CN213038370U - 海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统，包括抱桩器和桩垂直度监测控制系统；抱桩器包括上层抱桩机构和下层抱桩机构；各层抱桩机构均由可开合抱臂、两个外侧液压油缸、两个内侧液压油缸和抱桩系统控制器构成；桩垂直度监测控制系统包括间隔安装在抱桩器上不同水平支架上的倾斜仪、上层测距扫描仪和下层测距扫描仪以及设置在驾驶台上的工控机；该海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统的结构设计合理，操作方便、安全，可实现有效监测钢管桩的桩垂直度和利用抱桩器对钢管桩的桩垂直度进行精确调节，以满足高质量施工要求。

Description

海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统

技术领域

本实用新型涉及海上风电基础沉桩过程垂直度监测系统技术领域，特别涉及一种海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统。

背景技术

海上风电基础施工过程中，单桩基础因其承载力高、施工方便、施工效率高等诸多优点，得到了广泛的应用。海上风电单桩基础沉桩时，桩的垂直度是极其重要的质量要求。

目前的单桩垂直度的控制方式主要为经纬仪/全站仪扫边法，即在稳桩平台上架设2台经纬仪/全站仪与钢桩大致呈90度分布，每台全站仪从左右两个方向扫测钢桩的垂直度。待2台全站仪全部扫测完，将倾斜度和倾斜方向报给指挥人员，指挥人员根据倾斜方向控制液压油缸伸缩以调整钢管桩的垂直度。其不足有以下几点：一是垂直度观测效率低，需要两人配合架设仪器进行扫边，之后汇总两台仪器的观测结果计算出桩的整体垂直度偏差，报给指挥人员后再调整垂直度，调整后还需再次观测验证调整后状态，直至垂直度满足要求，整个过程需要二到三小时且很难一步调整到位，极大降低了施工效率。二是观测数据不直观且易出错，扫边法需要根据扫测桩身的长度和桩壁偏离仪器目镜中竖丝的距离，估算单个方向上的桩垂直度，后续需要将两个仪器的数据汇总人工计算才能得到整体的垂直度偏差，测量人员观测与计算时易出错。三是作业过程安全隐患大，扫边法观测垂直度时，测量人员需在稳桩平台上架设仪器，作业时站在起重臂下有高空坠物风险；冲击锤沉桩时给稳桩平台带来震动，作业时有仪器损毁风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种解决目前海上大直径钢管桩垂直度控制效率低、不直观的海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统，包括抱桩器和桩垂直度监测控制系统；其中，

抱桩器包括上层抱桩机构和下层抱桩机构；各层抱桩机构均由可开合抱臂、两个外侧液压油缸、两个内侧液压油缸和抱桩系统控制器构成；上层抱桩机构和下层抱桩机构的可开合抱臂以中轴线重合的方式间隔设置；两个内侧液压油缸间隔且水平设置在可开合抱臂的固定侧，两个外侧液压油缸间隔且水平设置在可开合抱臂开口部两侧，使四个液压油缸沿可开合抱臂圆周方向均布设置，并保持每个液压油缸前端朝向抱桩器中心位置；抱桩系统控制器设置在驾驶台上，其分别与各层抱桩机构的可开合抱臂、各外侧液压油缸和各内侧液压油缸连接；

桩垂直度监测控制系统包括间隔安装在抱桩器上不同水平支架上的倾斜仪、上层测距扫描仪和下层测距扫描仪，以及设置在驾驶台上的工控机；上层测距扫描仪和下层测距扫描仪均朝向钢管桩方向设置；倾斜仪、上层测距扫描仪和下层测距扫描仪分别与工控机连接。

进一步地，每层抱桩机构中的可开合抱臂采用双臂式可开合抱臂。

与现有技术相比，该海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统的结构设计合理，操作方便、安全，其通过两台间隔设置的测距扫描仪对其与钢管桩之间的距离进行测量以判断钢管桩的桩垂直度，并基于施工环境具有变化形的因素考虑，引入倾斜仪作为偏差角度测量仪器，实现有效监测钢管桩的桩垂直度和利用抱桩器对钢管桩的桩垂直度进行精确调节，以满足高质量施工要求。

附图说明

图1为本发明的海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统的俯视结构示意图；

图2为本发明的海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

如图1和图2所示，该海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统安装在起重船 16上，其包括抱桩器和桩垂直度监测控制系统；其中，

抱桩器包括设置在一固定架体上的上层抱桩机构9和下层抱桩机构10；各层抱桩机构均由可开合抱臂1、两个外侧液压油缸2、两个内侧液压油缸3和抱桩系统控制器15构成；具体地，

上层抱桩机构9和下层抱桩机构10均采用双臂式可开合抱臂，且二者以中轴线重合的方式间隔设置；

两个内侧液压油缸3间隔且水平设置在可开合抱臂1的固定侧，两个外侧液压油缸2间隔且水平设置在可开合抱臂1开口部两侧，使四个液压油缸沿可开合抱臂1圆周方向均布设置，并保持每个液压油缸前端5均朝向抱桩器中心位置6；该两个外侧液压油缸2和两个内侧液压油缸3用于调节钢管桩的垂直度；

