一种用于插设塑料排水板的静压桩船的制作方法

本发明涉及一种软基处理及施工机械技术领域，尤其是涉及一种用于插设塑料排水板的静压桩船，其在不同土壤、有无退潮水流工况下，能够满足实际的施工作业要求，通过静压施工方式将塑料排水板插入土壤中，排水、固结，改善土壤特性，提高软基础的承载能力，使软基础土壤形成具有一定强度的固结土体。

背景技术：

随着海洋经济的快速建设，塑料排水法加固软基础技术的发展，对成套技术装备的自动化、智能化、环境保护功能，技术、经济指标，尤其是插设深度、桩架高度、质量等要求越来越高。

现有的塑料排水板插设装备虽然能够完成塑料排水板的插设，但是，一方面，塑料排水板的送带、剪断需要人工完成，这导致工作效率低，施工质量差，劳动强度大，操纵不便，工作可靠性、适用性差；另一方面，塑料排水板的插设基本是利用振动方式来实现的，然而振动产生的噪声大，尤其是施工区域在离居民区比较近时，噪声会严重影响居民的正常生活。特别是工作效率和施工质量方面表现尤为突出，目前一直没有得到有效地解决。为适应和改变塑料排水板插设装备行业技术落后，满足在不同土壤、有无退潮水流工况下实际的施工作业要求，使之处于国内、外塑料排水板插设成套技术装备行业的技术领先水平，迫切需要研究出一种新技术的高端装备，与此相适应。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种工作可靠性、安全性高，插设效率高、施工质量好，环保、适用性好，无噪声的用于插设塑料排水板的静压桩船，其在不同土壤、有无退潮水流工况下，能够满足实际的施工作业要求，通过静压施工方式将塑料排水板插入土壤中，排水、固结，改善土壤特性，提高软基础的承载能力，使软基础土壤形成具有一定强度的固结土体。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于插设塑料排水板的静压桩船，包括双体船，所述的双体船的船首与船尾之间具有一个中空的施工作业区域，所述的双体船上设置有用于输送、插设和剪断排水板的静压作业系统，所述的双体船上设置有带动所述的静压作业系统在所述的施工作业区域内来回移动的移动装置，所述的移动装置带动所述的静压作业系统在所述的施工作业区域内对不同的作业位置施工。

所述的静压作业系统包括桩架、插设机构、动力传递机构、剪断机构、自调式绳索张紧机构以及用于控制所述的插设机构和所述的动力传递机构的操纵控制系统，所述的移动装置包括沿所述的施工作业区域纵向移动的纵移台车，所述的纵移台车上设置有沿所述的纵移台车横向移动的横移台车，所述的桩架通过支撑机构竖直设置在所述的横移台车上，所述的插设机构包括桩管传力座和多个用于输送排水板的桩管，所述的桩管传力座滑动连接在所述的桩架上，所述的桩管竖直间隔设置在所述的桩管传力座的下端，所述的动力传递机构设置在所述的桩架上，所述的动力传递机构与所述的桩管传力座相连接，所述的剪断机构设置在所述的桩架底部，当所述的桩架处于工作状态时，所述的动力传递机构驱动所述的桩管传力座使装有排水板的所述的桩管插入所述的施工作业区下的软基础中，所述的排水板插入到位后所述的动力传递机构驱动所述的桩管传力座使所述的桩管拔出所述的软基础，所述的剪断机构剪断所述的排水板。

