一种水下桩基础的牺牲阳极套笼装置的制作方法

1.本发明涉及海上建筑领域，具体涉及一种水下桩基础的牺牲阳极套笼装置。


背景技术：

2.近年来，海上风电作为一种新型的绿色能源在我国得到了广泛的推广和运用。我国拥有辽阔的海岸线，蕴藏着丰富的海上风能资源，海上风电具有广阔的发展前景和商业价值。海上风电在高速发展的同时，也面临着一个又一个的挑战。
3.海洋环境错综复杂，海水腐蚀性较强，对海上建筑物的防腐蚀要求较高。海上风电设计寿命一般为25年，目前海上建筑物采取的最常用的防腐蚀措施是涂层+牺牲阳极的联合防腐方式。传统风机的桩基础的牺牲阳极安装方式一般是预先将牺牲阳极底座安装在桩基础的表面，然后待沉桩作业完成后再进行水下焊接安装等施工操作，这种安装方式施工难度大，技术要求高，施工效率较低，成本也较高。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种水下桩基础的牺牲阳极套笼装置，结构简单，施工安装方便，工作稳定可靠。
5.为实现上述目的，本发明提供一种水下桩基础的牺牲阳极套笼装置，包括套笼架、以及安装在套笼架上的牺牲阳极块，还包括多个牛腿机构、以及多个与牛腿机构相对应的燕尾卡扣，多个牛腿机构绕桩基础外壁上一圈布置、且预先固定在桩基础外壁上，所述牛腿机构包括座板、以及位于座板下方的支撑梁，所述支撑梁沿桩基础径向布置，所述座板上侧具有导向限位面，所述导向限位面靠近桩基础的内侧高于远离桩基础的外侧、且由内侧向外侧平滑延伸，所述套笼架包括上下两个横向的环形梁、以及连接两个环形梁的纵向支撑，所述套笼架套装在桩基础上、且下端环形梁压靠在导向限位面上，所述燕尾卡扣包括固定在套笼架下端的燕尾卡板、以及安装于燕尾卡板的卡接螺栓，所述燕尾卡板上开设有朝下的燕尾卡槽，所述燕尾卡槽卡接在支撑梁上侧、且卡接螺栓抵靠在支撑梁下侧；所述套笼架与桩基础之间通过牛腿机构和燕尾卡扣进行导电相连。
6.进一步地，所述套笼架的环形梁的断截面为圆形，所述座板的导向限位面在沿桩基础径向的截面上呈弧形。
7.进一步地，所述座板的导向限位面沿着桩基础外壁周向弯曲延伸布置。
8.进一步地，所述座板的上端还固设有沿着桩基础外壁周向弯曲布置的弧形导向环，所述弧形导向环的外壁与导向限位面上端平滑过渡衔接，所述弧形导向环的外壁与桩基础外壁平滑过渡衔接。
9.进一步地，所述牛腿机构还包括连接座板和支撑梁的支撑侧板，所述支撑侧板与桩基础外壁焊接。
10.进一步地，所述牛腿机构还包括焊接在支撑梁下侧的加劲板，所述加劲板与桩基础外壁焊接。
11.进一步地，所述燕尾卡扣还包括固定在燕尾卡板上的螺栓安装板，所述卡接螺栓穿接在螺栓安装板中，所述螺栓安装板和加劲板之间还连接有导电结构。
12.进一步地，还包括多个设置在套笼架上端的径向夹紧机构，且多个径向夹紧机构绕桩基础外壁上一圈布置，所述径向夹紧机构包括固定在套笼架上的支撑座、以及拧接在支撑座上的径向夹紧螺栓，所述径向夹紧螺栓可拧动至顶撑在桩基础外壁上。
13.进一步地，所述径向夹紧螺栓的端头固设有弧形顶板，所述弧形顶板用于顶撑在桩基础外壁上、且两者相贴合。
14.进一步地，所述套笼架通过径向夹紧机构与桩基础导电相连。
15.如上所述，本发明涉及的牺牲阳极套笼装置，具有以下有益效果：
16.通过设置套笼架、牺牲阳极块和燕尾卡扣，牛腿机构预先固定在桩基础上，套笼架、牺牲阳极块和燕尾卡扣在水上制造并装配成整体，使用时将套笼架套装在桩基础上，套笼架下端的环形梁压在座板的导向限位面上，通过导向限位面的引导，最终使得套笼架能够稳定的压靠在导向限位面上，并且由于导向限位面内高外低，能够有效限制套笼架的径向移动，进行径向限位；燕尾卡板下端的燕尾卡槽卡接在支撑梁的上侧，卡接螺栓抵靠在支撑梁下侧，对套笼架实现竖向限位；同时，由于燕尾卡板与支撑梁卡接配合，使得套笼架不易绕桩基础转动，实现周向限位。套笼架与桩基础之间通过牛腿机构和燕尾卡扣进行导电相连，牺牲阳极块能够顺利起到保护作用。本发明的牺牲阳极套笼装置，结构简单，施工安装方便，水下工作量较少，风险较低，大大降低牺牲阳极安装成本，缩短海上施工周期，并且套笼架在周向、径向、竖向三个方向都能稳定固定，安装稳定，确保牺牲阳极块与桩基础之间能够稳定导通，工作稳定可靠
附图说明
