一种适用于风电管桩进行浮动运输和浮式安装的工艺的制作方法

本发明属于大型建筑构件的运输和安装的技术领域，更具体讲是一种适用于风电管桩进行浮动运输和浮式安装的工艺。

背景技术：

我国有1.6万公里海岸线，不仅海域广阔，而且海上的风能资源丰富。随着海上风电技术的日益成熟，海上风电产业得到较快发展，因此在我国风能产业的未来发展中，海洋风能产业将会成为主要方向。我国海上风电自2009年启动，经过近10年的发展积累了一定的经验，相关产业链配套也不断完善，但是在海上风电场的建设施工过程中还存在诸多难题尚未得到有效解决，例如风电管桩的运输和安装就是其中的一个难题：目前，海上风电基础多采用单管桩形式，由于单管桩的自重大（最重达800吨以上）和外型尺寸大（最大直径达6.5米、长度达89米），一直存在着运输成本高、吊装翻身困难等问题。

目前，在国内的海上风电项目中都是采用拖船+大吨位驳船的方案来对管桩进行运输和安装，此方案存在以下不足之处：（1）驳船要有足够大的尺寸和承载能力；（2）受海上天气和施工进度的影响，驳船的占用时间长、运输费用高，具体地讲在国内海上风电项目中一般都需要租用两千至四千吨级驳船，先将管桩运输至现场等待安装时机，待打桩时驳船才撤离；（3）由于管桩具有长度长和自重大的特征，在管桩需要起升翻身时还需要另配一台起重能力大的浮吊来配合才能完成，大大增加了施工成本。

目前，在国外的海上风电项目中多采用monopile-sealingplugs（单桩密封塞装置）作用于管桩的方案来进行海上漂浮运运，但此方案并不适用于国内的施工情况，具体原因及不足之处表现为：（1）该方案只适合于不带法兰的管桩,而国内管桩基本都是上部带连接法兰的结构，法兰侧密封装置不易实现；（2）无安全补救措施，由于两端密封处任何一个位置存在泄露，则管桩就会进水、并存在下沉的风险。（3）多种不同直径规格的管桩需要一一制作对应规格的密封装置，没有通用性，施工成本高。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种适用于风电管桩进行浮动运输和浮式安装的工艺。本发明是借助气囊来实现风电管桩的浮动运输和浮式安装。本发明借助气囊利用水的浮力运输管桩能够减少大吨位驳船的使用，大大节约成本；利用本发明还可以在水中直接翻桩，减少起重量，降低辅助吊装设备规格，降低施工成本。因此本发明的工艺与现有技术工艺相比，具有工艺简单、操作方便、安全可靠、经济实用的优点。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的一种适用于风电管桩进行浮动运输和浮式安装的工艺包括下述步骤：

a、在管桩上布置气囊

a-1、检查管桩的内腔壁是否有尖锐物,发现尖锐物要及时进行打磨处理，以确保气囊安装到管桩内腔后不会被刺破；

a-2、根据管桩的长度、直径以及重量选配5～7根规格相匹配的条状气囊（条状气囊与管桩内腔壁之间通过摩擦力相结合）；

a-3、通过吊带、卸扣和绑带将选配的条状气囊依次串联相接形成气囊链；

a-4、将气囊链放置在管桩的非法兰端，由卷扬机牵引着气囊链的一端前移，在前移的过程中气囊链逐渐拉伸展开，直到气囊链以均布方式排布到的预定位置后关闭卷扬机；

a-5、将位于气囊链前后端头的两个气囊分别与管桩相应端壳体外表面的耳板进行连接；

a-6、通过吊带、卸扣和绑带将两个防打转气囊固定在管桩壳体外表面中部位置的左右两侧；

b、为气囊充气保压

b-1、按照设计依次布置充气软管和阀门，通过管卡接头将充气软管连接好；

b-2、将充气软管的一侧与各个气囊分别进行连接，充气软管的另一侧依次引到管桩m端的总阀上；

b-3、利用空压机给各个气囊充气，直到气囊内的气压达到设定的工作压力为止；

b-4、为充气后的各个气囊做保压试验，即24小时后检查气囊的压力表是否在正常范围内，对保压试验不合格的气囊要及时进行更换；

b-5、对更换后的气囊进行保压试验，确保气囊链中的每个气囊保压试验均合格；

c、借助气囊进行浮动拖运

c-1、将管桩分别与拖船、安全补压装置相连接，安全补压装置布置在拖船上，具有实时监测气囊压力和自动补压功能，即安全补压装置一旦监测到气囊压力低于设定压力，就会自动启动空气压缩机为低压气囊进行补气、直到达到工作压力为止；

