本發(fā)明屬于海上施工設備技術領域，具體涉及一種拼裝式海上單樁基礎施工平臺及其施工工藝。

背景技術：

海上大型構(gòu)筑物往往以各種伸入地下的樁基作支撐，而樁基的構(gòu)建均需要海上施工平臺。海上大型單樁基礎施工平臺的構(gòu)筑有以下困難：

（1）海底松散層過薄時，施工平臺的鋼管樁打入海床后，因入土淺，在海中不能保持站立，現(xiàn)有的單樁基礎施工設備難以在此情況下構(gòu)筑施工平臺；

（2）現(xiàn)有的單樁基礎施工設備構(gòu)筑海上施工平臺的工期長、損耗大，原因在于：現(xiàn)有的單樁基礎施工設備總是先將若干鋼管樁打入海床后，再用平臺梁與鋼管樁焊接構(gòu)成施工平臺的承載結(jié)構(gòu)，一方面焊接時間長，工作強度大，另一方面拆除時，必須將焊接結(jié)構(gòu)割開，造成巨大的材料損耗；

（3）現(xiàn)有的單樁基礎施工設備構(gòu)筑的海上施工平臺因其平臺梁的焊接只能位于水面之上，施工平臺的支撐剛度很大程度上只能由伸入海下的鋼管樁的剛度決定，對水平力的抵抗性差，施工平臺晃動大，難以滿足某些特定的工程需要，譬如大型鋼管樁打樁時就要求穩(wěn)樁架有足夠的水平支撐剛度以抵抗導致大型鋼管樁偏斜的載荷作用，也正因此，海上大型鋼管樁目前還是依托專用支腿船來施工，但采用支腿船成本高昂，且支腿船的就位與撤船的工期也較長；

（4）現(xiàn)有的單樁基礎施工設備構(gòu)筑的海上施工平臺為一次性焊接結(jié)構(gòu)，沒有調(diào)整空間，當某些構(gòu)件需要十分精準的水平度或鉛垂度時，難以滿足要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種拼裝式海上單樁基礎施工平臺，由穩(wěn)樁架、鋼護筒和鋼管樁以可拆卸的方式拼裝構(gòu)成施工平臺，完全避免了海上焊接工作，能夠重復利用，更為重要的是，本發(fā)明獨特的結(jié)構(gòu)設計，能夠使施工平臺具有承受波浪載荷的高穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種拼裝式海上單樁基礎施工平臺，包括穩(wěn)樁架、鋼護筒和鋼管樁，所述穩(wěn)樁架的中心位置設有定位筒，所述定位筒的上端和/或下端沿圓周方向?qū)ΨQ嵌設若干鎖緊油缸，所述鋼護筒插設于定位筒內(nèi)且由所述鎖緊油缸進行徑向定位，定位筒的外部均勻環(huán)設若干安裝套筒，所述安裝套筒與定位筒通過徑向桁架相固連，且相鄰的安裝套筒間通過周向桁架相固連，所述鋼管樁插設于安裝套筒內(nèi)且與安裝套筒卡鍵連接。

進一步地，所述鎖緊油缸包括作伸縮運動的執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件伸出至預設行程時，執(zhí)行元件的末端與所述鋼護筒的外壁相頂接以實現(xiàn)鋼護筒的鎖緊定位。

進一步地，所述鋼管樁的上部沿軸向均勻設有若干環(huán)形凹槽，靠近所述安裝套筒頂部的環(huán)形凹槽內(nèi)沿圓周方向卡接有若干卡鍵，所有卡鍵外共同罩設一卡鍵外罩，所述卡鍵外罩的上部對應于卡鍵的位置處均連接有豎直設置的調(diào)節(jié)螺栓，所述調(diào)節(jié)螺栓的底端與卡鍵的頂端相頂接，卡鍵外罩的下部與安裝套筒頂部相連接。

進一步地，所述徑向桁架和周向桁架均設于豎直平面內(nèi)，且徑向桁架和周向桁架均是由相互交叉構(gòu)成X形桁架梁的兩個斜桁架桿以及分別位于所述X形桁架梁頂端和底端的兩個水平桁架桿構(gòu)成，所述斜桁架桿和水平桁架桿的端部均固定于安裝套筒或定位筒上。

進一步地，所述鋼護筒的頂端沿外圓周方向設有第一環(huán)形凸緣，所述定位筒的頂端沿外圓周方向均布若干豎直設置的支撐件，所述支撐件的頂端與所述第一環(huán)形凸緣的底端相頂接。

