NL8303115A - Paal met een luchtliftsysteem voor het in een bodem onder water laten dringen van het paaluiteinde. - Google Patents

Description

( ♦ τ \ * ! t VO 4891

Paal met een. luchtliftsysteem voor het in een bodem onder water laten dringen van het paaluiteinde.

De uitvinding heeft betrekking op een paal met een luchtliftsysteem voor het in een bodem onder water laten dringen van het paaluiteinde, dat voorzien is van een doosvormige kamer zonder onderwand, in welke kamer vanaf de bovenzijde daarvan ten minste één luchtlift-5 systeem reikt, dat voorzien is van middelen voor het in verticale richting kunnen instellen van het onderuiteinde van het luchtliftsysteem.

Een dergelijke paal toegepast bij een boorplatform is beschreven in het artikel "finti-scour method uses air lift idea" in Offshore February 1979. In dit artikel wordt uitvoerig ingegaan op de problemen 10 die zich als gevolg van uitschuren en wegspoelen van niet-cohesief bodemmateriaal rond de paaluiteinden door waterstromingen kunnen voordoen. Een oplossing voor deze problemen werd gevonden door de paai met behulp van luchtliftsystemen tot onder het wegspoel- en uitschuur-niveau in de grond te laten dringen. Met behulp van dit systeem wordt 15 de grond onder het paaluiteinde met behulp van waterstralen losgespoeld, welke losgespoelde grond wervelend in de aan de onderzijde open doosvormige kamer nabij het uiteinde van de paal terecht komt en daaruit in bovenwaartse richting wordt af gevoerd door het toevoeren van lucht in de afvoerleiding. De losgespoelde grond wordt daarbij tot boven het 20 niveau van de bodem, waar de paal in moet dringen, omhoog gevoerd en bezinkt aldaar, zodat de paal onder geringe verstoring van de bodem daarin kan dringen. De snelheid waarmee de paal in de grond kan zakken is daarbij rechtstreeks afhankelijk van de werking van het luchtliftsysteem, terwijl voor het uit de grond trekken van de paal een grond-25 prop moet worden losgetrokken en althans over een zekere hoogte moet worden opgetild.

Met de uitvinding wordt beoogd om onder behoud en zo mogelijk verbetering van de voordeelbiedende eigenschappen het bovenomschreven indringsysteem te verbeteren en wel zodanig, dat zowel het in de bodem 30 brengen van het paaluiteinde als het daaruit trekken sneller, met een minimale benodigde kracht en een verminderde verstoring en roering van de grond rond de paal kan plaatsvinden.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt, doordat de kamer voorzien is van kegel- of pyramidevormig verlopende wanden, Ö ~ " <! * Π -2- # > die een hoek groter dan 30°, bij voorkeur groter dan 45°, insluiten met de horizontaal. Door deze maatregelen wordt bij het in de bodem dringen op de te verwijderen grond door de hellend verlopende wanden van de kamer een horizontaal naar binnen gerichte kracht uitgeoefend; 5 de kamenwanden werken als een wigvormige mesrand, hetgeen tevens grote verticale randspanningen betekent en zodoende het ontstaan van grond-instabiliteiten. Door deze door de kamerwanden veroorzaakte effecten wordt het losspuiteffect van de waterstralen op aanmerkelijke wijze ondersteund en bevorderd en zodoende de voeding van het luchtlift-10 systeem. Dit nu leidt tot een versnelling van de grondafvoer en derhalve van het in de bodem dringen van het paaluiteinde.

