CN117449300A - 移动式沉桩定位装置和定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程施工技术领域，公开了一种移动式沉桩定位装置和定位系统，定位装置包括：移动式定位机，可移动地设置于施工船上；桁架臂，桁架臂与移动式定位机转动连接，桁架臂至少具有以其与移动式定位机连接处为轴心下俯或上仰的状态；抱桩单元，包括设置于桁架臂上的定位组件和与定位组件铰接的且与桩基适配的导向筒组件；垂直度调节机构，分别与定位组件和导向筒组件连接，用以调节导向筒组件的垂直度。通过施工船和移动式定位机可以调节抱桩单元的坐标，通过桁架臂与移动式定位机转动连接，可以调节抱桩单元的俯仰角，通过垂直度调节机构可以调节抱桩单元的垂直度，如此能够保证抱桩单元的位置精度和垂直度都满足要求。

Description

移动式沉桩定位装置和定位系统

技术领域

本发明涉及工程施工技术领域，具体涉及移动式沉桩定位装置和定位系统。

背景技术

目前，海上光伏大规模的建设均是在滩涂区域，在水深大于5m的海域未形成规模化建设，只有少数实证验证项目，主要问题在于远离滩涂的深水区域海洋环境条件恶劣，无专用施工装备，海上施工难度大，效率低，导致建设成本高，难以形成大规模建设条件。

根据多年研究试验，目前主流海上光伏建设方案是下部基础利用四根桩基，支撑上部大桁架光伏单元，此方案桩基数量少，大桁架光伏单元可在码头陆上组装，可大大降低海上施工作业任务，提高海上光伏项目建设效率。但此方案对桩基位置精度和垂直度要求高，如何在满足位置和垂直度要求条件下高效施工是一个关键问题。

目前的桩基沉桩作业的定位施工方式是：将桩基在施工船上摆放好，利用位置接收装置实施对施工船位置的实时接收，利用固定锚绳实施对施工船的前后端固定后，利用卷扬机构实施对施工船的驱动，直至使得定位架上的桩基与设定的位置基本一致，而后利用施工船上设置的沉桩设备，进而能够将钢管桩沉降值设定的位置，循环往复直至完成对钢管桩沉桩施工。

上述的桩基沉桩作业的定位施工方式利用固定锚绳实施对施工船的前后端固定，施工船的甲板与水平面可能存在角度，因此设置于施工船上的沉桩设备的垂直度和位置精度仍然无法满足要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种移动式沉桩定位装置和定位系统，以解决现有技术中桩基的位置精度和垂直度无法满足要求的问题。

第一方面，本发明提供了一种移动式沉桩定位装置，包括：

移动式定位机，适于可移动地设置于施工船上，用以提供动力；

桁架臂，所述桁架臂与所述移动式定位机转动连接，所述桁架臂至少具有以其与所述移动式定位机连接处为轴心而下俯或上仰的状态；

抱桩单元，包括设置于所述桁架臂上的定位组件和与所述定位组件铰接的且与桩基适配的导向筒组件，所述导向筒组件的轴向与桩基沉桩方向一致；

垂直度调节机构，分别与所述定位组件和导向筒组件连接，用以调节所述导向筒组件的垂直度。

有益效果：本发明提供的移动式沉桩定位装置通过施工船和移动式定位机可以调节抱桩单元的坐标，通过桁架臂与移动式定位机转动连接，可以调节抱桩单元的俯仰角，通过垂直度调节机构可以调节抱桩单元的垂直度，从而确保桩基的位置精度和垂直度都满足要求。

在一种可选的实施方式中，所述垂直度调节机构包括垂直度调节油缸，所述垂直度调节油缸的尾部与所述定位组件铰接，所述垂直度调节油缸的伸缩杆与所述导向筒组件铰接，所述定位组件与所述导向筒组件转动连接。

