CN109868851B - 一种用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，采用激光测平仪测量法兰顶面的平面度和内倾度；采用数显水平尺和铅垂线采集钢管桩多个横截面的轴心投影点；在钢管桩顶端的轴心投影点位置架设电子经纬仪，将电子经纬仪目镜设置的激光点对准钢管桩底端的轴心投影点，得到直线度基准线；测量直线度基准线至各个轴心投影点之间的距离，得到多个直线度测量值；电子经纬仪的目镜的视线与法兰的顶面垂直，再将目镜射出的激光点投影至钢管桩的底端的内壁面上，然后测量该激光投影点至钢管桩底端的轴心投影点的垂直距离，得到的数值即为钢管桩相对法兰顶面的垂直度测量数值。本发明的测量方法能够为控制钢管桩的垂直度提供可靠的依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法。
背景技术
目前国内海上风电工程为节约成本，往往采用较大功率的风电机组，上部风机荷载较大，并且国内沿海地区浅表层多为淤泥质软土，这类地基常不能直接作为持力层，而低压缩性持力层又很深，采用一般桩基，沉桩时须采用冲击力很大的桩锤，用常规钢筋混凝土和预应力混凝土桩，将很难以适应，为此多选用钢管桩加固地基。单桩基础是海上风电场中最广泛的一种风机基础型式，在目前欧洲已建风电场中，单桩基础所占比例达70％以上。单桩基础结构型式分为三种类型：非嵌岩单桩I型、嵌岩单桩Ⅱ型、植入型单桩嵌岩Ⅲ型。单桩桩径为Ф6.7m～Ф7.3m、壁厚为60mm～80mm，长度为58m～78m，单桩重量900t～1100t。为确保钢管桩的合理承载性，不仅在制作钢管桩时就要控制钢管桩的桩身相对法兰顶面的垂直度符合要求，而且在插打钢管桩时也要保证钢管桩的垂直度。而控制钢管桩时的垂直度的先决条件就是要有在制作钢管桩过程中的测量手段，能为控制风电钢管桩的垂直度提供可靠的依据。
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用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，它能高效安全地测量钢管桩的形位公差，能够有效及时地调整钢管桩的偏位情况，为控制风电基础钢管桩的垂直度提供可靠的依据。
本发明的目的是这样实现的：一种用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，所述钢管桩由多个圆筒形单管节拼接而成，每个单管节由钢板卷制而成；钢管桩拼接时，先将两个单管节拼接成一个2节段管节，并在顶部单管节上焊接法兰，形成带法兰的管节，再将两个2节段管节拼接成一个4节段管节，最后将所有的4节段管节和带法兰的管节拼接成整根钢管桩；在进行两个单管节拼接成一个2节段管节时、顶部单管节与法兰焊接时，两个2节段管节拼接成一个4节段管节时均要先点焊定位，再进行全焊；所述测量方法包括以下步骤：
步骤一，在进行顶部管节与法兰点焊定位后以及全焊后均要采用激光测平仪测量法兰顶面的平面度和内倾度；若法兰顶面的某一位置的平面度不符合要求，则在该位置将法兰与顶部单管节割开重新焊接，确保法兰的平面度满足设计要求；
步骤二，在进行单管节卷制过程中，控制单管节的椭圆度≤5mm；在进行两个单管节拼接成一个2节段管节和两个2节段管节拼接成一个4节段管节时，要确保对接管节错位量符合要求，若错位量超标，则用横向千斤顶进行微调，调整对位后再进行点焊定位；在进行所有的4节段管节和带法兰的管节拼接成整根钢管桩时，每拼接一段就采用拉钢丝法测量完成段的直线度；完成整根钢管桩拼接后，将钢管桩横卧在滚轮架上；
