专利名称：将桩打入地层的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将桩打入地层的方法和装置，特别是但不限于打入带有局部水平面变化的不平整或起伏水下地层。
背景技术：
公知的是为水下打桩提供桩导向装置，例如参见W099/11872(快速框桩导向装置)、WOO1/92645 (鳍状框/从动桩导向装置)、W003/074795 (定向控制桩导向装置)、及TO2009/024739(倾斜框桩导向装置)中描述的海洋钢铁有限公司(Sea Steel Limited)的桩导向装置类别。然而，对于将桩打入带有局部水平面变化的不平整或起伏水下地层，此类桩导向装置是不理想的。这是因为此类水下地层趋向于在不同的位置以与相对于水平线而言呈不同的角度对桩导向装置进行支撑，这会导致以不同的、非竖直方位将桩打入地层。本发明旨在解决此类难题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种桩导向装置，其用于在将桩打入地层时对桩进行支撑，包括基框，其具有平面的地层接合面；及桩导向部件，其配置为在将桩打入地层时，所述桩导向部件沿预定方向对所述桩进行导向穿过其中，所述桩导向部件通过多个在所述桩导向部件和基框之间延伸的支撑部件安装到所述基框上；其特征在于，所述多个支撑部件中的至少一个的长度可调节，所述或各支撑部件的长度调节使得所述预定方向能够相对于所述基框的平面的地层接合面发生变化。由此，可改变所述桩导向部件相对于所述基框的方位，例如，用以容纳起伏的地层。至少在打桩过程中，可由所述多个支撑部件完全支撑所述桩导向部件。至少有三个支撑部件，例如，四个支撑部件。每个所述支撑部件可与所述桩导向部件间隔相等的距离。一个结构中，各所述支撑部件的长度可调节。至少有三个长度可调节的支撑部件，例如，四个长度可调节的支撑部件。所述至少三个长度可调节支撑部件可绕所述桩导向部件设置，以使所述预定方向的分量能够沿分别垂直于所述基框的平面的地层接合面的两个不同平面发生变化。所述两个不同平面相互垂直。由此，通过改变所述支撑部件的长度调节，使得所述桩导向部件的预定方向能够相对于所述基框描出大致圆锥形的轮廓。所述大致圆锥形的轮廓的最大半角为至少5°。所述或各长度可调节支撑部件包括接头装配件，其包括连接至所述基框的第一部件和连接至所述桩导向部件并且可相对于所述第一部件旋转的第二部件。该接头装配件形成为容纳所述桩导向部件相对所述基框的方位改变。所述接头装配件中，一个部件包括基本为球形的构件(例如，衬套构件)，并且另一部件可包括所述球形的构件可旋转地安装于其中的壳体(例如，凹槽)。所述球形构件可连接至细长构件(例如，杆)。这样，随着所述球形构件在所述壳体中旋转，所述细长构件的纵向轴线可相对于所述壳体枢转。所述球形构件可具有通孔，并且所述细长构件的一部分可在所述孔中滑动配合。这一结构也可允许当所述桩导向部件的导向相对于所述基框发生变化时，所述支撑部件的第二部件与至少一个其他支撑部件之间独立发生变化。一种形式中，所述桩导向部件的形状可为简单的中空圆柱体。另一形式中，所述桩导向部件可为W001/92645所揭露的与带有稳定鳍的桩一起使用的桩导向部件，或者如W003/074795所揭露的与带有定向控制凸片一起使用的桩导向部件，或者如W02007/066078所揭露的与这样的桩一起使用的桩导向部件，S卩，所述桩的外形与桩导向部件的相应外形交互以降低后者的破裂压力。一具体形式中，所述桩导向部件可为如W099/11872所揭露的，其包括两个分别能够在操作位置和非操作位置之间移动的部分。所述操作位置中，所述两个部分可界定出中空的圆柱体，以在将桩打入地层时对其进行导向。非操作位置中，两个部件相互分离(分别通过绕各自的枢转轴线从其操作位置枢转分离)，从而可在打桩锤不弄脏桩导向部件的情况下继续打桩并且将桩完全打入地层。