液压插销式自升平台的桩腿合拢方法与流程

本发明涉及海洋平台领域，特别涉及一种液压插销式自升平台的桩腿合拢方法。

背景技术：

自升式平台的桩腿从结构上分类主要分为桁架式和圆柱式，从升降方式上分类主要分为齿条啮合式和液压插销式。

对于传统的桁架式或圆柱式的齿条啮合式桩腿，桩靴桩腿设计的结构重量相对较轻，且其桩靴无需进行水压结构试验，因此在桩靴桩腿合拢时，桩靴底部支撑胎架所需承受的重量即为桩靴和陆地上所合拢的桩腿分段的总重量，支撑胎架布置难度不大，支撑胎架向地面传递的压力也不会超过地面的承重能力，能够保证安全性。

然而对于液压插销式的自升平台而言，桩靴需要在桩靴桩腿陆地合拢阶段（即平台下水前）完成水压结构试验。此结构试验需要往桩靴内打水，使桩靴所承受的压力达到其设计水压头，试验过程水的重量非常大，增加了桩靴桩腿合拢时桩靴底部支撑胎架的难度，加之桩靴桩腿自身结构重量非常大，但桩靴的底面积有限，桩靴下的地面很容易被支撑胎架传递而来的超强压力所破坏，从而影响合拢精度，甚至可能导致合拢时桩靴桩腿倒塌的现象，进而影响平台建造周期，安全性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液压插销式自升平台的桩腿合拢方法，解决现有技术的自升平台的桩腿在建造过程中因桩腿桩靴重量较大且桩靴需要做结构试验，以上所提所有重量叠加后对支撑胎架具有较高的要求，且容易对地面造成损坏，从而影响合拢精度，安全性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种液压插销式自升平台的桩腿合拢方法，包括步骤：

将桩靴和主船体分别支撑于预定位置，桩靴由桩靴支撑装置所支撑，主船体由主船体支撑装置所支撑，桩靴在桩腿合拢前就位于主船体上的升降系统的正下方；

吊装合拢第一段桩腿分段，将桩腿分段底部合拢缝与桩靴进行合拢焊接，桩腿分段穿过主船体上的升降系统，并与升降系统中轴线对位；

利用主船体上的升降系统锁定第一段桩腿分段；

保持升降系统与第一段桩腿分段锁定的状态，逐段依次向上合拢第二段及以上桩腿分段。

优选地，在逐段依次向上合拢桩腿分段的过程中，还进行桩靴水压结构试验。

优选地，所述桩靴水压结构试验在合拢的桩腿分段总高度大于等于桩靴设计水压头后进行。

优选地，在主船体由主船体支撑装置支撑之后并在吊装合拢第一段桩腿分段之前，将所述升降系统安装于所述主船体上，并配套安装固桩架和围井；其中，固桩架位于主船体上，所述升降系统安装于固桩架内，升降系统中轴线与固桩架中轴线重合；围井位于主船体内，围井的中轴线与固桩架的中轴线重合；桩靴的所述预定位置为所述围井理论位置的正下方。

优选地，在吊装合拢第一段桩腿分段前，还在固桩架的上端加工上导向板，以及在围井的下端加工下导向板。

优选地，在吊装合拢第一段桩腿分段前，还包括步骤：调整桩靴的位置使得桩靴的中轴线与固桩架的中轴线重合。

优选地，在吊装合拢第一段桩腿分段的步骤中，桩靴与第一段桩腿分段的合拢缝距围井底部的距离大于等于0.5米。

优选地，所述升降系统为液压插销式升降系统，设有定环梁插销和动环梁插销，所述动环梁插销可升降；所述桩腿分段上设有插销孔；所述利用主船体上的升降系统锁定第一段桩腿分段时，通过定环梁插销或动环梁插销与桩腿分段的插销孔插接配合，从而锁定桩腿分段。

优选地，在利用主船体上的升降系统锁定第一段桩腿分段的步骤中，在定环梁插销不能与桩腿分段上插销孔对位时，调整动环梁插销的高度，使动环梁插销与桩腿分段上的插销孔相对，并利用动环梁插销锁定第一段桩腿分段。