步骤三，将数显水平尺搁置在钢管桩的顶端的内壁底部，通过数显水平尺上的显示数值调整数显水平尺至水平，再用铅垂线从数显水平尺的中心下垂，该铅垂线的铅锤尖端与钢管桩的内壁面的接触点即为钢管桩顶端的轴心投影点，沿钢管桩的长度方向朝钢管桩的底端移动取多个点，并在每个点上用数显水平尺和铅垂线采集该位置的钢管桩的轴心投影点，直至得到钢管桩底端的轴心投影点，在所有轴心投影点位置划标记线；
步骤四，将电子经纬仪放置在钢管桩的顶端的内壁底部，通过电子经纬仪上的水准泡调整电子经纬仪至水平，并调整电子经纬仪的垂直基准点与钢管桩顶端的轴心投影点重合，再将电子经纬仪的目镜射出的激光点对准钢管桩底端的轴心投影点，然后固定电子经纬仪的目镜不再水平转动，此位置的目镜视线即为钢管桩的直线度基准线；
步骤五，调节电子经纬仪的目镜视线的射程，沿钢管桩的长度方向在钢管桩的内壁面上取得多个直线度基准线投影点，再测量每个直线度基准线投影点与对应的轴心投影点的垂直距离，得到多个直线度测量值，然后将多个直线度测量值与钢管桩的直线度设定值进行比较，若直线度测量值在允许误差范围内，则钢管桩的直线度符合规范要求；
步骤六，先将电子经纬仪的目镜调节至水平位置，再将电子经纬仪的目镜水平旋转90°，让目镜的视线对着钢管桩顶端的径向一侧的内壁面，使目镜射出的激光点落在钢管桩顶端的内壁面上，用卷尺测量该激光点至法兰顶面的垂直距离，得到第一距离数值；
步骤七，先电子经纬仪的目镜的水平位置固定，再将电子经纬仪的目镜旋转180°，让目镜的视线对着钢管桩的径向另一侧的内壁面，使目镜射出的激光点落在钢管桩顶端的内壁面上，用卷尺测量该激光点至法兰顶面的垂直距离，得到第二距离数值；若第一距离数值和第二距离数值不同，则水平转动电子经纬仪，使目镜射出的激光点在卷尺上移动至第一距离数值和第二距离数值的中间值位置，再次将电子经纬仪的目镜水平旋转180°测量第一距离数值，直至第一距离数值和第二距离数值相等，则判断此时电子经纬仪的横向视线与法兰的顶面平行，并将电子经纬仪在此位置的角度值置零；
步骤八，将电子经纬仪的目镜水平旋转90°，此时目镜的视线与法兰的顶面垂直，再将目镜射出的激光点投影至钢管桩的底端的内壁面上，然后测量该激光投影点至钢管桩底端的轴心投影点的垂直距离，得到的数值即为钢管桩相对法兰顶面的垂直度测量数值，将该垂直度测量数值与钢管桩的垂直度设定值进行比较，若相差数值在允许误差范围内，则单桩的垂直度符合规范要求；
步骤九，将钢管桩通过滚轮架旋转90°，重复进行步骤三至步骤八。
上述的用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，其中，在进行步骤三时，所述钢管桩的顶端的轴心投影点是至法兰的底面的距离为50mm的位置；所述钢管桩的底端的轴心投影点是至钢管桩的底面的距离为50mm的位置。
本发明的用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，操作简便，能高效安全地测出钢管桩的形位公差，包括法兰顶面的平面度、钢管桩的直线度和钢管桩相对法兰顶面的垂直度，能够有效及时地调整钢管桩的偏位情况，为控制钢管桩的垂直度提供可靠的依据，为进一步提高钢管桩插打施工的精准度及安全性打下基础。
附图说明
图1是本发明的测量方法中进行步骤三的状态图；