有益效果：垂直度调节机构包括垂直度调节油缸，结构简单合理，能够有效地调节所述导向筒组件地垂直度。

在一种可选的实施方式中，所述定位组件包括与所述桁架臂滑动连接的滑动框架，所述导向筒组件与所述滑动框架连接，所述导向筒组件至少具有沿所述桁架臂轴线方向滑动的状态。

有益效果：设置滑动框架，能够方便地调节导向筒组件沿桁架臂轴线方向的具体坐标，进一步确保导向筒组件位置精度满足要求，进而确保桩基的位置精度和垂直度都满足要求。

在一种可选的实施方式中，所述定位组件还包括伸缩油缸和连接板，所述伸缩油缸的缸体固设于所述滑动框架上，所述伸缩油缸的伸缩杆与所述连接板铰接，所述连接板与所述导向筒组件转动连接，所述伸缩油缸的伸缩方向为垂直所述桁架臂轴线方向，所述导向筒组件至少还具有沿垂直所述桁架臂轴线方向移动的状态。

有益效果：通过设置伸缩油缸，使得导向筒组件也可沿垂直桁架臂轴线方向移动，如此可以方便地调节导向筒组件沿垂直桁架臂轴线方向的具体坐标，进一步确保导向筒组件位置精度满足要求，进而确保桩基的位置精度和垂直度都满足要求。

在一种可选的实施方式中，所述定位组件还包括导向杆，所述导向杆的一端与所述连接板固定连接，所述滑动框架上设置有与所述导向杆相适配的导套。

有益效果：设置导向杆，可以对伸缩油缸的伸缩运动起到导向作用，保证伸缩过程的平稳性。

在一种可选的实施方式中，所述抱桩单元设置有两个，两个所述抱桩单元之间的距离通过所述滑动框架可调。

有益效果：两个抱桩单元通过滑动框架可沿桁架臂移动，可适用不同桩间距，适用性强，可降低成本。

在一种可选的实施方式中，所述导向筒组件包括竖直设置的连接架、安装板、多个抱紧块、至少一个转动板和与所述转动板等量多的导向筒开合油缸，所述转动板的数量少于所述抱紧块的数量，所述安装板与所述连接架垂直连接，所述的多个抱紧块中的至少一个设置于所述安装板上，所述的多个抱紧块中的另一些分别设置于对应的所述转动板上，每个所述转动板与所述安装板转动连接，且每个所述转动板与其对应的所述导向筒开合油缸的伸缩杆铰接，所述导向筒开合油缸的尾部与所述连接架铰接，其中，所述的多个抱紧块的内侧面围合形成与桩基适配的导向筒。

有益效果：通过导向筒开合油缸和转动板可以使得至少一个抱紧块向外打开，如此可以方便导向筒与桩基脱离，相反的，通过导向筒开合油缸和转动板可以使得至少一个抱紧块与其他的抱紧块相合围，如此可以将桩基抱紧，以便于沉桩导向。

在一种可选的实施方式中，所述导向筒组件具有上下分布的两个所述导向筒。

有益效果：导向筒组件具有上下分布的两个导向筒，可以增大与桩基的接触面积，使得沉桩时更加平稳。

在一种可选的实施方式中，所述抱紧块与所述安装板或者所述转动板滑动连接并且通过锁定机构锁定，每个所述抱紧块的滑动方向经过所述导向筒的圆心。

有益效果：抱紧块与安装板或者转动板滑动连接，可以调节导向筒的内径大小，从而适应不同的直径的桩基。

在一种可选的实施方式中，所述桁架臂还具有以所述移动式定位机的回转轴为轴心作回转的状态。

有益效果：桁架臂通过移动式定位机的回转轴的旋转作用，可以进行旋转，从而调节桁架臂的方位，进而调节抱桩单元的方位。

在一种可选的实施方式中，所述移动式定位机包括履带式行走定位机。

有益效果：采用履带式行走定位机，移动平稳、承重大。

第二方面，本发明还提供了一种移动式沉桩定位系统，包括上述的移动式沉桩定位装置和施工船。

有益效果：因移动式沉桩定位系统包括移动式沉桩定位装置，具有与移动式沉桩定位装置相同的效果，即通过施工船和移动式定位机可以调节抱桩单元的坐标，通过桁架臂与移动式定位机转动连接，可以调节抱桩单元的俯仰角，通过垂直度调节机构可以调节抱桩单元的垂直度，从而确保桩基位置精度和垂直度都满足要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例的一种移动式沉桩定位装置的主视图；

