一种水上打桩作业平台的制作方法

本发明涉及施工技术领域，特别是一种水上打桩作业平台。

背景技术：

水上光伏是指利用闲置的水面来建设光伏电站的光伏发电应用。水上光伏电站具有不占用陆地土地资源，减少水体蒸发，避免藻类生长等诸多优点，有着广阔的发展前景。水上光伏电站的建设需要向水中布设数量较多的桩。然而，现有的水面打桩作业机械，例如打桩船等，不但成本高，适应性差；而且施工速度非常缓慢，难以满足水上光伏电站建设的实际需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提出一种水上打桩作业平台，包括：多个浮体单元；以及多个浮体单元上用于打桩机的工作面；其中，多个浮体单元相互间隔，且两个相邻的浮体单元之间的距离大于桩的宽度。

如上所述的作业平台，进一步包括轨道，其设置在多个浮体单元上。

如上所述的作业平台，其中浮体单元包括：浮体或浮箱；以及浮体或浮箱上的一组连接架，所述组连接架中的至少一个包括互连接口。

如上所述的作业平台，其中浮体单元包括：桁架，其设置在浮体或者浮箱的上表面。

如上所述的作业平台，其中浮体单元包括盖板，其位于桁架上。

如上所述的作业平台，其中多个浮体单元包括末端浮体单元，末端浮体单元上设置牵引点以及一个或多个调整点。

如上所述的作业平台，其中至少一个浮体单元包括定位桩支架，定位桩支架定义一个在浮体单元区域之外的桩安装位置或者贯穿浮体单元的桩安装位置。

如上所述的作业平台，进一步包括加固带，加固带设置在浮体单元的外侧并将多个浮体单元连接起来。

如上所述的作业平台，其中所述工作面适于打桩机在其上将桩从相邻的浮体单元之间的空隙或者多个浮体单元的外侧布设入水中。

如上所述的作业平台，其中进一步包括相邻浮体单元之间或者多个浮体单元外侧的包括具有孔的桩定位架或板。

如上所述的作业平台，所述牵引点包括连接到动力船的起重设备。

根据本发明的另一个方面，提出一种水上打桩作业平台的浮体单元，包括：浮体或浮箱；以及浮体或浮箱上的一组连接架，其中所述组连接架中的至少一个包括互连接口。

如上所述的浮体单元，进一步包括：桁架，其设置于浮体或浮箱上。

如上所述的浮体单元，进一步包括牵引点和/或一个或多个调整点。

如上所述的浮体单元，进一步包括定位桩支架，定位桩支架定义一个在浮体单元区域之外的桩安装位置或者贯穿浮体单元的桩安装位置。

根据本发明的另一个方面，提出一种水上打桩作业平台的平台段，包括：一个或多个如上所述的浮体单元；以及所述一个或多个浮体单元上用于打桩机的工作面；其中，所述一个或多个浮体单元中的至少一个与其相邻的浮体单元之间的距离大于桩的宽度。

如上所述的平台段，进一步包括所述一个或多个浮体单元上的轨道。

如上所述的平台段，其中所述工作面适于打桩机在其上将桩从相邻的浮体单元之间的空隙布设入水中。

如上所述的平台段，其中进一步包括相邻浮体单元之间或者所述一个或多个浮体单元的外侧包括具有孔的桩定位架或板。

根据本发明的另一个方面，一种水上打桩施工方法，包括：定位水上打桩作业平台的初始位置；根据水上打桩作业平台的初始位置，调整动力船的位置；利用动力船上将水上打桩作业平台调整到打桩位置；以及在水上打桩作业平台打桩时将动力船行驶到下一个打桩位置。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的水上打桩作业平台的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的第一末端平台段的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的中间平台段的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的第二末端平台段的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的某个平台段的示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的浮体单元的示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的浮体单元另一个示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的浮体单元的爆炸图；

图9是根据本发明的一个实施例带有定位桩支架的浮体单元的示意图；

图10是根据本发明的实施例的浮体单元相互连接的示意图；

图11是根据本发明的实施例的浮体单元相互连接的俯视示意图；

图12是根据本发明的一个实施例的动力船的示意图；

图13是根据本发明的一个实施例的动力船与作业平台连接示意图；以及

图14是根据本发明的实施例的水上打桩作业平台的施工方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

水上光伏电站的建设过程中需要布置很多的桩，用于支撑太阳能电池板。现有的水上打桩机械，例如打桩船，施工速度大约为每天30-50根桩。这样的速度根本无法满足水上光伏电站建设的需求。本发明提出了一种水上打桩作业平台，其可以自带动力或依靠动力船拖拽。利用本发明的水上打桩作业平台，可以大大提高水上打桩的速度，最高施工速度可以达到每天1200根桩。

