CN218713356U - 一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，包括安装在工作船上的总控制台和安装在水下稳桩平台上的监测装置。水下稳桩平台包括主体基盘、四套调平装置和四套抱桩装置；主体基盘包括四个立式桩架和四根联系梁；四套调平装置安装在四个立式桩架的底部；四套抱桩装置在四个立式桩架的内腔中。监测装置包括主体基盘姿态监测模块和四套钢管桩姿态监测模块；主体基盘姿态监测模块包括四个液位仪、测深仪、罗经仪和深度计；四套钢管桩姿态监测模块安装在四个立式桩架上，每套钢管桩姿态监测模块包括声纳探测仪、一组水平测距仪、竖向测距仪和摄像头。本实用新型能为水下沉桩过程中实时误差纠偏提供充分的依据及技术支持。

Description

一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统。

背景技术

目前，海上风电正朝着深远海域方向发展，针对离岸25km以上、水深在25m～50m的深远海域的海上风电基础结构在设计上国内陆续尝试采用导管架基础结构形式(先桩法)，该基础结构由四根φ2.4m～φ4.0m钢管桩(桩长在70m～110m之间)和一个内插入式导管架结构组成，钢管桩设计桩顶标高位于海床面以上7m～17m之间，需要进行水下沉桩施工，在深远海域进行水下沉桩作业，受大风、大浪、长涌等影响，施工窗口期很短，施工难度大，同时，内插入式导管架基础结构需要在水下与钢管桩进行连接，对基础钢管桩沉桩时的平面位置、标高、垂直度以及各个桩的相对位置控制精度要求高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，它能为水下沉桩过程中实时误差纠偏提供充分的依据及技术支持。

本实用新型的目的是这样实现的：一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，包括安装在工作船上的总控制台和安装在水下稳桩平台上的监测装置；所述水下稳桩平台包括主体基盘、四套调平装置和四套抱桩装置；所述主体基盘包括四个以平面几何中心的连线呈正方形的方式布置的立式桩架和四根一一对应地连接在四个立式桩架的上部之间的联系梁，每个所述立式桩架和每根联系梁为由钢管制成的四边形空间桁架结构；每个立式桩架的顶部均设置一个笼口；每个立式桩架的四个角部的上部一一对应地设置四个上部抱桩支架，每个立式桩架的四个角部的下部一一对应地设置四个下部抱桩支架；四套调平装置一一对应地活动安装在四个立式桩架的底部；每套调平装置包括一块防沉板和四个连接在立式桩架的四根立柱的下部与防沉板的顶面之间的调平升降机构，调平升降机构包括调平升降油缸和导杆机构；四套抱桩装置一一对应地安装在四个立式桩架的内腔中；每套抱桩装置包括四个一一对应地设在四个上部抱桩支架的上层抱桩器和四个一一对应地设在四个下部抱桩支架上的下层抱桩器；上层抱桩器的结构与下层抱桩器的结构相同并包括抱桩油缸、摆杆和防撞机构；其中，

所述监测装置包括四个密封接线箱、主体基盘姿态监测模块和四套钢管桩姿态监测模块；

所述主体基盘姿态监测模块包括四个液位仪、测深仪、罗经仪和深度计；

四个密封接线箱一一对应地设在四个立式桩架的下部；

四个液位仪一一对应地安装在四个立式桩架的同一个高度位置；

所述罗经仪和深度计均安装在一个立式桩架上的密封接线箱内；

所述测深仪安装在一根联系梁的底部中间；所述测深仪的信号线连接到最近的一个密封接线箱内；

四套钢管桩姿态监测模块一一对应地安装在四个立式桩架上，每套钢管桩姿态监测模块包括声纳探测仪、一组水平测距仪、竖向测距仪和摄像头；

所述声纳探测仪安装在立式桩架的笼口上；

一组水平测距仪由两对水平测距仪构成，该两对水平测距仪一一对应地安装在立式桩架的上层和立式桩架的下层，一对位于立式桩架的上层的水平测距仪与所述上层抱桩器的安装位置对应并一一对应地安装在立式桩架的两片相对的立柱边板的内侧面的中部，一对位于立式桩架的下层的水平测距仪与所述下层抱桩器的安装位置对应并一一对应地安装在立式桩架的另外两片相对的立柱边板的内侧面的中部；