图2为本发明实施例的一种移动式沉桩定位装置的俯视图；

图3为本发明实施例的抱桩单元的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例的抱桩单元的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例的抱桩单元的闭合状态示意图；

图6为本发明实施例的抱桩单元的打开状态示意图。

附图标记说明：

10、移动式定位机；11、俯仰牵拉绳；20、桁架臂；21、圆柱；30、俯仰旋转轴；40、抱桩单元；41、定位组件；411、滑动框架；412、滑轮；413、伸缩油缸；414、连接板；415、导向杆；416、回转轴；42、导向筒组件；421、连接架；422、安装板；423、多个抱紧块；424、转动板；425、导向筒开合油缸；426、导向筒；50、垂直度调节机构；60、牵绳卷扬机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。

目前，海上光伏大规模的建设均是在滩涂区域，在水深大于5m的海域未形成规模化建设，只有少数实证验证项目，主要问题在于远离滩涂的深水区域海洋环境条件恶劣，无专用施工装备，海上施工难度大，效率低，导致建设成本高，难以形成大规模建设条件。

根据多年研究试验，目前主流海上光伏建设方案是下部基础利用四根桩基，支撑上部大桁架光伏单元，此方案桩基数量少，大桁架光伏单元可在码头陆上组装，可大大降低海上施工作业任务，提高海上光伏项目建设效率。但此方案对桩基的位置精度和垂直度要求高，如何在满足位置和垂直度要求条件下高效施工是一个关键问题。

相关技术中，桩基沉桩作业的定位施工船包括施工船，施工船上设置位置接收装置，位置接收装置用于实施接收施工船的位置信号，施工船上还设置有四个固定锚绳，固定锚绳分别与卷扬机构连接，卷扬机构用于驱动四个固定锚绳的伸长及缩短，施工船上还设置有用于摆放钢管桩的定位架。

定位施工方式是：将桩基在施工船上摆放好，利用位置接收装置实施对施工船位置的实时接收，利用固定锚绳实施对施工船的前后端固定后，利用卷扬机构实施对施工船的驱动，直至使得定位架上的桩基与设定的位置基本一致，而后利用施工船上设置的沉桩设备，进而能够将钢管桩沉降值设定的位置，循环往复直至完成对钢管桩沉桩施工。

上述的桩基沉桩作业的定位施工方式利用固定锚绳实施对施工船的前后端固定，施工船的甲板与水平面可能存在角度，因此设置于施工船上的沉桩设备的垂直度和位置精度仍然无法满足要求。

为了解决上述技术问题，下面结合图1至图6，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，一方面，提供了一种移动式沉桩定位装置，包括：施工船和设置于施工船上的定位装置，定位装置包括：

移动式定位机10，适于可移动地设置于施工船上，用以提供动力；

桁架臂20，桁架臂20与移动式定位机10通过俯仰旋转轴30转动连接，桁架臂20至少具有以其与移动式定位机10连接处为轴心而下俯或上仰的状态；

抱桩单元40，包括设置于桁架臂20上的定位组件41和与定位组件41铰接的且与桩基适配的导向筒组件42，导向筒组件42的轴向与桩基沉桩方向一致；

垂直度调节机构50，分别与定位组件41和导向筒组件42连接，用以调节导向筒组件42的垂直度。

本实施例提供的移动式沉桩定位装置通过施工船的移动和移动式定位机10的移动可以调节抱桩单元40的坐标；通过桁架臂20与移动式定位机10转动连接，可以调节抱桩单元40的俯仰角；通过垂直度调节机构50可以调节抱桩单元40的垂直度；如此能够保证桩基的位置精度和垂直度都满足要求，提高了桩基沉桩定位效率。此外，此移动式沉桩定位装置便于操作，移动便捷。