所述桩导向部件的各部分可由一对长度可调节支撑部件进行支撑，所述各部分之间形成有枢转轴线， 所述桩导向部件的各部分在所述操作位置和非操作位置之间移动时绕所述枢转轴线进行枢转。所述枢转轴线配置为随着调节其中一个或两个所述支撑部件的长度，相对于所述基框倾斜。所述枢转轴线可与接头装配件中的细长构件的纵向轴线对齐。根据本发明的第二方面，提供了一种将桩打入非水平地层的方法，包括设置如本发明第一方面所述的桩导向装置；利用置于所述非水平地层上的所述基框的平面的地层接合面对所述桩导向装置进行定位；并且调节所述或各长度可调节支撑部件的长度，以使所述桩导向部件相对于所述基框倾斜，使得当所述基框的平面的地层接合面置于所述非水平地层上时，所述预定方向形成为基本竖直。即使所述非水平面的地层在水下，也可在所述桩导向装置处于原位(即，利用置于非水平面地层上的基框的平面接合面进行的定位)时调节所述支撑部件。可自动执行支撑部件的长度调节(例如，在水平检测器以及响应水平检测器的输出而产生长度调节信号的控制电路的帮助下)。或者，利用ROV(远程操控车辆)之类的外部装置可远程执行支撑部件的长度调节，所述外部装置对所述桩导向部件相对于竖直方向之定向进行反馈。
现通过示例参考附图描述本发明的实施例，其中图I为实现本发明之桩导向装置的从前上方一侧观察的立体图；图2详细示出了图I中圈出的桩导向装置的一部分；图3进一步详细示出了图2所示的部分；图4为图2所示部分的剖视图；图5A 5C为图I的桩导向装置处于不同地层方位的前视图；及图6A 6C为图I的桩导向装置处于不同地层方位的侧视图。
具体实施例方式图I示出了实现本发明的桩导向装置10。桩导向装置10包括基框12和桩导向部件16，基框12具有连续的、平面的地层接合面14，桩导向部件16配置为当将桩(未示)打入地层18时，使得所述桩以相对于地层的预定方向(箭头A)对桩(未示)进行导向。桩导向部件16通过四个在桩导向部件和基框12之间延伸的支撑部件20而安装在基框12上。各支撑部件20具有可调节的长度，利用长度调节使得可相对于基框12的平面地层接合面14进行预定方向的变化。图2，3，及4更详细地示出了长度可调支撑部件20的结构。各长度可调支撑部件20包括接头装配件30，接头装配件30具有连接至基框12的第一部件或装配部32以及连接至桩导向部件16并且可绕第一部件32旋转的第二部件34。第一部件32包括收纳块(housing block)40，其可滑动地容纳在一对紧固至基框12的导轨42之间。(图2中，清楚起见，导轨42视为透亮的)。收纳块40可沿导轨42在最低位置P1和最高位置P2之间移动，并通过液压缸(hydraulic ram) 44控制这两个位置之间的移动。第二部件34包括部分为球形的衬套构件50以及从所述衬套构件50开始延伸的细长构件52。部分为球形的衬套构件50可旋转地安装在收纳块40中以使细长构件52可相对于收纳块40枢转。
如图4所示，部分为球形的衬套构件50具有通孔54。细长杆构件52的一端可滑动地容纳在孔54中，从而允许部分为球形的衬套构件50可沿细长杆构件52作具有一定自由度的移动M,并且允许细长构件52在孔54内旋转。当细长构件52的尖端56与后挡块58接合时，移动的自由度限制在一侧。仅通过相邻的用于防止细长构件52掉出孔54的支撑部件20之间的间隔，就可将移动的自由度限制在另一侧。长度可调支撑部件20提供了矫平效应，允许桩导向部件16移动为竖直定向，即使是在基框12靠在非水平的地层18的情况下。参考图5A 5C和图6A 6C，示出了矫平效应的范围。图5A 5C为分别处于不同地层18、18’，和18”的桩导向装置10、10’，和10”的前视图。图5B中，桩导向装置10位于水平的地层18上并且所有的四个长度可调支撑部件20设置成其各自的收纳块40处于最低位置。这样，桩导向部件16设为使得预定方向(和桩100)为竖直。图5A中，桩导向装置10’位于向下倾斜的地层18’上(如从左向右所示出的)。