CN112319730A - 一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构及安装方法，该结构包括辅浮结构和限位结构，限位结构包括支撑圆环，支撑圆环内连接有至少三个夹持片，多个夹持片均布在同一直径的圆上，且夹持片和支撑圆环之间的距离可调节；辅浮结构包括至少三个均布在同一直径的圆上的浮筒，浮筒所在的圆的直径大于支撑圆环的直径，支撑圆环所在的水平面高于浮筒顶面所在的水平面，相邻的两个浮筒之间通过第一连接件连接，浮筒和支撑圆环之间通过第二连接件连接；浮筒内具有多个分腔；本发明核心技术明确，辅浮结构及安装方法简单，能满足各种大直径钢管桩的定位及扶正，结构通用性强，施工简单、快速、所需施工设备少，施工成本低，节省综合造价。

Description

一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构及安装方法

技术领域

本发明涉及大直径钢桩应用和海上风电场建设技术领域，具体涉及一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构及安装方法。

背景技术

随着海上风电的逐渐发展，海上风电单机功率越来越高，从而对风能的需求也越来越高，为满足这一需求需要更高的风机轮毂高度来获得更好的风能，相对带来的是对海上风电场基础结构更高的安全性要求。小直径的钢桩已经满足不了大功率的风机建设，而多桩基础结构在经济性及施工进度上基本上没有优势，大直径钢管桩因其较好的经济性随之受到关注。

随之，大直径钢桩逐渐被运用于海上风电场的建设中，但由于大直径钢桩的成桩施工需要大型吊装设备的辅助才能完成，增加了施工的造价及难度。而国内现有海上大型吊装设备较少，限制了大直径钢桩的运用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构及安装方法，以解决现有技术中导致的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构，包括辅浮结构和限位结构，所述限位结构包括支撑圆环，所述支撑圆环内连接有至少三个夹持片，多个所述夹持片均布在同一直径的圆上，且所述夹持片和所述支撑圆环之间的距离可调节；

所述辅浮结构包括至少三个均布在同一直径的圆上的浮筒，所述浮筒所在的圆的直径大于所述支撑圆环的直径，所述支撑圆环所在的水平面高于所述浮筒顶面所在的水平面，相邻的两个所述浮筒之间通过第一连接件连接，所述浮筒和所述支撑圆环之间通过第二连接件连接；所述浮筒内具有多个分腔。

进一步地，所述第一连接件包括第一支撑杆和第一锚栓系统，每个所述浮筒上均固定连接有两根所述第一支撑杆，两个相邻的所述浮筒上的第一支撑杆通过第一锚栓系统固定连接。

进一步地，所述第二连接件为第二支撑杆，所述第二支撑杆的一端和所述浮筒固定连接，另一端和所述支撑圆环固定连接。

进一步地，所述支撑圆环包括多个弧形的支撑片，多个所述支撑片通过第二锚栓系统固定连接。

进一步地，所述支撑圆环上设有螺孔，调节螺栓贯穿所述螺孔和所述夹持片相连接。

进一步地，所述浮筒的数量有四个，所述支撑圆环包括四个可拆卸连接的弧形的支撑片。

进一步地，所述夹持片的材料为橡胶。

进一步地，所述浮筒为钢材或钢筋混凝土材料制成。

进一步地，所述浮筒包括十一个互不连通的分腔，每个所述分腔均沿所述浮筒高度方向设置。

一种如上述所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将夹持片安装至支撑圆环内形成限位结构，将多个浮筒通过第一连接件连接成辅浮结构，将辅浮结构和限位结构通过第二连接件连接成整体装置；

步骤二、将拼接后的整体装置干拖或者湿拖至施工场地：

步骤三、初步调整夹持片的位置使其适应钢桩直径，通过调节浮筒内分舱的水量进行水平及垂直度调节，进行初步调平；

步骤四、将钢桩对准装置限位结构的中心进行下放，调节限位结构中夹持片的位置，将钢桩扶正并固定。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、本发明的浮筒之间通过第一连接件连接，浮筒和支撑圆环之间通过第二连接件连接，拼装速度快、效率高，支撑圆环内连接的夹持片能够调节使本装置能够适应不同直径的钢桩，对海上施工场地要求低，省去了大直径钢桩的辅浮及扶正设备。不仅可以大幅度提高施工进度，并且无需增加额外的安装设备。合理的结构设计能够保证使用的安全条件。

2、本发明设计构思巧妙，核心技术原理明确，使用钢结构或混凝土结构进行下部辅浮结构的安装，使用钢结构进行上部限位结构的安装，拼装速度快、效率高；

3、本发明的一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构材料用量较少，可整体拼装、可分片拼装，既可以选择干拖也可以选择湿拖，非常方便施工人员根据现场条件进行选择。