所述竖向测距仪和摄像头均通过一灯架安装在立式桩架上；

每个立式桩架上的液位仪、声纳探测仪、一组水平测距仪、竖向测距仪和摄像头的信号线均集中接到各自的立式桩架上的密封接线箱内；

所述总控制台上设有PLC和人机交互界面并通过信号总线与所述密封接线箱连接。

上述的四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，其中，所述灯架包括两块一上一下地固定在所述立式桩架的一片边板的内侧中部的安装板、两根两端一一对应地固定在两块安装板上的竖杆、套装在两根竖杆的中部的水平座板、固定在水平座板的内端的垂直座板、两个间隔地安装在垂直座板的顶面上的水下探照灯、固定在垂直座板的上部中间的激光灯；所述摄像头安装在所述激光灯的上方；所述水平座板上铰接一个检测用油缸，该检测用油缸的活塞杆与一根中部铰接在水平座板上的连杆的外端铰接，该连杆的内端与一根探杆的外端连接；所述竖向测距仪安装在所述探杆的内端。

本实用新型的四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统具有以下特点：

1.通过在稳桩平台上设置主体基盘姿态监测模块，能使总控制台根据主体基盘姿态监测模块反馈的数据通过四套调平装置的调平升降油缸一一对应地调整四块防沉板与主体基盘的相对位置，用以调整主体基盘的姿态，保证四个立式桩架的垂直度，为后续的打桩作业供基准平台。

2.通过在四个立式桩架内各自设置一套钢管桩姿态监测模块，使钢管在沉桩时，使总控制台根据对应的一套钢管桩姿态监测模块反馈的数据通过控制与钢管桩对应的上层抱桩器的抱桩油缸和下层抱桩器的抱桩油缸能精确地将钢管桩的垂直度控制在允许范围内，为水下沉桩过程中实时误差纠偏提供充分的依据及技术支持。

附图说明

图1是本实用新型的四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统中的稳桩平台的主视图；

图2是本实用新型的水下稳桩平台的俯视图；

图3是本本实用新型的监测系统的布置侧视图；

图4是本本实用新型的监测系统的布置透视图；

图5是本本实用新型的监测系统中的灯架的透视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图5，本实用新型的四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，包括安装在工作船上的总控制台和安装在水下稳桩平台上的监测装置；水下稳桩平台包括主体基盘、四套调平装置和四套抱桩装置。

主体基盘包括四个以平面几何中心的连线呈正方形的方式布置的立式桩架1A和四根一一对应地连接在四个立式桩架1A的上部之间的联系梁1B；位于西北方向的立式桩架1A编号为一号，位于东北方向的立式桩架1A编号为二号，位于西南方向的立式桩架1A编号为三号，位于东南方向的立式桩架1A编号为四号；每个立式桩架1A和每根联系梁1B均为由钢管制成的四边形空间桁架结构；每个立式桩架的顶部均设置一个笼口；每个立式桩架的四个角部的上部一一对应地设置四个上部抱桩支架，每个立式桩架1A的四个角部的下部一一对应地设置四个下部抱桩支架；

四套调平装置一一对应地活动安装在四个立式桩架1A的底部；每套调平装置包括一块防沉板2和四个连接在立式桩架1A的四根立柱11的下部与防沉板2的顶面之间的调平升降机构，调平升降机构包括调平升降油缸3和导杆机构20；主体基盘的四个立式桩架1A各自通过四个调平升降机构中的调平升降油缸3的活塞杆的伸缩，调节立式桩架1A与防沉板2之间的距离，进而能调节主体基盘在设定的位置达到水平姿态；每个立式桩架1A上的四个调平升降油缸3既可以单独动作，也可以协调同步动作。

四套抱桩装置一一对应地安装在四个立式桩架1A的内腔中；每套抱桩装置包括四个一一对应地设在四个上部抱桩支架的上层抱桩器4A和四个一一对应地设在四个下部抱桩支架上的下层抱桩器4B；上层抱桩器4A的结构与下层抱桩器4B的结构相同并包括抱桩油缸4、摆杆和防撞机构。

监测装置包括四个密封接线箱5A、主体基盘姿态监测模块和四套钢管桩姿态监测模块；

四个密封接线箱5A一一对应地安装在四个立式桩架1A的内腔下部；

主体基盘姿态监测模块包括四个液位仪51、测深仪52、罗经仪和深度计；其中，

罗经仪和深度计均安装在位于一号立式桩架1A上的密封接线箱5A内；罗经仪用于识别主体基盘的俯仰角、滚动角和方位角，用于协助调整主体基盘的角度和水平度；深度计能根据水压测得其安装位置至海平面的距离，用于判断主体基盘的入水深度和主体基盘的高程；