所述的支撑机构包括第一支撑构件和第二支撑构件，所述的第一支撑构件的底部固定在所述的横移台车上，所述的第一支撑构件的顶部与所述的第二支撑构件相铰接，所述的第二支撑构件为u型结构的支撑框架，所述的第二支撑构件上设置有用于支撑或倾倒所述的第二支撑构件的倾倒油缸，所述的倾倒油缸的一端连接在所述的横移台车上，所述的倾倒油缸的另一端铰接在所述的第二支撑构件上，所述的桩架卡入所述的第二支撑构件内，所述的第二支撑构件与所述的桩架滑动配合，所述的桩架与所述的第二支撑构件之间设置有用于驱动所述的桩架上升/下降的升降装置，所述的升降装置包括升降油缸、设置在所述的桩架上的滑动支撑板和设置在滑动支撑板上的自动锁紧油缸，所述的第二支撑构件上设置有下支撑座，所述的升降油缸的一端固定设置在所述的下支撑座上，所述的升降油缸的活塞杆的自由端可伸入所述的滑动支撑板并通过所述的自动锁紧油缸固定在所述的桩架上，所述的升降油缸的活塞杆可带动所述的桩架上下滑动，所述的第二支撑构件上设置有多个机、气或液控锁紧销，所述的桩架上面设置有多个与所述的锁紧销相匹配的锁紧销孔，工作时，所述的升降油缸驱动所述的桩架上下滑动到所需位置，所述的桩架通过所述的锁紧销固定，所述的桩架的下端处于所述的施工作业区域内，且所述的桩架与所述的纵移台车相连接。

所述的桩管传力座为滑动设置在所述的桩架内部的内置桩管传力座或设置在桩架外部的外置桩管传力座，所述的桩架的内部设置有内置滑道，所述的桩架的外侧面上设置有外置滑道，所述的内置桩管传力座的两端设置有与所述的内置滑道相匹配的滑轮组，所述的外置桩管传力座的内侧面上设置有与所述的外置滑道相匹配的滑轮组，所述的内置桩管传力座或所述的外置桩管传力座上均设置有用于调整相邻两个所述的桩管之间间距的间距调整件。由于桩架上设置有内置滑道或外置滑道，所以桩管传力座既可以为设置在桩架的内部的内置桩管传力座，又可以为设置在桩架的外侧面上的外置桩管传力座，当然也可以同时设置在桩架的内部和桩架的外部，施工时，可根据实际工况选择，方便施工，提高工作效率和排水板插设的适应性；当桩管传力座为外置桩管传力座设置在桩架的外侧面上时，可以延伸外置桩管传力座的长度，增设桩管的数量，扩大排水板的插设范围，适应性强；桩管传力座上设置有间距调整件，保证桩管间距在0.8~2.5m范围内。

所述的桩架上滑动设置有用于保证所述的桩管稳定地工作的平衡装置，所述的平衡装置包括平衡架和用于调节所述的桩管稳定的平衡锤，所述的平衡架上设置有穿过所述的桩管的空间，所述的桩管包括内腔相连通的中空伸缩套管和中空插设头，所述的中空伸缩套管包括多个中空套管，相邻的两个所述的中空套管的首尾相伸缩套接，相邻的两个所述的中空套管的首尾伸缩套接处设置有密封件，位于顶端的所述的中空套管的头部固定在所述的内置桩管传力座或所述的外置桩管传力座的下端，所述的中空套管穿过所述的平衡架，且位于底端的所述的中空套管的尾部与所述的中空插设头相连接。

所述的动力传递机构包括第一钢丝绳、第二钢丝绳、设置在所述的横移台车上的第一卷扬机、设置在所述的桩架或所述的第二支撑构件上的第二卷扬机、设置在所述的第二支撑构件的顶端的第一导向滑轮、设置在所述的桩架顶端的第二导向滑轮和设置在所述的桩架上的第三导向滑轮，所述的第一钢丝绳的一端与所述的第一卷扬机相连接，所述的第一钢丝绳的另一端依次绕过所述的第一导向滑轮、所述的第二导向滑轮与所述的桩管传力座相连接；所述的第二卷扬机为双出绳卷扬机，所述的第二钢丝绳环绕在所述的第二卷扬机上，所述的第二钢丝绳的一端固定在所述的桩管传力座的上端，所述的第二钢丝绳的另一端依次绕过所述的第二导向滑轮、所述的第三导向滑轮与所述的桩管传力座的下端相连接。

所述的剪断机构采用机、电、气或液控制，所述的剪断机构为滑动设置在所述的桩架内部的内置剪断机构或设置在所述的桩架外部的外置剪断机构，所述的内置剪断机构包括刀片安装架、设置在所述的刀片安装架内的刀片、两个横向设置在所述的刀片安装架上的刀片滑道和用于驱动所述的刀片往复直线运动的剪断油缸，所述的刀片安装架与所述的第一钢丝绳相连接，所述的刀片的两端分别伸入相应的所述的刀片滑道，所述的剪断油缸的一端固定设置在所述的刀片安装架上，所述的剪断油缸的活塞杆的自由端与所述的刀片相抵接。在此，采用剪断油缸驱动剪断排水板，具有工作效率高、施工质量好、降低劳动强度、操纵方便、工作可靠性且适用性好的优点。

