CN103031844B - 用于将多个桩打入海床的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将多个桩打入海床的方法和装置。多个桩（1‑1，1‑2，1‑3，1‑4）以可轴向移位的方式设置在支架元件（2‑1，2‑2，2‑3，2‑4）中。锤子（3‑1，3‑2，3‑3，3‑4）被定位在桩（1‑1，1‑2，1‑3，1‑4）上。这整个结构被向下置于海床上。在将桩（1‑1至1‑4）打入海床后，锤子（3‑1，3‑2，3‑3，3‑4）被永久性地连接到支架元件，并通过起重机（13）一起被提升到水体表面和海运船舶。

Description

用于将多个桩打入海床的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于将多个桩打入海床的方法和装置。
背景技术
对于海上风力发电系统，需要将风力发电系统牢固地连接到海床。搁置在打入海床中的桩上的桁架构造很容易被使用。这是通过打桩机或锤子进行的，例如IHC锤。从MENCKGmbh公司的手册“Menck-Hydraulic Hammers”中可知道这种锤子。该锤子安装在各个桩上进行操作，通过该锤子，一个接一个的桩被打入到海床。在用锤子敲进第一个桩后，锤子被提高，并被再次定位在另一桩的上部以用锤子将其敲入，在海的深度很大的情况下，这是耗时的。桩例如被实施为圆柱形管，该管在器梢部是变细的。
发明内容
本发明的目的是要提供一种用于将多个桩打入到海床的装置，其以快速和成本低廉的方式操作。
本发明的目的通过如下所述的特征来实现。
本发明的有利实施例和改进也将在下面的描述中列出。
在用于将多个管子或桩打入到海床的方法中，执行下面的方法步骤：
a)在桩的海床侧末端区将桩引入并固定在支架的相应支架元件中，
b)将锤子附连到在每一情况下分配给它们的桩的背离海床的端部区，
c)将桩与支架降低到海床，
d)通过所述锤子将桩锤入海床中，
e)在各个桩已经被锤入海床后，在每种情况下将锤子放置、接触、附连、锁定或钩挂到分 配给它们的支架元件上或这些支架元件之中，
f)将支架与锤子提升到表面。
优选地，当支架被降低到适当位置时，锤子被附连在桩的顶侧上。
通过此方法，有利地实现了将多个桩快速打入到海床，其中在一个步骤中，只要在锤子和支架被降低到海床以及提升到表面之后，锤子和支架就可快速地用于进一步的打入过程。
在将桩引入并定位到支架元件后，支架与桩优选从表面至少部分地沿海床的方向被降低。
将多个桩敲进或打入到海床优选是并行实现的。
锤子放置、接触、附连、锁定或钩挂支架元件中优选通过在锤子的相应端部，将形状配合或压配合的连接或耦连元件和彼此面对的支架元件相互对应进行的，藉此，支架与锤子的安全提升是可行的。
多个支架元件在每种情况下优选彼此相隔预定距离，因此桩可以预定几何形状被打入海床。
支架、桩和锤子优选被存放在海运船舶（seaborne vessel）上，从海运船舶运送到海床的计划位置或锤击位置，在此根据前述方法被锤击到海床，其中用于多个地基位置或WTG位置的桩被优选存放在所述海运船舶上。
风力涡轮机子结构，例如桁架构造通过插杆被优选定位在桩上，通过水泥灌浆或削尖进行连接。
在用于将多个管或桩打入海床的装置中，提供了支架，多个桩通过该支架的优选被实施为圆柱形的支架元件，可被引导和移动到位，同时保持在预定钻探、锤击或打桩距离且在轴向方向上。这里，多个锤子或打桩器被提供，其中每个锤子被设置在桩上背离海床的端部区上，其中锤子的相应支架侧端部和支架元件的锤子侧端部具有相互对应的，优选机械互补的连接或耦连元件，使得在将相应的桩打入海床后，锤子以如下的稳定方式静置在相应的支架元件上，该稳定方式即使得：支架与安放在所述支架元件上的锤子一起可从海床被提升到水体表面，并且可提升到海运船舶的甲板。
支架可优选通过设置于海运船舶上的绞盘降低到海床以及再次提升到表面。
锤子的耦连元件优选具有截头圆锥形或锥形外表面，其可被优选形状配合地设置在所述支架元件的耦连元件的相应截头圆锥形内表面上。
锤子的耦连元件在其端面上具有优选实施为槽的形状，其能够被连接到优选被实施为形状配合方式中的销的耦连元件的端面形状。
所述锤子的耦连元件可在其端面处通过锤子的重力或压配合连接而被连接到所述耦连元件的端面。
所述支架可优选通过设置于海运船舶上的绞盘在表面和海床之间提升、降低。
附图说明
本发明进一步的实施例和改进表示在附图中：
其中：
图1以倾斜3D图示出了用于将桩引导到支架元件中的支架，
图2以侧视图示出了引入支架元件中的桩和锤子，
图3示出了来自图2的引入支架元件中的桩和锤子的另一示例性实施例，
图4示出了在第一方法步骤之前用于将桩打入海床中的装置，
图5示出了在第一方法步骤之后用于将桩打入海床中的装置，
图6示出了在第二方法步骤之后用于将桩打入海床中的装置，
图7示出了在第三方法步骤之后用于将桩打入海床中的装置，
图8a，8b示出了在第四方法步骤之后用于将桩打入海床中的装置，
图9示出了将钢桁架构造定位在桩上，
图10示出了来自图9的钢桁架构造与桩的连接。
在下面的文字中，示出的具有相同功能的装置的组件以相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1以从上方倾斜观察的3D视图示出了具有支架元件2-1，2-2，2-3，2-4的支架6。在每种情况下，支架元件基本上被实施为具有截头圆锥形引导附件4的圆柱形形式。支架元件2-1，2-2，2-3，2-4用来在其轴向方向上接收并引导桩1-1，1-2，1-3，1-4。支架元件2-1，2-2，2-3，2-4以刚性且稳定的方式通过定位架24互联。四个支架元件2-1，2-2，2-3，2-4的拐角优选形成具有长度为d的边的正方形。替代性地，根据风力涡轮机塔架所要求的子结构的形状，支架也可以是三角形或其它形状。