c-2、管桩下水，管桩在气囊作用下漂浮在海面上；

c-3、开动拖船，将管桩浮动拖运到指定位置；

d、借助气囊进行浮式安装：

d-1、开动工作浮吊到合适位置，将吊装绳分别挂到位于管桩壳体中部的两个吊耳上；

d-2、解除两个防打转气囊（可以防止在浮运过程中管桩翻滚）；

d-3、利用真空泵从管桩m端开始对气囊链中的各个气囊逐一放气；

d-4、在气囊逐一放气的过程中，管桩直接翻桩，即管桩的m端缓缓下沉、直到触底；

d-5、当气囊链中的各个气囊彻底放气后，失压的气囊链脱落，并随着与之相连的卷扬机的转动被拉出管桩内腔；

d-6、为脱离管桩内腔的气囊链中的各个气囊充气，使气囊链漂浮在海面上，将气囊链的一端与拖船相连接，一起返回到管桩制造厂进行下一批管桩的运输；

d-7、同时操作浮吊对于翻桩后的管桩进行起钩、前进，直到管桩完全平稳吊起；

d-8、开动浮吊，将管桩送入打桩架内进行固定连接即可。

本发明的设计思路如下：

本发明是借助气囊来实现风电管桩的浮动运输和浮式安装。更具体讲，本发明通过在管桩内腔中预先安装高强度的气囊，利用浮力原理使管桩漂浮在海面上，只用借助低成本、小马力的小拖船就可以顺利地将管桩浮运到指定地点，能够减少大吨位驳船的使用，并省去装船的环节，大大节约成本；利用本发明来起吊管桩时，借助气囊在水中的浮力可以使管桩处于半浮起状态，减少起重量，管桩可以在水中直接翻桩、轻松实现管桩的水下就位安装，降低安装成本低和施工成本，降低辅助吊装设备规格。因此本发明的工艺与现有技术相比，具有工艺简单、操作方便、安全可靠、经济实用的优点。

本发明的有益效果如下：

本发明是借助气囊来实现风电管桩的浮动运输和浮式安装。本发明借助气囊利用水的浮力运输管桩能够减少大吨位驳船的使用，大大节约成本；利用本发明还可以在水中直接翻桩，减少起重量，降低辅助吊装设备规格，降低施工成本。因此本发明的工艺与现有技术相比，具有工艺简单、操作方便、安全可靠、经济实用的优点。

将本发明的工艺广泛应用于管桩的运输和安装上，成效明显，更具体的体现为（以某制造基地到滨海施工现场运输安装为例）：

（一）降低运输成本：

（1）利用传统驳船来运输管桩：一次一根的方式运至现场，平均一根桩30万。

（2）利用高强度气囊来浮运管桩：

（2-1）单根桩拖带：选用1000匹拖船。油耗2.5吨/天，往返6天，费用13.65万；船员费用3万；税费2万；办证0.5万；管理费6万；合计：25.15万/根

（2-2）两根桩一起拖带：选用1600匹拖船。油耗3.5吨/天，往返6天，费用15.6万；船员费用3万；税费2万；办证0.5万；管理费6万；合计：13.55万/根

（2-3）三根桩一起拖带：选用2000匹拖船。油耗4.5吨/天，往返6天，费用17.55万；船员费用3万；税费2万；办证0.5万；管理费6万；合计：9.68万/根

（2-4）气囊及安全系统成本：150万/套（包含：7个直径6.5米有效长度8米的气囊；2个直径2米有效长度16米的气囊；安全系统；空压机；真空泵；其它附件）

（2-5）气囊系统使用寿命8年，每年按照30次重复使用，总使用次数240次。气囊使用成本0.625万/根。

（二）降低施工成本：

1、目前现有工艺需要对市场上的浮吊进行大型改造才能用于管桩安装，而采用本发明的工艺，一台浮吊就可对管桩进行翻身就位，能够节省数百、上千万的浮吊改造费用，减少了施工难度和降低了施工设备要求，易于组建新的打桩作业面。

