CN113513023B - 吸力式桩基础的安装精度控制方法 - Google Patents

吸力式桩基础的安装精度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸力式桩基础的安装精度控制方法，包括以下步骤：S1、通过水下定位系统设置一个目标安装位置以及多个定位浮球放置位置；S2、将多个定位浮球一一布置在定位浮球放置位置上；S3、将待安装的吸力式桩基础从船舶上吊起并下放入水；S4、在吸力式桩基础下放至海床上方第一距离时，观察并调整使吸力式桩基础对准在目标安装位置上方；S5、调整吸力式桩基础的艏向，结合对吸力式桩基础的水平度监控，将吸力式桩基础下放至目标安装位置的海床上并进行自沉降；S6、自沉降之后，打开吸力泵使吸力式桩基础贯入到预定深度。本发明有效保证吸力式桩基础的精准就位，符合安装误差要求，避免因就位不准确的安装参数误差而导致桩回收及重新就位。

Description

吸力式桩基础的安装精度控制方法
技术领域
本发明涉及海洋石油工程建设技术领域，尤其涉及一种吸力式桩基础的安装精度控制方法。
背景技术
吸力式桩基础的应用是集岩土、结构、水动力专业于一体的综合基础形式。通常的吸力式桩基础为长直圆筒构造形式，一端开口，一端密封，其中密封端设置吸力泵设备的安装接口，同时根据桩基础应用场景的差异，会在圆筒结构裙壁侧或密封端设计相关的附属辅助结构或构造已满足相应的使用要求。
目前，吸力式桩基础已经被成功应用于多个海工领域，与其他海上油气设施基础相比，其在性能上具有如下优点：1、便于安装和运输；2、安装速度快；3、施工周期短；4、施工噪音小；5、可重复利用。同时，吸力式桩基础对不同地质工况具有良好的适应性，尤其对于深海海域普遍存在的正常固结黏土的地质条件，吸力式桩基础是最优基础及锚固的选择方案。根据吸力式桩基础的承受荷载及应用场景不同，其也被分为结构物限位吸力桩、水下生产系统中央管汇吸力桩、风电平台吸力桩以及锚系系泊吸力锚等。其中，主要承受单侧锚腿斜向抗拔荷载的结构物系泊吸力桩及锚系系泊吸力桩与主要承受上部竖直荷载的水下生产系统管汇吸力桩和风电平台吸力桩在安装要求上存在着不同的要求，对安装误差参数的侧重点也不尽相同，所以如何准确的、全面的控制吸力式桩基础的安装精度则显得尤为重要。
通常而言，吸力式基础的安装施工流程为：
第一步，安装船舶甲板移除吸力式桩基础海固；
第二步，吸力式桩基础起吊入水，水下检查其状态；
第三步，吸力式桩基础下放至海床，完成自沉降；
第四步，启动吸力泵设备，吸力式桩基础继续贯入至设计深度；
第五步，确认吸力式桩基础安装参数是否满足误差要求，回收相关索具及设备，安装完成。
由于吸力式桩基础的高度较高，如果其在入泥阶段时出现水平度倾斜，其顶部的罗经和船舶吊机钩头定位信标所监测的桩基础位置参数只是代表桩基础顶部的位置信息，并不能代表桩基础实际的就位信息。同时，定位设备监控的数据存在一定的延迟，而基础筒体入泥前，基础筒体开口端侧的流体会发生不规则的涌动，造成基础筒体的震晃，从而容易造成就位信息读取的错误，进而造成安装不精准的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种吸力式桩基础的安装精度控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种吸力式桩基础的安装精度控制方法，包括以下步骤：
S1、通过水下定位系统设置一个目标安装位置以及多个定位浮球放置位置；
所述目标安装位置为以待安装的吸力式桩基础设计安装中心位置为圆心、以R+L/2的距离为半径的一个圆周，R为待安装的吸力式桩基础的半径，L为安装误差允许的最大位置误差；
多个定位浮球放置位置均匀分布在所述目标安装位置的圆周上；
S2、将多个定位浮球一一布置在所述定位浮球放置位置上，所述定位浮球上设有第一亮色标记；
S3、将待安装的吸力式桩基础从船舶上吊起并下放入水；
