CN109775565A - 一种大直径单桩单钩水下翻桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大直径单桩单钩水下翻桩方法，采用一艘具有一个主钩的起重船并包括以下步骤：先根据单桩起吊后平衡状态时与水平面的夹角为α计算主钩至主吊耳之间的距离以及主钩至单桩底部的距离，然后根据α确定主吊钢丝绳的直径和辅吊钢丝绳的直径；将两根主吊钢丝绳的上端均挂在主钩上，下端各自挂在单桩的两个主吊耳上，再将辅吊钢丝绳的上端挂在主钩上，下端通过U形扣钳制在单桩的底部；主钩起吊单桩，使单桩落入水中，并下放至单桩的底部桩尖触到海底泥面；继续下放起重船的主钩使辅吊钢丝绳逐渐呈松弛状态，将辅吊钢丝绳与主钩脱钩，同时U形扣自动脱离单桩的底部，然后起升主钩将单桩竖立。本发明的翻桩方法可有效降低船舶设备的投入。
Description
技术领域
本发明涉及一种大直径单桩单钩水下翻桩方法。
背景技术
相对于其他型式的风机基础，单桩基础具有技术可靠、施工效率高等特点。其施工流程为：由运输船运至海上施工现场，利用主起重船抬吊单桩翻身，将单桩竖立，再通过起重船将单桩起吊入定位导向平台内，用起重船起吊打桩锤，压锤及锤击沉桩至设计标高，最后拆除定位导向平台。
在进行单桩翻身时通常采用双钩两点吊或双船抬吊。如果是单船起吊，则起重船上一定要具备主吊钩和副吊钩，且钩头方位、各个钩的起重能力需满足要求，否则就只有采用两条起重船才能实现翻身，因此要增加船舶设备的投入，施工成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种大直径单桩单钩水下翻桩方法，它可有效降低船舶设备的投入，可扩大单桩翻桩起重船的可选范围，可避免双船操作带来的安全风险。
实现上述目的的技术方案是：一种大直径单桩单钩水下翻桩方法，采用一艘具有一个主钩的起重船，主钩为具有四个呈十字形布置的钩头的四爪吊钩；所述单桩呈上端直径小下端直径大的圆台形，单桩的长度为L，在单桩的重心上方的外表面上对称地设有两个主吊耳；所述翻桩方法采用单钩两点吊并包括以下步骤：
步骤一，先计算单桩的总重量、重心高度、重心至两个主吊耳的距离及重心至桩体底部的距离，选取单桩起吊后平衡状态时与水平面的夹角α＝15°～30°，再根据α计算主钩至主吊耳之间的距离以及主钩至单桩底部的距离，然后根据单桩起吊后平衡状态下主吊钢丝绳的角度与辅吊钢丝绳的角度来确定主吊钢丝绳的直径和辅吊钢丝绳的直径，即根据辅吊钢丝绳的竖向受力+主吊钢丝绳的竖向受力＝单桩的总重量，辅吊钢丝绳的横向受力与主吊钢丝绳的横向受力相互抵消的原则，计算出辅吊钢丝绳的实际受力为F1，主吊钢丝绳的实际受力为F2，再根据F1与F2确定主吊钢丝绳的直径及绕绳方式以及辅吊钢丝绳的直径及绕绳方式；
步骤二，先将起重船的起重臂移至横卧在运输船上的单桩中间部位并与单桩垂直，接着将两根主吊钢丝绳的上端各自挂在起重船的主钩的两个对称的纵向钩头上，两根主吊钢丝绳的上部通过一个吊架隔开设定距离，该距离至少等于两个主吊耳的径向间距；两根主吊钢丝绳的下端各自挂在单桩的两个主吊耳上，再将辅吊钢丝绳的上端挂在主钩的一个与单桩底部相对的横向钩头上，辅吊钢丝绳的下端挂在一个U形扣的吊耳上，该U形扣钳制在单桩的底部；
步骤三，起重船的主钩起吊单桩，此时主吊钢丝绳的受力为F2，辅吊钢丝绳的受力为F1，使单桩保持平衡状态，即使单桩保持与水平面的夹角为α；
步骤四，起重船的主钩让单桩脱离运输船后落入水中，并下放至底部桩尖触到海底泥面，使辅吊钢丝绳的受力变为海底泥面的支撑受力，使辅吊钢丝绳的受力F1变为0，为辅吊钢丝绳脱钩创造条件；
