一种用于海洋大直径管桩安装中防溜桩控制装置

1.本发明属于海洋工程中的桩基工程领域，涉及一种用于海洋大直径管桩安装中防溜桩控制装置，可预防溜桩带来的工程灾害。


背景技术：

2.近年来，随着能源开发逐渐向海洋方向发展，海上风电设施的建设项目也逐年增加，而管桩作为海洋结构物的基础得到了广泛应用。与封闭桩相比，管桩的安装阻力较小。目前大直径长桩的直径可达2
‑
6米，长度超过100米，安装于海床上，用于支撑重型上部结构，抵抗恶劣环境风浪造成的巨大海上荷载。海上风机基础桩基安装时，常使用液压锤打桩安装，海上管桩有时需要在在整个节段中使用预制桩，在这种情况下，桩重可能超过600吨。
3.使用这种单段长而重的桩的一个严重的潜在问题是，溜桩的可能性显著增加。溜桩是指桩在贯入某些软弱土层时，在很少的锤击数下或是仅在桩和桩锤的自重作用下贯入很长距离。在软土地区沉桩施工时溜桩的现象时有发生。溜桩是沉桩过程中的重大隐患。一旦发生意外溜桩，可能会造成钢丝绳的严重破坏，使锤头失去锤头，甚至导致桩身消失或“完全入海”。急需发明一种能够快速安装且性能可靠的机构来限制桩基的下沉速度，减少溜桩的发生的风险。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术，本发明提出一种海洋大直径管桩安装施工发生溜桩时用于防止溜桩或控制溜桩速度的止溜装置。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于海洋大直径管桩安装中防溜桩控制装置，包括限位结构和限流装置，所述限流装置包括内钢环，所述内钢环设有中心透水孔，所述内钢环的底部设有限流板，所述限流板的外缘设有外钢环，所述外钢环的外径d1小于所述管桩的内径d2，所述限流板上设有加强肋；所述限位结构包括分别焊接在所述管桩内壁上、且位于所述限流板下端的第一限位环和位于所述外钢环上端的第二限位环，所述第一限位环的上端与管桩的内壁之间、所述第二限位环与管桩的内壁之间均焊接有n个周向均布的三角肋。
6.进一步讲，本发明所述的用于海洋大直径管桩安装中防溜桩控制装置，其中：
7.所述中心透水孔的直径根据管桩允许的最大贯入速度设计。
8.(d2
‑
d1)/2＞0.5cm。
9.所述第一限位环的径向尺寸为r，所述第二限位环和第一限位环的形状和尺寸一致；r＞(d2
‑
d1)/2+1cm；所述第一限位环和第二限位环之间的距离l大于所述外钢环的高度h，所述限流板在所述管桩轴向的活动范围在l
‑
h之间。
10.所述外钢环、所述内钢环和所述限位板的底面平齐。
11.所述外钢环的顶部设有上缘板，所述上缘板的内径小于所述第二限位环的内径。
12.所述加强肋包括3～8个按照周向上均布的肋板，所述肋板连接在所述内钢环、限
位板、外钢环和上缘板之间。
13.n＝3～8。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.本发明的防溜桩控制装置，结构简单合理，制作快捷，具有极大的经济性。限位装置便于安装与使用，可将作用在限流板底部较大的水压力转移到桩基上，从而限制桩基的过快下沉，达到止溜作用。
16.本发明中限流板的中心透水孔的直径根据管桩允许的最大贯入速度设计，其通水量可控制贯入速度，实现发生溜桩时控制管桩贯入速度，节省了打桩能量，具有经济环保的优点，同时防止速度过大而穿越设计的持力层。
附图说明
17.图1是本发明用于海洋大直径管桩安装中防溜桩控制装置安装示意图；
18.图2是图1中所示防溜桩控制装置三维示意图(二分之一部分)；
19.图3是图1中所示防溜桩控制装置的俯视图；
20.图4是图3所示防溜桩控制装置的i
‑
i剖面三维示意图(限流板悬挂在桩上)；
21.图5是图3所示防溜桩控制装置的i
‑
i剖面三维示意图(限流板支撑在桩上)。
22.图中：
23.10
‑
管桩
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
‑
限流装置
ꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
内钢环
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
限流板
[0024]3‑
肋板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
