一种自动吊桩方法与流程

本发明涉及一打桩船的吊桩方法，尤其涉及一种自动吊桩方法。

背景技术：

打桩船是一种海上打桩设备，通过打桩船将立桩安装在海下的土层中，立桩安装完成后即可在立桩上安装风力发电等作业平台。随着沿海地区扩大开放与纵深发展的需求和国家对环海经济圈的战略布局推动，沿海区域水上工程项目日益增加，为适应深水港码头、跨海大桥、海上风电基础等工程项目建设，打桩船逐渐向大型化、自动化方向发展。同时，海上桩基工程对打桩船作业精度和效率的要求不断提高，但桩基工程施工受风力、洋流、水深、地质等条件的影响和环境条件制约，传统的打桩施工工艺和装备不能满足安全和工期要求。

打桩船在海上打桩需要完成打桩船与运桩船就位、划桩、吊桩、测量定位、自沉稳桩、偏位调整、锤击沉桩、停锤验桩等过程。而目前打桩船吊桩主要采用人工经验与实时观测的方式，操作人员根据以往操作经验再配合观察员的观测，缓慢的调整吊桩过程中桩的位置与姿态，不仅耗费大量的时间而且难以保证最终立桩的准确。尤其是在海上根据海基地址的不同和要求不同，需要打入海基的桩的长度、直径都不一样。这就要求打桩船需要能够为不同长度、不同直径的进行吊桩和定位。但是现有技术中，打桩船与运桩船就位、划桩、吊桩、测量定位都是依靠人工经验完成。这势必导致精度和效率的低下。

现有专利大多不关注提高吊桩过程的效率与吊桩的准确性，例如在专利cn201910531350.3和cn201910188578.7中，对于打桩船打桩全过程中的吊桩过程只是粗略提及，没有说明如何吊桩；又如在专利cn201710303120.2以及cn201310267925.8中，通过增设装置保障吊桩过程的安全性，但是对于如何提高吊桩效率没有涉及。

此外，打桩船上设置的抱桩机构相对于抱桩船的甲板之间的高度是固定。由于桩的长度有时候比较短，因此，在将运桩船上的桩运输至打桩船并将桩在打桩船上吊正时，需要人工观察桩和抱桩机构之间的相对位置，以使被吊正的桩能够被抱桩机构抱紧。但是由于所述抱桩机构通常需要安装在桩架的外侧，因此，在打桩船上的操作人员的视线容易被桩架阻挡，从而使得吊桩需要反复多次地进行，这势必会导致吊桩效率的下降。

此外，由于桩在被吊正之前，是通过运桩船运输，而运桩船为了更多地运输桩以及保证运输时的安全性，桩都是横放在运桩船上。因此，在需要将桩以竖直方向吊正于所述打桩船时，还得将桩竖立。而桩通常比较重，一旦倒下很容易导致成工作人员受伤。另外，这样的吊桩方式也降低了吊桩的效率。

更重要的是，由于桩的长度不一，因此，不同长度的桩在被吊正后，其相对于打桩船的位置是不同的，因此，吊正后的桩的底面的位置无法保持在同一水平面，因而给后续打桩带来困扰。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种自动吊桩方法，其中所述打桩船能够自动地将桩吊正。

本发明的另一个目的在于提供一种自动吊桩方法，其中所述打桩船能够适于将不同直径和不同长度的桩吊正。

本发明的另一个目的在于提供一打桩船及其吊正方法，其中所述打桩船能够将运桩船上的桩运快速地调整至吊正位置，以提高吊桩的效率。

本发明的另一个目的在于提供一种自动吊桩方法，其中所述打桩船包括一抱桩机构，其中所述打桩船能够自动地将桩的底面吊至低于所述抱桩机构的竖直位置，从而使不同尺寸的桩都能够被所述抱桩机构抱紧。

为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一种自动吊桩方法，其中自动吊桩方法包括以下步骤：

(s1)根据当前每个吊桩调整组件的有关参数和需要被起吊的桩的参数，确定一基准平面和一最高基准点，其中所述基准平面为所述桩被竖直悬吊于吊桩调整组件的连桩件时，所述桩底面所在的水平平面，其中所述基准最高点为所述桩被竖直悬吊于所述连桩件时，距离所述基准平面最远的所述连桩件顶部平面的一点；