De onder het paaluiteinde verwijderde grond wordt verticaal boven de kamer weer gestort , zodat boven de kamer een kolom grond wordt gevormd. Deze is door de overeenkomstig de uitvinding getroffen maatregelen met een minimum aan benodigde kracht en verstoring van de 15 omgevende bodem wederom onder het paaluiteinde brengbaar. Daartoe .dient bij het begin van het omhoogtrekken van de paal eerst het lucht-liftsysteem te worden.ingeschakeld onder het op zijn.plaats houden van de paal. Op deze wijze wordt een holle ruimte onder het paaluiteinde gecreëerd. Bestaat de paal, althans het paaluiteinde·, uit een 20 naast de kamer open stang-, buis- of balkconstructie, zoals dat het geval is bij een vakwerkpaal, dan zal door het omhoogtrekken van de paal de op de kamer gelegen grond door de wigvorm van die kamer zijdelings worden weggedrukt en langs de onderrand van de kamer in de daaronder gevormde holle ruimte kunnen glijden. Door het omhoogtrekken van de 25 paal wordt bedoelde holle ruimte in stand gehouden - zonodig ondersteund door het luchtliftsysteem - zodat de paal met een vloeiend verlopende verplaatsing met een minimum aan kracht en verstoring van de bodem omhoog is te trekken. Hierbij dient nog bedacht te worden, dat bij het omhoogtrekken van de paal in de kamer een onderdruk ont-30 staat, die het toestroomeffect van de grond nog vergroot. Daartegen wordt bij het doen indringen van de paal een omlaag gerichte druk uitgeoefend, die een overdruk in de kamer laat ontstaan, hetgeen het af-voeren van de grond bevordert. .

Zodoende is overeenkomstig de uitvinding een systeem gecreëerd, 35 dat eenvoudig doch gecontroleerd het in de bodem laten indringen van 83 0 3 1 1 5 * * -3- het paaluiteinde tot de onder de uitschuurdiepte gelegen, gewenste diepte kan bewerkstelligen en op gemakkelijke, relatief weinig kracht vereisende wijze het weer uit de grond trekken van de paal toestaat; dit alles onder een zo gering mogelijke verstoring van de grond en het 5 bodemprofiel, dat wil zeggen onder achterlating van een zo gering mogelijk resulterende voetafdruk.

Bij het uit de bodem trekken van de paal wordt het langs de buitenzijde van de kamer verplaatsen van de grond op voordeelbiedende wijze bevorderd, als overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de 10 uitvinding aan de buitenzijde van de kamerwanden fluidisatiemiddelen zijn aangebracht. Een verdere vermindering van de verstoring van de het paaluiteinde omgevende grond is hierbij te bewerkstelligen als. overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de kamerwanden in hun benedenrandgebieden voorzien zijn van een aantal openingen.

15 Althans een groot deel van de te verplaatsen grond hoeft zich dan niet meer om de onderrand van de doosvormige kamer heen te verplaatsen, zodat de grond naast de paal minder wordt verstoord. Dit effect is nog verder te optimaliseren door overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de paal te voorzien van een buitenommanteling.

20 Deze uitvoering heeft het verdere voordeel, dat de grond boven de kamer geen verbinding meer heeft met de, de paal omringende grond, hetgeen wederom resulteert in lagere ophijskrachten voor de paal.

Daartoe dient dan overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de buitenommanteling zich uit te strekken over althans de 25 maximale indringdiepte, indien de ommanteling zich niet over de volle paallengte uitstrekt, zoals bij een vakwerkpaal gebruikelijk.

In bepaalde toepassingsgevallen, in het bijzonder bij relatief grote door de grond uitgeoefende kleefkrachten, verdient het overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de voorkeur, 30 dat nabij het onderuiteinde van de paal aan de buitenzijde daarvan fluxdisatiemiddelen zijn aangebracht.

Bij palen met grote dwarsdoorsnede kan het noodzakelijk zijn, dat binnen één paal meerdere luchtliftsystemen moet worden geplaatst. Overeenkomstig de uitvinding wordt er dan een voorkeur voor uitgespro-35 ken, dat een aantal symmetrisch rond de paalhartlijn opgestelde lucht-_ ·" r\ *” «1 Λ 0 w 'j ^ -4- 4 liftsystemen aanwezig zijn, een en ander zodanig, dat de elkaar ten dele overlappende werkgebieden van. de luchtliftsystemen het grootste deel van de paaldwarsdoorsnede kunnen bestrijken zonder of vrijwel zonder buiten die doorsnede te· reiken.

5 Onder verwijzing naar in de tekening schematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeelden zal de paal met luchtliftsysteem volgens de uitvinding thans nader worden besproken en toegelicht.

Fig. 1 toont een paaluiteinde met een luchtliftsysteem volgens de uitvinding in dwarsdoorsnede; 10 fig. 2 toont een doorsnede volgens de lijn II-II in*fig. 1; fig. 3 toont een aan fig. 2. overeenkomstige dwarsdoorsnede van een gewijzigde uitvoeringsvorm; en fig. 4 een overeenkomstig weergegeven verdere variant.