17.图1为本发明的牺牲阳极套笼装置的结构示意图。
18.图2为本发明的牺牲阳极套笼装置从桩基础顶部俯视的结构示意图。
19.图3为本发明中的牛腿机构的结构示意图。
20.图4为图3的左侧视图。
21.图5为本发明中的燕尾卡扣与牛腿机构的配合示意图。
22.图6为图5的右侧视图。
23.图7为本发明中的径向夹紧机构的结构示意图。
24.图8为本发明中的导向限位面沿着桩基础外壁周向弯曲布置的示意图。
25.元件标号说明
[0026]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
桩基础
[0027]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
套笼架
[0028]
21
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环形梁
[0029]
22
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纵向支撑
[0030]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
牺牲阳极块
[0031]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
牛腿机构
[0032]
41
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座板
[0033]
411
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导向限位面
[0034]
42
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支撑梁
[0035]
43
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支撑侧板
[0036]
44
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加劲板
[0037]
45
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导向环
[0038]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
燕尾卡扣
[0039]
51
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燕尾卡板
[0040]
511
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燕尾卡槽
[0041]
52
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卡接螺栓
[0042]
53
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螺栓安装板
[0043]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
径向夹紧机构
[0044]
61
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支撑座
[0045]
62
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径向夹紧螺栓
[0046]
63
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弧形顶板
[0047]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
吊耳
[0048]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导电板
具体实施方式
[0049]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0050]