综上，桩基施工时，桩基通过导向筒组件42沉桩到泥面中，导向筒组件42抱紧桩基起到导向的作用，确保了桩基的位置精度和垂直度满足要求。

该移动式沉桩定位装置在施工船的甲板上作业，无需吊机吊装独立的定位架放到海底施工，对施工起吊能力要求低；无需考虑定位架起吊移位问题，提高沉桩效率。

如图3所示，在一个实施例中，垂直度调节机构50包括垂直度调节油缸，垂直度调节油缸的尾部与定位组件41铰接，垂直度调节油缸的伸缩杆与导向筒组件42铰接，定位组件41与导向筒组件42转动连接。具体地，垂直度调节机构50的尾部与下述的连接板414交接，垂直度调节机构50的伸缩杆与安装板422铰接。

垂直度调节机构50包括垂直度调节油缸，结构简单合理，通过垂直度调节油缸的伸缩杆的伸缩，能够有效地调节导向筒组件42相对于定位组件41的角度，从而调节导向筒组件42的垂直度。

如图3所示，在一个实施例中，定位组件41包括与桁架臂20滑动连接的滑动框架411，导向筒组件42与滑动框架411连接，导向筒组件42至少具有沿桁架臂20轴线方向滑动的状态。

具体地，滑动框架411的内侧设置有滑轮412，滑轮412上设置有弧槽，桁架臂20轴线方向的四个棱边设置有圆柱21，弧槽与圆柱21相适配，滑动框架411通过弧槽与圆柱21的配合在桁架臂20上移动。

设置滑动框架411，能够方便地调节导向筒组件42沿桁架臂20轴线方向的具体坐标，确保导向筒组件42位置精度满足要求，进而确保桩基的位置精度和垂直度都满足要求。

如图3至6所示，在一个实施例中，定位组件41还包括伸缩油缸413和连接板414，伸缩油缸413的缸体固设于滑动框架411上，伸缩油缸413的伸缩杆与连接板414铰接，连接板414与导向筒组件42通过回转轴416转动连接，伸缩油缸413的伸缩方向为垂直桁架臂20轴线方向，导向筒组件42至少还具有沿垂直桁架臂20轴线方向移动的状态。

通过设置伸缩油缸413，使得导向筒组件42也可沿垂直桁架臂20轴线方向移动，如此能够方便地调节导向筒组件42沿垂直桁架臂20轴线方向的具体坐标，进一步确保导向筒组件42位置精度满足要求。

如图3至6所示，在一个实施例中，定位组件41还包括导向杆415，导向杆415的一端与连接板414固定连接，滑动框架411上设置有与导向杆415相适配的导套。设置导向杆415，可以对伸缩油缸413的伸缩运动起到导向作用，保证伸缩调节过程的平稳性。

如图1至2所示，在一个实施例中，抱桩单元40设置有两个，两个抱桩单元40之间的距离通过滑动框架411可调。两个抱桩单元的移动操作可单独进行，也可同步操作。两个抱桩单元40通过滑动框架411可沿桁架臂20移动，可适用不同桩间距。设置两个抱桩单元40，移动式定位机10一次定位可进行两根桩基的沉桩作业，完成一次沉桩作业后，移动式定位机10在施工船的甲板上移动到下一位置再次进行沉桩作业。当沿施工船的船长方向已经布置完桩基，施工船向前移动一定距离，继续上述的沉桩作业。

具体地，两个抱桩单元40的滑动框架411分别与牵绳卷扬机60的牵绳的一端通过离合机构连接，通过牵绳卷扬机60的牵拉作用，可以实现滑动框架411沿桁架臂20移动。在需要调节其中一个抱桩单元40的位置时，牵绳卷扬机60的牵绳的一端通过离合机构与其滑动框架411连接，并且通过离合机构暂时与另一个抱桩单元暂时与分离。也就是说，通过牵绳卷扬机可以轮流调节两个抱桩单元40在桁架臂20上的位置。当然，也可以设置两个牵绳卷扬机60，每个抱桩单元40分别与一个牵绳卷扬机60连接。