(s2)以所述基准平面和所述最高点为参照面和参照点，拟测在所述桩的底面处于所述基准平面时，每个所述吊绳所收放的长度；

(s3)通过每个吊桩调整组件的绳收放装置，释放吊绳，以允许所述连接于所述吊绳端部的每个所述连桩件分别能够被连接于所述桩上的被吊件；

(s4)通过控制机械臂，自动地将连接所述被吊件和所述连桩件；和

(s5)通过控制所述绳收放装置，收放所述吊绳至拟测的每个所述吊绳所收放的长度，以吊正所述桩。

根据本发明一实施例，所述自动吊桩方法包括以下步骤：

在所述步骤(s5)之前，通过控制所述吊绳，平放所述桩至与所述基准平面平行的一个水平平面。

根据本发明一实施例，所述水平平面为所述基准平面所定义的一x-y平面，且所述桩的中心点与由所述x-y平面和垂直于所述x-y平面的垂直方向形成的z轴所定义的一x-y-z平面的原点重合。

根据本发明一实施例，所述自动吊桩方法包括以下步骤：

通过控制所述吊绳沿着z轴，提升所述桩至少一预定高度。

根据本发明一实施例，所述预定高度为

其中所述桩的直径为d1，其中所述桩的长度b1。

根据本发明一实施例，所述基准平面相对于海平面的高度小于设置于打桩船上的抱桩器相对于海平面的高度。

根据本发明一实施例，所述步骤(s5)包括：

通过控制所述绳收放装置，以所述y轴为旋转轴，且以提升所述预定高度后的所述桩的中心为旋转中心，转动所述桩90度，以吊正所述桩。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了本发明所述打桩船的侧视图。

图2示出了本发明所述桩在从水平状态被吊正时的示意图。

具体实施方式

以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

结合说明书附图1至图2，依本发明一较佳实施例的一打桩船100将在以下被详细地阐述。具体地，所述打桩船100包括一船体10，其中所述船体10具有一甲板11。所述打桩船100还包括一控制装置20、一桩架30以及至少三个吊桩调整组件40，分别为第一吊桩调整组件40a、第二吊桩调整组件40b和第三吊桩调整组件40c。

每个所述吊桩调整组件40包括一连桩件41、一吊绳42以及一绳收放装置43。每个所述吊桩调整组件40的所述吊绳42的一端被可收放地连接于所述绳收放装置43。每个所述吊桩调整组件40的所述连桩件41被固定于所述吊绳42的另一端。每个所述吊桩调整组件40的所述绳收放装置43被固定于所述甲板11。

也就是说，所述第一吊桩调整组件40a包括一第一连桩件41a、一第一吊绳42a以及一第一绳收放装置43a。所述第二吊桩调整组件40b包括一第二连桩件41b、一第二吊绳42b以及一第二绳收放装置43b。所述第三吊桩调整组件40c包括一第三连桩件41c、一第三吊绳42c以及一第三绳收放装置43c。

所述打桩船100还包括一束绳器50。所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c各自的一端穿过所述束绳器50后，分别与所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c固定连接，从而使所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c的受力点都能够集中在所述束绳器50。

所述桩架30以保持与所述甲板11垂直的方式被支撑于所述船体10，以在高于所述船体10的所述甲板11的一预定高度形成一高端部31。每个所述吊绳42被横跨所述桩架30的所述高端部31后，固定有所述连桩件41的所述吊绳42一端在重力的作用下竖直悬挂于所述高端部31。

优选地，所述桩架30的所述高端部31设有至少一组定滑轮60，其中所述吊绳42跨过所述桩架30的所述高端部31时，被所述定滑轮60支撑。从而使得所述吊绳42在被收起或被放松时，能够快速地滑动。

