一种大直径水下桩沉桩辅助装置的制作方法

1.本实用新型具体涉及一种大直径水下桩沉桩辅助装置。


背景技术：

2.随着海上风电开发走向深水区，水下桩基础的钢管桩直径也增大，特别是浅层就出现岩层的风场。适用大直径钢管桩沉桩的打桩锤较少，因为深水大直径水下桩沉桩辅助装置重要需要严格控制，减小对打桩锤锤击能量损耗，尤其在水深不小于30米的水域进行桩径大于3米的钢管桩沉桩施工时，缺少专业的施工设备。
3.水下钢管桩基础的钢管桩桩顶一般均设计在水面以下，通常的沉桩施工方法是将钢管桩接长，沉桩过程将钢管桩打入至设计深度后，再将钢管桩在设计桩顶位置进行水下切割，该方法存在施工质量难控制、人工成本高、施工周期长的缺点；另一种施工方法是通过水下导向架和水下打桩锤将钢管桩打桩至设计桩顶位置，该方法存在钢管桩水下测量困难，沉桩质量控制困难的缺点。
4.公告号为cn207047855 u的中国实用新型专利，公开了“用于海上风电桩基础水下沉桩的送桩器”，该送桩器为一种沉桩辅助装置，该沉桩辅助装置应用于深水水下桩沉桩施工时，因为自身重量大，损耗锤击能量大，需要大直径打桩锤施工，并且一个打桩锤仅能用于一种直径的水下桩沉桩，施工设备的成本高。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种大直径水下桩沉桩辅助装置，旨在解决深水水下桩基础钢管桩直径大且规格多，打桩锤难以配套的问题。
6.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现。
7.一种大直径水下桩沉桩辅助装置，包括依次连接的套锤管段、变径管段、替打管段和插尖管段，所述套锤管段的外径与打桩锤匹配，所述变径管段过渡连接在所述套锤管段和所述替打管段之间，所述变径管段的直径自上而下逐渐变大并使所述变径管段的表面为光顺圆弧过渡，所述替打管段的主体外径与桩的外径相同，所述插尖管段的外径小于所述桩的内径。
8.本实用新型设置有变径管段，不仅可以降低装置的重量，减少打桩锤能量损耗，而且能够使一个小直径打桩锤通过不同的沉桩辅助装置对不同直径规格的桩施工，即一种打桩锤可以配套多种规格的桩。
9.本实用新型还具有以下优选设计：
10.本实用新型的所述套锤管段包括焊接连接的锤打锻造段和第一直径钢管段，所述锤打锻造段锻制为纵向截面上端厚、下端薄的锻件，且所述锤打锻造段各纵向截面内轮廓的上端与下端之间为光顺椭圆曲线过渡，具体地，所述锤打锻造段的椭圆曲线的短轴半径等于所述锤打锻造段上端与下端的厚度之差，长轴半径等于短轴半径的3倍或3倍以上，能有效减小应力集中，提高抗冲击能力，延长使用寿命。
11.本实用新型所述变径管段包括依次焊接连接的上过渡锻造段、过渡管段和下过渡锻造段，所述上过渡锻造段和所述下过渡锻造段均为直径由小变大的锻件，且所述上过渡锻造段、所述下过渡锻造段的表面为光顺圆弧过渡，减小应力集中。
12.本实用新型所述替打管段包括焊接连接的第二直径钢管段和替打锻造段，所述第二直径钢管段的外径与所述桩的外径相同，所述替打锻造段的上端与所述第二直径钢管段的直径相同，所述替打锻造段下端的直径比所述桩的内径小，所述替打锻造段的上端与下端之间的外轮廓形成一个用于与所述桩的桩顶匹配的环形凸台面，所述替打锻造段各纵向截面内轮廓的上端与下端之间为光顺椭圆曲线过渡，具体地，所述替打锻造段的椭圆曲线的短轴半径等于所述替打锻造段上端与中部最厚处二者的厚度差，长轴半径等于短轴半径的3倍或3倍以上，减小应力集中。
13.作为一种可行的实施方式，所述替打锻造段下端的外径比所述桩的内径小10mm～20mm。
14.本实用新型所述插尖管段包括依次焊接连接的第一护筒钢管段、过渡护筒钢管段、第二护筒钢管段和倒尖护筒钢管段，所述第一护筒钢管段的外径与所述替打锻造段下端的外径相同，所述过渡护筒钢管段过渡连接在所述第一护筒钢管段和所述第二护筒钢管段之间，所述第二护筒钢管段的外径小于所述第一护筒钢管段，所述倒尖护筒钢管段的下端具有用于导向的倒尖。
15.作为一种可行的实施方式，所述插尖管段的下端内侧设置由加强筋板、上环形加强板和下环形加强板连接构成的加强组件。
16.本实用新型具有以下有益效果：
17.1.深水水下桩沉桩需要的超长的沉桩辅助装置，本实用新型通过变径式设计，不仅能有效控制装置重量，减少对打桩锤能量损耗，而且实现了一个打桩锤用于多种直径的钢管桩沉桩。
18.2.沉桩辅助装置使用过程主要承受冲击载荷，超长沉桩辅助装置合理设计十分关键，本沉桩辅助装置在关键位置处设计了锤打锻造段、上过渡锻造段、下过渡锻造段和替打锻造段4个锻造段，并使得结构在变径或者突变位置能够光顺过渡，减小应力集中，降低冲击疲劳，能有效提高沉桩辅助装置的冲击韧性与疲劳极限，延长沉桩辅助装置使用寿命。