進一步地，所述支撐件包括絲杠和調(diào)節(jié)螺母，所述定位筒的頂端沿外圓周方向均布若干豎直設置的絲杠導向套，所述絲杠插設于所述絲杠導向套內(nèi)，所述調(diào)節(jié)螺母與絲杠螺紋連接且調(diào)節(jié)螺母坐靠于絲杠導向套的頂端。

進一步地，所述支撐件還包括球鉸墊，所述絲杠的頂端與所述球鉸墊相連接，且球鉸墊的頂端與所述第一環(huán)形凸緣的底端相頂接。

進一步地，所述第一環(huán)形凸緣上設有鉆機固定基座，所述鋼護筒的頂端設有端法蘭。

上述的拼裝式海上單樁基礎施工平臺的施工工藝，

（1）入水：將鋼管樁連接固定至穩(wěn)樁架后，整體吊裝入水至鋼管樁著海床；

（2）點振：對鋼管樁施加點振以使鋼管樁打入至初始深度，使平臺具有初始支撐穩(wěn)定性，初始支撐平臺形成；

（3）調(diào)平：微距吊起所述初始支撐平臺的最低處并解除該處鋼管樁的卡鍵連接，調(diào)平初始支撐平臺后，將解除的鋼管樁通過卡鍵連接重新連接固定于穩(wěn)樁架；

（4）打樁：所有鋼管樁依次進行以下打樁過程：首先解除一個鋼管樁的卡鍵連接，然后利用振動錘將解除的鋼管樁打入至所需深度，最后將解除的鋼管樁通過卡鍵連接重新連接固定于穩(wěn)樁架；

（5）固筒：將鋼護筒插設于定位筒內(nèi)，由定位筒上的鎖緊油缸對鋼護筒進行定位，然后將鋼護筒打入至所需深度，最后鎖緊油缸鎖緊鋼護筒，至此，平臺施工完成。

本發(fā)明的有益效果如下：

（1）免除了海上焊接工作：定位筒、徑向桁架、周向桁架、安裝套筒固定連接構(gòu)成穩(wěn)樁架，鋼管樁與安裝套筒采用諸如卡鍵連接的可拆卸連接方式，整體結(jié)構(gòu)可以深入水下，并在水下進行調(diào)整固定，然而現(xiàn)有的海上施工平臺的構(gòu)筑受到海上焊接的限制，本發(fā)明的上述設計不僅完全免除了海上焊接的工作，而且有利于實現(xiàn)施工平臺的大強度、大剛度設計；

（2）卡鍵連接易于調(diào)節(jié)鋼管樁的打入深度且海下固定方便：鋼管樁的上部沿軸向設有若干沿鋼管樁圓周方向開設的環(huán)形凹槽，因此在一定的范圍內(nèi)無論鋼管樁打入海床多深，鋼管樁上總有某個環(huán)形卡槽能夠與安裝套筒卡鍵連接，實現(xiàn)了鋼管樁與穩(wěn)樁架的固定連接，且易于調(diào)節(jié)鋼管樁的打入深度，同時每個鋼管樁均受到安裝套筒內(nèi)孔的精密限位及卡鍵連接的雙重約束，穩(wěn)定性高，而且這種卡鍵連接為可拆卸聯(lián)接，相比焊接，可在海下連接固定，簡便快捷；

（3）定位筒能夠?qū)崿F(xiàn)鋼護筒的徑向定位：鋼護筒插設于定位筒內(nèi)且鋼護筒與定位筒之間留有間隙，定位筒的上端和/或下端沿圓周方向?qū)ΨQ嵌設若干鎖緊油缸，所述鎖緊油缸包括作伸縮運動的執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件伸出至預設行程時，執(zhí)行元件的末端與所述鋼護筒的外壁相頂接以實現(xiàn)鋼護筒的鎖緊定位，鋼護筒插入定位筒及打入海床的過程中，可通過調(diào)整各鎖緊油缸執(zhí)行元件的伸出行程實現(xiàn)對鋼護筒的姿態(tài)控制；

上述的卡鍵連接和鎖緊油缸的設置使得鋼管樁和鋼護筒的鉛垂度、以及穩(wěn)樁架的水平度都具備適當?shù)恼{(diào)整空間，當需要十分精準的水平度或鉛垂度時，本發(fā)明能夠滿足要求；