De figuren 1 en 2 tonen een onderuiteinde van een vakwerkpaal 1, 15 waarvan alleen verticale staanders 2 zijn weergegeven. De gebruikelijk aanwezige dwarsverbindingen en/of schoren, die voor een toelichting van de onderhavige uitvinding van geen of weinig belang zijn, zijn weggelaten. De paal kan deel uitmaken van een hef eiland, bijvoorbeeld een boorplatform, als zogenaamde j ack-up-^paal of als permanenter con- 20 structie-element, van een verankeringssysteem, etc., dat wil zeggen voor alle toepassingen, waarbij voor het verzekeren van een voldoende steun nemen en blijven geven, ook in gevallen waar een kans op wegspoelen van de grond aanwezig is, de paal tot een. zekere diepte in de bodem moet worden gebracht. In het onderhavige geval kan daarbij 25 gedacht worden aan diepten van 6-9 m. Daarnaast dient de paal ook in cohesieve grondsoorten zonder excessieve penetratie voldoende draagvermogen te leveren.

In het onderuiteinde van de paal 1 is tussen de staanders 2 middels wanden 3 een aan de onderzijde open, pyramidevormige kamer 4 30 gevormd. In de top van de pyramide is een opening aanwezig, waarop in bovenwaartse richting een leibuis 5 eindigend in een flens 6 aansluit. In de leibuis 5 zijn verschuifbaar en door niet weergegeven middelen instelbaar een afvoerbuis 7, een watertoevoerleiding 8 en een luchttoevoer leiding 9 opgenomen. De afvoerbuis 7 is aan de boven- en onder-35 zijde open, terwijl de bovenuiteinden van de leidingen 8 en 9 verbonden zijn met niet weergegeven toevoerbuizen en de onderuiteinden van 6303115 -5- «· de leidingen 8 en 9 eindigen in een ringvormige kamer 10, die zodanig is ingericht, dat aan de onderzijde water wordt uitgestoten en. dat luchtbellen in de afvoerbuis 7 worden gebracht, -

Nabij de onderuiteinden van de staanders 2 zijn kleefverstoor-5 ders 11 aangebracht, die bijvoorbeeld kunnen bestaan uit verdikkingen en voorzien kunnen worden van water-uitstotende buizen.

Voor het in niet-cohe s ieve grondsoorten laten indringen van de paal 1 tot de gewenste diepte onder het bodemniveau 12 wordt als volgt te werk gegaan.

10 Bij het laten zakken van de paal 1 zal deze ten gevolge van zijn eigen gewicht tot een zekere diepte in de niet-cohesieve grond wegzakken. In het algemeen zal dit niet tot onder het uitschuumiveau plaatsvinden. Voor het alsdan verder laten indringen van de paal wordt gebruik gemaakt van het luchtliftsysteem 7, 8, 9. Daartoe wordt via de 15 leiding 8 toegevoerd water onder druk uitgestoten door de kamer 10.

Zodoende wordt in de kamer aanwezige, af te voeren grond losgespoten en opgewerveld. Tegelijkertijd wordt via dë leiding 9 toegevoerde lucht in de afvoerbuis 7 gebracht, waarin een opwaartse stroming ontstaat, die losgemaakte gronddeeltjes vanuit de kamer 4 meesleurt. De grond-20 deeltjes worden via de afvoerbuis 7 omhoog gevoerd tot boven het bodemniveau 12 en zullen bij het verlaten van de buis 7 omlaag zinken en zodoende boven op de kamer 3 terechtkomen. Het losmaken van de op te voeren grond wordt op bijzonder voordeelbiedende wijze bevorderd door de piramidevorm van de kamerwanden 3, die een hoek groter, dan 30°, 25 bij voorkeur groter dan 45°, bijvoorbeeld 60° insluiten met de horizontaal. Door een dergelijke, hellende opstelling van de wanden 3, die daardoor als het ware wigvormige mesranden vormen, oefenen de wanden een horizontale kracht naar binnen toe uit en veroorzaken grote verticale randspanningen en zodoende grondinstabiliteiten, waardoor het 30 voeden van het luchtliftsysteem op aanmerkelijke wijze wordt bevorderd.