中心透水孔
ꢀꢀꢀꢀ
51
‑
外钢环
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
52
‑
上缘板
[0025]
61
‑
第一限位环
ꢀꢀꢀ
62
‑
第二限位环
ꢀꢀꢀ7‑
三角肋
具体实施方式
[0026]
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
[0027]
如图1所示，本发明提出的一种用于海洋大直径管桩安装中防溜桩控制装置，包括限位结构和限流装置20，所述限位结构焊接在所述管桩10的内壁上，所述限流装置20通过限位结构安装在所述管桩10内。
[0028]
如图2和图3所示，本发明中，所述限流装置20包括内钢环1，所述内钢环1设有中心透水孔4，所述中心透水孔4的直径根据管桩20允许的最大贯入速度设计，所述内钢环1的底部设有限流板2，所述限流板2的外缘设有外钢环51，所述外钢环51、所述内钢环1和所述限位板2的底面平齐。所述外钢环51的顶部设有上缘板52，所述外钢环51的外径d1小于所述管桩10的内径d2；所述限流板2上设有加强肋，所述加强肋包括3～8个按照周向上均布的肋板3。
[0029]
如图2和图3所示，本发明中的，所述限位结构包括分别焊接在所述管桩10内壁上、且位于所述限流板2下端的第一限位环61和位于所述外钢环51上端的第二限位环62，所述第一限位环61的径向尺寸即该限位环的宽度为r，第一限位环61的宽度比整个限流装置的整体结构即外钢环51的外径与管桩20内壁之间的距离大出1cm以上，即r＞(d2
‑
d1)/2+1cm；所述第二限位环62和第一限位环61的形状和尺寸一致，所述上缘板52的内径小于所述第二限位环62的内径，所述肋板3连接在所述内钢环1、限位板3、外钢环51和上缘板52之间，所述
第一限位环61的上端与管桩10的内壁之间、所述第二限位环62与管桩10的内壁之间均焊接有3～8个周向均布的三角肋7。所述第一限位环61和第二限位环62之间的距离l大于所述外钢环51的高度h，所述限流板2在所述管桩10轴向的活动范围在l
‑
h之间；所述限流板2与管桩20内壁之间具有0.5cm以上的间隙，即(d2
‑
d1)/2＞0.5cm，便于限位板2沿管桩10的轴线上下移动。
[0030]
将本发明防溜桩控制装置用于海洋大直径管桩安装的操作如下：
[0031]
设计本发明防溜桩控制装置有关部位的尺寸，主要包括：根据大直径的管桩10的直径d2确定限流板2的外径(即外钢环51的外径d1)，限流板10与大直径的管桩10之间具有0.5cm以上间隙，便于上下移动。根据管桩10可能的溜桩速度(最大贯入速度)与桩重，确定限流板2中间内钢环1的内径(即中心透水孔4的直径)，确保发生溜桩时限流板2对大直径管桩10提供足够的向上撑力。
[0032]
将被发明的防溜桩控制装置安装于管桩10内时，根据海床标高与桩的打入深度，确定防溜桩控制装置在大直径管桩10内的安装固定位置，保证防溜桩控制装置活动区间在水面下，海床面上，如果水深不够，使用前，提前往大直径管桩10内注水。
[0033]
将第一限位环61焊在在管桩10内壁选定的位置处，并沿该环的下部焊接多个三角肋7。第一限位环61的径向宽度大于限流板2与大直径管桩10之间的间隙距离1cm以上。
[0034]
将肋板3与外钢环51焊接在限流板2上，保证限流装置的稳固。
[0035]
将限流板2置于下方的第一限位环5的上面。
[0036]
在限流板2上方的一定距离处(保证限流板2的移动范围)焊接第二限位环62，并沿该环的上部焊接三角肋7，同理，上方的第二限位环62的径向宽度大于限流板2与大直径管桩10之间的间隙距离1cm以上。
[0037]
大直径管桩10施工时，当大直径管桩10在锤击下以正常的速度下沉，限流板2的位置如图4所示，此时限流装置悬挂在下方的第一限位环61上，对大直径管桩10的贯入影响较小。当大直径管桩10在锤击下发生溜桩现象时，限流板2的位置如图5所示，此时通过中心透水孔4对透水量进行限制，限流装置上升，撑在上部的第二限位环62的下面，给大直径管桩10向上的力，阻止桩以较快的速度下沉。
[0038]
按照上述操作，实现整个打桩过程中的防溜桩控制。
[0039]
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。