如图5至6所示，在一个实施例中，导向筒组件42包括竖直设置的连接架421、安装板422、多个抱紧块423、至少一个转动板424和与转动板424等量多的导向筒开合油缸425，转动板424的数量少于抱紧块423的数量，安装板422与连接架421垂直连接，多个抱紧块423中的至少一个设置于安装板422上，多个抱紧块423中的另一些分别设置于对应的转动板424上，每个转动板424与安装板422转动连接，且每个转动板424与其对应的导向筒开合油缸425的伸缩杆铰接，导向筒开合油缸425的尾部与连接架421铰接，其中，多个抱紧块423的内侧面围合形成与桩基适配的导向筒426。具体地，连接架421与连接板414通过回转轴416转动连接。

具体地，导向筒组件42包括竖直设置的连接架421、安装板422、四个抱紧块423、两个转动板424和两个导向筒开合油缸425，安装板422与连接架421垂直连接，两个抱紧块423设置于安装板422上，两个抱紧块423分别设置于对应的转动板424上，每个转动板424与安装板422转动连接，且每个转动板424与其对应的导向筒开合油缸425的伸缩杆铰接，导向筒开合油缸425的尾部与连接架421铰接，其中，四个抱紧块423的内侧面围合形成与桩基适配的导向筒426。

通过导向筒开合油缸425和转动板424可以使得抱紧块423向外打开，可以方便振动锤可以继续沉桩到导向筒426的标高下方，一般桩底会入海泥10m至20m，根据项目情况设计入泥深度。

相反的，通过导向筒开合油缸425和转动板424可以使得至少一个抱紧块423与其他的抱紧块423相合围，如此可以抱紧桩基起到导向作用，以便于沉桩。

如图4所示，在一个实施例中，导向筒组件42具有上下分布的两个导向筒426。导向筒组件42具有上下分布的两个导向筒426，可以增大与桩基的接触面积，使得沉桩时更加平稳。

如图5至6所示，在一个实施例中，抱紧块423与安装板422或者转动板424上的滑槽滑动连接并且通过锁定机构锁定，每个抱紧块423的滑动方向经过导向筒426的圆心。其中，锁定机构可以采用螺栓、销轴。抱紧块423与安装板422或者转动板424滑动连接，可以调节导向筒426的内径大小，从而适应不同的直径的桩基。

如图1所示，在一个实施例中，桁架臂20还具有以移动式定位机10的回俯仰旋转轴30为轴心作回转的状态。桁架臂20通过移动式定位机10的回俯仰旋转轴30的旋转作用，可以进行旋转，从而调节桁架臂20的方位，进而调节抱桩单元40的方位。

如图1所示，在一个实施例中，移动式定位机10包括履带式行走主机。采用履带式行走主机，移动平稳、承重大。

如图1所示，在一个实施例中，移动式定位机10还包括俯仰牵拉绳11，俯仰牵拉绳11与桁架臂20连接。通过俯仰牵拉绳11牵拉桁架臂20，便于调节桁架臂20俯仰角。

如图3所示，在一个实施例中，滑动框架411与桁架臂20之间通过夹紧机构夹紧。通过夹紧机构可以固定滑动框架411和桁架臂20，锁定抱桩单元40的位置。夹紧机构可以采用螺栓。

根据本发明的实施例，另一方面，提供了一种移动式沉桩定位系统，包括上述的移动式沉桩定位装置和施工船。具体地，施工船包括坐底式施工船。采用坐底式施工船，沉桩作业时，更加平稳。

因移动式沉桩定位系统包括移动式沉桩定位装置，移动式沉桩定位系统具有与移动式沉桩定位装置相同的效果，即通过施工船的移动和移动式定位机10的移动可以调节抱桩单元40的坐标；通过桁架臂20与移动式定位机10转动连接，可以调节抱桩单元40的俯仰角；通过垂直度调节机构50可以调节抱桩单元40的垂直度；如此能够保证桩基的位置精度和垂直度都满足要求，提高了桩基沉桩定位效率。此外，此移动式沉桩定位装置便于操作，移动便捷。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (11)