Op deze wijze kan men de paal 1 op relatief snelle en eenvoudige wijze in de bodem laten dringen tot bijvoorbeeld een diepte van 6-9 m, waarbij nagenoeg uitsluitend de grond onder de paal wordt beïnvloed en de grond rondom de paal slechts.in geringe mate wordt verstoord of ge-35 roerd. Het in de bodem penetreren van de paal 1 is daarbij te sturen door het in hoogte instellen van het luchtliftsysteem, dat wil zeggen van de kamer 10.

8«7 i. — - .

ü'v i 'i ΰ » ___ è w -6-

Het uit de bodem trekken van de paal 1, bijvoorbeeld ten behoeve van het verplaatsen van het werkeiland, wordt gestart met het in werking stellen van het luchtliftsysteem, waardoor er aan de onderzijde van de paal een holle ruimte ontstaat, welke in eerste instantie 5 gehandhaafd wordt door het op zijn plaats houden, dat wil zeggen niet verder laten zakken, van de paal 1. Indien bedoelde holle ruimte voldoende groot is, wordt de paal omhoog getrokken. De wigvorm van de kamerwanden 3 duwt daarbij de grond weg, die vervolgens langs de onderranden van de wanden 3 in de holle ruimte terecht komt. Het langs de 10 bovenzijde van de wanden 3 glijden van de grond kan daarbij bevorderd worden door het aldaar aanbrengen van fluidisatiemiddelen.

.Op deze wijze kan de paal 1 vloeiend uit de grond worden getrokken zonder dat daarbij grote grondmassa's in de vorm van relatief hoge grondkolommen of -proppen over een aanmerkelijke hoogte moeten 15 worden opgetild. Tevens heeft deze methode van uit de grond trekken het voordeel dat de grond rond de paal slechts op geringe wijze wordt verstoord en dat er slechts een geringe voetafdruk resulteert.

In de flg. 3 en 4 zijn varianten van het bovenbesproken uitvoe-ringsvoorbeeld weergegeven. Fig. 3 toont in bovenaanzicht een kamer 4 20 met eenzelfde basisvorm als die volgens fig. 2. Evenwel zijn nabij de onderranden van de wanden 3 openingen 13 aangebracht, terwijl de staanders 14 een vierkante dwarsdoorsnede hebben en tussen deze staanders 14 paalomhullende platen 15 zijn aangebracht, die zich over althans de maximale indringhoogte uitstrekken. Ook bij deze uitvoeringsvorm kun-25 nen kleefverstoorders aan de onderuiteinden van de staanders zijn aangebracht. De uitvoeringsvorm volgens fig. 3 heeft het voordeel, dat de, de paal omgevende grond nog minder wordt verstoord dan bij het uitvoe-ringsvoorbeeld volgens fig. 2, daar bij het uit de bodem trekken van de paal de grond via de openingen 13 in de gevormde holle ruimte terecht 30 komt. Tevens is deze paal met geringere kracht uit de bodem te trekken, omdat de grond binnen de platen 15 niet kan gaan hechten aan die buiten de platen, zodat geacht kan worden dat er zich minder op te tillen grond boven de kamer 4 bevindt en de grond boven de kamer 4 losser gepakt kan wegvloeien.

35 In fig. 4 is een in dwarsdoorsnede driehoekige vakwerkpaal 16 weergegeven, die voorzien is van drie staanders 17. De kamer 4 is dien- 8 5 C i 1 1 3 -7- .

« * overeenkomstig doch wederom pyramidevormig uitgevoerd, dat wil zeggen thans met drie wanden 18 in plaats van met vier wanden. De helling van de wanden wordt gelijk gekozen aan die volgens fig. 1. Ook deze constructie kan overeenkomstig het getoonde in fig. 3 voorzien worden van 5 cmhullingsplaten en openingen nabij de onderranden van de wanden 18.

Het spreekt vanzelf, dat er binnen het kader van de uitvinding vele wijzigingen en varianten mogelijk zijn. Is bijvoorbeeld de dwarsdoorsnede van een paal zo groot, dat deze niet op af doende wijze kan worden bestreken door een luchtliftsysteem, dan kunnen ook in één paal 10 meerdere van deze systemen worden opgesteld, en wel elk in een afzonderlijke pyramidevormige kamer ofwel alle in één dergelijke kamer.