所述的自调式绳索张紧机构设置于所述的桩架下部且位于所述的剪断机构的上方，所述的自调式绳索张紧机构包括用于控制绳索张紧度的绳索张紧油缸和绳索张紧滑轮，所述的绳索张紧油缸一端安装在所述的桩架上，所述的绳索张紧油缸的另一端通过绳索张紧滑轮与所述的第二钢丝绳相连接。绳索张紧度由绳索张紧油缸控制，可自动调整，也可手动调整；在此，采用绳索张紧油缸调整绳索张紧度，具有工作效率高、施工质量好、降低劳动强度、操纵方便、工作可靠性且适用性好的优点。

所述的桩架上滑动设置有吊笼，所述的横移台车上设置有第三卷扬机，所述的第三卷扬机上设置有第三钢丝绳，所述的第三钢丝绳绕过所述的第二导向滑轮与所述的吊笼相连接。在此，吊笼用于承载工人，吊笼通过第三卷扬机和第三钢丝绳驱动沿桩架滑动，便于工人安装、维修和保养。

所述的双体船的一端竖直设置有用于支撑所述的桩架的第一支承，当所述的桩架处于非工作状态时，所述的倾倒油缸驱动所述的第二支撑构件带动所述的桩架整体向前倾倒支撑在所述的第一支承上。

所述的双体船的另一端竖直设置有用于支撑所述的桩架的第二支承，所述的第一钢丝绳、所述的第一卷扬机、所述的第一导向滑轮和所述的第二导向滑轮构成用于驱动所述的桩架向后倾倒的后倾装置，当所述的桩架处于持续非工作状态时，所述的桩架通过所述的第一钢丝绳、所述的第一卷扬机、所述的第一导向滑轮和所述的第二导向滑轮的作用带动所述的桩架整体向后倾倒支撑在所述的第二支承上。

所述的操纵控制系统包括操纵室、控制系统、定位系统、插设显示和摄像系统；所述的操纵室安装于所述的横移台车上，所述的操纵室内设置有用于控制所述的纵移台车、所述的横移台车、所述的第一卷扬机、所述的第二卷扬机、所述的第三卷扬机、所述的桩架升降和倾倒、绳索张紧、送带、插设、剪断等功能的机构，实现所述的排水板插设施工位置移位、定位、调整、送带、插设、剪断、插设显示和摄像。使静压桩船的施工作业位置定位精度高、偏差小，插设效率高、质量好。

所述的横移台车上设置有自动送带装置，可手动送带，也可由所述的操纵控制系统电、气或液控制，满足静压桩船按需输送和收紧所述的排水板的作业要求，保证静压桩船正常施工作业。

所述的桩架包括多个桩架本体，相邻两个所述的桩架本体首尾固定连接，设置在中上部的所述的桩架本体上连接有支撑斜杆，当所述的桩架处于工作状态时，所述的支撑斜杆的底端固定于所述的横移台车上。在此，桩架由多个首尾固定的桩架本体组成，这样可以通过增减桩架本体的数量来调整桩架的高度，适应性强、便于制造、安装和运输。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该静压桩船包括设置在双体船上的中空的施工作业区，使静压桩船成为一个水上作业平台，能在不同土壤、有无退潮水流工况下，吃水和搁浅施工作业，满足实际的工程建设要求，储备浮力大，工作可靠性、安全性高；由于双体船上设置有用于输送、插设和剪断排水板的静压作业系统，双体船上设置有带动静压作业系统在施工作业区域内来回移动的移动装置，移动装置带动静压作业系统在施工作业区域内对不同的作业位置施工。这样，通过移动装置可随时利用静压作业系统对所需施工的水下软基础进行塑料排水板输送、插设和剪断作业。其优点如下：

