CN105369789A - 一种自升式平台冲桩系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式平台冲桩系统结构，包括桩靴和冲桩总管，所述桩靴内设有空腔，所述空腔与所述冲桩总管连通，其特征在于：桩靴的底板上设有若干开孔，所述开孔处设有滤网和冲桩阀，所述冲桩阀包括阀体、进水口、出水口，所述进水口与所述冲桩总管连通，所述出水口与所述冲管连通，所述冲管外侧或内侧还设有保护罩，所述冲桩阀还连接有液压控制装置。本发明通过采用独特的空腔式桩腿结构，并在桩腿底部开设的开孔内设有冲桩阀，在冲桩时，通过液压泵控制冲桩阀的开启，从而防止了在插桩及钻进作业过程中泥沙由冲桩管进入到冲桩管线而导致管线阻塞。

Description

一种自升式平台冲桩系统结构

技术领域

本发明涉及一种平台冲桩系统结构和，具体涉及一种自升式平台冲桩系统结构。

背景技术

坐落在粘性地层的自升式平台拔桩充满着挑战和危险,如果没有详细的计划,可能会导致重大安全事故，增加平台的移动时间，由于意外延误导致更高的转场成本。除了以上因素,不确定有效的常规冲桩系统，以及拔桩作业的不确定因素，都会影响拔桩的时间。

尽管有不利的影响,迄今为止很少人关注自升式平台桩腿拔桩问题。到目前为止,大多数现有拔桩的研究是侧重于揭示特定方面的突破现象。只有充分了解拔桩时各种力的分布与组成，结合底层/海况等诸多因素，才能用最有效的手段与方法来加快拔桩的速度，同时也提高作业的安全性。

拔桩是由支撑状态向漂浮状态过渡的重要阶段，是自升式平台转场必不可少的重要作业。拔桩是将插入海底的桩靴提升到船底预定位置。拔桩作业与桩靴样式、提升系统提升力、桩靴入泥深度有直接关系，只有当提升力大于拔桩总阻力，自升式平台才能拔桩成功，否则将会给平台带来不可估量的损失。自升式平台转场的主要流程为：降船、拔桩（一般需要冲桩）、拖航、新井位插桩、预压载、升船。

当船体降至海面，处于漂浮状态时，通过升降机构向上提升桩腿和桩靴，对单一桩腿进行拔桩，应当遵循先拔入泥较深的桩腿，后拔入泥较浅的桩腿，保证入泥较深的桩腿有足够的拔桩力。向上提升过程中，要不断增大船体吃水，使得船体获得更多浮力，但需要注意的是，应逐步增加平台的吃水，防止入泥较浅的桩腿提前拔活。当桩靴离开海底时，所有吸附力和侧摩擦力全部消失，桩靴上面覆土会被水流冲除。

为了保证自升式平台顺利拔桩，平台会配置冲桩系统，保证自升式平台能快速且安全的转场。自升式平台通常在桩腿和桩靴的顶部和底部提供冲桩系统。冲桩系统高压水压力的1000psi,冲桩系统被普遍认为能够破坏土壤吸附力，减少沉积在桩靴上面的覆盖土。

目前所有平台的冲桩系统都是直通式的，虽有保护罩保护但是插桩过程中泥土还是能够直接或者间接进入冲桩管线并最终在管内固结。在拔桩冲桩时，各个冲桩管线支管内的阻力由于很大切不同，首先必须用高压水冲开冲桩管线内固结的淤泥。但是由于各个冲桩管线内泥沙板结的程度不同，在高压冲水时，个别喷嘴阻力较小，水先从此喷嘴流出，管线内水压迅速下降，其他的喷嘴让堵塞，导致只有个别的喷嘴出水，冲桩能力明显不足。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种采用独特的空腔式桩腿结构，并在桩腿底部开设的开孔内设有冲桩阀的自升式平台冲桩系统结构。

技术方案：本发明所述的一种自升式平台冲桩系统结构，包括桩靴和冲桩总管，所述桩靴内设有空腔，所述空腔与所述冲桩总管连通，桩靴的底板上设有若干开孔，所述开孔处设有滤网和冲桩阀，所述冲桩阀包括阀体、进水口、出水口，所述进水口与所述冲桩总管连通，所述出水口与所述冲管连通，所述冲管外侧或内侧还设有保护罩，所述冲桩阀还连接有液压控制装置。