优选地，所述桩靴支撑装置具有多个支撑点，均匀支撑所述桩靴，且桩靴支撑装置的总承重大于桩靴及第一段桩腿分段的总重量。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明中，由于第一段桩腿分段与主船体通过升降系统进行锁定，在后续第二段及以上桩腿分段合拢的过程中，合拢的桩腿分段的重量将通过升降系统传递至主船体上，再通过主船体支撑装置传递至地面（或船台），原本由桩靴支撑装置所承担的重量分散到了主船体支撑装置上，相当于增加了对桩靴桩腿支撑的接触面积。对于桩靴水压结构试验需在桩靴和桩腿内打水所增加的水的重量，同样可通过主船体分散至主船体支撑装置。通过该方法，可降低桩靴支撑装置的难度，加速项目生产进度，节约建造成本，同时避免了仅由桩靴支撑装置承担重量造成桩靴所处地面被压坏的情况发生，有效地解决了因地面被桩靴支撑装置损坏造成合拢精度偏差的问题，降低了桩腿合拢的安全风险，提高了合拢的精度，保证桩腿合拢作业的安全性。

附图说明

图1是本发明液压插销式自升平台桩腿合拢工艺优选实施例的方法流程示意图。

图2是液压插销式自升平台按本发明的方法进行桩腿合拢时的布墩方案示意图。

图3是本发明图2中A-A视图。

图4是本发明图3中B-B视图简图，其中，升降系统的液压缸处于缩回状态。

图5是本发明图3中B-B视图简图，其中，升降系统的液压缸处于伸出状态。

图6是本发明一应用实例中桩腿分段合拢至桩靴上时的结构示意图。

图7是从图6的状态升降系统动作使动环梁下降后的结构示意图。

附图标记说明如下：1、地面；2、支撑胎架；3、布墩；4、桩靴；5、桩腿分段；51、插销孔；6、主船体；61、甲板；62、船底板；7、升降系统；71、定环梁；711、定环梁插销；72、液压缸；721、输出轴；73、动环梁；731、动环梁插销；8、固桩架；81、上导向板；9、围井；91、下导向板；92、围井底板。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

参阅图1，本发明提供一种液压插销式自升平台的桩腿合拢方法，主要包括步骤：

S10：将桩靴和主船体分别支撑于预定位置；其中，桩靴由桩靴支撑装置所支撑，主船体由主船体支撑装置所支撑，桩靴对应位于主船体上的升降系统的正下方。桩靴在桩腿合拢前就位。

S20：吊装合拢第一段桩腿分段；该步骤中，将第一段桩腿分段底部合拢缝与桩靴进行合拢焊接，桩腿分段穿过主船体上的升降系统，并与升降系统中轴线对位，即：使桩腿分段的中轴线与升降系统的中轴线重合。

S30：利用主船体上的升降系统锁定第一段桩腿分段；第一段桩腿分段由升降系统锁定后，该桩腿分段及桩靴即与主船体相固定，该桩腿分段及桩靴后续的承重将可以传递至主船体上。升降系统锁定桩腿分段可利用升降系统的插销装置实现。

S40：逐段依次向上合拢第二段及以上桩腿分段；该步骤中，保持升降系统与第一段桩腿分段锁定的状态。

该方法中，由于第一段桩腿分段与主船体通过升降系统进行锁定，在后续第二段及以上桩腿分段合拢的过程中，合拢的桩腿分段的重量将通过升降系统传递至主船体上，再通过主船体支撑装置传递至地面（或船台），原本由桩靴支撑装置所承担的重量分散到了主船体支撑装置上，相当于增加了对桩靴桩腿支撑的接触面积。对于桩靴水压结构试验需在桩靴和桩腿内打水所增加的水的重量，同样可通过主船体分散至主船体支撑装置。通过该方法，可降低桩靴支撑装置的难度，加速项目生产进度，节约建造成本，同时避免了仅由桩靴支撑装置承担重量造成桩靴所处地面被压坏的情况发生，有效地解决了因地面被桩靴支撑装置损坏造成合拢精度偏差的问题，降低了桩腿合拢的安全风险，提高了合拢的精度，保证桩腿合拢作业的安全性。