1）作业区域大，插设效率高、施工质量好、适用性好；

2）采用静压作业系统插设排水板，通过静压施工方式将排水板插入土壤中，排水、固结，改善土壤特性，提高软基础的承载能力，形成具有一定强度的固结土体；其排水板插设施工作业时无噪声、土壤无液化，有利益于环境保护、插设稳定。

附图说明

图1为本发明的静压桩船结构示意图；

图2为本发明的静压桩船的俯视结构示意图；

图3为图1中a-a处的剖视图；

图4为本发明的静压桩船非工作状态下桩架支撑在第一支承构件上的结构示意图；

图5为本发明的静压桩船非工作状态下桩架支撑在第二支撑构件上的结构示意图；

图6为图5中a处的放大图；

图7为本发明的静压桩船的桩管传力座与桩架装配后的剖视图；

图8为本发明的静压桩船的剪断机构与桩架装配后的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1和图2所示，一种用于插设塑料排水板的静压桩船，包括双体船1，双体船1为该静压作业系统的载体，双体船1内设置有独立的动力舱、油料舱、水舱、压载舱、藏储舱；动力舱内设置有轮机系统、消防系统和电气系统，轮机系统是满足该静压桩船运行、人员、安全需要所设置的全部设备和系统，最主要的是发电机组，发电机组是将机械能或其他可再生能源转变成电能的发电设备，保障该静压桩船所需电能；消防系统是预防和制止火灾的发生、蔓延和迅速灭火，减少损失的保障系统；电气系统是将发电机组产生的电能、传输、分配给负载设备，满足正常运行的保障系统；油料舱内储存的油料及水舱内储存的水用来满足动力、保障正常运行的；压载舱是调整该静压桩船的吃水和船体纵、横向的平稳及安全的稳心高度，减少船体变形，以免引起过大的弯曲力矩和剪切力，降低船体振动，改善空舱适行性；藏储舱是储存施工所需物品场所；双体船1的船首与船尾之间具有一个中空的施工作业区域2，双体船1上设置有用于输送、插设和剪断排水板的静压作业系统，双体船1上设置有带动静压作业系统在施工作业区域2内来回移动的移动装置3，移动装置3带动静压作业系统在施工作业区域2内对不同的作业位置施工。

在此具体实施例中，静压作业系统包括桩架4、插设机构5、动力传递机构6、剪断机构12、自调式绳索张紧机构13以及用于控制插设机构5和动力传递机构6的操纵控制系统7，移动装置3包括沿施工作业区域2纵向移动的纵移台车31，纵移台车31上设置有沿纵移台车31横向移动的横移台车32，桩架4通过支撑机构竖直设置在横移台车32上，插设机构5包括桩管传力座51和多个用于输送排水板的桩管52，桩管传力座51滑动连接在桩架4上，桩管52竖直间隔设置在桩管传力座51的下端，桩管52内设置有通过排水板的通孔（图中未显示），动力传递机构6设置在桩架4上，动力传递机构6与桩管传力座51相连接，剪断机构12设置在桩架4底部，当桩架4处于工作状态时，动力传递机构6驱动桩管传力座51使装有排水板的桩管52插入施工作业区域2下的软基础中，排水板插入到位后动力传递机构6驱动桩管传力座51使桩管52拔出软基础，剪断机构12剪断排水板。

在此具体实施例中，如图3、图4所示，支撑机构包括第一支撑构件81和第二支撑构件82，第一支撑构件81的底部固定在横移台车32上，第一支撑构件81的顶部与第二支撑构件82相铰接，第二支撑构件82为u型结构的支撑框架，第二支撑构件82上设置有用于支撑或倾倒第二支撑构件82的倾倒油缸9，倾倒油缸9的一端连接在横移台车32上，倾倒油缸9的另一端铰接在第二支撑构件82上，桩架4卡入第二支撑构件82内，第二支撑构件82与桩架4滑动配合，桩架4与第二支撑构件82之间设置有用于驱动桩架4上升/下降的升降装置，升降装置包括升降油缸10、设置在桩架4上的滑动支撑板11和设置在滑动支撑板11上的自动锁紧油缸（图中未显示），第二支撑构件82上设置有下支撑座821，升降油缸10的一端固定设置在下支撑座821上，升降油缸10的活塞杆的自由端可伸入滑动支撑板11并通过自动锁紧油缸（图中未显示）固定在桩架4上，升降油缸10的活塞杆可带动桩架4上下滑动，第二支撑构件82上设置有多个机、气或液控锁紧销（图中未显示），桩架4上面设置有多个与锁紧销（图中未显示）相匹配的锁紧销孔（图中未显示），工作时，升降油缸10驱动桩架4上下滑动到所需位置，桩架4通过锁紧销（图中未显示）固定，桩架4的下端处于施工作业区域2内，且桩架与纵移台车相连接31。