图1是根据本发明的一个实施例的水上打桩作业平台的结构示意图。如图1所示，水上打桩作业平台100包括多个平台段(例如第一末端平台段110和第二末端平台段130)。根据水上光伏电站的宽度，水上打桩作业平台100可以不包括或者包括一个或多个中间平台段120。

根据本发明的一个实例，平台段(不限于末端平台段或者中间平台段)包括多个相互间隔的浮体单元，其中相邻的浮体单元之间的间隔大于桩的宽度；以及工作面，其位于多个浮体单元上；其中一台或多台打桩机适于在工作面上将桩从相邻的浮体单元之间或者多个浮体单元的一侧或两侧布设于水中。本领域技术人员应当理解，第一末端平台段、第二末端平台段和中间平台段包括的浮体单元数量并没有任何限制。

根据本发明的一个实施例，浮体单元包括浮体或浮箱。浮体或浮箱的上表面通过搭接垫板以供打桩机通过浮体或浮箱之间的空隙。浮体或浮箱的上表面和垫板共同定义了本发明打桩平台的工作面。根据本发明的另一个实施例，将轨道直接铺设在浮体或者浮箱的上表面。浮体或者浮箱的上表面及轨道共同定义了本发明打桩平台的工作面。

本发明所指的浮体或者浮箱可以为任何能够提供浮力的物体。浮体或浮箱的实例可以为金属箱、集装箱、货柜、或者废旧的集装箱或者货柜、船只、泡沫浮块、浮桶、浮桥模块、浮动码头单元等。本发明所指的打桩机为任何能够以锤击、打击、旋转、下钻等方式将桩布设于水底的可移动或者不可移动的机械设备。

以下的实施例为本发明更为优选的实施例。

图2是根据本发明的一个实施例的第一末端平台段的示意图。如图2所示，第一末端平台段包括多个浮体单元101-107以及轨道10。轨道10设置在多个浮体单元101-107上。浮体单元101-107的上表面和轨道10定义了打桩机的工作面。多个浮体单元101-107相互间隔，并且浮体单元101-107之间间隔的宽度大于桩的宽度。进一步地，多个浮体单元101-107中包括一个末端浮体单元101。

根据本发明的一个实施例，在与动力船配合的实施例中，末端浮体单元101上设置有多个例如固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调整点108。动力船通过钢索或者牵引绳与末端浮体单元101上设置的多个例如固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调整点108相连。在动力船的配合下，利用多个调整点108可以调整水上打桩平台的位置。进一步地，根据本发明的一个实施例，末端浮体单元101上包括牵引点110。牵引点110的一个实例是挂钩。动力船上包括例如卷扬机或绞车的起重设备，其通过钢索或者牵引绳与牵引点110相连。根据本发明的另一个实施例，牵引点110包括例如卷扬机或绞车的起重设备，其通过钢缆或者牵引绳连接到动力船上例如挂钩或者固定柱的连接点。根据本发明的一个实施例，在自带动力的情况下，浮体单元101-107中的一个或多个上安装有螺旋桨109。

根据本发明的一个实施例，第一末端平台段的浮体单元101-107中的一个(例如105)上设置有定位桩支架111和112。定位桩支架定义一个在浮体单元区域之外的桩安装位置或者贯穿浮体单元的桩安装位置。

图3是根据本发明的一个实施例的中间平台段的示意图。如图3所示，中间平台段包括多个浮体单元201-205以及轨道20。轨道20设置在多个浮体单元201-205上。浮体单元201-205的上表面和轨道20定义了打桩机的工作面。多个浮体单元201-205相互间隔，并且浮体单元201-205之间间隔的宽度大于桩的宽度。根据本发明的一个实施例，浮体单元201-205中的一个(例如203)上设置有定位桩支架211和212。定位桩支架定义一个贯穿浮体单元的桩安装位置或者在浮体单元区域之外的桩安装位置。根据本发明的一个实施例，在自带动力的情况下，浮体单元201-205中的一个或多个上安装有螺旋桨209。

图4是根据本发明的一个实施例的第二末端平台段的示意图。如图4所示，第二末端平台段包括多个浮体单元301-307以及轨道30。轨道30设置在多个浮体单元301-307上。浮体单元301-307的上表面和轨道30定义了打桩机的工作面。多个浮体单元301-307相互间隔，并且浮体单元301-307之间间隔的宽度大于桩的宽度。进一步地，多个浮体单元301-307中包括一个末端浮体单元307。