在本例中，提出了将三个正方形支架拐角元件x-1，x-2，x-3，x-4布置在彼此之内，使得在每种情况下实现了具有四个拐角点x-1，x-2，x-3，x-4的三个正方形，它们具有从内到外增加的距离d2，d1，d或横向长度d2，d1，d。支架元件的其它几何形状也是可能的，例如形式为长方形或其它多边形。支架6充当了用于桩1的模板，在后面的附图中这些桩被示为打入到海床11中。因此可用一个支架6在海床11的钻探区中有利地实现不同的几何形状。这里，支架6与引入其支架元件2中的桩1-1，1-2，1-3，1-4一起被定位在海床11。支架6将桩1-1，1-2，1-3，1-4保持就位以便进行锤击。这些桩在竖直自由度上没有被固定。桩1-1，1-2，1-3，1-4然后通过锤子3被打入海床11，这将在下文更详细地描述。
图2示出了支架6的支架元件2，桩1插入到该支架元件中，在其轴向方向上被引导。桩1上设置有锤子3，以将桩1打入海床11。在将桩1打入海床11后，锤子3静置在支架元件2的引导附件4上。
在此，分配给支架元件2的锤子3的端面5具有截头圆锥形外表面5，其邻接或结合到支架元件2的锤子侧引导附件4的相应的呈截头圆锥形延伸的内表面。
由于锤子3重量很大，和/或耦连元件4和5形状配合的截头形状，锤子3以稳定方式静置于支架元件2上，使支架6与放置在支架元件2上的所有锤子3在每种情况下都可通过附连到每个支架元件2的绞盘23，从海床11传送到水表面，并传送到海运船舶13。
图3以侧视图表示图2的装置，其具有锤子3和支架元件2的替代性耦连元件4-1，5-1，其中锤子3的耦连元件5-1表示圆柱形式的附件5-1，其在其端面处具有周向均匀间隔开的横向槽21。在锤子一侧，支架元件2的耦连元件4-1在其端面处具有销22，其被实施为与锤子3的耦连元件5-1的槽21互补的形式，因此在将锤子3定位在支架元件2上后可获得稳定连接。
替代性地（未示出），耦连元件的附件5-1以圆锥形式实现，以匹配支架元件2的耦连元件4-1的圆锥形实施例。
图4-图8a表示了在连续制造状态下将多个桩1-1，1-2，1-3，1-4打入海床11的装置。
图4表示了用于将桩1-1，1-2，1-3，1-4打入海床11的装置。海运船舶13停泊在海床11上所选位置的固定位置上，或停泊在海床11的锤击位置16。绞盘23-1，23-2，23-3，23-4，桩1，1-1，1-2，1-3，1-4，支架6，起重机20，锤子3-1，3-2，3-3，3-4存放在海运船舶13上。海运船舶13飘浮在表面12上。海运船舶13包含所有打桩过程所需的部件，因此可通过使用其强劲的引擎到达该表面上的任何点，以便能够正好停在海床11的所述位置上或锤击位置16（也称为钻探区16）上方的目标区中，以便形成精确定位和稳定的钻探平台。
图5示出了处于第一方法步骤的图4的装置。已经提供了支架6的支架元件2-1，2-2，2-3，2-4，并将其与待被打入海床11的四个桩1-1，1-2，1-3，1-4固定。替代性地，经常也使用3个桩，或者有时也使用5个桩。支架6连同桩1-1，1-2，1-3，1-4被附连到其支架元件2-1，2-2，2-3，2-4的绞盘23-1，23-2，23-3，23-4降低，降低的距离要使设置于海运船舶13上的起重机20连续地将相应的锤子3-1，3-2，3-3，3-4定位在桩1-1，1-2，1-3，1-4上背离支架6的那些端部上。这里，绞盘23-1，23-2，23-3，23-4和起重机20以稳定方式锚定在海运船舶13上。替代性地，起重机也可以被集成在船舶上。
在将锤子3-1，3-2，3-3，3-4附连到桩1-1，1-2，1-3，1-4之后，支架6，桩1-1，1-2，1-3，1-4和锤子3-1，3-2，3-3，3-4在绞盘23-1，23-2，23-3，23-4上被降低在海床11上的期望钻探区16中，如图6所示。支架6以稳定方式锚定到海床11。通常，支架6的重力足以锚定支架6。锤子3-1，3-2，3-3，3-4现在被致动，利用锤子将桩1-1，1-2，1-3，1-4以给定的速度打入到海床11。借助于支架6，四个桩1-1，1-2，1-3，1-4以支架元件2-1，2-2，2-3，2-4的预定距离d被打入海床11，因此相对于彼此是间隔开的。
打桩过程即锤子3-1，3-2，3-3，3-4的操作当锤子3-1，3-2，3-3，3-4在每种情况下变成与支架元件2-1，2-2，2-3，2-4接近或接触时被终止，如图7所示。桩1-1，1-2，1-3，1-4现在被打入海床11。桩1-1，1-2，1-3，1-4的表面侧端部从海床11突出预定长度l，如图8b所示。现在，支架元件2-1，2-2，2-3，2-4在绞盘23-1，23-2，23-3，23-4上被提升到锤子3-1，3-2，3-3，3-4，如图8a的示意形式所示。支架元件2-1，2-2，2-3，2-4和锤子3-1，3-2，3-3，3-4在耦连元件4，5（如图2或图3所示）处彼此接触，在适当情况下，可锁定成槽-销连接（图7）。现在支架6与设置于其上的锤子3-1，3-2，3-3，3-4在提升过程中通过绞盘23-1，23-2，23-3，23-4被提升（图8a）。在将支架6与锤子3-1，3-2，3-3，3-4提升到海运船舶13之后，将桩打入海床11所需的所有工具再一次在海运船舶13的甲板上，如图8b所示。锤子3-1，3-2，3-3，3-4现在从支架元件2-1，2-2，2-3，2-4通过起重机20被升起，并被提升到海运船舶13上的预定存放位置。