在此具体实施例中，如图7所示，桩管传力座51为滑动设置在桩架4内部的内置桩管传力座511或设置在桩架4外部的外置桩管传力座512，桩架4的内部设置有内置滑道41，桩架4的外侧面上设置有外置滑道42，内置桩管传力座511的两端设置有与内置滑道41相匹配的滑轮组511a，外置桩管传力座512的内侧面上设置有与外置滑道42相匹配的滑轮组512a，内置桩管传力座511或外置桩管传力座512上均设置有用于调整相邻两个桩管52之间间距的间距调整件（图中未显示）。由于桩架4上设置有内置滑道41或外置滑道42，所以桩管传力座51既可以为设置在桩架4的内部的内置桩管传力座511，又可以为设置在桩架4的外侧的外置桩管传力座512，当然也可以同时设置在桩架4的内部和桩架4的外部，施工时，可根据实际工况选择，方便施工，提高工作效率和排水板插设的适应性；当桩管传力座51为外置桩管传力座512设置在桩架4的外侧时，可以延伸外置桩管传力座512的长度，增设桩管52的数量，扩大排水板的插设范围，适应性强；桩管传力座51上设置有间距调整件（图中未显示），保证桩管52间距在0.8~2.5m范围内；通过更换桩管传力座51或桩管52，可使静压桩船具有多种作业的施工功能，使其适应性更强。

在此具体实施例中，桩架4上滑动设置有用于保证桩管52稳定地工作的平衡装置，平衡装置包括平衡架53和用于调节桩管52稳定的平衡锤，平衡架53上设置有穿过桩管52的空间，桩管52包括内腔相连通的中空伸缩套管521和中空插设头522，中空伸缩套管521包括多个中空套管521a，相邻的两个中空套管521a的首尾相伸缩套接，相邻的两个中空套管521a的首尾伸缩套接处设置有密封件（图中未显示），位于顶端的中空套管521a的头部固定在内置桩管传力座511或外置桩管传力座512的下端，中空套管521a穿过平衡架53，且位于底端的中空套管521a的尾部与中空插设头522相连接。

在此具体实施例中，动力传递机构6包括第一钢丝绳61、第二钢丝绳62、设置在横移台车32上的第一卷扬机63、设置在桩架4或在第二支撑构件82上的第二卷扬机64、设置在第二支撑构件82的顶端的第一导向滑轮65、设置在桩架4顶端的第二导向滑轮66、设置在桩架4上的第三导向滑轮67，第一钢丝绳61的一端与第一卷扬机63相连接，第一钢丝绳61的另一端依次绕过第一导向滑轮65、第二导向滑轮66与桩管传力座51相连接；第二卷扬机64为双出绳卷扬机，第二钢丝绳62环绕在第二卷扬机64上，第二钢丝绳62的一端固定在桩管传力座51的上端，第二钢丝绳62的另一端依次绕过第二导向滑轮66、第三导向滑轮67与桩管传力座51的下端相连接。

在此具体实施例中，如图6和图8所示，剪断机构12采用机、电、气或液控制，剪断机构12为滑动设置在桩架4内部的内置剪断机构12a或设置在桩架4外部的外置剪断机构12b，内置剪断机构12a包括刀片安装架121、设置在刀片安装架121内的刀片122、两个横向设置在刀片安装架121上的刀片滑道123和用于驱动刀片122往复直线运动的剪断油缸124，刀片安装架121与第一钢丝绳61相连接，刀片122的两端分别伸入相应的刀片滑道123，剪断油缸124的一端固定设置在刀片安装架121上，剪断油缸124的活塞杆的自由端与刀片122相抵接。在此，采用剪断油缸124驱动剪断排水板，具有工作效率高、施工质量好、降低劳动强度、操纵方便、工作可靠性且适用性好的优点。

