CN111749259A - 一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备及施工方法，包括有液压油缸1、大架2、液压举升机构3和步履底盘4；其中，液压油缸1和大架2通过铰接点B铰接活动连接，液压油缸1和步履底盘4通过铰接点A铰接活动连接，大架2和步履底盘4通过铰接点C铰接活动连接，大架2通过液压油缸1的液压伸缩实现大架2的工作角度调整；大架2的顶部设置有液压举升机构3，液压举升机构3可实现简单辅助设施的自行吊装。本发明将钻机放置于配套设计的嵌岩平台上，应用于斜桩嵌岩施工中，具有平台上自动行走对位、角度调整、简单吊重、钻孔精准、快速拆卸、操作简单等优点，保证嵌岩施工质量，提高施工进度管理。
Description
技术领域
本发明专利涉及海上风电施工领域，具体讲是一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备及施工方法。
背景技术
近年来，由于海上风电高桩承台对船机设备要求低，钢管桩原材料充足，生产厂家多，在海上风电项目中得到了广泛的使用，由于海底地质多变，施工过程中经常遇到钢管桩需要嵌入中分化岩层中才能满足承载，此时需要进行嵌岩钻孔施工；高桩承台基础均为斜桩基础，嵌岩施工对钻机设备、施工平台均提出了较高的要求，常规钻机存在钻进角度固定、移动钻机需船载吊车配合、钻机操控复杂等多种问题，导致施工速度慢，故障率高，施工成本增加。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明专利在此提供一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备及施工方法，可以解决常规钻机角度固定、移动困难、操作复杂等问题，提升钻孔效率，保证施工进度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，包括有液压油缸1、大架2、液压举升机构3和步履底盘4；其中，液压油缸1和大架2通过铰接点B铰接活动连接，液压油缸1和步履底盘4通过铰接点A铰接活动连接，大架2和步履底盘4通过铰接点C铰接活动连接，大架2通过液压油缸1的液压伸缩实现大架2的工作角度调整；大架2的顶部设置有液压举升机构3，液压举升机构3可实现简单辅助设施的自行吊装。
本发明还具有以下附加技术特征：
作为本发明技术方案进一步具体优化的：大架2的顶端设置有动力头5。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：将钻头7通过连接式钻杆连接至动力头5上，所述钻头7和连接式钻杆是与钻孔直径相匹配的。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：连接式钻杆每隔10米加设一道扶正器8。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：大架2的顶部侧面安装有卷扬机6。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：步履底盘4的四角设置有起升支腿41，通过起升支腿41实现自动对位行走。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：液压举升机构3的举升力满足现有条件下高桩承台基础斜桩嵌岩施工的辅助吊装需求，且液压举升机构3的举升力不唯一，可根据后续需求适时调整增大。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
优点1：本发明将钻机放置于配套设计的嵌岩平台上，应用于斜桩嵌岩施工中，具有平台上自动行走对位、角度调整、简单吊重、钻孔精准、快速拆卸、操作简单等优点，保证嵌岩施工质量，提高施工进度管理。
优点2：本发明可以在平台上自动行走对位，角度调整是靠一套液压油缸1自动调整，调整范围8-12°之间；配备了3.5吨的液压举升机构3，在施工过程中一些简单的辅助设施可以自行吊装；