步骤五，继续下放起重船的主钩并维持主吊钢丝绳的受力F2不变，让单桩呈底部桩尖单点着地并旋转下落的状态，使单桩与水平面的夹角逐渐变小，辅吊钢丝绳逐渐呈松弛状态，当单桩与水平面的夹角由α变小至β时，辅吊钢丝绳松弛后的富余长度足以完成脱钩时，由主钩上自带的索具钩协助将辅吊钢丝绳的上端与主钩脱钩；辅吊钢丝绳上端脱钩完成后，主钩转为提升，当主钩起升到一定高度后，挂在辅吊钢丝绳下端的U形扣利用自身的重力与单桩的底部自动脱离；
步骤六，继续提升起重船的主钩，使单桩呈单点起吊的形态，通过两根各自挂在单桩的两个主吊耳上的主吊钢丝绳将单桩提升，并最终将单桩竖立，此时两根主吊钢丝绳的受力F2为单桩的总重量。
上述的大直径单桩单钩水下翻桩方法，其中，所述主吊钢丝绳由主吊耳至吊架的下部主吊钢丝绳和吊架至主钩的上部主吊钢丝绳构成；所述主钩至主吊耳之间的距离L2＝主吊钢丝绳的长度-主吊耳的半周长＝下部主吊钢丝绳的长度+上部主吊钢丝绳的长度-主吊耳的下半周长；所述主钩至单桩底部的距离L1＝辅吊钢丝绳的长度+U形扣的高度。
上述的大直径单桩单钩水下翻桩方法，其中，所述下部主吊钢丝绳的绕绳方式和上部主吊钢丝绳的绕绳方式均为单股无接头钢丝绳圈并拢后再对折成设定长度的四股钢丝绳；所述辅吊钢丝绳的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后形成设定长度的双股钢丝绳。
上述的大直径单桩单钩水下翻桩方法，其中，所述β＝10°～12°。
本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法具有以下特点：
1、避免使用双船抬吊，可有效降低船舶设备的投入；
2、采用单船单钩两点吊，可有效降低双船操作可能发生的不稳定、碰撞等风险；
3、单桩桩身与起重船的起重臂方向垂直，大大降低对起重船的起重臂伸距方面的要求；
4、水下翻桩，吊耳入水，使主吊钢丝绳与吊耳之间的摩擦升温能够迅速得到降温，确保起吊安全。
附图说明
图1是本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法进行步骤二的状态图；
图2是本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法进行步骤三的状态图；
图3是本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法进行步骤四的状态图；
图4是本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法进行步骤五的状态图；
图5是本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法进行步骤六的状态图；
图6a是本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法完成步骤六的状态图；
图6b是图6a的侧视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的大直径单桩单钩水下翻桩方法，涉及的单桩10呈上端直径小下端直径大的圆台形，单桩10的长度为L，在单桩10的重心G上方的外表面上对称地设有两个主吊耳10a。
本发明的翻桩方法采用一艘具有一个主钩20的起重船，主钩20为具有四个呈十字形布置的钩头的四爪吊钩；本发明的翻桩方法采用单钩两点吊并包括以下步骤；