在此具体实施例中，自调式绳索张紧机构13设置于桩架4下部且位于剪断机构12的上方，自调式绳索张紧机构包括用于控制绳索张紧度的绳索张紧油缸131和绳索张紧滑轮132，绳索张紧油缸131一端安装在桩架4上，绳索张紧油缸131的另一端通过绳索张紧滑轮132与第二钢丝绳62相连接。绳索张紧度由绳索张紧油缸131控制，可自动调整，也可手动调整；在此，采用绳索张紧油缸131调整绳索张紧度，具有工作效率高、施工质量好、降低劳动强度、操纵方便、工作可靠性且适用性好的优点。

在此具体实施例中，桩架4上滑动设置有吊笼14，横移台车32上设置有第三卷扬机15，第三卷扬机15上设置有第三钢丝绳16，第三钢丝绳16绕过第二导向滑轮66与吊笼14相连接。在此，吊笼14用于承载工人，吊笼14通过第三卷扬机15和第三钢丝绳16驱动沿桩架4滑动，便于工人安装、维修和保养。

在此具体实施例中，双体船1的一端竖直设置有用于支撑桩架4的第一支承17，当桩架4处于非工作状态时，倾倒油缸9驱动第二支撑构件82带动桩架4整体向前倾倒支撑在第一支承17上。

在此具体实施例中，双体船1的另一端竖直设置有用于支撑桩架4的第二支承18，第一钢丝绳61、第一卷扬机63、第一导向滑轮65和第二导向滑轮66构成用于驱动桩架4向后倾倒的后倾装置，当桩架4处于持续非工作状态时，桩架4通过第一钢丝绳61、第一卷扬机63、第一导向滑轮65和第二导向滑轮66的作用带动桩架4整体向后倾倒支撑在第二支承18上。

在此具体实施例中，操纵控制系统7包括操纵室、控制系统、定位系统、插设显示和摄像系统；操纵室安装于横移台车32上，操纵室内设置有用于控制纵移台车31、横移台车32、第一卷扬机63、第二卷扬机64、第三卷扬机15、桩架4升降和倾倒、绳索张紧、送带、插设、剪断等功能的机构，实现排水板插设施工位置移位、定位、调整、送带、插设、剪断、插设显示和摄像。使静压桩船的施工作业位置定位精度高、偏差小，插设效率高、质量好。

在此具体实施例中，横移台车32上设置有自动送带装置19，可手动送带，也可由操纵控制系统7电、气或液控制，满足静压桩船按需输送和收紧排水板的作业要求，保证静压桩船正常施工作业。

在此具体实施例中，桩架4包括多个桩架本体43，相邻两个桩架本体43首尾固定连接，设置在中上部的桩架本体43上连接有支撑斜杆（图中未显示），当桩架4处于工作状态时，支撑斜杆（图中未显示）的底端固定于横移台车32上。在此，桩架4由多个首尾固定的桩架本体43组成，这样可以通过增减桩架本体43的数量来调整桩架4的高度，适应性强、便于制造、安装、运输和应用。

该静压桩船的工作过程为：将该静压桩船航至施工作业位置定位后，竖起桩架4，且在指定的桩位，通过升降油缸10将桩架4调整就位；启动动力源，操纵控制系统7，桩管52内导入排水板，第一卷扬机63或/和第二卷扬机64转动，桩管传力座51沿桩架4在一定的速度范围内上下滑动，桩管52插入土壤，当插设到施工所需深度时，停止插入；桩管52提升，同时，中空插设头522松开夹紧的排水板，排水板开始导出，导出后土壤快速填冲于排水板的两侧并压实，从而实现排水板的不回带，当桩管52提升到排水板露出碎石层，符合国家标准和实际工程要求时，中空插设头522夹紧排水板并且通过剪断机构12割断排水板，至此，完成一排水板插设的施工；随后，纵移台车31或横移台车32运动移至新的桩位，中空插设头522又插入土壤，进入下一个排水板插设的施工，如此往复完成排水板插设的整个施工作业。在完成排水板插设后，桩架4前倾支撑在第一支承17上或后倾支撑在第二支承18上，静压桩船处于非工作状态。