从图5B所示的开始位置，通过使得其各自的收纳块40从最低位置抬升至最高位置而使得桩导向装置10’的右手侧(如图5A所示)的一对长度可调节支撑部件20’伸展。这样，桩导向部件16’相对于基框12逆时针倾斜从而使得所述预定方向(及桩100’ )为竖直。随着桩导向部件16’逆时针倾斜，部分为球形的衬套构件50在其各自的收纳块40中旋转，并且/或者细长构件52在其各自的部分球形衬套构件50的孔54中旋转，以允许桩导向部件16’相对于基框12’发生位置变化。图5C中，桩导向装置10”位于向上倾斜的地层18”上(如从左向右所示出的)。从图5B所示的开始位置，通过使得其各自的收纳块40从最低位置抬升至最高位置而使得桩导向装置10的左手侧(如图5C所示)的一对长度可调节支撑部件20”伸展。这样，桩导向部件16”相对于基框12顺时针倾斜从而使得所述预定方向(及桩100”)为竖直。随着桩导向部件16’顺时针倾斜，部分为球形的衬套构件50在其各自的收纳块40中旋转，并且/或者细长构件52在其各自的部分球形衬套构件50的孔54中旋转，以允许桩导向部件16”相对于基框12”发生位置变化。图6A 6C为分别处于不同地层18、18”’，和18””的桩导向装置10、10”，，和10””的侧视图。如图所示，桩导向装置10、10”’，和10””的后部位于左手侧而前部位于右手侧。图6B中，桩导向装置10位于水平的地层18上并且所有的四个长度可调支撑部件20如图5B所示地设置。图6A中，桩导向装置10”’位于向下倾斜的地层18”’上(如图所示，桩导向装置10”’的后部高于前部)。从图6B所示的开始位置，通过使得其各自的收纳块40从最低位置抬升至最高位置而使得桩导向装置10”’前部的一对长度可调节支撑部件20”’伸展，以使所述桩导向部件(16”’(及桩100”’))倾斜为竖直定向。随着桩导向部件16”’倾斜，部分为球形的衬套构件50在其各自的收纳块40中旋转，并且/或者细长构件52在其各自的部分为球形的衬套构件50中的孔54中轴向滑动，以允许桩导向部件16”’相对于基框12”’发生位置变化。
图6C中，桩导向装置10””位于向上倾斜的地层18””上(如图所示，桩导向装置10””的后部低于前部)。从图6B所示的开始位置，通过使得其各自的收纳块40从最低位置抬升至最高位置而使得桩导向装置10””后部的一对长度可调节支撑部件20””伸展，以使所述桩导向部件16”” (及桩100””)倾斜为竖直定向。随着桩导向部件16””倾斜，部分为球形的衬套构件50在其各自的收纳块40中旋转，并且/或者细长构件52在其各自的部分为球形的衬套构件50的孔54中轴向滑动，以允许桩导向部件16””相对于基框12””发生位置变化。应注意，图5A 5C和6A 6C仅阐释了桩导向部件16从左向右(一个平面内)的移动限制以及从前向后(另一个平面内)的移动限制。通过组合这两个平面的移动，就能够在所示的末端之间相对于基框12对桩导向部件16进行定位。桩导向部件16根据W099/11872(通过引用的方式将其全部内容合并在此)的教导进行设置。桩导向部件16包括两个部件110和112，它们分别能够绕各自的枢转轴线在操作位置(如图I所示)和非操作位置(未示出)之间移动。所述操作位置中，两个部件110和112界定出中空的圆柱体，以在将桩打入地层时对桩导向装置进行导向。非操作位置中，两个部件110和112枢转而相互远离(绕其各自的枢转轴线)，以允许在保持桩导向装置的干涉的情况下继续打桩，并将桩完全打入地层。两个部件110和112各自的枢转轴线由各自一对的支撑部件20的接头装配件30的细长构件52界定出。这样，各支撑部件20的接头装配件30不仅允许桩导向部件在进行矫平(即，使得桩导向装置倾斜为竖直定向)时的打桩之前相对于基框发生移动，并且在桩导向部件从其操作位置移动至非操作位置时的打桩过程中容纳其运动。另一形式(未示)中，桩导向部件根据WO 01/92645(通过引用的方式将其全部内容合并在此)的教导进行设置。