1.一种移动式沉桩定位装置，其特征在于，包括：

移动式定位机(10)，适于可移动地设置于施工船上，用以提供动力；

桁架臂(20)，所述桁架臂(20)与所述移动式定位机(10)转动连接，所述桁架臂(20)至少具有以其与所述移动式定位机(10)连接处为轴心而下俯或上仰的状态；

抱桩单元(40)，包括设置于所述桁架臂(20)上的定位组件(41)和与所述定位组件(41)铰接的且与桩基适配的导向筒组件(42)，所述导向筒组件(42)的轴向与桩基沉桩方向一致；

垂直度调节机构(50)，分别与所述定位组件(41)和导向筒组件(42)连接，用以调节所述导向筒组件(42)的垂直度。

2.根据权利要求1所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述垂直度调节机构(50)包括垂直度调节油缸，所述垂直度调节油缸的尾部与所述定位组件(41)铰接，所述垂直度调节油缸的伸缩杆与所述导向筒组件(42)铰接，所述定位组件(41)与所述导向筒组件(42)转动连接。

3.根据权利要求1所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述定位组件(41)包括与所述桁架臂(20)滑动连接的滑动框架(411)，所述导向筒组件(42)与所述滑动框架(411)连接，所述导向筒组件(42)至少具有沿所述桁架臂(20)轴线方向滑动的状态。

4.根据权利要求3所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述定位组件(41)还包括伸缩油缸(413)和连接板(414)，所述伸缩油缸(413)的缸体固设于所述滑动框架(411)上，所述伸缩油缸(413)的伸缩杆与所述连接板(414)铰接，所述连接板(414)与所述导向筒组件(42)转动连接，所述伸缩油缸(413)的伸缩方向为垂直所述桁架臂(20)轴线方向，所述导向筒组件(42)至少还具有沿垂直所述桁架臂(20)轴线方向移动的状态。

5.根据权利要求4所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述定位组件(41)还包括导向杆(415)，所述导向杆(415)的一端与所述连接板(414)固定连接，所述滑动框架(411)上设置有与所述导向杆(415)相适配的导套。

6.根据权利要求3所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述抱桩单元(40)设置有两个，两个所述抱桩单元(40)之间的距离通过所述滑动框架(411)可调。

7.根据权利要求1所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述导向筒组件(42)包括竖直设置的连接架(421)、安装板(422)、多个抱紧块(423)、至少一个转动板(424)和与所述转动板(424)等量多的导向筒开合油缸(425)，所述转动板(424)的数量少于所述抱紧块的数量，所述安装板(422)与所述连接架(421)垂直连接，所述的多个抱紧块(423)中的至少一个设置于所述安装板(422)上，所述的多个抱紧块(423)中的另一些分别设置于对应的所述转动板(424)上，每个所述转动板(424)与所述安装板(422)转动连接，且每个所述转动板(424)与其对应的所述导向筒开合油缸(425)的伸缩杆铰接，所述导向筒开合油缸(425)的尾部与所述连接架(421)铰接，其中，所述的多个抱紧块(423)的内侧面围合形成与桩基适配的导向筒(426)。

8.根据权利要求7所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述导向筒组件(42)具有上下分布的两个所述导向筒(426)。

9.根据权利要求7所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述抱紧块与所述安装板(422)或者所述转动板(424)滑动连接并且通过锁定机构锁定，每个所述抱紧块的滑动方向经过所述导向筒(426)的圆心。

10.根据权利要求1所述的移动式沉桩定位装置，其特征在于，所述桁架臂(20)还具有以所述移动式定位机(10)的回转轴(416)为轴心作回转的状态；和/或，所述移动式定位机(10)包括履带式行走定位机。

11.一种移动式沉桩定位系统，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的移动式沉桩定位装置和施工船。