优点3：本发明可以自动加压、钻进，可确保钻孔的精准度；本发明全液压无级变速，减少钻杆和钻具冲击损伤；本发明钻压可依据工况调整，确保钻孔斜度和孔径精度；本发明可倾斜动力头，实行快速拆装钻杆；本发明悬挂式动力头和可倾斜机架，可快速提放钻具及钻杆；本发明整机重量轻、尺寸小，便于操作使用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的钻机示意图；
图2为本发明的用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的动力头5示意图；
图3为本发明的用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的卷扬机6示意图；
图4为本发明的用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的钻头7示意图a
图5为本发明的用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的钻头7示意图b；
图6为本发明的用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的扶正器8示意图。
附图标记说明：液压油缸1；大架2；液压举升机构3；步履底盘4；起升支腿41；动力头5；卷扬机6；钻头7；扶正器8。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，包括有液压油缸1、大架2、液压举升机构3和步履底盘4；其中，液压油缸1和大架2通过铰接点B铰接活动连接，液压油缸1和步履底盘4通过铰接点A铰接活动连接，大架2和步履底盘4通过铰接点C铰接活动连接，大架2通过液压油缸1的液压伸缩实现大架2的工作角度调整；大架2的顶部设置有液压举升机构3，液压举升机构3的举升力为3.5吨，液压举升机构3可实现简单辅助设施的自行吊装。
大架2的顶端设置有动力头5。将钻头7通过连接式钻杆连接至动力头5上，所述钻头7和连接式钻杆是与钻孔直径相匹配的。
连接式钻杆每隔10米加设一道扶正器8，为了保证钻头7钻至钢管桩尖后不发生超出规范及设计要求的偏心及倾斜，在钢管桩内钻杆每隔10米加设一道扶正器8。
大架2的顶部侧面安装有卷扬机6。导管采用外径为φ325导管，单套导管底节长4m，标准节2m，另配有0.5m、1m长的辅助导管，导管长度应根据不同桩长增减导管数量；导管底部八米处安装扶正器确保导管安装时不卡笼；导管拼装顺直，通过卷扬机6逐段吊装接长、下放。
步履底盘（4）的四角设置有起升支腿（41），步履底盘（4）的四下部中间位置设置有行走盘（42），通过起升支腿（41）与行走盘（42）交替配合实现自动对位行走。
一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备的施工方法，包括如下步骤：
步骤①方驳运输：钢管桩沉桩完成后，对钢管桩桩头进行处理，通过方驳将嵌岩平台和钻机设备运至施工现场。
步骤②吊装嵌岩平台：通过起重船将嵌岩平台吊至钢管桩上并进行加固。
步骤③安装钻机：通过起重船将钻机吊至嵌岩平台上，放置于钢管桩内。
步骤④钻孔施工：钻头7伸入钢管桩内进行钻孔施工，增加钻杆达到设计标高深度，通过反循环装置实现桩内清渣。
步骤⑤清孔并安装钢筋笼：成孔后经监理验收合格后进行清孔作业，清孔后吊装钢筋笼，下放混凝土导管。
步骤⑥浇筑混凝土：通过搅拌船实现钢管桩内混凝土浇筑，浇筑完成后拆除导管。
步骤⑦拆除嵌岩平台：依次完成所有钢管桩钻孔、浇筑混凝土后，将嵌岩平台调离钢管桩。
适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备的施工方法，包括如下步骤：
步骤①方驳运输：钢管桩沉桩完成后，利用钢管桩搭设桩头切割临时作业平台，用GPS测出设计桩顶标高并画出切割线，割除桩头至设计标高，使桩顶形成一个水平面，以利于嵌岩平台的安装定位；嵌岩平台在码头完成焊接后，通过起重船整体吊至方驳上，过方驳将嵌岩平台和钻机设备运至施工现场。