步骤一，先计算单桩的总重量、重心G高度、重心G至两个主吊耳10a的距离及重心至单桩底部的距离，选取单桩10起吊后平衡状态时与水平面的夹角α＝15°～30°，再根据α计算主钩20至主吊耳10a之间的距离L2以及主钩20至单桩10底部的距离L3，然后根据单桩10起吊后平衡状态下主吊钢丝绳30的角度与辅吊钢丝绳40的角度来确定主吊钢丝绳30的直径和辅吊钢丝绳40的直径，即根据辅吊钢丝绳的竖向受力+主吊钢丝绳的竖向受力＝单桩的总重量，辅吊钢丝绳的横向受力与主吊钢丝绳的横向受力相互抵消的原则，计算出辅吊钢丝绳40的实际受力为F1，主吊钢丝绳30的实际受力为F2，再根据F1与F2确定主吊钢丝绳30的直径及绕绳方式以及辅吊钢丝绳40的直径及绕绳方式；辅吊钢丝绳的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后形成设定长度的双股钢丝绳；
步骤二，先将起重船的起重臂移至横卧在运输船100上的单桩10中间部位并与单桩垂直，为了给单桩10留出竖立空间，在两根主吊钢丝绳30的上部设置一个吊架300，使两根主吊钢丝绳30的间距至少等于两个主吊耳10a的径向间距，因此两根主吊钢丝绳30均由主吊耳10a至吊架300的下部主吊钢丝绳30a和吊架300至主钩20的上部主吊钢丝绳30b构成，下部主吊钢丝绳30a的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后再对折成长度为H1的四股钢丝绳；上部主吊钢丝绳30b的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后再对折成长度为H2的四股钢丝绳；将两根上部主吊钢丝绳30b的上端各自挂在起重船的主钩20的两个对称的纵向钩头20a上，两根上部主吊钢丝绳30b的下端各自吊在吊架300的两头；两根下部主吊钢丝绳30b的上端各自挂在吊架300的两头，两根下部主吊钢丝绳30b的下端各自挂在单桩10的两个主吊耳10a上，并将辅吊钢丝绳40的上端挂在主钩20的一个与单桩10底部相对的横向钩头上20b上，辅吊钢丝绳40的下端挂在一个U形扣(参见中国专利ZL201720684239.4公开的一种钢管桩翻身吊钳)的吊耳上，该U形扣钳制在单桩10的底部(见图1)；主钩20至主吊耳10a的距离L2＝主吊钢丝绳的长度-主吊耳的半周长＝下部主吊钢丝绳的长度H1+上部主吊钢丝绳的长度H2-主吊耳的半周长；主钩20至单桩10的底部的距离L3＝辅吊钢丝绳的长度+U形扣的高度；
步骤三，起重船的主钩20起吊单桩10，此时主吊钢丝绳30的受力为F2，辅吊钢丝绳40的受力为F1，使单桩10保持平衡状态，即使单桩10保持与水平面的夹角为α(见图2)；
步骤四，起重船的主钩20让单桩10脱离运输船100后落入水中，并下放至底部桩尖触到海底泥面，使辅吊钢丝绳40的受力变为海底泥面的支撑受力F＝F1，辅吊钢丝绳40的受力F1变为0，为辅吊钢丝绳40脱钩创造条件(见图3)；
步骤五，继续下放起重船的主钩20并维持主吊钢丝绳30的受力F2不变，让单桩10呈底部桩尖单点着地并旋转下落的状态，使单桩10与水平面的夹角逐渐变小，辅吊钢丝绳40逐渐呈松弛状态，当单桩10与水平面的夹角由α变小至β＝10°～12°时，辅吊钢丝绳40松弛后的富余长度足以完成脱钩时，由主钩20上自带的索具钩协助将辅吊钢丝绳40的上端与主钩20的钩头20b脱钩，辅吊钢丝绳40的上端脱钩完成后，主钩20转为提升，当主钩20起升到一定高度后，挂在辅吊钢丝绳40下端的U形扣利用自身的重力与单桩10的底部自动脱离(见图4)；
步骤六，继续起升起重船的主钩20，使单桩10呈单点起吊的形态，通过两根各自挂在单桩10的两个主吊耳10a上的主吊钢丝绳30将单桩10提升(见图5)，并最终将单桩10竖立，此时两根主吊钢丝绳30的受力F2为单桩10的总重量(见图6a和图6b)。
下面以一根长度L＝78.6m，上端直径为5.5m，下端直径为6.8m的单桩10为例说明本发明。