（4）有效抵抗水平力沖擊：當施工平臺拼裝完成后，鋼護筒下部的入土端被海床約束，鋼護筒上部被鎖緊油缸約束，則施工平臺所承受的水平力主要由鋼護筒承受，而鋼護筒的巨大剛性則決定了整個施工平臺在承受水平力時的超常穩(wěn)定性，通常大型鋼護筒只須入海床數(shù)米，其承載強度及結(jié)構(gòu)剛度便可滿足臺風經(jīng)過時波浪產(chǎn)生的巨大水平力的沖擊；

（5）鋼護筒的上端設有第一環(huán)形凸緣以方便布置振動錘的卡口板、鉆機固定基座等結(jié)構(gòu)，第一環(huán)形凸緣的底端與定位筒的頂端之間設立若干支撐件，支撐件的作用在于將鋼護筒所承受的軸向載荷（壓力）傳遞給穩(wěn)樁架，進而通過調(diào)節(jié)螺栓、卡鍵傳遞給鋼管樁，分擔鋼護筒的載荷；支撐件包括絲杠和調(diào)節(jié)螺母，通過擰動調(diào)節(jié)螺母使絲杠的頂端抵靠第一環(huán)形凸緣的底端，而調(diào)節(jié)螺母則坐靠于絲杠導向套的頂端，絲杠的下部為光滑圓柱面，始終位于絲杠導向套內(nèi)，起導向作用同時能夠防止絲杠傾覆；

（6）鋼護筒的頂端布置有端法蘭、振動錘的卡口板和鉆機的固定基座，適用于不同的施工需求，當此施工平臺用于大型打入式鋼管樁時，則只須將專門的抱樁器與鋼護筒的端法蘭聯(lián)接；當此施工平臺用于大型單樁鉆井平臺，則只須將鉆機與鉆機固定基座相連接；

（7）鉆機（或抱樁器）、鋼護筒以及穩(wěn)樁架三者的總重力施加于各鋼管樁上，當此施工平臺承受海浪引起的傾覆力時，正是靠各鋼管樁的支撐力來抵抗該傾覆力的，故要求各鋼管樁承受足夠的重力，從而在抵抗傾覆力的過程中，不承受拔樁力作用，保證施工平臺的穩(wěn)定性，本發(fā)明中，鋼護筒以及穩(wěn)樁架兩者的總重量即可滿足上述的重力要求。

（8）從本發(fā)明的施工工藝可以看出，穩(wěn)樁架與鋼管樁可預裝成整體入水，以克服薄覆蓋層的海床因單鋼管樁不能站立，常規(guī)的施工方法難以構(gòu)筑海上平臺的困難，從而將海上大型單樁施工平臺的適用范圍延伸至薄覆蓋層海床的水域；而且本發(fā)明拼裝快速、可調(diào)整（定位筒可調(diào)整鋼護筒的鉛垂姿態(tài)、鋼管樁的打入深度容易調(diào)節(jié)），能夠獲得較為精準的水平度和鉛垂度，因此本發(fā)明所述拼裝式海上大型單樁基礎施工平臺對海床地質(zhì)的適應性強、用途廣泛、可快速拼裝、抗浪穩(wěn)定、精準可調(diào)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的A-A剖視圖；

圖3為圖1的B-B剖視圖；

圖4為圖2的C-C剖視圖；

圖5為圖3的D-D剖視圖；

圖6為圖1中K的局部放大圖；

1、鋼護筒；100、第一環(huán)形凸緣；101、鉆機固定基座；102、振動錘卡口板；103、端法蘭；

2、定位筒；200、第二環(huán)形凸緣；201、固定套；202、鎖緊油缸；

3、支撐件；300、絲杠；301、調(diào)節(jié)螺母；302、球鉸墊；303、絲杠導向套；

4、徑向桁架；5、周向桁架；

6、鋼管樁；600；環(huán)形凹槽；601、調(diào)節(jié)螺栓；602、緊固螺母；603、卡鍵；604、卡鍵外罩；605、連接法蘭；

7、斜桁架桿；8、安裝套筒；9、水平桁架桿；10、海床；11、加強肋板。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的技術目的、技術方案和有益效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案作出進一步的說明。

