阅读说明：本技术 一种桩靴结构 (Pile shoe structure ) 是由 刘炎 谢继伟 席江岳 郑泽林 李遥 王羽良 万正伟 李畅哲 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种桩靴结构,包括桩靴本体和钻锥本体,所述桩靴本体内部设有放置腔；所述钻锥本体包括齿靴、第一连接件和设置在所述齿靴上的第二连接件；所述齿靴适于伸入所述放置腔中,所述第二连接件与所述放置腔的内壁抵接；所述第一连接件与所述桩靴本体拆卸式连接。本发明中,桩靴本体和钻锥本体是拆卸式的结构,通过可拆卸更换的方式使桩靴结构能够适应多种海洋底部的土层条件,扩宽了桩靴的适用海域,增强经济效益；同时,第二连接件与放置腔的内壁抵接,第二连接件与桩靴本体拆卸式连接,形成了内外两道固定,增强了螺旋钻锥工作时的稳定性与可靠性。(The invention provides a pile shoe structure which comprises a pile shoe body and a drill bit body, wherein a placing cavity is arranged in the pile shoe body; the drill bit body comprises a tooth shoe, a first connecting piece and a second connecting piece arranged on the tooth shoe; the tooth shoe is suitable for extending into the placing cavity, and the second connecting piece is abutted to the inner wall of the placing cavity; the first connecting piece is detachably connected with the pile shoe body. According to the invention, the pile shoe body and the drill bit body are detachable structures, and the pile shoe structure can adapt to various soil layer conditions of the ocean bottom in a detachable and replaceable manner, so that the applicable sea area of the pile shoe is widened, and the economic benefit is enhanced; meanwhile, the second connecting piece is abutted to the inner wall of the placing cavity and detachably connected with the pile shoe body, so that an inner fixing part and an outer fixing part are formed, and the stability and the reliability of the spiral drill bit during working are enhanced.)

一种桩靴结构

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，特别涉及一种桩靴结构。

背景技术

在海洋探索作业中，通常需要建造海上风电安装平台，其通过桩腿连接桩靴***海底地基，来承担整个平台的自重和载荷，以保证平台稳定安全的工作。为了便于桩靴***海底地基，通常会在桩靴底端设置倒锥体的钻头，海上风电安装平台在不同的作业区域中，海洋底层土质情况可能会发生变化，然而现有的结构中，钻头和桩靴是一体的，无法适应多种土质情况的改变，造成海上风电安装平台适用性不强。

发明内容

本发明解决的问题是如何提高桩靴的适用性，满足不同海洋底层土质的需求。

为解决上述问题，本发明提供一种桩靴结构，包括：

桩靴本体，所述桩靴本体内部设有放置腔；

钻锥本体，所述钻锥本体包括齿靴、第一连接件和设置在所述齿靴上的第二连接件；

所述齿靴适于伸入所述放置腔中，所述第二连接件与所述放置腔的内壁抵接；所述第一连接件与所述桩靴本体拆卸式连接。

可选地，所述第二连接件为弹性件，所述弹性件套设在所述齿靴上；所述弹性件适于受到挤压改变外径的尺寸，以促使所述齿靴和所述弹性件伸入所述放置腔内。

可选地，所述弹性件为由弹性钢制成的卡套，且所述弹性件的周向两端之间设有移位空间；当所述弹性件发生形变时，所述移位空间的尺寸发生变化。

可选地，所述弹性件的周向两端分别设置有第一限位部和第二限位部；沿着所述钻锥本体的轴向，所述第一限位部和所述第二限位部错位设置；所述弹性件发生形变时，所述第一限位部和所述第二限位部适于接触。

可选地，所述第一连接件为带有第一孔结构的法兰，所述桩靴本体上设有第二孔结构，所述第一孔结构和所述第二孔结构适于通过连接件固定。

可选地，所述桩靴本体包括靴身和连接座，所述靴身的下端与所述连接座连接，且所述连接座的内部设有所述放置腔。

可选地，所述桩靴本体还包括底板，所述底板与所述连接座固定连接，且所述底板上设有与所述第一孔结构配合的所述第二孔结构，以及供所述齿靴伸入所述放置腔的进口。

可选地，所述钻锥本体还包括上锥体和下锥体，所述上锥体和所述下锥体依次位于第一连接件下方，且所述上锥体和下锥体上均设有外螺纹结构。

可选地，于竖直方向上，所述上锥体为上窄下宽的构造，所述下锥体为下窄上宽的构造。

可选地，还包括冲击装置，所述冲击装置设置在所述放置腔中，用于驱动所述钻锥本体产生振动。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

桩靴本体和钻锥本体是拆卸式的结构，通过可拆卸更换的方式使桩靴结构能够适应多种海洋底部的土层条件，扩宽了桩靴的适用海域，增强经济效益；同时，第二连接件与放置腔的内壁抵接，第二连接件与桩靴本体拆卸式连接，形成了内外两道固定，增强了螺旋钻锥工作时的稳定性与可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中桩靴本体的结构示意图；