图2是本发明的测量方法中进行步骤四的状态图；
图3是本发明的测量方法中进行步骤五的状态图；
图4是本发明的测量方法中进行步骤六和步骤七的状态图；
图5是本发明的测量方法中进行步骤八的状态图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，是在制作钢管桩的过程中对钢管桩的法兰顶面的平面度测量、钢管桩的直线度测量和钢管桩的桩体相对法兰顶面的垂直度测量。钢管桩由多个圆筒形单管节和圆台形单管节拼接而成，每个单管节由钢板卷制而成；钢管桩拼接时，先将两个单管节拼接成一个2节段管节，并在顶部单管节上焊接法兰，形成带法兰的管节，再将两个2节段管节拼接成一个4节段管节，最后将所有的4节段管节和带法兰的管节拼接成整根钢管桩；在进行两个单管节拼接成一个2节段管节时、顶部单管节与法兰焊接时，两个2节段管节拼接成一个4节段管节时均要先点焊定位，再进行全焊；
本发明的测量方法包括以下步骤：
步骤一，在进行顶部管节与法兰点焊定位后以及全焊后均要采用型号为ProFlangeV3的激光测平仪测量法兰顶面的平面度和内倾角；内倾角是一个与法兰的轴线垂直且与法兰的外圆相交的平面与法兰的顶面之间的夹角；激光测平仪包括激光发射器和激光接收器，并配有掌上电脑；测量时先将激光接收器上的蓝牙与安装在掌上电脑的操作软件自动连接；接着在掌上电脑上输入法兰的外径、内径和测量点的数量，并选择自动测量的方向(顺时针或逆时针)，再选择起始测量点，再通过激光发射器和激光接收器设置一个测量基准面，就能自动对起始测量点进行测量，测量值会在掌上电脑的显示屏上显示出来，并能记录该测量值，然后操作软件会自动移到下一个测量点位置，按照同样的方法完成法兰的测量；已测量的数据会以图形化的方式在二维空间内显示出相对应的平面解析图，操作软件可对测量的数据进行分析，最终得到法兰顶面的平面度和内倾角；
若法兰顶面的某一位置的平面度不符合要求，则在该位置将法兰与顶部单管节割开重新焊接，确保法兰的平面度满足设计要求；
步骤二，在进行单管节卷制过程中，控制单管节的椭圆度≤5mm；在进行两个单管节拼接成一个2节段管节和两个2节段管节拼接成一个4节段管节时，要确保对接管节错位量符合要求，若错位量超标，则用横向千斤顶进行微调，调整对位后再进行点焊定位；在进行所有的4节段管节和带法兰的管节拼接成整根钢管桩时，每拼接一段就采用拉钢丝法测量完成段的直线度，确保整根钢管桩的直线度控制在30mm以内；完成整根钢管桩拼接后，将钢管桩横卧在滚轮架100上；
步骤三，将数显水平尺20搁置在钢管桩10的顶端的内壁底部，钢管桩10的顶端的轴心投影点11是至法兰10A的底面的距离为50mm的位置，通过数显水平尺20上的显示数值调整数显水平尺20至水平，再用铅垂线30从数显水平尺20的中心下垂，该铅垂线30的铅锤尖端与钢管桩10的内壁面的接触点即为钢管桩顶端的轴心投影点11(见图1)；沿钢管桩的长度方向朝钢管桩的底端移动取多个点，并在每个点上用数显水平尺20和铅垂线30采集该位置的钢管桩10的轴心投影点，直至得到钢管桩底端的轴心投影点12，钢管桩的底端的轴心投影点12是至钢管桩的底面的距离为50mm的位置，在所有轴心投影点位置划标记线；
步骤四，将电子经纬仪40放置在钢管桩10的顶端的内壁底部，通过电子经纬仪40上的水准泡调整电子经纬仪40至水平，并调整电子经纬仪40的垂直基准点与钢管桩顶端的轴心投影点11重合，再将电子经纬仪40的目镜射出的激光点对准钢管桩底端的轴心投影点12，然后固定电子经纬仪40的目镜不再水平转动，此位置的目镜视线即为钢管桩的直线度基准线200(见图2)；