步骤②吊装嵌岩平台：嵌岩平台通过方驳运到预定机位后，安装时选用起重船将嵌岩平台吊装到钢管桩上，采用连接系统将钢管桩与嵌岩平台固定牢靠，吊装过程中注意控制吊装偏位，保证钢管桩受力均衡。
步骤③安装钻机：当嵌岩平台安装完成后，通过方驳吊机组将钻机吊装到嵌岩平台上进行组装，将动力头5安装在大架2上，并移至桩位上；钻杆安装时，先在两个方向用倾角仪测定钻杆倾斜度，使钻杆倾斜度偏差控制在1%以内；通过液压油缸1调整钻机角度时，用水平尺检查底座楔形垫块水平度，并用钢板将楔形垫块垫实调平，并利用经纬仪复核转盘倾斜度；钻机就位后要保证钻杆的轴向中心、转盘中心、桩的轴向中心三者在同一直线上。
步骤④钻孔施工：钻机使用的是与钻孔直径相匹配的钻头7和连接式钻杆；将钻头7通过钻杆连接至动力头5上，为了保证钻头7钻至钢管桩尖后不发生超出规范及设计要求的偏心及倾斜，在钢管桩内钻杆每隔10米加设一道扶正器8，以保证钻头7出钢管桩桩尖后钻头7不下垂，确保钻孔的斜度符合要求；通过增加钻杆长度使钻头7钻至设计标高位置。
步骤⑤清孔并安装钢筋笼：成孔达到设计深度后，先进行检测深度，满足要求后进行清孔；清孔采用泵吸反循环工艺清孔；即在钻机停止工作以后停置两小时左右让孔内悬浮物沉淀孔底，然后清出孔内沉淀物。
钢筋笼在码头加工完成后，为便于海上运输及安装，钢筋笼分节制作，且必须满足规范和设计要求，箍筋与主筋之间必须点焊牢固；钢筋笼主筋连接按照设计要求执行制作完成后利用方驳运至现场。
钢筋笼安装采用方驳吊机组履带吊安装，下放钢筋笼时使用单股双道钢丝绳，当钢筋笼安装完毕后，将固定在钻机顶端的钢丝绳解开，卷扬机6把孔内钢丝绳拉到孔上。
导管采用外径为φ325导管，单套导管底节长4m，标准节2m，另配有0.5m、1m长的辅助导管，导管长度应根据不同桩长增减导管数量；导管底部八米处安装扶正器确保导管安装时不卡笼；导管拼装顺直，通过卷扬机6逐段吊装接长、下放。
步骤⑥浇筑混凝土：混凝土浇筑采用搅拌船泵送至钢管桩内，浇筑过程中通过卷扬机6拆除导管，保证埋深不能超过6米；混凝土达到设计标高后，将剩余导管通过卷扬机6进行拆除，清洗干净后等待下次使用。
步骤⑦拆除嵌岩平台：撤除嵌岩平台顶面施工机具、物品至方驳上，起重船起吊嵌岩平台至驳船，运输至下一个机位。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：包括有液压油缸（1）、大架（2）、液压举升机构（3）和步履底盘（4）；其中，液压油缸（1）和大架（2）通过铰接点B铰接活动连接，液压油缸（1）和步履底盘（4）通过铰接点A铰接活动连接，大架（2）和步履底盘（4）通过铰接点C铰接活动连接，大架（2）通过液压油缸（1）的液压伸缩实现大架（2）的工作角度调整；大架（2）的顶部设置有液压举升机构（3），液压举升机构（3）可实现简单辅助设施的自行吊装。
2.根据权利要求1所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：大架（2）的顶端设置有动力头（5）。
3.根据权利要求1所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：将钻头（7）通过连接式钻杆连接至动力头（5）上，所述钻头（7）和连接式钻杆是与钻孔直径相匹配的。
4.根据权利要求3所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：连接式钻杆每隔10米加设一道扶正器（8）。
5.根据权利要求1所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：大架（2）的顶部侧面安装有卷扬机（6）。
6.根据权利要求1所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：步履底盘（4）的四角设置有起升支腿（41），步履底盘（4）的四下部中间位置设置有行走盘（42），通过起升支腿（41）与行走盘（42）交替配合实现自动对位行走。
