CN108396740B - 一种桩靴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桩靴，适于安装在海洋平台的桩腿的底部，该桩靴包括适于与该桩腿固定连接的固定靴，以及连接在该固定靴上的活动靴，该活动靴可沿第一方向相对该固定靴在第一位置和第二位置之间移动；在该桩靴的工作状态下，该第一方向与该桩腿的延伸方向平行，该固定靴和该活动靴的底面可同时与海底接触；拔桩时，该活动靴相对该固定靴由该第一位置向下移动至该第二位置，以使得该固定靴和该活动靴被依次拔动。通过本发明的桩靴，在拔桩工况可分步克服作用在桩靴底面的吸附力，从而降低了拔桩过程中最大阻力，有利于拔桩过程的顺利进行。

Description

一种桩靴

技术领域

本发明涉及海洋平台技术领域，具体涉及一种用于海洋平台桩腿的桩靴。

背景技术

桩靴作为自升式平台的重要构件，布置于桩腿底部，可以有效地增加承载面积及减小插深深度，主要用于站立工况下支撑船体及承载环境载荷和工作载荷的作用。

自升式平台作业时需将桩靴插入海床泥土中，支撑平台脱离海面作业；作业完成后，平台需将桩腿及桩靴拔起、收回船体。平台拔桩时需克服桩靴顶部覆土重力、桩靴侧壁与泥土的摩擦力、桩腿桩靴自重及桩靴底部的吸附力。在这些载荷中，吸附力占很大比例，在很多情况下，由于吸附力过大，使得拔桩十分困难甚至无法拔桩。

发明内容

本发明的一个目的减小拔桩难度。

本发明提供了一种桩靴，适于安装在海洋平台的桩腿的底部，所述桩靴包括适于与所述桩腿固定连接的固定靴，以及连接在所述固定靴上的活动靴，所述活动靴可沿第一方向相对所述固定靴在第一位置和第二位置之间移动；在所述桩靴的工作状态下，所述第一方向与所述桩腿的延伸方向平行，所述固定靴和所述活动靴的底面可同时与海底接触；拔桩时，所述活动靴相对所述固定靴由所述第一位置向下移动至所述第二位置，以使得所述固定靴和所述活动靴被依次拔动。

可选地，所述第一位置与所述第二位置在所述第一方向上的距离为80mm以上。

可选地，所述桩靴包括限位结构，所述限位结构包括一端固定设置在所述固定靴和所述活动靴其中之一上的插销以及设置在另外一个上的限位槽，所述插销的另一端伸入到所述限位槽的内部且可在所述限位槽内沿所述第一方向往复移动；当所述插销移动至所述限位槽的沿所述第一方向的第一端时，所述活动靴位于相对所述固定靴的所述第一位置，当所述插销位于所述限位槽的与所述第一端相对的第二端时，所述活动靴位于相对所述固定靴的所述第二位置。

可选地，所述插销为圆柱形销轴，所述限位槽为长度方向沿所述第一方向延伸的凹槽，所述限位槽的宽度比所述插销的直径大4~10mm。

可选地，所述限位槽的两端面均为开口朝向所述限位槽中段的半圆弧面，且所述半圆弧面的直径比所述插销的直径大4~10mm。

可选地，所述固定靴和所述活动靴均为箱体结构，所述固定靴面向所述活动靴的围壁为第一围壁，所述活动靴面向所述固定靴的围壁为第二围壁，所述限位槽设置在所述第一围壁/所述第二围壁的沿所述第一方向的中部。

可选地，所述桩靴为双向对称结构，其两个对称面垂直相交，在所述桩靴的工作状态下，两个所述对称面的交线与所述桩腿的轴线同轴。

可选地，所述第一围壁和所述第二围壁的高度相等，当所述活动靴相对所述固定靴位于所述第一位置时，所述第一围壁和所述第二围壁在高度方向对齐。

可选地，所述第一围壁和所述第二围壁所在平面均与所述第一方向平行且两者之间的间隙小于60mm，所述限位槽由所述第一围壁/所述第二围壁向所述固定靴或所述活动靴的箱体内部凹入。

可选地，所述限位槽的底板为与所述限位槽的侧壁板可拆卸连接的水密封板，且所述插销可拆卸地连接于所述桩靴上。

可选地，所述固定靴为内靴，所述内靴为轴线沿所述第一方向延伸的柱体结构，所述活动靴为沿所述第一方向套接在所述内靴外部的外靴，所述限位结构的数量至少为3个，且沿所述活动靴的周向间隔地设置。