所述吸力式桩基础的底部预先设有多个第二亮色标记，多个所述第二亮色标记沿着所述吸力式桩基础的周向间隔分布并分别与所述定位浮球一一对应，其中一所述第二亮色标记与所述吸力式桩基础的艏向一致；
S4、在所述吸力式桩基础下放至海床上方第一距离时，观察并调整使所述吸力式桩基础对准在所述目标安装位置上方；
S5、调整所述吸力式桩基础的艏向，结合对所述吸力式桩基础的水平度监控，将所述吸力式桩基础下放至所述目标安装位置的海床上并进行自沉降；
S6、自沉降之后，打开吸力泵使所述吸力式桩基础贯入到预定深度。
优选地，所述定位浮球包括基座、浮球、连接在所述基座和浮球之间的绳索；所述第一亮色标记通过亮色油漆喷涂在所述绳索上；或者，通过所述绳索采用亮色绳索形成所述第一亮色标记。
优选地，所述第二亮色标记在所述吸力式桩基础的底部的延伸高度为1.5-2米。
优选地，步骤S4中，所述第一距离为2-3米。
优选地，步骤S4中，通过ROV在水下实时观察所述吸力式桩基础和定位浮球的相对位置，通过移动船舶的方式使所述吸力式桩基础对准在所述目标安装位置上方。
优选地，步骤S5中，通过ROV转动所述吸力式桩基础，调整所述吸力式桩基础的艏向。
优选地，在所述吸力式桩基础的自沉降过程中还包括：
S5.1、通过移动船舶对所述吸力式桩基础的倾角进行纠偏。
优选地，对所述吸力式桩基础的倾角进行纠偏在所述吸力式桩基础自沉降深度一米内进行。
优选地，船舶的移动距离根据下式计算获得：
L＝H*tanA；
其中，L为船舶的移动距离，H为吸力式桩基础顶部吊点到船舶的距离，A为吸力式桩基础的倾角。
优选地，步骤S5.1执行一次或多次，直至完成倾角纠偏。
本发明的吸力式桩基础的安装精度控制方法，通过在吸力式桩基础的安装位置的误差允许的范围内布置定位浮球矩阵，实现吸力式桩基础安装位置的精度控制；根据吸力式桩基础和定位浮球的位置关系来相应调整桩的艏向，使吸力式桩基础满足设计要求的艏向和位置；有效的保证吸力式桩基础的精准就位，符合吸力桩的安装误差要求，避免因为就位不准确的安装参数误差而导致吸力桩回收及重新就位。
另外，当吸力式桩基础桩身出现初始水平度偏差时，需在其依靠自重沉降过程中通过与桩身倾斜方向的反向进行移船，同时保持吊机持载，调整至桩身倾斜度满足要求，完成水平度的调整。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明中目标安装位置与定位浮球、吸力式桩基础的布置示意图；
图2是本发明定位浮球的结构示意图；
图3是本发明中吸力式桩基础下放海床上的结构示意图；
图4是本发明中对吸力式桩基础进行艏向调整的结构示意图；
图5是本发明中对吸力式桩基础进行角度纠偏的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明一实施例的吸力式桩基础的安装精度控制方法，包括以下步骤：
S1、在下放待安装的吸力式桩基础1前，通过水下定位系统设置一个目标安装位置10以及多个定位浮球放置位置(未图示)，如图1所示。
目标安装位置10作为一个吸力式桩基础1的安装位置，其为一个圆周(圆圈形状)。作为目标安装位置10的圆周，其以待安装的吸力式桩基础1设计安装中心位置为圆心，以(R+L/2)的距离为半径；其中，R为待安装的吸力式桩基础1的半径，L为安装误差允许的最大位置误差(值)。因此，目标安装位置10的圆周大于待安装的吸力式桩基础1的圆周，允许吸力式桩基础1有一定的安装误差。
多个定位浮球放置位置均匀分布在目标安装位置10的圆周上。作为优选，定位浮球放置位置设置四个，每相邻的两个定位浮球放置位置相隔90°，其中一个定位浮球放置位置对应吸力式桩基础1的艏向。
S2、将多个定位浮球2一一布置在定位浮球放置位置上，形成定位浮球矩阵；定位浮球2上设有第一亮色标记。
定位浮球2数量与定位浮球放置位置数量一致，每一定位浮球放置位置放置一个定位浮球2。