抱桩系统控制器15设置在驾驶台上，其分别与各层抱桩机构的可开合抱臂1、各外侧液压油缸2和各内侧液压油缸3连接，实现操作人员通过抱桩系统控制器 15控制上、下层抱桩机构中可开合抱臂1的开合状态，以及各外侧液压油缸2 和各内侧液压油缸3的伸缩状态；

桩垂直度监测控制系统包括自下而上安装在固定架体上不同高度水平支架上的倾斜仪11、下层测距扫描仪12和上层测距扫描仪4，以及设置在驾驶台上的工控机18；具体地，

倾斜仪11采用上海艾业公司生产的SHDL型倾斜仪，其用于实时监测抱桩器的姿态，即测量出抱桩器的当前作业时刻的俯仰角度；

上层测距扫描仪4和下层测距扫描仪12均采用SICK-LMS511型室外激光扫描测量仪，其通过朝向钢管桩17发射激光光线以测量出自测距扫描仪至钢管桩外壁8上多个点位的激光光线距离，以进一步归算出钢管桩在该测量平面的中心位置处的坐标信息；进而以抱桩器的俯仰角度作为参照值，利用上层测距扫描仪 4获得的第一桩中心坐标信息和利用下层测距扫描仪12获得的第二桩中心坐标信息判断出钢管桩17的垂直度是否满足要求；

倾斜仪11、上层测距扫描仪4和下层测距扫描仪12分别与工控机18连接，将实测数据：抱桩器俯仰角度、第一桩中心13的坐标信息和第二桩中心14的坐标信息这三个传送至工控机18中，以便于驾驶台内的操作人员判断和调整。

该海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统的施工方法，其具体步骤如下：

S1、船舶驻位后打开抱桩器上的两个可开合抱臂1，并调节其上的内侧液压油缸均伸长至其中间位置，而外侧液压油缸均收缩到最短状态；

S2、起吊钢管桩，将钢管桩17自两个可开合抱臂1的开口部喂入抱桩器，调节起重臂将钢管桩靠在内侧液压油缸上，关闭可开合抱臂1，调节各外侧液压油缸直到顶到钢管桩外壁8，此时钢管桩已限位且未入泥。

S3、开启桩垂直度监测控制系统，使倾斜仪11实时测试抱桩器的姿态，同时上层测距扫描仪4和下层测距扫描仪12开始发生多条激光光线至钢管桩外壁8 上，以便通过多条激光光线的长度归算出钢管桩17的桩中心位置；基于倾斜仪 11实测的抱桩器的姿态，对所获得的两个桩中心位置进行角度偏差换算，进而准确判断出当前桩的垂直度；

S4、操作人员根据桩垂直度数据对抱桩系统控制台15进行操作，以通过对各外侧液压油缸2和各内侧液压油缸3的伸缩状态的调节，调整钢管桩的桩垂直度≤2‰；

S5、钢管桩的垂直度满足要求后，起重机开始缓慢落钩，使桩身自沉入泥；桩自沉过程中垂直度监测控制系统依然保持实时测量工作，以便随时调整桩垂直度，保持沉桩过程钢管桩的桩垂直度始终满足要求；

S6、钢管桩自沉结束后，起重机起吊打桩锤开始正式沉桩，初沉阶段采取小能量锤击，垂直度监测控制系统实时工作，以便在垂直度超出允许范围(＞5‰) 时停锤调整桩垂直度，直至进入中沉阶段；由于中沉阶段与终沉阶段因为桩身入泥过深，垂直度不再发生变化，因此加大锤击能量直到钢管桩沉至设计标高后停锤；

S7、停锤后，读取桩垂直度监测控制系统数据，记录最终的钢管桩垂直度，至此自动垂直度调节系统工作完毕。

Claims (2)

1.一种海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统，其特征在于，包括抱桩器和桩垂直度监测控制系统；其中，

抱桩器包括上层抱桩机构(9)和下层抱桩机构(10)；各层抱桩机构均由可开合抱臂(1)、两个外侧液压油缸(2)、两个内侧液压油缸(3)和抱桩系统控制器(15)构成；上层抱桩机构(9)和下层抱桩机构(10)的可开合抱臂(1)以中轴线重合的方式间隔设置；两个内侧液压油缸(3)间隔且水平设置在可开合抱臂(1)的固定侧，两个外侧液压油缸(2)间隔且水平设置在可开合抱臂(1)开口部两侧，使四个液压油缸沿可开合抱臂(1)圆周方向均布设置，并保持每个液压油缸前端(5)均朝向抱桩器中心位置(6)；抱桩系统控制器(15)设置在驾驶台上，其分别与各层抱桩机构的可开合抱臂(1)、各外侧液压油缸(2)和各内侧液压油缸(3)连接；

桩垂直度监测控制系统包括间隔安装在抱桩器上不同水平支架上的倾斜仪(11)、上层测距扫描仪(4)和下层测距扫描仪(12)，以及设置在驾驶台上的工控机(18)；上层测距扫描仪(4)和下层测距扫描仪(12)均朝向钢管桩方向设置；倾斜仪(11)、上层测距扫描仪(4)和下层测距扫描仪(12)分别与工控机(18)连接。

2.根据权利要求1所述的海上大直径钢管桩自动调节垂直度系统，其特征在于，每层抱桩机构中的可开合抱臂(1)采用双臂式可开合抱臂。

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