可选地，所述内靴为矩形柱体结构，所述内靴的每个外侧面与所述外靴的内侧面之间分别沿周向等间隔地设置有至少3个所述限位结构。

可选地，所述内靴包括第一靴体和沿所述第一方向套接在第一靴体外部的第二靴体，所述第一靴体为纵轴线平行于所述第一方向的柱体结构，所述第一靴体和所述第二靴体之间通过抗剪块连接，所述抗剪块可拆卸地设置在所述第一靴体的外侧壁和所述第二靴体的内侧壁之间，所述抗剪块包括沿所述第一靴体的周向间隔设置的多块。

可选地，所述第一靴体与所述桩腿为一体式连接的圆柱形结构，所述防剪块为沿所述内靴的周向等间隔设置的4块。

可选地，所述固定靴为外靴，所述活动靴为沿所述第一方向套设在所述外靴内部的内靴，所述外靴的内侧壁与所述桩腿一体式连接。

可选地，所述桩靴内部设置有冲桩装置，所述冲桩装置的喷嘴与外界连通且设置在所述桩靴的底面上。

本发明提供的桩靴包括固定靴和可相对固定靴移动的活动靴，在拔桩过程中，固定靴和活动靴可被依次拔动，从而可分步克服作用在桩靴底面的吸附力，从而降低了拔桩过程中最大阻力，有利于拔桩过程的顺利进行。

附图说明

图1a为本发明一个实施例提供的桩靴的第一位置示意图；

图1b为本发明一个实施例提供的桩靴的第二位置示意图；

图1c为本发明一个实施例提供的冲桩系统的安装示意图；

图2为本发明一个实施例提供的桩靴的俯视图；

图3a为本发明一个实施例提供的桩靴的限位结构示意图；

图3b为图3a的B向局部视图；

图4a为本发明另一个实施例提供的桩靴的结构示意图；

图4b为本发明另一个实施例提供的冲桩系统的安装示意图；

图5为本发明另一个实施例提供的桩靴的俯视图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

桩靴一般具有大于桩腿直径的外径尺寸，当其安装在桩腿的底部时，可增加桩腿与海床泥土的接触面积和接触力，起到稳定插桩深度的作用，从而有利于海洋平台本体在高度方向上的定位。当桩靴插入到海床内部时，其底面与海底泥土之间的空间可能处于接近真空的状态，海床泥土对桩靴产生一个较大的吸附力。根据实际经验，该吸附力在桩靴承受的总体外力中占到很大的比例。当该吸附力过大时，可能引起拔桩困难甚至无法拔桩。本发明的目的在于通过对桩靴进行改进设计，减小拔桩的难度。

定义桩靴的工作状态为海洋平台插桩完成时，桩靴所处的状态。桩靴在工作状态下，通常安装于桩腿的底部，桩靴的底面与海床泥土接触且稳定在海床内部的一个深度。相应地，拔桩时，通过拔桩系统将桩靴拔动至海床表面以上。

请参考图1a和图1b，本发明的一个实施例提供了一种桩靴100，桩靴100包括固定靴110和活动靴120，在桩靴100的工作状态下，固定靴110的底面和活动靴120的底面同时与海床泥土接触，以保证桩靴100与海床之间有足够大的相互作用力，从而使桩腿具有可靠的插入深度。在桩靴100的工作状态下，固定靴110可固定连接于桩腿的底部，活动靴120可移动地连接到固定靴110上。具体地，活动靴120可相对固定靴110沿第一方向A在第一位置和第二位置之间移动。