步骤一，先计算单桩10的总重量、重心G高度、重心G至两个主吊耳10a的距离L0＝2.86m，两个主吊耳10a至单桩10底部的距离L1＝40.45m；单桩10的总重量＝912t；选取单桩起吊后平衡状态时与水平面的夹角α＝17.4°，再根据α计算主钩20至主吊耳10a的距离L2以及主钩20至单桩10底部的距离L3，然后根据单桩起吊后平衡状态下主吊钢丝绳30的角度与辅吊钢丝绳40的角度来确定主吊钢丝绳30的直径和辅吊钢丝绳40的直径，即根据辅吊钢丝绳的竖向受力+主吊钢丝绳的竖向受力＝单桩的总重量，辅吊钢丝绳的横向受力与主吊钢丝绳的横向受力相互抵消的原则，计算出辅吊钢丝绳40的实际受力为F1，主吊钢丝绳30的实际受力为F2，再根据F1与F2确定主吊钢丝绳30的直径及绕绳方式以及辅吊钢丝绳40的直径及绕绳方式；辅吊钢丝绳40的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后形成设定长度的双股钢丝绳；
确定辅吊钢丝绳40的直径96mm，辅吊钢丝绳40的长度为149/2＝74.5m；确定主吊钢丝绳30的直径为144mm，辅吊钢丝绳40的实际受力F1＝127t；主吊钢丝绳30的实际受力F2＝853t；
步骤二，先将两根主吊钢丝绳30的上端各自挂在起重船的主钩20的两个对称的纵向钩头20a上，两根主吊钢丝绳30的上部连接一个吊架30a，使两根主吊钢丝绳30的间距等于两个主吊耳10a的径向间距，因此两根主吊钢丝绳30均由主吊耳10a至吊架300的下部主吊钢丝绳30a和吊架至主钩20的上部主吊钢丝绳30b构成，下部主吊钢丝绳30a长度H1＝178/4＝44.5m,上部主吊钢丝绳30b的长度H2＝14m；下部主吊钢丝绳30a的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后再对折成长度为H1的四股钢丝绳；上部主吊钢丝绳30b的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后再对折成长度为H2的四股钢丝绳；两根主吊钢丝绳30的下端各自挂在横卧在运桩驳船100上的单桩10的两个主吊耳10a上，并将辅吊钢丝绳40的上端挂在主钩20的一个与单桩10底部相对的横向钩头上20b上，辅吊钢丝绳40的下端挂在一个U形扣的吊耳上，该U形扣钳制在单桩10的底部；主钩20的纵向钩头20a至主吊耳10a的距离为L2＝下部主吊钢丝绳30a的长度44.5m+上部主吊钢丝绳30b的长度14m-主吊耳10a的半周长1m＝57.5m；主钩20至单桩10底部的距离L3＝辅吊钢丝绳40的长度74.5m+U形扣的高度0.8m＝75.3m；
步骤三，起重船的主钩20起吊单桩10，此时主吊钢丝绳30的受力为F2，辅吊钢丝绳40的受力为F1，使单桩10保持平衡状态，即使单桩10保持与水平面的夹角为α＝17.4°；
步骤四，起重船的主钩20让单桩10脱离运桩驳船100落入水中，并吊放至底部桩尖触到海底泥面，使辅吊钢丝绳40的受力变为海底泥面的支撑受力，使辅吊钢丝绳40的受力变为0，为辅吊钢丝绳40脱钩创造条件；
步骤五，继续下放起重船的主钩20并维持主吊钢丝绳30的受力F2不变，让单桩10呈底部桩尖单点着地并旋转下落的状态，使单桩10与水平面的夹角逐渐变小，辅吊钢丝绳40逐渐呈松弛状态，当单桩10与水平面的夹角由α＝17.4°变小至β＝11.7°时，辅吊钢丝绳40松弛后的富余长度足以完成脱钩时，由主钩20上自带的索具钩协助将辅吊钢丝绳40的上端与主钩20的横向钩头20b脱钩，辅吊钢丝绳40的上端脱钩完成后，主钩20转为提升，当主钩20起升到一定高度后，挂在辅吊钢丝绳40下端的U形扣利用自身的重力与单桩10的底部自动脱离(见图4)；