如圖1至6所示，一種拼裝式海上單樁基礎施工平臺，包括穩(wěn)樁架、鋼護筒1和鋼管樁6，所述穩(wěn)樁架的中心位置設有定位筒2，定位筒2的外部均勻環(huán)設六個安裝套筒8，所述安裝套筒8與定位筒2通過徑向桁架4相固連，且相鄰的安裝套筒8間通過周向桁架5相固連，上述定位筒2、安裝套筒8、徑向桁架4以及周向桁架5共同構(gòu)成穩(wěn)樁架。安裝套筒8的上端和下端均沿外圓周方向設置若干加強肋板11，所述徑向桁架4和周向桁架5均設于豎直平面內(nèi)，且徑向桁架4和周向桁架5均是由相互交叉構(gòu)成X形桁架梁的兩個斜桁架桿7以及分別位于所述X形桁架梁頂端和底端的兩個水平桁架桿9構(gòu)成，所述斜桁架桿7和水平桁架桿9的端部均固定于安裝套筒8或定位筒2上，固定方式可選擇焊接；

所述鋼管樁6插設于安裝套筒8內(nèi)且與安裝套筒8可拆卸連接，鋼管樁6上部一定長度范圍內(nèi)的外圓周面與安裝套筒8的內(nèi)圓周面有精密的間隙配合，從而約束鋼管樁6只能沿安裝套筒8的內(nèi)壁作軸向移動。此處的可拆卸連接采用卡鍵連接，具體地，所述鋼管樁6的上部沿軸向均勻設有若干沿鋼管樁6圓周方向開設的環(huán)形凹槽600，靠近所述安裝套筒8頂部的環(huán)形凹槽600內(nèi)沿圓周方向卡接有若干卡鍵603，所述卡鍵603的橫截面呈工字形，位于內(nèi)側(cè)的工字形的兩個凸緣嵌于靠近安裝套筒8頂部的相鄰的兩個環(huán)形凹槽600內(nèi)，環(huán)繞同一鋼管樁6的所有卡鍵603共同構(gòu)成一環(huán)形卡鍵且該環(huán)形卡鍵外罩設一卡鍵外罩604，所述卡鍵外罩604主體為一圓柱筒，所述圓柱筒的頂端向內(nèi)環(huán)向延伸形成內(nèi)凸緣，圓柱筒的底端向外環(huán)向延伸形成外凸緣，所述內(nèi)凸緣對應于卡鍵603的位置處均連接有豎直設置的調(diào)節(jié)螺栓601，所述調(diào)節(jié)螺栓601的底端與卡鍵603的頂端相頂接，且調(diào)節(jié)螺栓601上連接有緊固螺母602，所述外凸緣與固連于安裝套筒8頂部的法蘭605相連接；通過上述的卡鍵連接實現(xiàn)了鋼管樁6與穩(wěn)樁架的連接固定，而且能夠在水下拆裝，實用性強；

所述定位筒2的上端和下端均沿外圓周方向設有第二環(huán)形凸緣200，所述第二環(huán)形凸緣200沿圓周方向均勻開設有十二個固定套201，所述固定套201內(nèi)設有鎖緊油缸202，每相鄰的兩個鎖緊油缸202油路并聯(lián)構(gòu)成一組鎖緊油缸，每組鎖緊油缸不僅能夠單獨鎖緊，而且行程可控，同時設有安全保護；所述鋼護筒1插設于定位筒2內(nèi)，定位筒2的上端和下端共24個鎖緊油缸202，既作為鋼護筒1打入海床時的導向，也作為鋼護筒1與定位筒2徑向固定的鎖緊機構(gòu)，為利于承載與油管連接，鎖緊油缸202均為活塞桿進油且活塞桿（相對于穩(wěn)樁架）固定而缸體運動的布置形式，所述鎖緊油缸202作伸縮運動的執(zhí)行元件即為缸體，所述缸體伸出至預設行程時（預設行程根據(jù)鋼護筒1與定位筒2的間隙設置），缸體的末端與所述鋼護筒1的外壁相頂接以實現(xiàn)鋼護筒1的鎖緊和徑向定位；