四个液位仪51一一对应地安装在四个立式桩架1A的一根立柱11的同一个高度位置；当主体基盘落在海床面之后，通过四个液位仪51的读数来判断整个主体基盘的水平度；

测深仪52安装在一号立式桩架1A与三号立式桩架1A之间的一根联系梁1B的底部中间；该测深仪52的信号线接到位于一号立式桩架1A上的密封接线箱5A内；该测深仪52在主体基盘调平后能测得联系梁1B至海床面的距离，用于判断主体基盘的入泥深度；

四套钢管桩姿态监测模块一一对应地设在四个立式桩架1A的内腔中，每个钢管桩姿态监测模块包括灯架50、声纳探测仪53、一组水平测距仪54、竖向测距仪55和摄像头56；

灯架50包括两块一上一下地固定在立式桩架1A的一片边板的内侧中部的安装板501、两根两端一一对应地固定在两块安装板501上的竖杆502、套装在两根竖杆502的中部的水平座板503、固定在水平座板503的内端的垂直座板504、两个间隔地安装在垂直座板504的顶面上的水下探照灯57、固定在垂直座板504的上部中间的激光灯58；水平座板503的顶面一侧铰接一个检测用油缸5，该检测用油缸5的活塞杆与一根中部铰接在水平座板503的顶面另一侧的检测连杆505的外端铰接，该检测连杆505的内端与一根检测探杆506的外端连接(见图4和图5)；

声纳探测仪53安装在立式桩架1A的笼口10A上；声纳探测仪51在钢管桩入水一定深度后识别水下钢管桩的方位，有助于引导钢管桩落入笼口10A；

一组水平测距仪54由两对水平测距仪构成，该两对水平测距仪一一对应地安装在立式桩架1A的上层和立式桩架1A的下层，一对位于立式桩架1A的上层的水平测距仪54与上层抱桩器4A的安装位置对应并一一对应地安装在立式桩架1A的两片相对的立柱边板的内侧面的中部，一对位于立式桩架1A的下层的水平测距仪54与下层抱桩器4B的安装位置对应并一一对应地安装在立式桩架1A的另外两片相对的立柱边板的内侧面的中部；在沉桩过程中，通过两对水平测距仪54测得与钢管桩的间距，用于判断钢管桩的垂直度。

竖向测距仪55安装在立式桩架1A内的灯架50上的检测探杆506的内端；竖向测距仪55可以通过水平座板503调整安装高度；沉桩施工前，控制检测用油缸5通过检测连杆507将检测探杆506缩回，当钢管桩自沉到位后控制检测用油缸5通过检测连杆505将检测探杆506伸出，使竖向测距仪55靠在钢管桩的外侧面上，然后套锤打桩，竖向测距仪55向上测量，可以测到锤帽的距离，以此来控制钢管桩的沉桩高程；

摄像头56安装在立式桩架1A内的灯架50上的垂直座板504的上部中间并位于激光灯58的上方；摄像头56用于观察钢管桩的沉桩状态，激光灯58打在钢管桩的刻度上，通过摄像头56判断沉桩的深度；

水下探照灯57为水平测距仪54和竖向测距仪55提供光源。

每个立式桩架1A上的液位仪51、声纳探测仪53、一组水平测距仪54、竖向测距仪55和摄像头56的信号线均集中连接到各自的立式桩架1A上的密封接线箱5A内，二号立式桩架1A至四号立式桩架1A上的密封接线箱5A的信号线汇总连接到一号立式桩架1A上的密封接线箱5A内。