根据本发明的一个实施例，在与动力船配合的实施例中，末端浮体单元307上设置有例如固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调整点308。根据本发明的一个实施例，动力船通过钢索或者牵引绳与末端浮体单元307上设置的例如固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调整点308相连。进一步地，根据本发明的一个实施例，末端浮体单元307上包括牵引点310。牵引点310的一个实例是挂钩。动力船上包括例如卷扬机或绞车的起重设备，其通过钢索或者牵引绳与牵引点310相连。根据本发明的另一个实施例，牵引点310包括例如卷扬机或绞车的起重设备，其通过钢缆或者牵引绳连接到动力船上例如挂钩或者固定柱的连接点。根据本发明的一个实施例，在自带动力的情况下，浮体单元301-307中的一个或多个上安装有螺旋桨309。

根据本发明的一个实施例，第二末端平台段的浮体单元301-307中的一个(例如303)上设置有定位桩支架311和312。定位桩支架定义一个在浮体单元区域之外的桩安装位置或者贯穿浮体单元的桩安装位置。

图5是根据本发明的一个实施例的某个平台段的示意图。在图5实施例中的大部分组件与图2-图4相同，这里不再赘述。如图5所示，本发明的水上打桩作业平台包括例如型钢、角钢、钢带、或者钢筋的加固带501。根据本发明的另一个实施例，加固带501包括不连续的多个段，每个段连接两个相邻的浮体单元。加固带501为金属或者其他具有刚性的材料。加固带501串联起多个浮体单元以使得浮体单元之间的连接更为稳固。根据本发明的一个实施例，加固带501设置在多个浮体单元的外侧，并从该外侧将多个浮体单元连接在一起，而无需占用工作面的面积。

图6是根据本发明的一个实施例的浮体单元的示意图。图7是根据本发明的一个实施例的浮体单元另一个示意图。图8是根据本发明的一个实施例的浮体单元的爆炸图。图9是根据本发明的一个实施例带有定位桩支架的浮体单元的示意图。

如图6和8所示，浮体单元600包括浮体(或浮箱)601、浮体601上的桁架602；以及一组连接架，其包括第一连接架604和第二连接架605。

浮体601为浮体单元提供浮力。桁架602的实例是钢结构的支架。桁架602最主要的作用是提高工作面的高度。本领域技术人员应当理解，支撑桁架不是必需的。根据本发明的一个优选的实施例，为了减小生产成本，一种比较可取的做法是将浮体或者浮箱标准化。然而浮体或者浮箱标准化的一个缺点在于有的时候适应性不够好。在某些水域，水平面的高度变化也可能较大；而根据需求打桩后桩露出水面的高度也可能不同。直接以标准化浮体或浮箱的上表面作为工作面时，可能出现工作面低于打桩后桩露出水面高度的情况，而无法完成打桩。桁架可以方便地设置于浮体或者浮箱的上表面上而提高工作面的高度，从而解决这一问题。同时，桁架还有利于减小浮体或浮箱的尺寸，便于降低运输成本。

一组连接架的作用在于固定相邻的浮体单元。在如图6所示的实施例中，浮体单元之间的固定采用了两个连接架604和605。当然加固带和轨道也都可以起到固定相邻浮体单元的作用。连接架的实例包括金属桁架或者角钢支架等。

根据本发明的一个实施例，第一连接架604和第二连接架605可以直接设置在桁架602上。根据本发明的另一个实施例，桁架602上铺设了盖板603，连接架604和605设置在盖板603上。本领域技术人员应当理解，盖板603是可选的，其作用是增加结构强度并且方便操作人员施工。不同浮体单元的连接架之间彼此连接用于固定相邻的浮体单元。具体而言，第一连接架604的两端包括互连接口6041和6042，第二连接架605的两端包括互连接口6051和6052。各个浮体单元的连接架的接口相互连接并固定，例如通过螺钉、铆钉等固定或者焊接在一起。互连接口可以是供螺钉或铆钉穿过或者供相互焊接的部分。根据本发明的一个实施例，如图所示，第一和第二连接架604和605的高度不同。第一连接架604的高度较高，有利于增加互连接口的接触面积，提供更为牢固的连接。第二连接架605的高度较低，有利于打桩机从第二连接架605一侧将桩从物料船上吊起。