步骤五，调节电子经纬仪40的目镜视线的射程，沿钢管桩的长度方向在钢管桩的内壁面上取得多个直线度基准线投影点，即将电子经纬仪40的目镜多次垂直向下转动一个固定角度，每次转动一个角度就向钢管桩10的内壁面射出一个激光点，这些激光点即为直线度基准线投影点(见图3)，直到目镜已经转动了90°，再测量每个直线度基准线投影点与对应的轴心投影点的垂直距离，得到多个直线度测量值，然后将多个直线度测量值与钢管桩的直线度设定值进行比较，若直线度测量值在允许误差范围内，则钢管桩的直线度符合规范要求；
步骤六，先将电子经纬仪的目镜调节至水平位置，再将电子经纬仪的目镜水平旋转90°，让目镜的视线对着钢管桩顶端的径向一侧的内壁面，使目镜射出的激光点落在钢管桩顶端的内壁面上(见图4)，用卷尺测量该激光点至法兰10A顶面的垂直距离，得到第一距离数值；
步骤七，先电子经纬仪的目镜的水平位置固定，再将电子经纬仪的目镜旋转180°，让目镜的视线对着钢管桩的径向另一侧的内壁面，使目镜射出的激光点落在钢管桩顶端的内壁面上，用卷尺测量该激光点至法兰顶面的垂直距离，得到第二距离数值；若第一距离数值和第二距离数值不同，则水平转动电子经纬仪，使目镜射出的激光点在卷尺上移动至第一距离数值和第二距离数值的中间值位置，再次将电子经纬仪的目镜水平旋转180°测量第一距离数值，直至第一距离数值和第二距离数值相等，则判断此时电子经纬仪的横向视线与法兰的顶面平行，并将电子经纬仪在此位置的角度值置零；
步骤八，将电子经纬仪40的目镜水平旋转90°，此时目镜的视线与法兰10A的顶面垂直，再将目镜射出的激光点投影至钢管桩10的底端的内壁面上(见图5)，然后测量该激光投影点40A至钢管桩底端的轴心投影点12的垂直距离，得到的数值即为钢管桩10相对法兰10A顶面的垂直度测量数值，将该垂直度测量数值与钢管桩的垂直度设定值进行比较，若相差数值在允许误差范围内，则单桩的垂直度符合规范要求；
步骤九，将钢管桩通过滚轮架100旋转90°，重复进行步骤三至步骤八。
本发明的用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，操作简便，能高效安全地测出钢管桩的形位公差，包括法兰顶面的平面度、钢管桩的直线度和钢管桩相对法兰顶面的垂直度，能够有效及时地调整钢管桩的偏位情况，为控制钢管桩的垂直度提供可靠的依据，为进一步提高钢管桩插打施工的精准度及安全性打下基础。
以上实施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 (2)
1.一种用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，所述钢管桩由多个圆筒形单管节拼接而成，每个单管节由钢板卷制而成；钢管桩拼接时，先将两个单管节拼接成一个2节段管节，并在顶部单管节上焊接法兰，形成带法兰的管节，再将两个2节段管节拼接成一个4节段管节，最后将所有的4节段管节和带法兰的管节拼接成整根钢管桩；在进行两个单管节拼接成一个2节段管节时、顶部单管节与法兰焊接时，两个2节段管节拼接成一个4节段管节时均要先点焊定位，再进行全焊；其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