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0051]
参见图1至图8，本发明提供了一种水下桩基础的牺牲阳极套笼装置，包括套笼架2、以及安装在套笼架2上的牺牲阳极块3，还包括多个牛腿机构4、以及多个与牛腿机构4相对应的燕尾卡扣5，多个牛腿机构4绕桩基础1外壁上一圈布置、且预先固定在桩基础1外壁上，牛腿机构4包括座板41、以及位于座板41下方的支撑梁42，支撑梁42沿桩基础1径向布置，座板41上侧具有导向限位面411，导向限位面411靠近桩基础1的内侧高于远离桩基础1的外侧、且由内侧向外侧平滑延伸，套笼架2包括上下两个横向的环形梁21、以及连接两个环形梁21的纵向支撑22，套笼架2套装在桩基础1上、且下端环形梁21压靠在导向限位面411上，燕尾卡扣5包括固定在套笼架2下端的燕尾卡板51、以及安装于燕尾卡板51的卡接螺栓52，燕尾卡板51上开设有朝下的燕尾卡槽511，燕尾卡槽511卡接在支撑梁42上侧、且卡接螺栓52抵靠在支撑梁42下侧；套笼架2与桩基础1之间通过牛腿机构4和燕尾卡扣5进行导电相连。其中，套笼架2与桩基础1之间通过牛腿机构4和燕尾卡扣5进行导电相连的方式，可以通过让牛腿机构4和燕尾卡扣5的相关零部件采用导电金属材料制作，也可以额外增加导电结构来实现，或者采用其他现有合理方式，使得套笼架2与桩基础1之间能够顺利导通。
[0052]
本发明涉及的牺牲阳极套笼装置的基本工作原理为：预先将牛腿机构4固定在桩基础1上，可根据实际工程计算结果，安装在最佳保护高度位置，套笼架2、牺牲阳极块3和燕尾卡扣5在水上制造并装配成整体，然后将套笼架2套装在桩基础1上，环形梁21与桩基础1之间具有合适间隙，该间隙约40～60mm，套笼架2下端的燕尾卡扣5与牛腿机构4一一对应配合，套笼架2下端的环形梁21压在座板41的导向限位面411上，并在下降过程中沿着导向限位面411滑动，通过导向限位面411的引导，最终使得套笼架2能够稳定的压靠在导向限位面411上，各处与桩基础1的间距也比较均匀。同时，由于导向限位面411内高外低，能够有效限制套笼架2的径向移动，进行径向限位；套笼架2在导向限位面411安装到位时，燕尾卡板51下端的燕尾卡槽511卡接在支撑梁42的上侧，然后安装卡接螺栓52，抵靠在支撑梁42下侧，通过燕尾卡板51和卡接螺栓52的夹紧作用，对套笼架2实现竖向限位，同时，由于燕尾卡板51与支撑梁42卡接配合，使得套笼架2不易绕桩基础1转动，实现周向限位。安装完成后，套笼架2与桩基础1之间通过牛腿机构4和燕尾卡扣5进行导电相连，牺牲阳极块3能够顺利起到保护作用。本发明的牺牲阳极套笼装置，结构简单，施工安装方便，水下工作量较少，风险较低，大大降低牺牲阳极安装成本，缩短海上施工周期，并且套笼架2在周向、径向、竖向三个方向都能稳定固定，安装稳定，确保牺牲阳极块3与桩基础1之间能够稳定导通，工作稳定可靠。
[0053]
本发明的牺牲阳极套笼装置，可以适用于多种水下桩基础1，特别是能够适用于海上风电设备的水下桩基础1。
[0054]
图1至图8给出了本发明的一个具体实施例，以该实施例为例对本发明的牺牲阳极套笼装置进一步说明。
[0055]
作为优选设计，在本实施例中，参见图4、图5和图6，套笼架2的环形梁21的断截面为圆形，具体地环形梁21由一圆管弯曲制成，在套笼架2下放安装过程中可大大减少套笼架2与基础外表面的摩擦与撞击，并且取材方便，便于施工。座板41的导向限位面411在沿桩基础1径向的截面上呈弧形，以此导向限位面411与环形梁21能够完好贴合，同时起到一定竖向支撑作用。座板41具有合适地长度，座板41的导向限位面411沿着桩基础1外壁周向弯曲延伸布置，且其弯曲半径比环形梁21半径大2～5mm，也即导向限位面411在周向上与基础外壁之间的距离是恒定的，参见图8所示，以此导向限位面411与环形梁21能够很好的贴合，具有较大的接触面积，进一步稳定套笼架2。此外，在座板41的上端还固设有沿着桩基础1外壁周向弯曲布置的弧形导向环45，弧形导向环45的外壁与导向限位面411上端平滑过渡衔接，弧形导向环45的外壁与桩基础1外壁也平滑过渡衔接，套笼架2从上向下安装时，套笼架2会先被导向环45引导再进入导向限位面411，安装过程平滑顺利。