图2为本发明实施例中钻锥本体的结构示意图；

图3为本发明实施例中钻锥本体另一视角的结构示意图；

图4为本发明实施例中第二连接件的结构示意图；

图5为本发明实施中连接座的局部剖视图；

图6为本发明实施例中底板的结构示意图。

附图标记说明：

1-桩靴本体、2-钻锥本体、3-冲击装置；

11-靴身、12-连接座、13-底板、21-齿靴、22-第一连接件、23-第二连接件、24-上锥体、25-下锥体；

121-放置腔、131-第二孔结构、132-进口、221-第一孔结构、231-移位空间、232-第一限位部、233-第二限位部。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，附图中“X”的正向代表前方，相应地，“X”的反向代表后方；“Z”的正向代表上方，相应地，“Z”的反向代表下方，术语“X”、“Z”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

桩靴的横向尺寸大于桩腿的横向尺寸，桩靴能够带动桩腿进入土层,以免造成桩头破坏及桩身倾斜,并能较好地进入持力层，以保证平台稳定安全的工作。为了便于桩靴***海底地基，通常会在桩靴底端设置倒锥体的钻头，海上风电安装平台在不同的作业区域中，海洋底层土质情况可能会发生变化，然而现有的结构中，钻头和桩靴是一体的，无法适应多种土质情况的改变，造成海上风电安装平台适用性不强。

如图1所示，本发明的实施例提供一种桩靴结构，包括桩靴本体1和钻锥本体2，所述桩靴本体1内部设有放置腔121；所述钻锥本体2包括齿靴21、第一连接件22和设置在所述齿靴21上的第二连接件23；所述齿靴21适于伸入所述放置腔121中，所述第二连接件23与所述放置腔121的内壁抵接；所述第一连接件22与所述桩靴本体1拆卸式连接。

采用本实施例的桩靴结构后，桩靴本体1和钻锥本体2是拆卸式的结构，通过可拆卸更换的方式使桩靴结构能够适应多种海洋底部的土层条件，扩宽了桩靴的适用海域，增强经济效益；同时，第二连接件23与放置腔121的内壁抵接，第二连接件23与桩靴本体1拆卸式连接，形成了内外两道固定，增强了螺旋钻锥工作时的稳定性与可靠性。

如图1所示，钻锥本体2设有一个，由于桩靴本体1的底端面为圆形，将钻锥本体2设置在桩靴本体1的中心位置处。由此，将桩靴***海底地基时，中心位置处的钻锥本体2更能便于桩靴本体1进行插拔作业。

具体地，所述第二连接件23为弹性件，所述弹性件套设在所述齿靴21上；所述弹性件适于受到挤压改变外径的尺寸，以促使所述齿靴21和所述弹性件伸入所述放置腔121内。由此，弹性件伸展状态下，其外径尺寸是大于放置腔121的内径；在促使弹性件进入放置腔121时，弹性件的外圆周受到朝向内部的挤压力，其会根据放置腔121带来的挤压力大小缩小自身的外径尺寸，从而供齿靴21和弹性件伸入放置腔121中，依靠弹性件的扩张力与摩擦力实现与放置腔121的固定。

具体地，所述弹性件为由弹性钢制成的卡套，且所述弹性件的周向两端之间设有移位空间231；当所述弹性件发生形变时，所述移位空间231的尺寸发生变化。一种实施方式中，所述弹性件通过所述移位空间231适于改变外径的尺寸。由此，卡套周向上的两端具有移位空间231，其提供了卡套变形的空间，当卡套受到挤压时，卡套周向上的两端逐渐靠近，移位空间231逐渐缩小。

进一步地，所述弹性件的周向两端分别设置有第一限位部232和第二限位部233；沿着所述钻锥本体2的轴向，所述第一限位部232和所述第二限位部233错位设置；所述弹性件发生形变时，所述第一限位部232和所述第二限位部233的适于接触。一种实施方式中，弹性件在改变自身外径时，第一限位部232和第二限位部233是接触的，不会造成弹性件周向上的两端发生较大的错位，便于弹性件外径的稳定缩小。

本实施例中，钻锥本体2的轴向是指：如图2所示，中心线α所在的方向；钻锥本体2在工作时，其轴向平行于竖直方向。

本实施例中，弹性件周向上的两端是指：如图3所示，虚线β和虚线γ所在断面处，两者之间即为移位空间231。

第一限位部232和第二限位部233与卡套是一体制成的，可看作是卡套周向两端延伸形成的，如图4所示，第一限位部232和第二限位部233均包括水平边和竖直边，在卡套外径缩小时，两者的水平边是接触的，直至两者的竖直边分别与卡套接触时，卡套的外径不能再进行缩小。

可选地，如图3所示，所述第一连接件22为带有第一孔结构221的法兰，桩靴本体1上设有第二孔结构131，所述第一孔结构221和所述第二孔结构131适于通过连接件固定。由此，通过法兰和连接件固定连接的方式，能够增强钻锥本体2和桩靴本体1之间的连接强度。