进一步的，所述总管连接有若干支管，所述支管分别与所述开孔相连通。

进一步的，所述开孔的总面积是所述桩靴底部总面积的1％-10％。

进一步的，所述阀体内还设有阀芯和复位弹簧，所述复位弹簧控制所述阀芯处于常开状态。

进一步的，所述阀体上还设有液压口，所述液压口与所述阀芯的台阶面相通。

进一步的，所述液压控制装置包括液压泵和控制阀，所述液压泵通过控制阀向液压口输入高压介质或将该介质泄压。

进一步的，所述控制阀上还连接有流量计量器。

进一步的，所述滤网设在所述桩靴的底板上或设在保护罩上。

进一步的，所述滤网采用金属或非金属材料制成，非金属材料包括陶瓷或环氧树脂；金属材料包括不锈钢316、罗镍铁合金、铜镍合金或镍基合金。

进一步的，所述保护罩为U型或半圆形金属结构。

有益效果：本发明通过采用独特的空腔式桩腿结构，并在桩腿底部开设的开孔内设有冲桩阀，在冲桩时，通过液压泵控制冲桩阀的开启，从而防止了在插桩及钻进作业过程中泥沙由冲桩管进入到冲桩管线而导致管线阻塞。

附图说明

图1为本发明一个实施例的桩靴结构示意图；

图2为本发明另一个实施例的桩靴结构示意图；

图3为本发明的冲桩阀工作原理结构示意图；

图4为本发明滤网一个实施例的安装结构示意图；

图5为本发明滤网另一个实施例的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

如图1、图3所示的一种自升式平台冲桩系统结构，包括桩靴14和冲桩总管2，所述桩靴14内设有空腔15，所述空腔15与所述冲桩总管2连通，桩靴14的底板上设有若干开孔16，开孔16的总面积是所述桩靴14底部总面积的1％-10％。所述开孔16处设有滤网17和冲桩阀8，所述冲桩阀8包括阀体81、进水口82、出水口83，所述进水口82与所述冲桩总管2连通，所述出水口83与所述冲管10连通，所述冲管10外侧或内侧还设有保护罩11，所述冲桩阀8还连接有液压控制装置3。

如图3所示，本发明的冲桩阀系统包括:冲桩泵1、冲桩管线2、冲管10、保护罩11、冲桩阀8和液压控制装置3，冲桩泵1设置在自升式平台船体内，并与冲桩管线2的输入端相连。冲桩阀8安装在桩靴底板9上，对应每个冲管10均安装有一个冲桩阀8。冲桩管线2的输出端分出若千支分支管线13，每个冲桩阀8的输入端均分别对应与一根分支管线13相连，冲桩阀8的输出端与冲管10相连，冲桩阀8通过液压控制装置3控制冲桩阀8的开启和关闭。每个控制阀4上串联有流量计量器5，用于根据流量判断冲桩阀8的开关程度。

冲桩泵1一般为压力低于2MPa的低压泵，工作介质为海水，每条平台上一般配备2套以上的冲桩泵1。液压控制装置3的工作介质可以是对海洋环境无污染的液压油，还可以是冷冻液、过滤的海水，甚至可以是高压气体。

如图3所示，冲桩阀8包括:阀体81，在阀体81上设置有进水口82和出水口83，出水口82与冲管10相连，进水口81与分支管线13相连，在阀体81内还设置有控制进水口82和出水口83处于导通或断开状态的阀芯840冲桩阀8处于常关状态，可以通过液压方式使阀芯84上移打开阀，也可以通过电力控制或机械控制的方式打开阀，本实施例选用了相对安全可靠的液压控制方式，即利用液压控制装置3和液压管线6将工作介质导入冲桩阀8,从而打开阀。

为了使阀芯84能够处于常闭状态，即使进水口10和出水口11处于常断开的状态，在阀体81内还设置有复位弹簧85，复位弹簧85可以采用如图1所示的金属弹簧，也可以采用其它结构，只要能够起到使阀芯84处于常闭状态即可。在作业水深较大时，复位弹簧85可使用压缩气体弹簧;如果要使用金属弹簧，在阀体81上部可设置带过滤器的小孔，使阀体81上腔与桩靴内水体连通。通过结合水压，即使降低金属弹簧的弹簧丝的设计尺寸，也可以起到能够将阀芯84复位的作用。

