[发明专利]一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置及工作方法

说明书

一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置及工作方法，其属于海上风电工程技术领域。该装置通过潜水泵的抽水量来对施工装置进行调平，到达指定标高后，关停潜水泵。进行钢管桩的插打，钢管桩穿过导向喇叭口、导向桩套以及吸力筒进行沉桩；在作业期间，利用导向装置筒体顶部内外的压差及筒体内外表面与土体的摩擦力，抵抗波浪，洋流及打桩过程中对该装置引起的外载荷，保证沉桩的垂直度和水平度及各桩间的水平精度；有效保证钢管桩按照设计精度沉桩到位，该装置具有稳定性高，导向定位架安装时间短，海床适应性强，且安装简便、成本低，可重复利用等优势，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于海上风电工程技术领域，具体涉及到一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置和方法。

背景技术

随着我国海上风电行业的迅猛发展，近海风资源陆续得到开发，目前海上风电行业逐渐朝深海进一步发展。先打桩导管架基础形式作为一种钢结构桁架结构，由于其重量轻，对海底条件适应强，稳定性等特点，陆续得到推广应用，且随着水深的增加，先打桩导管架基础形式的优势将更加明显。

先打桩导管架基础的施工工艺，要求先在海床打桩，然后吊放导管架的施工方式，要求严格控制打桩的精度，对桩的垂直度、水平偏差，及各桩间的尺寸精度有严格的控制精度要求，以确保后续安装导管架基础时能准确定位，并顺利完成插桩工作，如果没有导向定位工装，在波浪、洋流等作用下，在打桩的过程中，钢管桩容易倾斜、偏位，在海上恶劣的环境下，很难实现钢管桩的纠偏。

目前国内外有两种方式实施打桩过程中的钢管桩导向定位：

一是采用带防沉板的导向架结构，施工打桩时，将导向架置于海床面上，钢管桩通过导向架的入海床，采用这种方法在地质较好及海床较平整的位置上，在一定程度上保证顺利沉桩并保证打桩的施工精度，但在海床淤泥较厚、表层土壤承载力较差的位置，放置这种沉桩导向架时难以调整导向架的平面度，容易产生倾斜，在打桩过程中容易发生卡桩，导向架取出困难；同时打桩精度会受到影响，需要反复的插打钢管桩才能完成打桩，施工工期大为延长。

二是先打入数个预制桩，然后在预制桩上临时搭设平台或者安装预制好的工作平台，然后钢管桩通过工作平台的定位套筒进行钢管桩插打和精度的调整，这种方式工序繁多，需要耗费大量的人力和物力，工期时间长。另外由于海洋环境复杂性，打桩装置还需承受由于波浪，洋流等引起的水平载荷，容易进一步加剧打桩装置的倾斜、晃动，加剧其施工过程中的不稳定性。

负压筒是一种大直径圆柱形薄壁结构。负压筒作为一种锚泊形式和基础形式，已被大量应用于海洋结构系泊系统，海洋基础平台，及海洋风机基础上，具有装配简便、施工效率高、成本较低等优势，但在海上风电施工领域上，本发明的负压桶式施工打桩技术是一种新型的应用形式。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置及工作方法，利用导向装置筒体顶部内外的压差及筒体内外表面与土体的摩擦力，抵抗波浪，洋流及打桩过程中对该装置引起的外载荷，保证沉桩的垂直度和水平度及各桩间的水平精度。

本发明采用的技术方案为：一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置，它包括桁架导向结构和吸力筒结构，所述桁架导向结构设置在导向桩套之间，导向桩套的底部设置吸力筒结构；所述桁架导向结构包括设置在导向桩套上部的桁架上部横杆、设置在导向桩套底部的桁架底部横杆，桁架上部横杆的中心处与桁架底部横杆的中心处通过桁架纵连杆连接，导向桩套底部与桁架上部横杆的中心处通过桁架斜连杆加固；该装置还设有观测平台，观测平台的下方设置平台连接结构，平台连接结构的底部通过平台底部横杆连接导向桩套的上部，导向桩套的上部与平台连接结构的中部采用平台斜连杆加固；所述导向桩套设置3个以上，其位置中心处设置平台连接结构；导向桩套的顶部设置导向喇叭口；所述吸力筒结构包括大直径的吸力筒，吸力筒的筒盖上设置至少1个潜水泵开孔，潜水泵开孔通过潜水泵管连接潜水泵。

一种负压筒式先桩法导管架打桩定位导向装置的工作方法，包括以下步骤：