附图说明
19.图1是本实用新型一种大直径水下桩沉桩辅助装置的俯视图；
20.图2是图1中一种大直径水下桩沉桩辅助装置的a-a剖视图；
21.图3是图2中一种大直径水下桩沉桩辅助装置的b部放大图；
22.图4是图2中一种大直径水下桩沉桩辅助装置的c部放大图；
23.图5是图2中一种大直径水下桩沉桩辅助装置的d部放大图；
24.图6是实施例中一种锤打锻造段的剖视图；
25.图7是实施例中一种上过渡锻造段的剖视图；
26.图8是实施例中一种下过渡锻造段的剖视图；
27.图9是实施例中一种替打锻造段的剖视图。
28.附图标记说明：1、套锤管段，1-1、锤打锻造段，1-2、第一直径钢管段，2、变径管段，
2-1、上过渡锻造段，2-2、过渡管段，2-3、下过渡锻造段，3、替打管段，3-1、第二直径钢管段，3-2、替打锻造段，4、倒尖管段，4-1、第一护筒钢管段，4-2、过渡护筒钢管段，4-3、第二护筒钢管段，4-4、倒尖护筒钢管段，4-5、加强筋板，4-6、上环形加强板，4-7、下环形加强板。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例，详细说明本实用新型的技术方案，以便本领域普通技术人员更好地理解和实施本实用新型的技术方案。
30.如图1至图9所示，一种大直径水下桩沉桩辅助装置，尤其适用在水深不小于30米的水域进行桩径大于3米的钢管桩沉桩施工，包括依次连接的套锤管段1、变径管段2、替打管段3和插尖管段4，本实施例选用焊接连接，套锤管段1的外径与打桩锤匹配，变径管段2过渡连接在套锤管段1和替打管段3之间，变径管段2的直径自上而下逐渐变大并使变径管段2的表面为光顺圆弧过渡，替打管段3的主体外径与桩的外径相同，插尖管段4的外径小于所述桩的内径。
31.作为优选实施例：
32.套锤管段1包括焊接连接的锤打锻造段1-1和第一直径钢管段1-2，如图6所示，锤打锻造段1-1锻制为纵向截面上端厚、下端薄的锻件，且锤打锻造段1-1各纵向截面内轮廓的上端与下端之间为光顺椭圆曲线过渡，具体地，如图6所示，锤打锻造段1-1的椭圆曲线的短轴半径等于锤打锻造段1-1上端与下端的厚度之差，长轴半径等于短轴半径的3倍或3倍以上，能有效减小应力集中，提高抗冲击能力，延长使用寿命。
33.变径管段2包括依次焊接连接的上过渡锻造段2-1、过渡管段2-2和下过渡锻造段2-3，上过渡锻造段2-1和下过渡锻造段2-3均为直径由小变大的锻件，且上过渡锻造段2-1、下过渡锻造段2-3的表面为光顺圆弧过渡，减小应力集中，参见图7和图8。
34.替打管段3包括焊接连接的第二直径钢管段3-1和替打锻造段3-2，第二直径钢管段3-1的外径与所述桩的外径相同，替打锻造段3-2的上端与第二直径钢管段3-1的直径相同，替打锻造段3-2下端的直径比所述桩的内径小，结合图9所示，替打锻造段3-2的上端与下端之间的外轮廓形成一个用于与所述桩的桩顶匹配的环形凸台面，该环形凸台面用于和桩顶接触，替打锻造段3-2各纵向截面内轮廓的上端与下端之间为光顺椭圆曲线过渡，具体地，该椭圆曲线的短轴半径等于替打锻造段3-2上端与中部最厚处二者的厚度差，长轴半径等于短轴半径的3倍或3倍以上，减小应力集中。
35.作为一种可行的实施方式，替打锻造段3-2下端的外径比所述桩的内径小10mm～20mm，便于替打锻造段3-2下端从桩顶插入桩的内部进行连接。
36.插尖管段4包括依次焊接连接的第一护筒钢管段4-1、过渡护筒钢管段4-2、第二护筒钢管段4-3和倒尖护筒钢管段4-4，第一护筒钢管段4-1的外径与替打锻造段3-2下端的外径相同，过渡护筒钢管段4-2过渡连接在第一护筒钢管段4-1和第二护筒钢管段4-3之间，第二护筒钢管段4-3的外径小于第一护筒钢管段4-1，倒尖护筒钢管段4-4的下端具有用于导向的倒尖。
37.作为一种可行的实施方式，插尖管段4的下端内侧设置由加强筋板4-5、上环形加强板4-6和下环形加强板4-7连接构成的加强组件。
38.本实用新型通过设置变径管段，使得小尺寸的打桩锤可以适用大直径水下桩的施
工，并降低了设备重量，减少打桩过程中锤击能量的损失。
39.上述实施例仅是本实用新型较优实施例，但并不能作为对实用新型的限制，任何基于本实用新型构思基础上作出的变型和改进，均应落入到本实用新型保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载为准。