本实施例中，第一孔结构221和第二孔结构131可以为通孔，也可以为螺纹孔；连接件为带螺母的螺栓，螺栓穿过第一孔结构221和第二孔结构131后，通过螺母进行锁紧，出于稳定性的考虑，第一孔结构221和第二孔结构131均为螺纹孔。

本实施例中，法兰上的第一孔结构221设有多个，如图3所示，法兰由内向外的三个共心圆周上设有多个第一孔结构221，且每个圆周上的第一孔结构221均匀设置，不同圆周上的第一孔结构221沿径向连续设置。由此，第一孔结构221的分布合理，能够增强钻锥本体2和桩靴本体1之间的连接强度。

本实施例中，如图2所示，法兰位于齿靴21的下方，且齿靴21位于法兰的中心位置处，第一孔结构221环绕在齿靴21底部的周围。同时，卡套的下端面与法兰接触。由此，法兰不仅起到连接的作用，而且也能限制卡套在竖直方向上的位移。

可选地，所述桩靴本体1包括靴身11和连接座12，所述靴身11的下端与所述连接座12连接，且所述连接座12的内部设有所述放置腔121。由此，通过设置连接座12来固定钻锥本体2，不用破坏靴身11的结构，避免减弱靴身11的强度。

如图1所示，连接座12设置在靴身11下端面的中心位置处，其与靴身11拆卸式连接或者焊接在一起，出于强度的考虑，将靴身11和连接座12焊接在一起。生产时，靴身11和连接座12单独进行生产，最后再将两者固定在一起即可。由此，对于现有不存在钻头的桩靴，可以直接进行改进，即在其中心位置焊接一个连接座12，从而适配不同的钻头，节约了成本。

可选地，如图1、6所示，所述桩靴本体1还包括底板13，所述底板13与所述连接座12固定连接，且所述底板13上设有与所述第一孔结构221配合的所述第二孔结构131，以及供所述齿靴21伸入所述放置腔121的进口132。由此，底板13的设置，便于与钻锥本体2进行连接。

本实施例中，底板13与连接座12是焊接在一起的，底板13的外沿相对于连接座12下端的外沿是凸出的；可解释为，连接座12下端面在竖直面上的投影位于底板13在竖直面上的投影内。底板13上的第二孔结构131与第一连接件22上的第一孔结构221配合，从而便于桩靴本体1和钻锥本体2的固定连接。

进一步地，如图2所示，所述钻锥本体2还包括上锥体24和下锥体25，所述上锥体24和下锥体25依次位于第一连接件22下方，且所述上锥体24和下锥体25上均设有外螺纹结构。由此，在插桩工况时，下锥体25的外螺纹结构使桩靴减少入土阻力，钻土能力优异，插桩侧移问题减少，达到一定深度后，能平稳竖直地嵌入海底土层，提供平台稳定安全的工作条件。拔桩工况时，上锥体24的外螺纹结构使桩靴减少海底土层对桩靴的阻力，拔桩速度更快，拔桩过程更平稳，效率更高。

本实施例中，桩靴结构工作时，下锥体25是位于上锥体24的下方，如图2所示，两者之间存在一定的间距。

具体地，于竖直方向上，所述上锥体24为上窄下宽的构造，所述下锥体25为下窄上宽的构造。由此，上锥体24为上窄下宽的构造，进一步减小在拔桩时海底土层对桩靴的阻力。下锥体25为下窄上宽的构造，进一步减小在插桩时桩靴的入土阻力。

可选地，如图5所示，还包括冲击装置3，所述冲击装置3设置在所述放置腔121中，用于驱动所述钻锥本体2产生振动。由此，钻锥本体2产生振动，能够促使卡套与放置腔121产生相对位移，从而便于钻锥本体2的拆卸。

具体地，冲击装置3包括底座和气动冲击器，底座固定在放置腔121的上端面，气动冲击器固定在底座上，其出气口正对齿靴21的上端面，由此，在冲击器工作时，喷出的空气介质会对齿靴21的上端面进行冲击，从而促使钻锥本体2产生振动。

在其他实施方式中，冲击装置3一端与放置腔121固定连接，另一端适于与钻锥本体2抵接，当冲击装置3工作时，其伸缩端间歇性与钻锥本体2抵接，能够对钻锥本体2施加冲击力，由于两者是抵接的关系，从而促使钻锥本体2产生振动。

本实施例中，冲击装置3是设置在放置腔121中的，起到了很好的保护效果，同时冲击装置3设有一个电控开关，通过电控开关的闭合和截断能够实现冲击装置3工作状态的切换。

当海上风电安装平台更换至不同海域，需拆卸更换钻锥本体2时，其步骤为：首先卸下法兰和底板13上的螺栓，解除两者之间的固定关系，其次振动钻锥本体2，促使卡套与放置腔121产生相对位移，并将钻锥本体2拔离连接座12，最后进行替换不同形状的钻锥本体2，替换后按照上述连接关系再次连接固定即可使用。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。