通过借助上述装置执行的方法，具体通过将多个桩1-1，1-2，1-3，1-4打入海床11以及在提升过程中同时提升放置在支架6上的锤子3-1，3-2，3-3，3-4的并行或同时执行的过程，可以节约大量的时间。由于海运船舶13是专用船，其操作每小时成本很高，这产生显著的成本节约。
图9示出了用于将风力涡轮机子结构定位在打入海床11的桩1-1，1-2上的第一方法步骤，在此风力涡轮机子结构被实施为优选由钢制成的桁架构造17。替代性地，可以使用如混凝土或壳体构造的其它风力涡轮机子结构。在桁架构造17的底侧上设置插杆18-1，18-2，18-3，18-4，其被引入到桩1-1，1-2，1-3，1-4的空腔中。这里，借助连接结构，例如通过削尖或水泥连接，插杆18-1，18-2，18-3，18-4被永久性连接到桩1-1，1-2，1-3，1-4。图10示出了在桩1-1，1-2，1-3，1-4上的安装状态的桁架构造17。风力发电系统（未示出）现成例如可附连到桁架构造17。

Claims (19)

1.一种将多个桩（1）打入海床（11）的方法，其中下列方法步骤被执行：
a）在桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）的海床侧末端区将桩引入并固定到支架（6）的相应支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）中，
b）将锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）紧固到在每一情况下分配给它们的桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）的背离所述海床的端部区，
c）将所述支架（6）与所述桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）降低到海床（11），
d）通过所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）将所述桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）同时打入海床（11）中，
e）在将相应的桩（1）打入海床（11）之后，将所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）紧固或钩挂到在每种情况下分配给它们的支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）之上/之中，
f）将所述支架（6）与所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）提升到表面（12）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述支架（6）被降低到适当位置时，所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）被附连在所述桩的顶侧上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）紧固或钩挂到所述支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）中是通过在锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）和支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）的相应面对端处，将形状配合或压配合的耦连元件在每种情况下进行相互对应来进行的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）在每种情况下彼此相隔预定距离（d，d1，d2），因此所述桩（1）能以预定几何形状打入海床（11）中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支架（6）、所述桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）和所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）被存放在海运船舶（13）上，从所述海运船舶运送到计划的钻探区（16），并且所述桩在此被打入海床（11）。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用于多个钻探区（16）的桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）被存放在所述海运船舶（13）上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，桁架构造（17）通过插杆（18-1，18-2，18-3，18-4）定位在所述桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）上，并用水泥粘结或被削尖。
8.一种将多个桩（1）打入海床（11）的方法，其中下列方法步骤被执行：