如图3所示，为了控制阀芯84能够使进水口82和出水口83处于导通的状态，即冲桩工作状态，在阀体81上还设置有液压口87，阀芯84的截面为T形，液压口87与阀芯84的台阶面841相通。这样，当向液压口87泵入高压介质时，高压油顶着台阶面841将阀芯84向上移动，从而开启阀体81,使进水口82和出水口83处于导通的状态。当将液压口87内的介质泄压时，阀芯84就在复位弹簧85的作用下下落，使出水口83和进水口82处于关闭状态。阀体81的内腔相应为台阶柱面，阀体81的内腔与阀芯84之间还可以设置密封圈86。

如图2所示为本发明所述的另一种桩靴的结构图。与图1不同的是，该结构中的冲桩总管分别连接有若干支管13，支管13分别与各开孔相通，从而可以保证每个开孔具有一定的压力值。

本冲桩系统中，滤网安装包含两种形式。一种滤网固定在桩靴底部，并能承受高压介质和来自周围泥土的压力，保护罩安装在桩靴内部，如图4。另一种滤网固定在保护罩两侧，保护罩安装在桩靴底部外表面，如图5所示，保护罩U型槽结构。

所述滤网17采用金属或非金属材料制成，非金属材料包括陶瓷或环氧树脂；金属材料包括不锈钢316、罗镍铁合金、铜镍合金或镍基合金。所述保护罩11为U型或半圆形金属结构。

在拔桩前需要冲桩时，在平台上开启液压控制装置3的液压泵31，利用控制阀4打开其对应的一个冲桩阀8，再开启冲桩泵1冲开冲管10内的泥沙，然后通过控制阀4泻压使此阀再处于关闭状态;按此程序操作冲开每个冲管10内的泥沙。最后按照设计的冲桩作业程序，从平台上控制逐次打开设定区域冲桩阀8进行冲桩作业。在平台上可以根据每一控制阀4对应的流量计量器5的流量读数了解冲桩阀8的开启情况，并据此制定相应的措施。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种自升式平台冲桩系统结构，包括桩靴（14）和冲桩总管（2），所述桩靴（14）内设有空腔（15），所述空腔（15）与所述冲桩总管（2）连通，其特征在于：桩靴（14）的底板上设有若干开孔（16），所述开孔（16）处设有滤网（17）和冲桩阀（8），所述冲桩阀（8）包括阀体（81）、进水口（82）、出水口（83），所述进水口（82）与所述冲桩总管（2）连通，所述出水口（83）与所述冲管（10）连通，所述冲管（10）外侧或内侧还设有保护罩（11），所述冲桩阀（8）还连接有液压控制装置（3）。

2.根据权利要求1所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述总管（2）连接有若干支管（13），所述支管（13）分别与所述开孔（16）相连通。

3.根据权利要求1所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述开孔（16）的总面积是所述桩靴（14）底部总面积的1％-10％。

4.根据权利要求1所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述阀体（81）内还设有阀芯（84）和复位弹簧（85），所述复位弹簧（85）控制所述阀芯（84）处于常开状态。

5.根据权利要求1或4所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述阀体（81）上还设有液压口（87），所述液压口（87）与所述阀芯（84）的台阶面（841）相通。

6.根据权利要求1所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述液压控制装置（3）包括液压泵（31）和控制阀（4），所述液压泵（31）通过控制阀（4）向液压口（87）输入高压介质或将该介质泄压。

7.根据权利要求6所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述控制阀（4）上还连接有流量计量器（5）。

8.根据权利要求1所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述滤网（17）设在所述桩靴（14）的底板上或设在保护罩（11）上。

9.根据权利要求1或8所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述滤网（17）采用金属或非金属材料制成，非金属材料包括陶瓷或环氧树脂；金属材料包括不锈钢316、罗镍铁合金、铜镍合金或镍基合金。

10.根据权利要求1或8所述的一种自升式平台冲桩系统结构，其特征在于：所述保护罩（11）为U型或半圆形金属结构。