在桩靴100的工作状态下，将桩靴100安装为使其第一方向A与桩腿的延伸方向（通常是竖直方向）平行，且固定靴110和活动靴120可同时与海底接触。此时，海床泥土对桩靴100的底部产生吸附力F包括作用于固定靴110底部的吸附力F₁和作用于活动靴120底部的吸附力F₂。在现有技术中，桩靴为一体式结构，拔桩时需克服总吸附力F，当吸附力F过大时，平台系统可能无法提供足够的上拔力，从而使得拔桩困难甚至无法拔桩。在本实施例中，桩靴100包括固定靴110和活动靴120，在拔桩之前，活动靴120相对于固定靴110位于第一位置（图1a所示位置），开始拔桩时，固定靴110首先被拔起，在固定靴110一开始被拔动的时候，活动靴120停留在原位不动（也可以理解为活动靴120相对固定靴110向下移动），此时，拔桩系统需克服的吸附力只有作用于固定靴110上的吸附力F₁。当固定靴110被拔动之后，海床作用于固定靴110上的吸附力随即消失。继续拔桩，直至活动靴120相对固定靴110位于第二位置（图1b所示位置），之后固定靴110带动活动靴120向上移动，此时，拔桩系统需克服的吸附力只有作用于活动靴120上的吸附力F₂，活动靴120被拔动之后，吸附力F₂消失，之后拔桩过程继续，但拔桩系统无需再克服吸附力。由此可见，通过本实施例提供的桩靴，拔桩过程中可分步克服作用在桩靴底面的吸附力，从而降低了拔桩过程中最大阻力，有利于拔桩过程的顺利进行。本发明对固定靴110和活动靴120之间的连接方式不作限定，只要能使活动靴120和固定靴110实现上述相对运动关系的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

如果第一位置和第二位置之间的间距过小，在拔动活动靴120时，固定靴110上的吸附力可能还未完全消失，可将第一位置和第二位置之间在第一方向A上的距离为80mm以上，即在拔桩过程中，活动靴120可相对固定靴110移动的行程为80mm以上。同时，如果第一位置和第二位置之间的间距过大，则不利于活动靴120和固定靴110在拔桩过程中的连接以及传力，在本实施例中，第一位置和第二位置之间在第一方向A上的距离为80~120mm。可以理解，对于不同型号的桩靴，第一位置和第二位置之间在第一方向A上的距离也可设置为大于120mm。

请参考图3a、图3b并结合图1b。本实施例中，桩靴100通过限位结构130来限定固定靴110和活动靴120之间的相对位置关系，限位结构130包括一端固定设置在活动靴120上的插销131，以及设置在固定靴110上的限位槽132，插销131的未与活动靴131固定的一端伸入到限位槽132中，且可在限位槽132中沿第一方向A移动，即限位槽132部分地容纳插销131。当插销131移动至限位槽132的沿第一方向A的第一端132a时，活动靴120位于相对于固定靴110的第一位置，当插销131位于限位槽132的与第一端132a相对的第二端131a时，活动靴120相对固定靴110位于第二位置。可以理解，插销131和限位槽132可以互换位置。如在另一个实施例中，如图4a所示，插销131固定安装于固定靴110上，限位槽132设置于活动靴120上，只需满足对固定靴110和活动靴120的相对位置关系的限定即可。

请继续参考图3a和图3b，在本实施例中，插销131为易于获取的圆柱形销轴，限位槽132为宽度与插销131的直径相等的凹槽，且限位槽132的长度方向沿第一方向A延伸。即限位槽132同时是销轴131的导向槽。为使得插销131与限位槽132之间有更好的接触，限位槽132的在第一方向A上的两端面均为开口朝向限位槽132中段的半圆弧面132b，且半圆弧面132b的直径比插销131的直径大。可以理解，也可将半圆弧面的直径设计为稍大于插销的直径（例如，半圆弧面的直径比插销直径大4~10mm），从而有利于插销在限位槽内顺畅滑动。同样地，限位槽的宽度也可设计为稍大于插销的直径（例如，限位槽的宽度比插销直径大4~10mm）。

请参考图1a和图2，本实施例中，固定靴110和活动靴120均为箱体结构，即固定靴110和活动靴120分别为由若干块围壁封闭而成的箱体。固定靴110面向活动靴120的围壁为第一围壁111，活动靴120面向固定靴110的围壁为第二围壁121，限位槽132设置在第二围壁121的沿第一方向A的中部。在另一实施例中，如图4a所示，当限位槽132设置在固定靴110上时，限位槽设置于第一围壁111的沿第一方向A的中部。

请继续参考图1a，桩靴100为双向对称结构，即桩靴100有两个对称面，并且该两个对称面垂直相交。当桩靴100处于工作状态时，两个对称面的交线与桩腿的轴线同轴，即桩靴100可视为以桩腿轴线为中心轴的对称结构，以利于改善桩靴100的受力情况。可选地，第一围壁111和第二围壁121的高度相等，当桩靴100处于工作状态时，第一围壁111和第二围壁121在高度方向对齐，进一步改善桩靴100的受力情况。