总控制台通过信号总线与一号立式桩架1A上的密封接线箱5A连接，总控制台设有可编程序控制器和人机交互界面。

本实用新型的四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，总控制台通过可编程序控制器对主体基盘姿态监测模块和钢管桩姿态监测模块采集到的信息进行处理和显示，并控制四套调平装置和四套抱桩装置。在水下稳桩平台下放到海床上后，通过主体基盘姿态监测模块反馈的信号，总控制台通过可编程序控制器控制四套调平装置的调平升降油缸3一一对应地调整四块防沉板2与主体基盘的相对位置，以调整主体基盘的深度和方向，每套调平装置的四个调平升降油缸3并调平升降油缸3结合导杆机构20能控制主体基盘水平度，并通过罗经仪校正，直到主体基盘的基准线达到水平，保证四个立式桩架1A的垂直度，为后续的打桩作业供基准平台。在进行沉桩作业时，钢管桩入水一定深度后，安装在笼口10A上的声纳探测仪53识别水下钢管桩的方位并反馈给工作船上的总控制台，由总控制台控制吊机及绞车调整钢管桩的方位，使钢管桩能顺利落入对应的立式桩架1A的笼口10A内，接着通过笼口10A将钢管桩导入四个上层抱桩器4A内，通过四个上层抱桩器4A的抱桩油缸4将钢管桩顶推到立式桩架1A的中心附近，然后钢管桩继续下放，导入四个下层抱桩器4B中，四个下层抱桩器4B的抱桩油缸4全部顶出，将钢管桩的中心定位在立式桩架1A的中心，再对四个上层抱桩器4A的抱桩油缸4进行控制，精确地将钢管桩的垂直度控制在允许范围内，通过竖向测距仪55监测钢管桩的海拔高度和贯入度；通过水平测距仪54和摄像头56保证钢管桩的垂直度。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，包括安装在工作船上的总控制台和安装在水下稳桩平台上的监测装置；所述水下稳桩平台包括主体基盘、四套调平装置和四套抱桩装置；所述主体基盘包括四个以平面几何中心的连线呈正方形的方式布置的立式桩架和四根一一对应地连接在四个立式桩架的上部之间的联系梁，每个所述立式桩架和每根联系梁为由钢管制成的四边形空间桁架结构；每个立式桩架的顶部均设置一个笼口；每个立式桩架的四个角部的上部一一对应地设置四个上部抱桩支架，每个立式桩架的四个角部的下部一一对应地设置四个下部抱桩支架；四套调平装置一一对应地活动安装在四个立式桩架的底部；每套调平装置包括一块防沉板和四个连接在立式桩架的四根立柱的下部与防沉板的顶面之间的调平升降机构，调平升降机构包括调平升降油缸和导杆机构；四套抱桩装置一一对应地安装在四个立式桩架的内腔中；每套抱桩装置包括四个一一对应地设在四个上部抱桩支架的上层抱桩器和四个一一对应地设在四个下部抱桩支架上的下层抱桩器；上层抱桩器的结构与下层抱桩器的结构相同并包括抱桩油缸、摆杆和防撞机构；其特征在于，

所述监测装置包括四个密封接线箱、主体基盘姿态监测模块和四套钢管桩姿态监测模块；

所述主体基盘姿态监测模块包括四个液位仪、测深仪、罗经仪和深度计；

四个密封接线箱一一对应地设在四个立式桩架的下部；

四个液位仪一一对应地安装在四个立式桩架的同一个高度位置；

所述罗经仪和深度计均安装在一个立式桩架上的密封接线箱内；

所述测深仪安装在一根联系梁的底部中间；所述测深仪的信号线连接到最近的一个密封接线箱内；

四套钢管桩姿态监测模块一一对应地安装在四个立式桩架上，每套钢管桩姿态监测模块包括声纳探测仪、一组水平测距仪、竖向测距仪和摄像头；

所述声纳探测仪安装在立式桩架的笼口上；

一组水平测距仪由两对水平测距仪构成，该两对水平测距仪一一对应地安装在立式桩架的上层和立式桩架的下层，一对位于立式桩架的上层的水平测距仪与所述上层抱桩器的安装位置对应并一一对应地安装在立式桩架的两片相对的立柱边板的内侧面的中部，一对位于立式桩架的下层的水平测距仪与所述下层抱桩器的安装位置对应并一一对应地安装在立式桩架的另外两片相对的立柱边板的内侧面的中部；

所述竖向测距仪和摄像头均通过一灯架安装在立式桩架上；

每个立式桩架上的液位仪、声纳探测仪、一组水平测距仪、竖向测距仪和摄像头的信号线均集中接到各自的立式桩架上的密封接线箱内；

所述总控制台上设有PLC和人机交互界面并通过信号总线与所述密封接线箱连接。

2.根据权利要求1所述的四桩导管架的基础钢管桩水下沉桩的监控系统，其特征在于，所述灯架包括两块一上一下地固定在所述立式桩架的一片边板的内侧中部的安装板、两根两端一一对应地固定在两块安装板上的竖杆、套装在两根竖杆的中部的水平座板、固定在水平座板的内端的垂直座板、两个间隔地安装在垂直座板的顶面上的水下探照灯、固定在垂直座板的上部中间的激光灯；所述摄像头安装在所述激光灯的上方；所述水平座板上铰接一个检测用油缸，该检测用油缸的活塞杆与一根中部铰接在水平座板上的连杆的外端铰接，该连杆的内端与一根探杆的外端连接；所述竖向测距仪安装在所述探杆的内端。

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