步骤六，继续起升起重船的主钩20，使单桩10呈单点起吊的形态，通过两根各自挂在单桩10的两个主吊耳10a上的主吊钢丝绳30将单桩10提升，并最终将单桩10竖立，此时两根主吊钢丝绳30的受力F2为单桩10的总重量912t。
以上实例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (4)
1.一种大直径单桩单钩水下翻桩方法，采用一艘具有一个主钩的起重船，主钩为具有四个呈十字形布置的钩头的四爪吊钩；所述单桩呈上端直径小下端直径大的圆台形，单桩的长度为L，在单桩的重心上方的外表面上对称地设有两个主吊耳；其特征在于，所述翻桩方法采用单钩两点吊并包括以下步骤：
步骤一，先计算单桩的总重量、重心高度、重心至两个主吊耳的距离及重心至桩体底部的距离，选取单桩起吊后平衡状态时与水平面的夹角α＝15°～30°，再根据α计算主钩至主吊耳之间的距离以及主钩至单桩底部的距离，然后根据单桩起吊后平衡状态下主吊钢丝绳的角度与辅吊钢丝绳的角度来确定主吊钢丝绳的直径和辅吊钢丝绳的直径，即根据辅吊钢丝绳的竖向受力+主吊钢丝绳的竖向受力＝单桩的总重量，辅吊钢丝绳的横向受力与主吊钢丝绳的横向受力相互抵消的原则，计算出辅吊钢丝绳的实际受力为F1，主吊钢丝绳的实际受力为F2，再根据F1与F2确定主吊钢丝绳的直径及绕绳方式以及辅吊钢丝绳的直径及绕绳方式；
步骤二，先将起重船的起重臂移至横卧在运输船上的单桩中间部位并与单桩垂直，接着将两根主吊钢丝绳的上端各自挂在起重船的主钩的两个对称的纵向钩头上，两根主吊钢丝绳的上部通过一个吊架隔开设定距离，该距离至少等于两个主吊耳的径向间距；两根主吊钢丝绳的下端各自挂在单桩的两个主吊耳上，再将辅吊钢丝绳的上端挂在主钩的一个与单桩底部相对的横向钩头上，辅吊钢丝绳的下端挂在一个U形扣的吊耳上，该U形扣钳制在单桩的底部；
步骤三，起重船的主钩起吊单桩，此时主吊钢丝绳的受力为F2，辅吊钢丝绳的受力为F1，使单桩保持平衡状态，即使单桩保持与水平面的夹角为α；
步骤四，起重船的主钩让单桩脱离运输船后落入水中，并下放至底部桩尖触到海底泥面，使辅吊钢丝绳的受力变为海底泥面的支撑受力，使辅吊钢丝绳的受力F1变为0，为辅吊钢丝绳脱钩创造条件；
步骤五，继续下放起重船的主钩并维持主吊钢丝绳的受力F2不变，让单桩呈底部桩尖单点着地并旋转下落的状态，使单桩与水平面的夹角逐渐变小，辅吊钢丝绳逐渐呈松弛状态，当单桩与水平面的夹角由α变小至β时，辅吊钢丝绳松弛后的富余长度足以完成脱钩时，由主钩上自带的索具钩协助将辅吊钢丝绳的上端与主钩脱钩；辅吊钢丝绳上端脱钩完成后，主钩转为提升，当主钩起升到一定高度后，挂在辅吊钢丝绳下端的U形扣利用自身的重力与单桩的底部自动脱离；
步骤六，继续提升起重船的主钩，使单桩呈单点起吊的形态，通过两根各自挂在单桩的两个主吊耳上的主吊钢丝绳将单桩提升，并最终将单桩竖立，此时两根主吊钢丝绳的受力F2为单桩的总重量。
2.根据权利要求1所述的大直径单桩单钩水下翻桩方法，其特征在于，所述主吊钢丝绳由主吊耳至吊架的下部主吊钢丝绳和吊架至主钩的上部主吊钢丝绳构成；所述主钩至主吊耳之间的距离L2＝主吊钢丝绳的长度-主吊耳的半周长＝下部主吊钢丝绳的长度+上部主吊钢丝绳的长度-主吊耳的下半周长；所述主钩至单桩底部的距离L1＝辅吊钢丝绳的长度+U形扣的高度。
3.根据权利要求2所述的大直径单桩单钩水下翻桩方法，其特征在于，所述下部主吊钢丝绳的绕绳方式和上部主吊钢丝绳的绕绳方式均为单股无接头钢丝绳圈并拢后再对折成设定长度的四股钢丝绳；所述辅吊钢丝绳的绕绳方式为单股无接头钢丝绳圈并拢后形成设定长度的双股钢丝绳。
4.根据权利要求1所述的大直径单桩单钩水下翻桩方法，其特征在于，所述β＝10°～12°。
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