所述鋼護筒1的頂端沿外圓周方向設有第一環(huán)形凸緣100，所述定位筒2的頂端沿外圓周方向均布若干豎直設置的支撐件3，所述支撐件3的頂端與所述第一環(huán)形凸緣100的底端相頂接。所述支撐件3包括絲杠300、調(diào)節(jié)螺母301和球鉸墊302，位于定位筒2上端的第二環(huán)形凸緣200內(nèi)均布若干豎直設置的絲杠導向套303，所述絲杠300的下端插設于所述絲杠導向套303內(nèi)，且絲杠300的頂端與所述球鉸墊302相連接，且球鉸墊302的頂端與所述第一環(huán)形凸緣100的底端相頂接，具體地，球鉸墊302包括位于下部的且與絲杠300的頂端相固連的金屬制半球部以及位于上部的內(nèi)凹的球形墊，所述半球部與球形墊相適配，半球部伸入到球形墊內(nèi)且與球形墊相固連，球鉸墊302的設置使得絲杠300的頂端與第一環(huán)形凸緣100的底端更緊密地貼合；所述調(diào)節(jié)螺母301與絲杠300螺紋連接且調(diào)節(jié)螺母301坐靠于絲杠導向套303的頂端，調(diào)節(jié)螺母301能夠調(diào)節(jié)絲杠300伸出或伸入絲杠導向套303的深度。進一步地，所述第一環(huán)形凸緣100沿外圓周方向設有振動錘卡口板102，所述振動錘卡口板102沿圓周方向布置若干鉆機固定基座101，鋼護筒1的頂端設有端法蘭103，所述振動錘卡口板102、鉆機固定基座101以及端法蘭103的設置，便于鋼護筒1安裝不同的施工設備，使得本發(fā)明的適用面更廣泛。

接下來對本發(fā)明所述拼裝式海上單樁基礎施工平臺的施工工藝予以說明，主要包括以下步驟：

（1）入水：穩(wěn)樁架中的定位筒2、徑向桁架4、周向桁架5以及安全套筒8在陸地上焊接固定為一體，再將鋼管樁6通過上述的卡鍵連接固定至穩(wěn)樁架上，然后將穩(wěn)樁架與鋼管樁6組裝成的整體吊裝入水，下放至鋼管樁6著海床，去除吊鉤；

（2）點振：利用振動錘對鋼管樁6施加點振（即短時的低強度振動）以使鋼管樁6打入至初始深度，以提高鋼管樁6的初始支撐穩(wěn)定性，形成初始支撐平臺；

（3）調(diào)平：利用水上吊機微距吊起所述初始支撐平臺的最低處并解除該處鋼管樁6與穩(wěn)樁架的連接（即將該處鋼管樁6的卡鍵連接拆除），然后利用水上吊機調(diào)平初始支撐平臺后，再將解除的鋼管樁6與穩(wěn)樁架重新卡鍵連接固定；

（4）打樁：所有鋼管樁6依次進行以下打樁過程：首先解除鋼管樁6與穩(wěn)樁架的卡鍵連接，然后利用振動錘將解除的鋼管樁6打入至所需深度，最后將解除的鋼管樁6與穩(wěn)樁架重新卡鍵連接固定，直至所有鋼管樁6打樁完成；

（5）固筒：利用水上吊機將鋼護筒1插設于定位筒2內(nèi)，調(diào)整各鎖緊油缸202的伸出行程以控制鋼護筒1的鉛錘姿態(tài)，依托鎖緊油缸202作導向，將鋼護筒1打入至所需深度；

（6）支撐：轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母301調(diào)整絲杠300的高度，使得球鉸墊302的頂端與第一環(huán)形凸緣100的底端相頂接；所有支撐件3依次進行上述調(diào)整過程，完成支撐件3的支撐操作；

拼裝完成。

在本發(fā)明所述拼裝式海上單樁基礎施工平臺使用結(jié)束后，需要對其進行拆除，拆除的方法如下：

（1）首先松開鎖緊油缸202，然后利用振動錘拔出鋼護筒1；

（2）當鋼管樁6打入的海床覆蓋層較淺時，拔樁阻力不大，則可將穩(wěn)樁架與鋼管樁6整體從水中拔出；當鋼管樁6打入海床覆蓋層較深，拔樁阻力大時，則可在微吊起穩(wěn)樁架與鋼管樁6整體的情況下，人工（可借助手拉葫蘆提放卡鍵外罩）解除所有卡鍵連接，然后將穩(wěn)樁架拔出，最后將鋼管樁6逐個從海床拔出（必要時使用振動錘）；

由此完成拆除操作，可以看出，本發(fā)明中的鋼護筒1、穩(wěn)樁架和鋼管樁6在拆除后仍保持完好，下次使用時再次組裝即可，無材料損耗，重復利用度高。

最后所應說明的是：上述實施例僅用于說明而非限制本發(fā)明的技術方案，任何對本發(fā)明進行的等同替換及不脫離本發(fā)明精神和范圍的修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明權利要求保護的范圍之內(nèi)。