4、本发明的一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构及配套安装方法，适用性极强，可适应不等直径的大直径钢管桩的施工。安装方法简单、所需施工设备少，并且涉及的都是较为常见的海上施工设备，施工过程简便、快捷，大幅度降低了大直径钢管桩的海上成桩成本和现场施工费用，能够显著节省综合造价。

附图说明

图1为本发明具体实施方式整体结构的俯视图；

图2为本发明具体实施方式整体结构的主视图；

图3为本发明具体实施方式中辅浮结构的示意图；

图4为本发明具体实施方式中限位结构的示意图；

图5为本发明具体实施方式中夹持片和调节螺栓的示意图；

图6为本发明具体实施方式中浮筒的分腔分布图。

其中：1、辅浮结构；11、浮筒；12、第一支撑杆；13、第二支撑杆；14、第一锚栓系统；2、限位结构；21、支撑圆环；22、夹持片；23、调节螺栓；24、第二锚栓系统。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1至图6所示，一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构，该结构包括辅浮结构1和限位结构2，限位结构2包括支撑圆环21，支撑圆环21内连接有至少三个夹持片22，多个夹持片22均布在同一直径的圆上，且夹持片22和支撑圆环21之间的距离可调节；辅浮结构1包括至少三个均布在同一直径的圆上的浮筒11，浮筒11所在的圆的直径大于支撑圆环21的直径，支撑圆环21所在的水平面高于浮筒11顶面所在的水平面，相邻的两个浮筒11之间通过第一连接件连接，浮筒11和支撑圆环21之间通过第二连接件连接；浮筒11内具有多个分腔。

本发明的浮筒之间通过第一连接件连接，浮筒和支撑圆环之间通过第二连接件连接，拼装速度快、效率高，支撑圆环内连接的夹持片能够调节使本装置能够适应不同直径的钢桩，对海上施工场地要求低，省去了大直径钢桩的辅浮及扶正设备。不仅可以大幅度提高施工进度，并且无需增加额外的安装设备。合理的结构设计能够保证使用的安全条件。

如图2所示，本结构主要由下部辅浮结构1和上部限位结构2组成。如图1所示，下部辅浮结构1包括浮筒11、第一支撑杆12和第二支撑杆13。在本实施例中浮筒11的数量有四个，四个浮筒11通过第一支撑杆12连接成正方形结构，四个浮筒11分别位于正方形的四个角点位置。

在本发明的另一个实施例中，浮筒11的数量不是四个，浮筒11的数量至少为三个。当浮筒11为三个时，三个浮筒11位于等边三角形的三个角点。当浮筒11的数量为五个时，五个浮筒11分别位于正五边形的角点位置。浮筒11的数量还可以为五个、六个等，连接方式以此类推。此种结构设计，能够有效的保证下部辅浮结构的整体稳定性，保证良好的辅浮效果。

第一支撑杆12是为了将浮筒11连接在一起，第一支撑杆12可以为直杆或弧形杆，本实施例采用直杆设计，便于两个第一支撑杆12之间的连接固定。重要的是，两个浮筒11之间的第一支撑杆12不是一根整杆，是两根通杆通过第一锚栓系统14连接成整体的。进一步地，第一支撑杆12的一端通过螺栓连接或焊接连接至浮筒11上，另一端和另一个浮筒11上的第一支撑杆12通过第一锚栓系统14连接。在本实施例中，第一锚栓系统14为螺栓和U形夹板或抱箍，通过螺栓固定U形夹板或抱箍将两个第一支撑杆12连接。第一锚栓系统还可以为其它方式，能够实现将两个第一支撑杆固定即可。

如图1和图2所示，上部限位结构2包括支撑圆环21，在本实施例中，支撑圆环21是通过四个弧形的支撑片连接而成，支撑片之间通过第二锚栓系统24相连接，第二锚栓系统24和第一锚栓系统14的结构相同。当然，支撑圆环21可以为整体圆环或者是通过两片或三片弧形的支撑片连接而成。

在本实施例中，支撑圆环21上设有四个螺孔，螺孔内连接有调节螺栓23，调节螺栓23的把手端位于支撑圆环21的外部，调节螺栓23的连接端位于支撑圆环21内，调节螺栓23的连接端连接有弧形的夹持片22。夹持片22为可变形的橡胶材质，能够保证夹持片的使用寿命，并能够保证对钢桩的夹持效果。多个四个夹持片位于同一分度圆上，通过转动调节螺栓23，调节夹持片22的工作直径，使夹持片能够夹持不同直径的钢桩。夹持片22的数量并不限于四个，其至少为三个，才能保证对钢桩的夹持有效。