在图7中示出了盖板603上轨道701。本领域技术人员应当理解，铺设轨道可以使得打桩机的重量更加均匀地分散到浮体单元上。根据本发明的一个实施例，轨道也可以直接铺设在支撑桁架上。根据本发明的一个实施例，在相邻浮体单元的连接强度允许的情况下，可以不铺设轨道，而将盖板603直接作为工作面。

图8中进一步示出了浮体单元之间的加固带606。根据本发明的一个实施例，加固带606设置在浮体601第二连接架605一侧的侧壁上。这样的设置可以不占用工作面的面积。进一步地，相邻浮体第一连接架604一侧的侧壁之间的空隙是开放的和无障碍的。当桩作业平台整体移动时，已经布设完成的桩可以从第一连接架604一侧浮体单元之间的开放空隙中移出，从而不会影响作业平台的移动。

图9示出了定位桩支架901和902。如图9所示，定位桩支架901和902分别与连接架604和605相互连接，并进一步穿过盖板603而与桁架602相互连接，从而形成更为稳固的整体结构。更进一步地，定位桩支架901和902分别定义了桩安装位置。该桩安装位置可以在浮体单元上并贯穿浮体单元或者在浮体单元外。在定位桩支架901和902的桩安装位置将桩布设入水下固定后，该桩可以进一步与定位桩支架901和902相互固定(例如通过螺钉或铆钉)，从而实现作业平台的位置固定。

图10是根据本发明的实施例的浮体单元相互连接的示意图。如图10所示，浮体单元1001和1002为两个相邻的浮体单元，二者各自的浮体1003和1004靠近但彼此间隔开，二者的高连接架1005和1006彼此相连并相互固定，二者的低连接架1007和1008也彼此相连并相互固定。本领域技术人员应当理解，多个浮体单元可以以同样的方式相互固定，从而形成本发明的作业平台的平台段，进而形成水上打桩作业平台。

图11是根据本发明的实施例的浮体单元相互连接的俯视示意图。图11示出了浮体单元之间更多的连接。与图10类似，浮体单元1101和1102为两个相邻的浮体单元。二者的高连接架1103和1104彼此相连并相互固定，二者的低连接架1105和1106也彼此相连并相互固定。更进一步地，轨道1110铺设在浮体单元1101和1102之间，也进一步地将二者牢固地连接在一起。根据本发明的一个实施例，浮体单元1101和1102之间轨道一侧的空隙处设置有桩定位架或板1120，在桩定位架或板1120上设置有孔1130，以定位桩的位置。可选地，浮体单元1101和1102之间轨道另一侧的空隙处设置有桩定位架或板1121，在桩定位架或板1121上设置有孔1131，以定位桩的位置。可选地，在浮体单元1101和1102的外侧，可以设置一个或多个桩定位架或板1122-1124，其上分别具有孔1132-1134。本领域技术人员应当理解，在设置多个定位架或板的情况下，利用本发明的打桩平台，一次可以完成两行或者更多行的打桩作业，可以进一步提高打桩的效率。根据本发明的另一个实施例，供桩通过的孔1140可以位于轨道上。根据本发明的一个实施例，图11中示出了加固带1150，其位于浮体单元的另一外侧并将浮体单元彼此固定在一起。

图12是根据本发明的一个实施例的动力船的示意图。如图12所示，动力船1200包括船体1201。船体1201上设置一个或多个定位桩或定位锚1211-1214。每个定位桩或锚连接到一台例如卷扬机或绞车的起重设备1221-1224。一个或多个起重设备1221-1224可以分别将一个或多个定位桩或锚1211-1214提起或放下。当一个或多个定位桩或锚1211-1214放下后，动力船的位置被固定。当一个或多个定位桩或锚1211-1214提起后，动力船可以自由行驶。

如图所示，动力船另外包括一台例如卷扬机或绞车的起重设备1204，其通过钢索或牵引绳1205连接到船头1203方向的定滑轮1206上，并进一步地通过定滑轮1206连接到水上打桩作业平台的牵引点上。起重设备1204通过1205连接可以牵引或者拖拽作业平台移动位置。根据本发明的另一个实施例，动力船的船头方向上设置固定柱或挂钩的连接点；而水上打桩作业平台的牵引点包括起重设备，其通过钢缆或者牵引绳连接到动力船上的连接点。同样地，该起重设备可以牵引或者拖拽作业平台移动位置。

如图所示，船舷1202上设置多个固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调节点。这些调节点分别连接到作业平台上的一个或多个调整点。多个绞盘的连接用于微调作业平台的位置以精确定位作业平台。根据本发明的一个实施例，船舷1202上设置三个调节点1207-1209，一个调节点1207靠近船头方向，一个调节点1208位于船体中部，而另一个调节点1209靠近船尾方向。