较优地，桩靴水压结构试验可在步骤S40中穿插进行。具体地，可在合拢的桩腿分段总高度大于等于桩靴设计水压头后进行。例如：如果合拢第二段桩腿分段后，总高度超出了桩靴设计水压头，即可先进行桩靴水压结构试验，待试验完成且试验结果合格，则再进行继续合拢第三段及以上的桩腿分段。

桩靴水压结构试验可依以下步骤进行：

S410：在桩靴的上方形成一气密空间，使该气密空间位于桩腿分段内并与桩靴的内腔连通而构成一注水腔，并在该注水腔上方支撑一与该注水腔连通的水管，使注水腔顶端的高度小于桩靴的设计水压头高度，并使水管上端的高度大于桩靴的设计水压头高度。

S420：往注水腔和水管内注水，使水充满整个注水腔，并使水管内水的高度达到桩靴的设计水压头高度。

S430：注水完成后保压，观察试验结果。

采用这种方式，由于水管的直径远小于桩腿分段的直径，可在满足设计水压头的条件，大大减少所需的水量，且水管容易支撑，试验难度小，安全性高。

参阅图2，自升平台根据上述的方法进行桩腿合拢时，用以支撑桩靴4的桩靴支撑装置为支撑胎架2，用以支撑主船体6的主船体支撑装置为布墩3。为使表述更为简洁，以下将直接以支撑胎架2指代桩靴支撑装置，以布墩3指代主船体支撑装置。

主船体6上对应于升降系统7配套安装有固桩架8和围井9。固桩架8位于主船体6的甲板61上，升降系统7安装于固桩架8内，升降系统7的中轴线与固桩架8的中轴线L8重合。围井9位于主船体6内，围井9的围井底板92不超出主船体6的船底板62，围井9的中轴线L9与固桩架8的中轴线L8重合。

桩靴4位于围井9的正下方，桩靴4由其下方的多个支撑胎架2支撑于地面1上。支撑胎架2的总承重大于桩靴4及第一段桩腿分段5的总重量，根据总承重计算支撑胎架2的材料及数量，而后均匀布置于围井9理论位置的正下方，各支撑胎架2的承重不超出所在地面1处所能承重的能力。

步骤S10中，先将桩靴4放置于支撑胎架2上，使桩靴4位于围井9理论位置的正下方。而后将主船体6搭载于布墩3上，主船体6支撑完成后，再在主船体6上安装好升降系统7、固桩架8及围井9。

主船体6的布墩方案按照地面1的承重能力进行合理设计，主船体6在地面1的理论位置可预先规划好，而后根据布墩方案将数量合适的布墩3布置于合适的位置。

较优地，固桩架8和围井9安装之后，还在固桩架8上端通过机械加工形成上导向板81，在围井9的下端加工出下导向板91，加工过程以固桩架8的中轴线L8为基准，并满足精度要求。上导向板81和下导向板91可便于后续步骤中桩腿分段5合拢时的导向。上、下导向板81、91最终均需符合尺寸及加工精度要求。

在进行步骤S20前，较优地，还以固桩架8实际的中轴线L8为基准调整桩靴4的位置，使得桩靴4的中轴线L4与固桩架8的中轴线L8重合，满足同轴度的精度要求。当然，如果桩靴4和主船体6按照理论位置布置好后，桩靴4的中轴线L4与固桩架8的中轴线L8恰好重合，则此处可不必再调整，直接根据步骤S20吊装第一段桩腿分段5。

在步骤S20中，第一段桩腿分段5的吊装合拢以固桩架8的中轴线L8为基准，第一段桩腿分段5穿过固桩架8内的升降系统7及主船体6内的围井9，第一段桩腿分段5的下端再与桩靴4装配焊接。

为便于桩腿分段5与桩靴4的焊接，较优地，桩靴4与第一段桩腿分段5的合拢缝W距围井底板92的距离H0大于等于0.5米，便于工人正常焊接施工。这一高度差可根据主船体6的布墩3和/或桩靴4的支撑胎架2进行调节，按照公式H2+H4+500＜H3+H92进行计算，其中，H2为支撑胎架2高度，H4为桩靴4高度，H3为布墩3高度，H92为围井底板92距船底板62的高度；在布墩3高度H3一定时，可通过调整支撑胎架2的高度H2来满足要求。