a）在桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）的海床侧末端区将桩引入并固定到支架（6）的相应支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）中，
b）将锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）紧固到在每一情况下分配给它们的桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）的背离所述海床的端部区，
c）将所述支架（6）与所述桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）降低到海床（11），
d）通过所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）将所述桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）并行地打入海床（11）中，
e）在将相应的桩（1）打入海床（11）之后，将所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）紧固或钩挂到在每种情况下分配给它们的支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）之上/之中，
f）将所述支架（6）与所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）提升到表面（12）。
9.一种用于将多个管/桩（1）打入海床的装置，其中
•提供了支架（6），多个桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）通过所述支架的支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）能以预定的钻探距离（d）以及在轴向方向上在每种情况下被引导和移动到位，
•提供多个锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4），其中每个锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）被设置在桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）上背离海床（11）的端部区，
•其中所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）的相应支架侧端部和所述支架元件（2）的锤子侧端部（4）具有相互对应的耦连元件，从而使得在将相应的桩（1，1-1；1-2；1-3；1-4）打入海床（11）后，所述锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）以如下的稳定方式静置在相应的支架元件（2）上，所述稳定方式即要使得：所述支架（6）与安放在所述支架元件（2，2-1；2-2；2-3；2-4）上的锤子（3，3-1；3-2；3-3；3-4）一起能从海床（11）被提升到水体表面（12）。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述支架元件被实施为圆柱形形式。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述耦连元件是机械互补的。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述支架（6，2，2-1；2-2；2-3；2-4）能通过设置于海运船舶（13）上的绞盘（23）降低到海床（11）以及提升到表面（12）。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述锤子（3）的耦连元件具有截头圆锥形外表面。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述锤子（3）的耦连元件能被形状配合地定位在所述支架元件（2）的耦连元件的截头圆锥形内表面上。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述锤子（3）的耦连元件在其端面上具有的形状能以形状配合方式连接到所述支架元件的耦连元件的端面的形状。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述锤子的耦连元件的端面的形状被实施为槽，所述支架元件的耦连元件的端面的形状被实施为销。
17.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述锤子（3）的耦连元件能够在其端面处通过锤子（3）的重量或压配合连接而被连接到所述支架元件的耦连元件的端面。
18.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述支架（6）可通过设置于海运船舶（13）上的绞盘（23）而在表面（12）和海床（11）之间提升和降低。
19.一种用于将多个桩（1）打入海床（11）的方法，其特征在于，根据权利要求9至18之一所述的装置执行根据权利要求1至8之一所述的方法。
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