换言之，桩导向部件包括一对立式导向槽，以在打桩过程中对一对与鳍状桩相关的稳定鳍(stabilizing fins)进行容纳和导向。再一形式(未示)中，桩导向部件可根据WO 03/074795(通过引用的方式将其全部内容合并在此)的教导进行配置。换言之，桩导向部件包括一对具有相反旋向的螺旋导向板，其界定出锥形槽，在桩穿过桩导向部件时用来将与螺旋导向板的一部分接合的相应外形的桩的任何角度导向误差进行矫正。再一形式(未示)中，桩导向部件可根据WO 2007/066078(通过引用的方式将其全部内容合并在此)的教导设置。换言之，桩导向部件的外围可形成有槽，该槽配置成形成附接至桩的横向凸出连接件，以使桩穿过桩导向部件时沿着所述槽移动。桩导向部件具有一对外轮廓，当桩穿过桩导向装置时，所述一对轮廓与桩上的相应轮廓接合，相对外形之间的反作用力使得所述槽不会形成敞口。
权利要求
1.一种桩导向装置，其用于在将桩打入地层时对桩进行支撑，包括 基框，其具有平面的地层接合面 '及 桩导向部件，其配置为在将桩打入地层时，所述桩导向部件沿预定方向对所述桩进行导向穿过其中，所述桩导向部件通过在所述桩导向部件和基框之间延伸的多个支撑部件安装到所述基框上； 其特征在于，所述多个支撑部件中的至少一个的长度可调节，所述或各支撑部件的长度调节使得所述预定方向能够相对于所述基框的平面的地层接合面发生变化。
2.如权利要求I所述的桩导向装置，其中所述多个支撑部件包括至少三个支撑部件。
3.如权利要求2所述的桩导向装置，其中每个支撑部件的长度可调节。
4.如权利要求3所述的桩导向装置，其中所述至少三个长度可调节支撑部件绕所述桩导向部件隔开，以使所述预定方向的分量能够沿分别垂直于所述基框的平面的地层接合面的两个不同平面发生变化。
5.如权利要求4所述的桩导向装置，其中所述两个不同平面相互垂直。
6.如前述权利要求中任一项所述的桩导向装置，其中所述或各长度可调节支撑部件包括接头装配件，其包括连接至所述基框的第一部件和连接至所述桩导向部件并且可相对于所述第一部件旋转的第二部件。
7.如权利要求6所述的桩导向装置，其中一个部件包括至少部分为球形的构件以及从所述至少部分为球形的构件延伸出的细长构件，并且另一个部件包括所述至少部分为球形的构件可旋转地安装于其中的壳体。
8.如权利要求7所述的桩导向装置，其中所述至少部分为球形的构件具有通孔以可滑动地容纳所述细长构件的至少部分。
9.如权利要求7或8所述的桩导向装置，其中所述桩导向部件包括两个部分，该两个部分分别能够绕各自的枢转轴线在操作位置与非操作位置之间作枢转移动，其中一个部分的枢转轴线由所述从至少部分为球形的构件延伸出的细长构件界定出。
10.一种将桩打入非水平地层的方法，包括 设置如权利要求I 9中任一项所述的桩导向装置； 利用置于所述非水平地层上的所述基框的平面的地层接合面对所述桩导向装置进行定位；并且 调节所述或各长度可调节支撑部件的长度，以使所述桩导向部件相对于所述基框倾斜，使得当所述基框的平面的地层接合面置于所述非水平地层上时，所述预定方向为基本竖直。
全文摘要
一种桩导向装置(10)，其用于在将桩打入地层时对桩进行支撑，包括基框(12)，其具有平面的地层接合面(14)；及桩导向部件(16)，其配置为在将桩打入地层(18)时，所述桩导向部件(16)沿预定方向对所述桩进行导向穿过其中，所述桩导向部件(16)通过多个在所述桩导向部件和基框之间延伸的支撑部件(20)安装到所述基框(12)上；其特征在于，所述多个支撑部件(20)中的至少一个的长度可调节，所述或各支撑部件(20)的长度调节使得所述预定方向能够相对于所述基框(12)的平面的地层接合面(14)发生变化。
文档编号E02D13/04GK102770601SQ201180005700
公开日2012年11月7日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年1月5日
发明者大卫·豪厄尔·昆特, 詹姆斯·尤尔特·米利根·麦克 申请人:Ihc海洋钢铁有限公司