在本实施例中，下部辅浮结构1为可提供1000t有效浮力的构架结构，浮力主要通过钢制密闭空心浮筒11提供，装置整体外形为正方形台，底部辅浮结构1的边长为20m，顶部限位结构的直径为12m，总高度为6m。下部辅浮结构1可选用全由钢制或钢与混凝土混合浇筑而成。

如图4所示，上部限位结构2为外径12m，内径0.5m的圆环结构，高2m。沿圆环方向布置由4个限位装置。

如图5所示，限位装置由可发生变形的夹持片22和可调节长度的调节螺栓23组成。螺栓调节长度为3.5m，可适应5m~8m的钢管桩施工。

如图6所示，浮筒11共分为11个舱，可分别进行水量调节，进而调节浮筒11的浮力大小。

基于本发明中提供的辅助钢桩施工的辅浮结构，本发明还提供了该结构的安装方法，本方法具体包括如下步骤：

步骤一，根据大直径钢桩的直径变化范围及所需承受的结构物荷载进行辅浮结构的受力设计，受力大小决定了下部辅浮结构1的结构大小以及上部限位结构2的大小，根据受力设计的结果计预制下部辅浮结构1、上部限位结构2。

步骤二：通过第一锚栓系统14和第二锚栓系统24分别进行下部辅浮结构1拼装和上部限位结构2拼装，并将两者拼接成装置整体：其中，下部辅浮结构1的结构拼装以及上部限位结构2拼装可在工厂进行也可至施工场地进行：

步骤三：将拼装好的装置整体干拖或者湿拖至施工场地：

步骤四：初步调节调节螺栓23的长度以适应钢管桩直径，通过调节浮筒11内分舱的水量进行水平及垂直度调节，进行调平初调：

步骤五：将钢桩直径对中装置整体中心进行下放，调节限位结构均布的调节螺栓23进行限位装置终调并进行限位，调节辅浮筒11内分舱的水量进行最终调平，吊装定位及扶正施工结束。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，包括辅浮结构(1)和限位结构(2)，所述限位结构(2)包括支撑圆环(21)，所述支撑圆环(21)内连接有至少三个夹持片(22)，多个所述夹持片(22)均布在同一直径的圆上，且所述夹持片(22)和所述支撑圆环(21)之间的距离可调节；

所述辅浮结构(1)包括至少三个均布在同一直径的圆上的浮筒(11)，所述浮筒(11)所在的圆的直径大于所述支撑圆环(21)的直径，所述支撑圆环(21)所在的水平面高于所述浮筒(11)顶面所在的水平面，相邻的两个所述浮筒(11)之间通过第一连接件连接，所述浮筒(11)和所述支撑圆环(21)之间通过第二连接件连接；所述浮筒(11)内具有多个分腔。

2.根据权利要求1所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述第一连接件包括第一支撑杆(12)和第一锚栓系统(14)，每个所述浮筒(11)上均固定连接有两根所述第一支撑杆(12)，两个相邻的所述浮筒(11)上的第一支撑杆(12)通过第一锚栓系统(14)固定连接。

3.根据权利要求1所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述第二连接件为第二支撑杆(13)，所述第二支撑杆(13)的一端和所述浮筒(11)固定连接，另一端和所述支撑圆环(21)固定连接。

4.根据权利要求1所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述支撑圆环(21)包括多个弧形的支撑片，多个所述支撑片通过第二锚栓系统(24)固定连接。

5.根据权利要求1所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述支撑圆环(21)上设有螺孔，调节螺栓(23)贯穿所述螺孔和所述夹持片(22)相连接。

6.根据权利要求1所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述浮筒(11)的数量有四个，所述支撑圆环(21)包括四个可拆卸连接的弧形的支撑片。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述夹持片的材料为橡胶。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述浮筒(11)为钢材或钢筋混凝土材料制成。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构，其特征在于，所述浮筒(11)包括十一个互不连通的分腔，每个所述分腔均沿所述浮筒高度方向设置。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的海上辅助钢桩施工的辅浮结构的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将夹持片(22)安装至支撑圆环(21)内形成限位结构(2)，将多个浮筒(11)通过第一连接件连接成辅浮结构(1)，将辅浮结构(1)和限位结构(2)通过第二连接件连接成整体装置；

步骤二、将拼接后的整体装置干拖或者湿拖至施工场地：

步骤三、初步调整夹持片(22)的位置使其适应钢桩直径，通过调节浮筒(11)内分舱的水量进行水平及垂直度调节，进行初步调平；

步骤四、将钢桩对准装置限位结构(2)的中心进行下放，调节限位结构中夹持片(22)的位置，将钢桩扶正并固定。

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