7.根据权利要求1所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备，其特征在于：液压举升机构（3）的举升力满足现有条件下高桩承台基础斜桩嵌岩施工的辅助吊装需求，且液压举升机构（3）的举升力不唯一，可根据后续需求适时调整增大。
8.一种适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤①方驳运输：钢管桩沉桩完成后，对钢管桩桩头进行处理，通过方驳将嵌岩平台和钻机设备运至施工现场；
步骤②吊装嵌岩平台：通过起重船将嵌岩平台吊至钢管桩上并进行加固；
步骤③安装钻机：通过起重船将钻机吊至嵌岩平台上，放置于钢管桩内；
步骤④钻孔施工：钻头（7）伸入钢管桩内进行钻孔施工，增加钻杆达到设计标高深度，通过反循环装置实现桩内清渣；
步骤⑤清孔并安装钢筋笼：成孔后经监理验收合格后进行清孔作业，清孔后吊装钢筋笼，下放混凝土导管；
步骤⑥浇筑混凝土：通过搅拌船实现钢管桩内混凝土浇筑，浇筑完成后拆除导管；
步骤⑦拆除嵌岩平台：依次完成所有钢管桩钻孔、浇筑混凝土后，将嵌岩平台调离钢管桩。
9.根据权利要求8所述的适用于海上风电高桩承台基础嵌岩施工的设备的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤①方驳运输：钢管桩沉桩完成后，利用钢管桩搭设桩头切割临时作业平台，用GPS测出设计桩顶标高并画出切割线，割除桩头至设计标高，使桩顶形成一个水平面，以利于嵌岩平台的安装定位；嵌岩平台在码头完成焊接后，通过起重船整体吊至方驳上，过方驳将嵌岩平台和钻机设备运至施工现场；
步骤②吊装嵌岩平台：嵌岩平台通过方驳运到预定机位后，安装时选用起重船将嵌岩平台吊装到钢管桩上，采用连接系统将钢管桩与嵌岩平台固定牢靠，吊装过程中注意控制吊装偏位，保证钢管桩受力均衡；
步骤③安装钻机：当嵌岩平台安装完成后，通过方驳吊机组将钻机吊装到嵌岩平台上进行组装，将动力头（5）安装在大架（2）上，并移至桩位上；钻杆安装时，先在两个方向用倾角仪测定钻杆倾斜度，使钻杆倾斜度偏差控制在1%以内；通过液压油缸（1）调整钻机角度时，用水平尺检查底座楔形垫块水平度，并用钢板将楔形垫块垫实调平，并利用经纬仪复核转盘倾斜度；钻机就位后要保证钻杆的轴向中心、转盘中心、桩的轴向中心三者在同一直线上；
步骤④钻孔施工：钻机使用的是与钻孔直径相匹配的钻头（7）和连接式钻杆；将钻头（7）通过钻杆连接至动力头（5）上，为了保证钻头（7）钻至钢管桩尖后不发生超出规范及设计要求的偏心及倾斜，在钢管桩内钻杆每隔10米加设一道扶正器（8），以保证钻头（7）出钢管桩桩尖后钻头（7）不下垂，确保钻孔的斜度符合要求；通过增加钻杆长度使钻头（7）钻至设计标高位置；
步骤⑤清孔并安装钢筋笼：成孔达到设计深度后，先进行检测深度，满足要求后进行清孔；清孔采用泵吸反循环工艺清孔；即在钻机停止工作以后停置两小时左右让孔内悬浮物沉淀孔底，然后清出孔内沉淀物；
钢筋笼在码头加工完成后，为便于海上运输及安装，钢筋笼分节制作，且必须满足规范和设计要求，箍筋与主筋之间必须点焊牢固；钢筋笼主筋连接按照设计要求执行制作完成后利用方驳运至现场；
钢筋笼安装采用方驳吊机组履带吊安装，下放钢筋笼时使用单股双道钢丝绳，当钢筋笼安装完毕后，将固定在钻机顶端的钢丝绳解开，卷扬机（6）把孔内钢丝绳拉到孔上；
导管采用外径为φ325导管，单套导管底节长4m，标准节2m，另配有0.5m、1m长的辅助导管，导管长度应根据不同桩长增减导管数量；导管底部八米处安装扶正器确保导管安装时不卡笼；导管拼装顺直，通过卷扬机（6）逐段吊装接长、下放；
步骤⑥浇筑混凝土：混凝土浇筑采用搅拌船泵送至钢管桩内，浇筑过程中通过卷扬机（6）拆除导管，保证埋深不能超过6米；混凝土达到设计标高后，将剩余导管通过卷扬机（6）进行拆除，清洗干净后等待下次使用；
步骤⑦拆除嵌岩平台：撤除嵌岩平台顶面施工机具、物品至方驳上，起重船起吊嵌岩平台至驳船，运输至下一个机位。
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