在套筒内部的情况下，分离夹持器，并将套筒下放到水中并下放到海底上，同时管头(bulkhead)伸出到海平面上方1-5米。

然后，将单桩打入海底至期望的深度，参见图4。在打桩过程中，套筒完全包围单桩，从而降低了向周围水体的噪声输入。

最后，移除打桩机，提升套筒穿过导向件，并将套筒放回到甲板上或海水中，由此完成安装。

在这个示例中，从单桩被夹持器固定直至安装完成，单桩被连续地保持。特别地，避免了在放置隔音套筒的过程中中断单桩的稳定定位。

本发明并不局限于以上描述的实施例，并可在权利要求的保护范围内以多种方式进行变化。

Claims (15)

1.一种利用打桩机(4)在水下地层(3)中安装基础构件，特别是(单)桩(2)的方法，所述方法包括如下步骤：

将基础构件(2)放置在水下地层(3)上，并利用安装在水面舰船上的夹持器(10)将基础构件(2)保持在适当的位置上；

围绕基础构件(2)放置用于降低来自打桩机(4)的噪声输入的套筒(6)；

分开夹持器(10)；

将套筒(6)下放到水下地层(3)上；

将打桩机(4)放置在基础构件(2)的顶部上；

其特征在于，至少在分开夹持器(10)时，利用安装在水面舰船上的导向件(11)至少在侧面保持所述套筒(6)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基础构件(2)通过所述套筒(6)保持在适当的位置上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述套筒(6)在被保持在导向件(11)的内部的同时被下放。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述导向件(11)在与套筒(6)相接合之前，侧向围绕基础构件(2)放置。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在围绕基础构件(2)放置套筒(6)和/或分开夹持器(10)之前，利用打桩机(4)，优选以小于所述打桩机(4)的最大冲击能量的20％，将基础构件(2)打入地层中相对较短的距离。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，从套筒(6)排出水，使得至少在打桩的部分过程中，至少打桩机(4)与基础构件(2)的内壁通过空气分开。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述导向件(11)定位在夹持器(10)上方。

8.一种在水下地层中安装基础构件，特别是(单)桩(2)的系统(1)，所述系统包括：打桩机(4)；水面舰船；夹持器(10)，所述夹持器用于将所述基础构件(2)保持在适当的位置上，并且安装在所述水面舰船上；以及，套筒(6)，所述套筒(6)围绕基础构件(2)放置，并放置在水下地层上，用来降低来自打桩机(4)的噪声输入，其特征在于，导向件(11)，所述导向件安装在所述水面舰船上，用来至少在侧面保持所述套筒(6)。

9.根据权利要求8所述的系统(1)，其中，所述套筒(6)在其内壁上包括一个或多个导向元件(8)。

10.根据权利要求9所述的系统(1)，其中，所述导向元件(8)包括降噪材料。

11.根据权利要求9或10所述的系统(1)，其中，所述导向元件(8)至少定位在套筒(6)的底部附近和套筒(6)的上半部中。

12.根据权利要求8-11中的任一项所述的系统(1)，其中，用于套筒的导向件(11)的有效内径和/或套筒(6)内部的导向元件(8)的有效内径是能够调整的。

13.根据权利要求8-12中的任一项所述的系统(1)，其中，所述导向件(11)基本为环形，并且包括用于侧向接收所述基础构件的开口(12)。

14.根据权利要求8-13中的任一项所述的系统(1)，所述系统包括用于调整套筒(6)的有效长度的能够拆卸的扩展器(9)。

15.根据权利要求8-14中的任一项所述的系统(1)，其中，所述套筒(6)包括一个或多个腔室(7)，所述一个或多个腔室(7)使套筒(6)具有浮力。

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