Bij het toepassen van meerdere luchtliftsystemen verdient het, vanwege een zo gering mogelijke verstoring van de, de paal omgevende grond, de voorkeur, dat de cirkelvormige werkgebieden van de luchtliftsystemen 15 elkaar althans ten dele overlappend het grootste gedeelte van de paal-dwarsdoorsnede kunnen bestrijken zonder of vrijwel zonder buiten die doorsnede te reiken. Daarbij is het uiteraard ook mogelijk bij toepassing van een paalomhulling althans het onderuiteinde daarvan aan te passen aan het gekozen luchtliftwerkpatroon. Hoewel steeds gesproken 20 is over een pyramidevorm voor de woel- of wervelkamer zal het duidelijk zijn, dat in geval van een cirkelvormige dwarsdoorsnede van de paal een kegelvormige kamer de voorkeur verdient. Afhankelijk van de dwarsdoorsnede van de paal zijn uiteraard ook combinaties van pyramide- en kegelvormige kamer mogelijk. Van belang daarbij is, dat de wigvorm 25 behouden blijft, die bij het in de bodem penetreren grond binnenwaarts drukt en bij het uit de grond trekken de boven de kamer gelegen grond geleidt en drukt in de richting van de gevormde holle ruimte.

Verder is de paal ook te gebruiken als inrichting voor het uit de bodem verwijderen van een kolom grond. Daartoe wordt de paal op 30 bovenomschreven wijze tot een bepaalde diepte in de bodem gebracht en vervolgens met de boven de kamer aanwezige kolom grond uit de bodem getrokken. Op deze wijze kunnen delfstoffen worden gewonnen, bijvoorbeeld een hoeveelheid goud waarvan men vooraf de locatie heeft vastgesteld, of kan een geroerd grondmonster worden getrokken.

35 Een verdere toepassingsmogelijkheid van de paal volgens de uitvinding is het begraven van materiaal. Daartoe wordt voor het in de 83 0 5 1 13 -8- * ·*> bodem laten dringen van de paal het te begraven materiaal op zodanige wijze in de kamer 4 ondergebracht, dat dit niet door het luchtlift-systeem wordt verplaatst,· bijvoorbeeld door het onder te brengen in een houder. Na het tot de gewenste diepte in de bodem laten verzinken 5 van de paal kan het materiaal worden gelost en de paal omhoog worden gebracht. Ook is het mogelijk de paal in de grond te laten zitten.

In dat geval kan het te begraven materiaal ook boven op de kamer 4 worden geplaatst. Tevens is dan op relatief eenvoudige wijze het begraven materiaal later weer op te graven en boven water te halen.

83 0 3Ί '3 *

Claims (7)

1. Paal met een luchtliftsysteem voor het in een. bodem onder water laten dringen van het paaluiteinde, dat voorzien is van een· doosvormige kamer zonder onderwand/ in welke kamer vanaf de bovenzijde daarvan ten minste één luchtliftsysteem reikt,, dat voorzien is 5 van middelen voor het in verticale richting· kunnen instellen van het onderuiteinde van het luchtliftsysteem, met het kenmerk, dat de kamer is voorzien van kegel- of pyramidevormig verlopende wanden, die een hoek groter dan 30®, bij voorkeur groter dan 45° insluiten met de horizontaal.

2. Paal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan de buiten zijde van de kamerwanden fluldisatiemiddelen zijn aangebracht.

3. Paal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de kamerwanden in hun benedenrandgebieden voorzien zijn van een aantal ope-ningen.

4. Paal volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat deze voorzien is van een buitenommanteling.

5. Paal volgens "conclusie 4, met het kenmerk, dat de buitenommanteling zich uitstrekt over althans de maximale indringdiepte.

5. Paal volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, 20 dat nabij het onderuiteinde van de paal aan de buitenzijde daarvan fluldisatiemiddelen zijn aangebracht.

7. Paal volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal symmetrisch rond de paalhartlijn opgestelde luchtlift-systemen aanwezig zijn, één en ander zodanig, dat de elkaar ten dele 25 overlappende werkgebieden van de luchtliftsystemen het grootste deel van de paaldwarsdoórsnede kunnen bestrijken zonder of vrijwel zonder buiten die doorsnede te reiken. 8t λ a λ q 0 y 0 i i ö