如图1、2所示，定位浮球2包括基座21、浮球22、连接在基座21和浮球22之间的绳索23。基座21用于将定位浮球2定位在水下的海床上，选用适用于深水区表层常见的淤泥质黏土和浅水区表层常见的砂土等各类海洋土壤地质特性的基座。浮球22需要在深水中保持稳定浮力，适用于深水或超深水的浮球。绳索23将浮球22连接在基座21上，第一亮色标记用于形成显眼易见的标记，便于与吸力式桩基础1进行对位。第一亮色标记可通过亮色油漆喷涂在绳索23上；或者，通过绳索采用亮色绳索形成第一亮色标记。
定位浮球2可通过ROV精准布置在定位浮球放置位置上，定位浮球2的绳索23上连接有猴拳结，方便ROV抓取。
S3、将待安装的吸力式桩基础1从船舶上吊起并下放入水。
如图3所示，吸力式桩基础1上预先设有多个第二亮色标记11，多个第二亮色标记11沿着吸力式桩基础1的周向间隔分布，分别与定位浮球2一一对应，即：第二亮色标记11的数量与放置的定位浮球22数量一致，每一第二亮色标记11与一个定位浮球2对应；一第二亮色标记11与吸力式桩基础1的艏向一致。例如，对于四个第二亮色标记11在吸力式桩基础1的周向上均匀间隔分布，每相邻的两个第二亮色标记11位置相隔90°
第二亮色标记11可由亮色油漆喷涂形成，具体设置在吸力式桩基础1的底部，沿着吸力式桩基础1的高度向上延伸，在吸力式桩基础1的底部的延伸高度为1.5-2米。
吸力式桩基础1连接吊接组件3时，先将吸力泵4安装在吸力式桩基础1顶部，吊接组件3连接吸力泵4，船舶上的吊机通过吊接组件3和吸力泵4将吸力式桩基础1吊起并下放入水。
吸力泵4上设有水平度监控装置如牛眼，用于后续吸力式桩基础1自沉降过程的水平度监控。
S4、在吸力式桩基础1下放至海床上方第一距离如2-3米时，观察并调整使吸力式桩基础1对准在目标安装位置10上方。
具体地，参考图1、3、4，在水下，通过ROV5实时观察吸力式桩基础1和定位浮球2的相对位置，通过移动船舶的方式使吸力式桩基础1对准在目标安装位置10上方。
结合RO/5的水下观测和水下定位系统的双重检查后，确认吸力式桩基础1的安装位置。
S5、调整吸力式桩基础1的艏向，结合对吸力式桩基础1的水平度监控，将吸力式桩基础1下放至目标安装位置10的海床上并进行自沉降。
其中，参考图4，吸力式桩基础1的上端设有把手或猴拳结，通过ROV5抓取把手或猴拳结转动吸力式桩基础1，调整吸力式桩基础1的艏向，也使得位于吸力式桩基础1艏向上的第二亮色标记11与对应的定位浮球2正对。
在吸力式桩基础1的自沉降过程中，可通过一台ROV负责观察其艏向变化情况，另外一台ROV负责监控吸力式桩基础1桩身水平度。
另外，由于吊接组件3设计及入泥角度的偏差，吸力式桩基础1在入泥初期就可能会有水平方向的倾角。对于倾角问题，可利用移船过程中，吊机和吊接组件3之间的钢丝绳偏离角度与吸力式桩基础1倾角的几何关系进行此倾角的精确纠正。发生倾角时，需要在吸力式桩基础1自沉降深度一米内进行纠偏。
结合图4、5，根据倾角问题，在吸力式桩基础1的自沉降过程中还包括：
S5.1、通过移动船舶6对吸力式桩基础1的倾角进行纠偏。
具体地，船舶6的移动距离根据下式计算获得：
L＝H*tanA
其中，L为船舶的移动距离，H为吸力式桩基础顶部吊点到船舶(船舶底部)的距离，A为吸力式桩基础1的倾角(倾斜角度)。
例如，如图5中吸力式桩基础1往左侧倾斜，通过计算后反向(往右侧)移动船舶6，对倾斜角度进行纠正，调整吸力式桩基础1在海床上的垂直度。
步骤S5.1执行一次或多次。对于倾斜角度较小的情况，可通过一次移船完成角度纠偏；若吸力式桩基础1的倾斜角度过大，可重复步骤S5.1直至完成角度的纠偏。
纠偏完成后，继续进行吸力式桩基础1的自沉降贯入，若在随后的贯入过程仍有水平角度和艏向的偏差，仍采用相同的水平度纠偏和艏向调整方式进行相应精确调整。
S6、在吸力式桩基础1自沉降之后，打开吸力式桩基础1顶部的吸力泵4，使吸力式桩基础1在海床上贯入到预定深度。
完成贯入后关闭吸力泵4，完成吸力式桩基础1的安装。