步骤一，在进行顶部管节与法兰点焊定位后以及全焊后均要采用激光测平仪测量法兰顶面的平面度和内倾度；若法兰顶面的某一位置的平面度不符合要求，则在该位置将法兰与顶部单管节割开重新焊接，确保法兰的平面度满足设计要求；
步骤二，在进行单管节卷制过程中，控制单管节的椭圆度≤5mm；在进行两个单管节拼接成一个2节段管节和两个2节段管节拼接成一个4节段管节时，要确保对接管节错位量符合要求，若错位量超标，则用横向千斤顶进行微调，调整对位后再进行点焊定位；在进行所有的4节段管节和带法兰的管节拼接成整根钢管桩时，每拼接一段就采用拉钢丝法测量完成段的直线度；完成整根钢管桩拼接后，将钢管桩横卧在滚轮架上；
步骤三，将数显水平尺搁置在钢管桩的顶端的内壁底部，通过数显水平尺上的显示数值调整数显水平尺至水平，再用铅垂线从数显水平尺的中心下垂，该铅垂线的铅锤尖端与钢管桩的内壁面的接触点即为钢管桩顶端的轴心投影点，沿钢管桩的长度方向朝钢管桩的底端移动取多个点，并在每个点上用数显水平尺和铅垂线采集该位置的钢管桩的轴心投影点，直至得到钢管桩底端的轴心投影点，在所有轴心投影点位置划标记线；
步骤四，将电子经纬仪放置在钢管桩的顶端的内壁底部，通过电子经纬仪上的水准泡调整电子经纬仪至水平，并调整电子经纬仪的垂直基准点与钢管桩顶端的轴心投影点重合，再将电子经纬仪的目镜射出的激光点对准钢管桩底端的轴心投影点，然后固定电子经纬仪的目镜不再水平转动，此位置的目镜视线即为钢管桩的直线度基准线；
步骤五，调节电子经纬仪的目镜视线的射程，沿钢管桩的长度方向在钢管桩的内壁面上取得多个直线度基准线投影点，再测量每个直线度基准线投影点与对应的轴心投影点的垂直距离，得到多个直线度测量值，然后将多个直线度测量值与钢管桩的直线度设定值进行比较，若直线度测量值在允许误差范围内，则钢管桩的直线度符合规范要求；
步骤六，先将电子经纬仪的目镜调节至水平位置，再将电子经纬仪的目镜水平旋转90°，让目镜的视线对着钢管桩顶端的径向一侧的内壁面，使目镜射出的激光点落在钢管桩顶端的内壁面上，用卷尺测量该激光点至法兰顶面的垂直距离，得到第一距离数值；
步骤七，先电子经纬仪的目镜的水平位置固定，再将电子经纬仪的目镜旋转180°，让目镜的视线对着钢管桩的径向另一侧的内壁面，使目镜射出的激光点落在钢管桩顶端的内壁面上，用卷尺测量该激光点至法兰顶面的垂直距离，得到第二距离数值；若第一距离数值和第二距离数值不同，则水平转动电子经纬仪，使目镜射出的激光点在卷尺上移动至第一距离数值和第二距离数值的中间值位置，再次将电子经纬仪的目镜水平旋转180°测量第一距离数值，直至第一距离数值和第二距离数值相等，则判断此时电子经纬仪的横向视线与法兰的顶面平行，并将电子经纬仪在此位置的角度值置零；
步骤八，将电子经纬仪的目镜水平旋转90°，此时目镜的视线与法兰的顶面垂直，再将目镜射出的激光点投影至钢管桩的底端的内壁面上，然后测量该激光投影点至钢管桩底端的轴心投影点的垂直距离，得到的数值即为钢管桩相对法兰顶面的垂直度测量数值，将该垂直度测量数值与钢管桩的垂直度设定值进行比较，若相差数值在允许误差范围内，则单桩的垂直度符合规范要求；
步骤九，将钢管桩通过滚轮架旋转90°，重复进行步骤三至步骤八。
2.根据权利要求1所述的用于控制风电基础钢管桩的垂直度的测量方法，其特征在于，在进行步骤三时，所述钢管桩的顶端的轴心投影点是至法兰的底面的距离为50mm的位置；所述钢管桩的底端的轴心投影点是至钢管桩的底面的距离为50mm的位置。
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