参阅图2至图5，升降系统7为液压插销式升降系统，该升降系统7包括相对于固桩架8固定的定环梁71、竖直向下安装于定环梁71上的液压缸72、安装于液压缸72输出轴721上而可相对于定环梁71升降的动环梁73。定环梁71上设有可水平移动的定环梁插销711，动环梁73上设有可水平移动的动环梁插销731。定环梁插销711和动环梁插销731均为四个，沿固桩架8中轴线L8周向均匀分布，各插销的水平移动轨迹的延长线与固桩架8中轴线L8垂直相交。

与升降系统7相应地，桩腿分段5上沿周向设有插销孔51，该插销孔51可与定环梁插销711、动环梁插销731相配合。

步骤S30中，利用升降系统7锁定第一段桩腿分段5时，即通过定环梁插销711或动环梁插销731与桩腿分段5上插销孔51的插接配合而锁定桩腿分段5。

在该过程中，如果第一段桩腿分段5合拢至桩靴4上后，升降系统7的定环梁插销711刚好与桩腿分段5上某一组插销孔51相对，可直接采用定环梁插销711锁定桩腿分段5。

对比参阅图4和图5，另外还可对比参阅图6和图7，若定环梁插销711和动环梁插销731均未与桩腿分段5上的插销孔51相对，则使液压缸72的输出轴721伸长而调整动环梁73的高度，当动环梁插销731与某一组插销孔51相对时，再使动环梁插销731向桩腿分段5方向伸出，与插销孔51相配合锁定桩腿分段5。

一并参阅图2、图6和图7，以下以一实例具体介绍桩腿的合拢过程。

一、准备阶段：

1、将桩靴4布置于围井9理论位置的正下方，根据桩靴4及第一段桩腿分段5的重量计算支撑胎架2的材料及数量，保证支撑胎架2是对称均匀布置的。

例如，在桩靴4重量T为95吨，第一段桩腿分段5重量T为215吨时，支撑胎架2总承重T=T+T=95+215=310吨，支撑点为13个，则平均每个支撑点承重T=T/13=24吨。

2、按照地面1承重能力，计算出布墩3数量，做好布墩方案，搭载主船体6。

3、主船体6搭载完毕，合拢安装固桩架8及升降系统7。

4、安装围井9，并根据精度要求机加工上导向板81和下导向板91，安装及加工过程以固桩架8的中轴线L8为基准，保证围井9的中轴线L9与固桩架8的中轴线L8重合。

5、确保升降系统7的各液压缸72可机械运动，使得动环梁73及其上的动环梁插销731可升降，且定环梁插销711与动环梁插销731均能水平运动。

二、合拢阶段：

1、调整桩靴4位置，根据上述准备阶段中固桩架8安装完毕后的实际中轴线L8重新定位桩靴4，使桩靴4中轴线L4与固桩架8中轴线L8的同轴度满足精度要求。另外，保证桩靴4与第一段桩腿分段5的合拢缝W在围井底板92以下至少500mm，以桩靴4高度H4=2480mm，布墩3高度H3=1500mm，围井底板92距船底板62的高度H92=3000mm进行计算，支撑胎架2高度H2＜H3+H92-H4-500=1500+3000-2480-500=580mm，H2可取整并增加余量取为300mm。

2、吊装第一段桩腿分段5，与桩靴4装配焊接，仍以固桩架8中轴线L8为基准。

3、伸缩升降系统7的液压缸72，利用动环梁插销731将桩腿分段5锁定于主船体6上。

4、确保锁定安全后，继续用龙门吊或其他吊机吊装合拢其他桩腿分段，在合拢的桩腿分段总高度满足试验要求后，完成桩靴4水压结构试验，试验完成后继续桩腿分段的合拢。如果龙门吊高度无法吊装完成所有桩腿分段的合拢，则可以使主船体6下水后继续进行桩腿分段的合拢。

以上是从单个桩腿合拢的角度进行详细描述，自升平台中一般具有三个或四个桩腿，每一桩腿均可按上述方法进行建造。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。