2、采用本发明的工艺可省去管桩下部翻身吊耳，减少了管桩制作工程量，节约成本万元以上。

3、省去管桩下部翻身用的吊耳，在施工中也降低了打桩难度（尤其地质条件相对好的情况），同时有利于提高打桩精度。

附图说明

图1是管桩的结构示意图（未布置气囊时）。

图2是在管桩上布置气囊后的状态示意图。

图3是本发明借助气囊进行浮运时的状态示意图（一条拖船拖动一根管桩）。

图4是本发明利用一条拖船拖动两根管桩进行浮运时的状态示意图。

图5是本发明利用四条拖船前后同时拖动两根管桩进行浮运时的状态示意图。

图中序号说明：1、管桩，1-1、耳板，1-2、吊耳，2、气囊，3、防打转气囊，4、充气软管，5、拖船，6、安全补压装置。

具体实施方式

本发明以下将结合附图作进一步描述：

实施例一

如图1、图2、图3所示，实施例一的工艺包括下述步骤：

a、在管桩上布置气囊

a-1、检查管桩1的内腔壁是否有尖锐物,发现尖锐物要及时进行打磨处理，以确保气囊2安装到管桩内腔后不会被刺破；

a-2、根据管桩1的长度、直径以及重量选配5～7根规格相匹配的条状气囊2；

a-3、通过吊带、卸扣和绑带将选配的条状气囊2依次串联相接形成气囊链；

a-4、将气囊链放置在管桩1的非法兰端，由卷扬机牵引着气囊链的一端前移，在前移的过程中气囊链逐渐拉伸展开，直到气囊链以均布方式排布到的预定位置后关闭卷扬机；

a-5、将位于气囊链前后端头的两个气囊2分别与管桩相应端壳体外表面的耳板1-1进行连接；

a-6、通过吊带、卸扣和绑带将两个防打转气囊3固定在管桩1壳体外表面中部位置的左右两侧；

b、为气囊充气保压

b-1、按照设计依次布置充气软管4和阀门，通过管卡接头将充气软管4连接好；

b-2、将充气软管4的一侧与各个气囊2分别进行连接，充气软管的另一侧依次引到管桩m端的总阀上；

b-3、利用空压机给各个气囊2充气，直到气囊2内的气压达到设定的工作压力为止；

b-4、为充气后的各个气囊2做保压试验，即24小时后检查气囊的压力表是否在正常范围内，对保压试验不合格的气囊2要及时进行更换；

b-5、对更换后的气囊2进行保压试验，确保气囊链中的每个气囊2保压试验均合格；

c、借助气囊进行浮动拖运

c-1、将一根管桩1分别与一条拖船5以及安全补压装置6相连接，安全补压装置6布置在拖船5上，具有实时监测气囊压力和自动补压功能，即安全补压装置6一旦监测到气囊压力低于设定压力，就会自动启动空气压缩机为低压气囊进行补气、直到达到工作压力为止；

c-2、管桩1下水，管桩1在气囊2作用下漂浮在海面上；

c-3、开动拖船5，将管桩1浮动拖运到指定位置；

d、借助气囊进行浮式安装：

d-1、开动工作浮吊到合适位置，将吊装绳分别挂到位于管桩壳体中部的两个吊耳1-2上；

d-2、解除两个防打转气囊3；

d-3、利用真空泵从管桩m端开始对气囊链中的各个气囊2逐一放气；

d-4、在气囊2逐一放气的过程中，管桩1直接翻桩，即管桩1的m端缓缓下沉、直到触底；

d-5、当气囊链中的各个气囊2彻底放气后，失压的气囊链脱落，并随着与之相连的卷扬机的转动被拉出管桩内腔；

d-6、为脱离管桩内腔的气囊链中的各个气囊2充气，使气囊链漂浮在海面上，将气囊链的一端与拖船5相连接，一起返回到管桩制造厂进行下一批管桩1的运输；

d-7、同时操作浮吊对于翻桩后的管桩1进行起钩、前进，直到管桩1完全平稳吊起；

d-8、开动浮吊，将管桩1送入打桩架内进行固定连接即可。

实施例二

如图4所示，实施例二与实施例一的不同之处在于：在实施例二中是利用一条拖船同时拖动两根管桩进行浮运运输，其它工艺步骤与实施例一均类似。

实施例三

如图5所示，实施例三与实施例二的不同之处在于：在实施例三中是利用四条拖船两两一组分布在两根管桩的首尾端，同时拖动两根管桩进行浮运运输，其它工艺步骤与实施例二均类似。