所述第一绳收放装置43a、所述第二绳收放装置43b以及所述第三绳收放装置43c分别被可控制地连接于所述控制装置20，从而使每个所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c都能够被所述控制装置20而自动地收放。

参考图2，所述连桩件41被设置用于连接需要被固定的桩800。值得一提的是，每个所述桩800上设有至少三个被吊件801，具体为第一被吊件801a、第二被吊件801b以及第三被吊件801c，其分别用于对接一个所述连桩件41。

两个所述被吊件801被对称地设置于处于竖直放置时的所述桩800的两侧的同一高度位置，作为示例地，所述第一被吊件801a和所述第三被吊件801c被对称地设置于处于竖直放置时的所述桩800的同一高度位置两侧。另一个所述连接件被设置于处于竖直放置时的所述桩800上的另一个位置，如所述第二被吊件801b。

在所述桩800水平放置时所述第二被吊件801b与所述第一被吊件801a和所述第二被吊件801b中的一个处于同一高度，比如在本发明示例中，在所述桩800水平放置时，其中所述第二被吊件801b与所述第一被吊件801a处于同一高度。

作为示例地，所述第一被吊件801a、所述第二被吊件801b以及所述第三被吊件801c能够分别与所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c对接。而所述第一被吊件801a、所述第二被吊件801b以及所述第三被吊件801c能够分别与所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c对接的方式既可以通过人工操作的方式，也可以通过机械臂自动对接的方式，本发明不受此方面的限制。优选地，通过机械臂自动地进行对接。

值得一提的是，所述连桩件41被设置为吊钩，对应地，所述桩800上的所述被吊件801为挂耳。所述控制装置20可以被实施为具有控制功能的计算机等控制设备。所述绳收放装置43被实施为绞车。

所述控制装置20被设置能够按照预定的方式自动吊桩。所述控制装置20自动吊桩的方法包括步骤：

根据当前每个所述吊桩调整组件40的有关参数和所述桩的参数，确定一基准平面900和一最高基准点p，其中所述基准平面900为所述桩800被竖直悬吊于所述连桩件41时，所述桩800底面所在的水平平面，其中所述基准最高点p为所述桩800被竖直悬吊于所述连桩件41时，距离所述基准平面900最远的所述连桩件41顶部平面的一点。

无论所述桩800的直径和长度为多少，所述桩800被吊正后，所述桩800的底面都保持在所述基准平面900。所述桩800被吊正以后，所述桩800的轴线800将与所述基准平面900垂直。因此，可以定义所述基准平面900为一x-y轴平面，所述桩800的轴线方向为z轴。

但是由于所述桩800的长度和直径不同，因此，所述桩800被吊正以后，所述最高基准点p相对于所述船体10的高度不同。而所述基准平面900始终在所述x-y轴平面，因此，尽管所述桩800的直径和长度有所不同，只要所述桩被吊正后，其底面始终保持在所述基准平面900，则无论所述桩的长度和直径是多少，所述桩被吊正时，所述桩的底面都能够保持在所述基准平面，也即所述x-y轴平面上。

所述控制装置20自动吊桩的方法还包括：拟测在所述桩800的底面处于所述基准平面900时，每个所述吊绳42所收放的长度。

当所述桩800的底面需要被调整至所述基准平面900时，所述桩800上的所述第一被吊件801a、所述第二被吊件801b以及所述第三被吊件801c分别与所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c连接。所述控制装置20根据拟测的所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c收放的长度，分别控制所述第一绳收放装置43a、所述第二绳收放装置43b以及所述第三绳收放装置43c收放所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c，进而能够使所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b和所述第三吊绳42c同时调整所述桩800，以使所述桩800的底面处于所述基准平面900时。

比如说，在所述桩800被吊正以后，所述第一吊绳42a和所述第三吊绳42c在所述定滑轮60和所述p点之间的长度为δh1，其中，δh1＝h-h1。

h为支撑所述吊绳42b于所述高端部31的所述定滑轮60的圆心与所述基准平面900之间的竖直距离；

h1是所述点p距离所述基准平面900的高度。且

其中h2为所述第一连桩件41a和所述第三连桩件41c的自身长度，其中所述桩800的直径为d1。每个所述连桩件41中心距所述桩800的圆柱面距离为d2，其中所述桩的长度b1，其中吊耳中心距桩体中心距b2。