[0056]
参见图1和图2，在本发明中，牛腿机构4和燕尾卡扣5的数量可以根据实际需要确定，在本实施例中，牛腿机构4和燕尾卡扣5优选地绕着桩基础1均匀布置。套笼架2中的纵向支撑22也环形均匀布置，其数量根据实际情况确定，每个纵向支撑22上固定安装有1～3块牺牲阳极块3。
[0057]
在本实施例中，作为优选设计，参见图3和图4，支撑梁42为一段圆管，其长度方向沿桩基础1径向，牛腿机构4还包括连接座板41和支撑梁42的支撑侧板43，以及焊接在支撑梁42下侧的加劲板44，支撑侧板43与连接座板41和支撑梁42都焊接住，支撑梁42、支撑侧板43和加劲板44都与桩基础1外壁焊接，从而保证牛腿机构4的整体牢固性，能够更稳定地承
受住套笼架2的重量，牛腿机构4中的各个零部件都采用导电的金属材料制造。
[0058]
在本实施例中，作为优选设计，参见图5和图6，燕尾卡扣5还包括固定在燕尾卡板51上的螺栓安装板53，卡接螺栓52横向地穿接在螺栓安装板53中，并位于燕尾卡槽511的开口处，其中，卡接螺栓52在螺栓安装板53上的安装，可以通过螺母进行，也可以是与螺栓安装板53直接螺纹连接。燕尾卡扣5中的燕尾卡板51、螺栓安装板53和卡接螺栓52都为导电的金属材料，以此燕尾卡扣5与牛腿机构4之间，通过燕尾卡板51与支撑梁42的接触、以及卡紧螺栓和与支撑梁42的接触，实现导电相连。
[0059]
在本实施例中，优选地，燕尾卡扣5的螺栓安装板53与牛脚机构的加劲板44之间还连接有导电结构，该导电结构包括两个相连的导电板8，其中一个导电板8通过卡接螺栓52固定在螺栓安装板53上，另一个导电板8与加劲板44上预留的螺栓孔通过螺栓连接，以此通过两个导电板8，增加了燕尾卡扣5与牛腿机构4之间导电路径，且连接牢固，导电路径稳定可靠。
[0060]
参见图1、图2和图7，在本实施例中，牺牲阳极套笼装置还包括多个设置在套笼架2上端的径向夹紧机构6，多个径向夹紧机构6绕桩基础1外壁上一圈均匀地布置，径向夹紧机构6包括固定在套笼架2上的支撑座61、以及拧接在支撑座61上的径向夹紧螺栓62，径向夹紧螺栓62可拧动至顶撑在桩基础1外壁上，支撑座61焊接固定在环形梁21上，径向夹紧螺栓62在支撑座61上的安装可以通过双螺母进行，也可以直接螺纹连接。套笼架2下放前，通过旋转径向夹紧螺栓62，使其与桩壁保持40～60mm的间距，确保套笼架2可以顺利下放；待套笼架2到达指定安装位置时，旋转径向夹紧螺栓62顶在桩基础1外壁上，达到进一步径向限位的作用。并且进一步地，在径向夹紧螺栓62的端头固设有弧形顶板63，弧形顶板63根据桩基础1尺寸进行设计，弧形顶板63用于顶撑在桩基础1外壁上，两者保持相贴合，从而进一步提高稳定性，同时减少对桩基础1的损伤。
[0061]
在本实施例子，进一步地，径向夹紧机构6中的支撑座61、径向夹紧螺栓62和弧形顶板63也采用导电的金属材料制作，使得套笼架2和桩基础1之间还能通过径向夹紧机构6导通。
[0062]
作为优选设计，参见图1和图2，在套笼架2上端环形梁21上，还均匀固设有多个吊耳7，具体操作时，可将其中一个吊耳7用于持重，另外两个吊耳7用于调整套笼架2方位，从而保证套笼架2可以准确落位。
[0063]
由上可知，本实施例中的牺牲阳极套笼结构，具有以下有益效果：
[0064]
1)结构简单，制造方便，适用性强，可大规模推广使用，制造成本低。
[0065]
2)海上施工安装方便，水下安装时仅需拧紧螺栓等简单操作，省去水下焊接等繁琐的工作，水下工作量较少，风险较低，从而有效的缩短建造周期和降低工程造价。
[0066]
3)可根据实际工程计算结果，安装在最佳保护位置，且顶部和底部均可进行电连接设置，大大提升牺牲阳极对桩基基础的保护效果。
[0067]
4)在环向、径向、竖向三个方位均考虑了限位结构，工作稳定可靠，确保牺牲阳极套笼装置在复杂的海洋环境荷载作用下仍保持稳定和安全。
[0068]
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
[0069]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。