本实施例中，步骤S1-S6主要实现单个吸力式桩基础1的安装。可以理解地，当进行多个吸力式桩基础1的安装时，可以重复步骤S1-S6的操作，以依次完成多个吸力式桩基础1的安装；或者，可同时设置多个目标安装位置10及完成定位浮球2的放置，根据现场设备情况同时进行多个吸力式桩基础1的下放及贯入等，或者逐次下放及贯入等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过水下定位系统设置一个目标安装位置以及多个定位浮球放置位置；
所述目标安装位置为以待安装的吸力式桩基础设计安装中心位置为圆心、以R+L/2的距离为半径的一个圆周，R为待安装的吸力式桩基础的半径，L为安装误差允许的最大位置误差；
多个定位浮球放置位置均匀分布在所述目标安装位置的圆周上；
S2、将多个定位浮球一一布置在所述定位浮球放置位置上，所述定位浮球上设有第一亮色标记；
S3、将待安装的吸力式桩基础从船舶上吊起并下放入水；
所述吸力式桩基础的底部预先设有多个第二亮色标记，多个所述第二亮色标记沿着所述吸力式桩基础的周向间隔分布并分别与所述定位浮球一一对应，其中一所述第二亮色标记与所述吸力式桩基础的艏向一致；
S4、在所述吸力式桩基础下放至海床上方第一距离时，观察并调整使所述吸力式桩基础对准在所述目标安装位置上方；
S5、调整所述吸力式桩基础的艏向，结合对所述吸力式桩基础的水平度监控，将所述吸力式桩基础下放至所述目标安装位置的海床上并进行自沉降；
S6、自沉降之后，打开吸力泵使所述吸力式桩基础贯入到预定深度。
2.根据权利要求1所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，所述定位浮球包括基座、浮球、连接在所述基座和浮球之间的绳索；所述第一亮色标记通过亮色油漆喷涂在所述绳索上；或者，通过所述绳索采用亮色绳索形成所述第一亮色标记。
3.根据权利要求1所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，所述第二亮色标记在所述吸力式桩基础的底部的延伸高度为1.5-2米。
4.根据权利要求1所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述第一距离为2-3米。
5.根据权利要求1所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，步骤S4中，通过ROV在水下实时观察所述吸力式桩基础和定位浮球的相对位置，通过移动船舶的方式使所述吸力式桩基础对准在所述目标安装位置上方。
6.根据权利要求1所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，步骤S5中，通过ROV转动所述吸力式桩基础，调整所述吸力式桩基础的艏向。
7.根据权利要求1所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，在所述吸力式桩基础的自沉降过程中还包括：
S5.1、通过移动船舶对所述吸力式桩基础的倾角进行纠偏。
8.根据权利要求7所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，对所述吸力式桩基础的倾角进行纠偏在所述吸力式桩基础自沉降深度一米内进行。
9.根据权利要求7所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，船舶的移动距离根据下式计算获得：
L=H*tanA；
其中，L为船舶的移动距离，H为吸力式桩基础顶部吊点到船舶的距离，A为吸力式桩基础的倾角。
10.根据权利要求7所述的吸力式桩基础的安装精度控制方法，其特征在于，步骤S5.1执行一次或多次，直至完成倾角纠偏。
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