请参考图1a、图1b和图2，第一围壁111和第二围壁121之间的间隙小于60mm，以有利于固定靴110和活动靴120之间力的传递。限位槽132由第一围壁111向固定靴110的箱体内部凹入，以减小限位结构130所占用的空间，使得固定靴110和活动靴120的连接更为紧凑。在另一个实施例中，如图4a所示，当限位槽132设置在活动靴120上时，限位槽设置于第二围壁121上时，由第二围壁121向活动靴120的箱体内部凹入。

请参考图3a，限位槽132的底板132c为水密封板，以阻止海水进入到固定靴110的箱体内部。限位槽132的底板132c可拆卸地连接于限位槽132的侧壁板上，同时，插销131可拆卸地连接于活动靴120上，在本实施例中，销轴131安装孔的底板也为可拆卸的水密封板。当吸附力F过大，分步拔桩仍存在困难的情况下，可拆除水密封板和销轴131，解除活动靴120与固定靴110的连接关系，在拔桩时将活动靴120抛弃，只需拔起固定靴110，进一步减小拔桩的难度。

请参考图1a、图1b和图2，在本实施例中，固定靴110为内靴，内靴为轴线沿第一方向A延伸的柱体结构，活动靴120为沿第一方向A套设在内靴外部的外靴。也就是说，本实施例提供的桩靴100为内外层结构。本实施例的限位结构130的数量至少为3个，且沿活动靴120的周向间隔地设置（优选为等间隔地设置），以使得拔桩过程中，活动靴120不发生刚体转动。本实施例中，内靴为矩形柱体结构，即内靴的垂直第一方向A的横截面为矩形，可以理解，在本实施例中，内靴具有四个外侧面，每个外侧面与外靴的内侧面之间分别沿周向等间隔地设置有3个限位结构130，即本实施例提供的桩靴100中，总共设置有12个限位结构130。

可选地，内靴包括第一靴体141和沿第一方向A套设在第一靴体141外部的第二靴体142，即内靴本身也是内外层机构。第一靴体141为纵轴线平行于第一方向A的柱体结构，第一靴体141和第二靴体142之间通过抗剪块143连接，抗剪块143可拆卸地设置在第一靴体141的外侧壁和第二靴体142的内侧壁之间。可选地，抗剪块143包括沿第一靴体141的周向间隔设置的多块。如图2所示，第一靴体141和第二靴体142均为箱体结构，第一靴体141的外侧面与第二靴体142的内侧面相对。在第一靴体141的外侧面上设置有凹槽，第二靴体142的内侧面与该凹槽相对的位置也设置有凹槽，抗剪块143部分容纳于第一靴体141上的凹槽内，部分容纳于第二靴体142上的凹槽内。凹槽的底壁也可采用与凹槽侧壁可拆卸连接的水密封板，将该水密封板拆除后，可进一步将抗剪块143拆除，从而使第二靴体142从第一靴体141上分离下来。在拔桩的时候，拔桩系统克服的吸附力只需包括作用于第一靴体141上的吸附力，进一步减小拔桩难度。可选地，抗剪块143为沿内靴的周向等间隔设置的4块。在一个实施例中，第一靴体141与桩腿为一体式连接的圆柱形结构，即桩腿底部的一段充作第一靴体141，第二靴体142通过抗剪块143连接在桩腿上。

请参考图4a和图5，在另一个实施例中，固定靴110为外靴，活动靴120为沿第一方向A套设在外靴内部的内靴。可选地，外靴的内侧壁与桩腿一体式连接，即桩腿底部的一段充当外靴的内侧壁。

请参考图1c和图4b，桩靴100内部还可设置冲桩装置，冲桩装置包括喷嘴151和与之相连的管道152，喷嘴151与外界连通且设置在桩靴100的底面上，管道152未连接喷嘴的一端可与海水连通。当拔桩困难时，海水通过管道152输送到喷嘴151，喷嘴151向桩靴100底面与海床泥土之间的空间里喷水，可增加桩靴100底面与海床泥土之间的压力，减小吸附力F，从而降低拔桩难度。可选地，冲桩装置的喷嘴可包括多个，设置于固定靴110的底面上，以便于管道的安装。