此时，所述p点在所述x-y-z坐标系中的坐标为(0,0,h1)。

所述自动吊桩的方法还包括步骤：

释放所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c，以允许所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c端部连接的所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c分别能够被连接于所述桩800上的所述第一被吊件801a、所述第二被吊件801b以及所述第三被吊件801c；和

通过控制机械臂自动地将所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c分别连接于所述桩800上的所述第一被吊件801a、所述第二被吊件801b以及所述第三被吊件801c。

优选地，而当需要将所述运桩船上处于水平放置状态的所述桩800吊正时。首先可以通过控制所述第一绳收放装置43a、所述第二绳收放装置43b以及所述第三绳收放装置43c分别释放所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c，以便于能够将所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c上的所述第一连桩件41a、所述第二连桩件41b以及所述第三连桩件41c分别连接于所述桩800上的所述第一被吊件801a、所述第二被吊件801b以及所述第三被吊件801c。

随后，所述第一绳收放装置43a、所述第二绳收放装置43b以及所述第三绳收放装置43c自动地控制所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c收缩，以从所述运桩船上吊离所述桩800，直至所述桩800的轴线保持在所述基准平面900上。优选地，在本发明中，被吊离所述运桩船上的所述桩800在所述基准平面900时，其轴线与所述y轴重合，所述桩800的中心为所述x-y-z坐标系的原点。

再随后，通过控制第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c，以所述桩800的中心为轴点在竖直平面内转动90度，且使所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c分别达到所述拟测的收放长度，进而使所述桩800被吊正。

可以理解的是，由于最终所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c处于所述拟测的收放长度，则所述桩800被吊正后，所述桩800的底面将位于所述基准平面900上。

值得一提的是，通过上述方式，无论所述桩800的长度和直径为多少，所述桩800被自动吊正后，其底面始终能够保持同一个水平高度。这样，便于后续的打桩操作。

更值得一提的是，所述打桩船100还包括一抱桩器70，其中所述基准平面900相对于所述海平面的高度低于所述抱桩器70相对于所述海平面的高度。由此，当所述桩800通过上述方式被吊正以后，所述桩800始终处于能够被所述抱桩器70抱紧的位置。

在本发明的另一个示例中，在所述桩800的轴向位于所述基准平面900之后，为了使所述桩800在后续转动的过程中不会与海平面发生接触而导致所述桩架30受到的压力过大，通常会起吊所述桩800。

具体地，在所述桩800的轴向位于所述基准平面900且所述桩800的轴线与z轴重合时，将所述桩800沿z轴提升至少一预定高度。优选地，所述预定高度为：

其中所述桩的直径为d1，其中所述桩的长度b1，其中被实施为吊耳的所述被吊件801中心距桩体中心距b2。

起吊所述桩800时，所述第一吊绳42a和所述第二吊绳42b同步地收缩，其中所述第一吊绳42a和所述第二吊绳42b受力相同，而所述第三吊绳42c始终保持松弛状态。当所述桩800沿z轴提升至少所述预定高度后，所述第一吊绳42a连接于所述第一连桩件41a的端部和所述第二吊绳42b连接于所述第二连桩件41b的端部分别距离p点的距离为所述第三吊绳42c连接于所述第三连桩件41c的端部距离p点的距离为：而所述第一吊绳42a和所述第二吊绳42b同步收缩的长度为

随后，通过所述第三钢丝42c，以所述y轴为旋转轴，且以提升所述预定高度后的所述桩800的中心为旋转中心，使所述桩800转动90度，则刚好所述桩800处于所述吊正状态。

此时，在所述桩800由水平状态转至竖直状态时，所述第一吊绳42a、所述第二吊绳42b以及所述第三吊绳42c各自需要收放的长度为：

其中b3为吊耳中心距桩坐标系原点的距离，

θ为桩在旋转过程中其中心线与打桩船水平面的夹角，

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。