图13是根据本发明的一个实施例的动力船与作业平台连接示意图。如图13所示，作业平台1300的左右两侧各具有一个动力船1301和1321，二者以相同的方式连接到作业平台。具体而言，动力船1301的起重设备1302通过钢索或者牵引绳1306连接到作业平台1300的末端段浮体单元的牵引点1311上；或者作业平台上的牵引点1311包括的起重设备通过钢索或者牵引绳连接到动力船上的连接点。而动力船1301的三个调节点1303-1305分别通过钢索或者牵引绳1307-1309连接到作业平台1300的末端段浮体单元例如固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调整点1312-1314上。(注意两侧均为固定柱的情况应当排除)

类似地，动力船1321的起重设备1322通过钢索或者牵引绳1326连接到作业平台1300的另一末端段浮体单元的牵引点1331上；或者作业平台上的牵引点1331包括的起重设备通过钢索或者牵引绳连接到动力船上的连接点。而动力船1321的三个调节点1323-1325分别通过钢索或者牵引绳1327-1329连接到作业平台1300的另一末端段浮体单元例如固定柱、绞盘、绕线轴、倒链、手动葫芦或电动葫芦的调整点1332-1334上。(注意两侧均为固定柱的情况应当排除)

图14是根据本发明的实施例的水上打桩作业平台的施工方法的流程图。以下结合图13和14，进一步详述本发明的施工方法1400。在步骤1410，定位水上打桩作业平台的初始位置。施工时，使用例如全站仪的测量设备准确地定位需要进行打桩作业的平台初始位置。这一位置(例如坐标等)将被记录下来。接下来，在步骤1420，根据水上打桩作业平台的初始位置，确定动力船的位置，然后将动力船行驶到所需位置后并固定，同时动力船也将水上打桩作业平台拖拽到了水上打桩作业平台初始位置附近。

在步骤1430，利用两艘动力船上的起重设备(1302、1322)或作业平台上牵引点(1311或1331)的起重设备和/或调节点(1303-1305和1323-1325)和/或作业平台的调整点(1312-1314和1332-1334)，将作业平台的位置准确地调整到所需的打桩位置。

接下来，在步骤1440，一台或多台打桩机在作业平台上将定位架所定义位置上的桩打入水中，实现作业平台的位置固定。参考图13，6根定位桩1341-1346在此步骤中布设入水下，将平台的位置锁定。

在步骤1450，一台或多台打桩机在作业平台上将所需的桩逐个布设入水中。与此同时，由于作业平台已经固定，此时可以将动力船解除定位，然后行驶到下一个布设位置并再次固定。在可选的步骤，如遇到风浪较大的情况，则可以将桩留出几根超出作业平台的高度。作业人员可以根据这些桩来辅助定位，从而避免由于风浪大而导致的位置偏差。

在步骤1460，在布设完所有位置的桩后，利用一台或多台打桩机将定位架所定义位置上的定位桩提起，解除作业平台的固定；然后利用动力船上或者水上打桩作业平台的起重设备再次将作业平台拖拽到进行下一打桩的粗略位置，实现作业平台位置的粗调。如果在风浪大有部分桩未打入水中的情况下，这部分桩在解除作业平台的固定之前打入水中，完成布设。

在步骤1470，利用两艘动力船上的起重设备(1302、1322)或作业平台上牵引点(1311或1331)的起重设备和/或调节点(1303-1305和1323-1325)和/或作业平台的调整点(1312-1314和1332-1334)，将作业平台的位置准确地调整到所需的下一打桩位置。

根据本发明的一个实施例，在本步骤中，利用在步骤1470中已经布设的一行或多行桩1350和/或1360的位置，将作业平台的位置准确地调整到所需的打桩位置，而无需使用例如全站仪的测量设备，或者仅少量使用测量设备。这可以进一步提高打桩的速度。根据本发明的一个实施例，考虑施工速度和精度的诸多因素，每隔5-10排，使用例如全站仪的测量设备对施工平台的位置再进行一次精确定位，消除由于人工产生的方向性误差，同时保证施工速度。

在步骤1480，重复步骤1440-1470，直到全部桩布设完成。

从以上的描述可以看出，作业平台在一个位置可以布设整个一行或多行桩而无需每个桩都要进行定位。这样可以极大地增加打桩的效率。而且，对于打桩机而言，在作业平台上打桩与地面打桩并没有实质的区别，这减少了专用设备的使用，也大大降低了布设成本。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。