综上所述，本发明提供的上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种桩靴，适于安装在海洋平台的桩腿的底部，其特征在于，所述桩靴包括适于与所述桩腿固定连接的固定靴，以及连接在所述固定靴上的活动靴，所述活动靴可沿第一方向相对所述固定靴在第一位置和第二位置之间移动；

在所述桩靴的工作状态下，所述第一方向与所述桩腿的延伸方向平行，所述固定靴和所述活动靴的底面可同时与海底接触；拔桩时，所述活动靴相对所述固定靴由所述第一位置向下移动至所述第二位置，以使得所述固定靴和所述活动靴被依次拔动；

所述第一位置与所述第二位置在所述第一方向上的距离为80mm以上；

所述桩靴包括限位结构，所述限位结构包括一端固定设置在所述固定靴和所述活动靴其中之一上的插销以及设置在另外一个上的限位槽，所述插销的另一端伸入到所述限位槽的内部且可在所述限位槽内沿所述第一方向往复移动；

当所述插销移动至所述限位槽的沿所述第一方向的第一端时，所述活动靴位于相对所述固定靴的所述第一位置，当所述插销位于所述限位槽的与所述第一端相对的第二端时，所述活动靴位于相对所述固定靴的所述第二位置；

所述插销为圆柱形销轴，所述限位槽为长度方向沿所述第一方向延伸的凹槽，所述限位槽的宽度比所述插销的直径大4~10mm；

所述固定靴和所述活动靴均为箱体结构，所述固定靴面向所述活动靴的围壁为第一围壁，所述活动靴面向所述固定靴的围壁为第二围壁，所述限位槽设置在所述第一围壁或所述第二围壁的沿所述第一方向的中部。

2.根据权利要求1所述的桩靴，其特征在于，所述限位槽的两端面均为开口朝向所述限位槽中段的半圆弧面，且所述半圆弧面的直径比所述插销的直径大4~10mm。

3.根据权利要求1所述的桩靴，其特征在于，所述桩靴为双向对称结构，其两个对称面垂直相交，在所述桩靴的工作状态下，两个所述对称面的交线与所述桩腿的轴线同轴。

4.根据权利要求1所述的桩靴，其特征在于，所述第一围壁和所述第二围壁的高度相等，当所述活动靴相对所述固定靴位于所述第一位置时，所述第一围壁和所述第二围壁在高度方向对齐。

5.根据权利要求1所述的桩靴，其特征在于，所述第一围壁和所述第二围壁所在平面均与所述第一方向平行且两者之间的间隙小于60mm，所述限位槽由所述第一围壁/所述第二围壁向所述固定靴/所述活动靴的箱体内部凹入。

6.根据权利要求5所述的桩靴，其特征在于，所述限位槽的底板为与所述限位槽的侧壁板可拆卸连接的水密封板，且所述插销可拆卸地连接于所述桩靴上。

7.根据权利要求1所述的桩靴，其特征在于，所述固定靴为内靴，所述内靴为轴线沿所述第一方向延伸的柱体结构，所述活动靴为沿所述第一方向套接在所述内靴外部的外靴，所述限位结构的数量至少为3个，且沿所述活动靴的周向间隔地设置。

8.根据权利要求7所述的桩靴，其特征在于，所述内靴为矩形柱体结构，所述内靴的每个外侧面与所述外靴的内侧面之间分别沿周向等间隔地设置有至少3个所述限位结构。

9.根据权利要求8所述的桩靴，其特征在于，所述内靴包括第一靴体和沿所述第一方向套接在第一靴体外部的第二靴体，所述第一靴体为纵轴线平行于所述第一方向的柱体结构，所述第一靴体和所述第二靴体之间通过抗剪块连接，所述抗剪块可拆卸地设置在所述第一靴体的外侧壁和所述第二靴体的内侧壁之间，所述抗剪块包括沿所述第一靴体的周向间隔设置的多块。

10.根据权利要求9所述的桩靴，其特征在于，所述第一靴体与所述桩腿为一体式连接的圆柱形结构，所述抗剪块为沿所述第一靴体的周向等间隔设置的4块。

11.根据权利要求1所述的桩靴，其特征在于，所述桩靴内部设置有冲桩装置，所述冲桩装置的喷嘴与外界连通且设置在所述桩靴的底面上。