阅读说明：本技术 单点起吊立桩系统及立桩施工方法 (Single-point hoisting pile erecting system and pile erecting construction method ) 是由 刘德进 王翔 冯甲鑫 鞠鹏 王明玉 付大伟 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种单点起吊立桩系统及立桩施工方法,属于海上风电桩基施工技术领域,实现了海上风电桩的单点起吊立桩。该单点起吊立桩系统包括起重机、导向架、翻桩器,以及设置于桩体的卡块和吊点；卡块和吊点分别靠近桩体的轴向两端设置,且卡块位于桩体水平放置时的下侧面；起重机的吊缆与吊点相连接；导向架固定支撑于待立桩位置处的海底,导向架位于桩体水平放置时设有卡块一端的下方,导向架背离吊点的一侧开设有供桩体翻入并限制桩体直立后位置的U型开口；导向架顶部背离U型开口的一侧安装翻桩器,翻桩器朝向U型开口的方向翻转,翻桩器托住桩体水平放置时的下侧面,翻桩器靠近吊点的一侧与卡块背离吊点的一侧相抵。(The invention provides a single-point lifting vertical pile system and a vertical pile construction method, belongs to the technical field of offshore wind power pile foundation construction, and realizes single-point lifting vertical pile of an offshore wind power pile. The single-point lifting pile erecting system comprises a crane, a guide frame, a pile turning device, a clamping block and a lifting point, wherein the clamping block and the lifting point are arranged on a pile body; the fixture block and the lifting point are respectively arranged close to the two axial ends of the pile body, and the fixture block is positioned on the lower side surface of the pile body when the pile body is horizontally placed; the hoisting cable of the crane is connected with the hoisting point; the guide frame is fixedly supported on the seabed at the position of the pile to be erected, the guide frame is positioned below one end, provided with the clamping block, of the pile body when the pile body is horizontally placed, and one side, away from the lifting point, of the guide frame is provided with a U-shaped opening for turning the pile body in and limiting the upright position of the pile body; the pile turning device is installed on one side, deviating from the U-shaped opening, of the top of the guide frame, the pile turning device turns towards the direction of the U-shaped opening, the pile turning device supports the lower side face of the pile body when the pile body is placed horizontally, and one side, close to the lifting point, of the pile turning device is abutted to one side, deviating from the lifting point, of the fixture block.)

单点起吊立桩系统及立桩施工方法

技术领域

本发明属于海上风电桩基施工技术领域，尤其涉及一种单点起吊立桩系统及立桩施工方法。

背景技术

风电桩的桩重通常在600-1200t，目前，在海上风电桩基施工中，通常是采用两点起吊的方式进行立桩。有的工程中，通过在单艘起重船上设置两个起重钩对风电桩进行起吊立桩，其要求每个起重钩均要满足桩重要求，这种立桩方式对单艘起重船吊重要求高，起重船造价高，施工成本高。还有的工程中，通过两艘起重船分别吊起风电桩两侧的吊点，其中，一艘起重船作为主起重船主要承载桩重，另一艘起重船用于辅助立桩，然而，这种立桩方式需要两艘起重船，施工成本高且占用海域面积大。除两点起吊立桩方式外，还有的工程是通过全回转起重机配合翻桩器进行施工的，其中，全回转起重机主要承载桩重，翻桩器用于辅助立桩，然而，这种立桩方式中，全回转起重机需满足桩重要求，造价较高，而且，由于全回转起重机只能提供单点吊力，翻桩器通常需要设置用于推动风电桩翻转的推动部件，例如液压杆等，其造价同样较高，施工成本整体较高。若翻桩器不设置推动部件，要实现单点起吊立桩，需要克服至少200-300t的水平力，通过常规船舶锚系无法满足要求。

发明内容

本发明针对现有风电桩立桩施工时存在的上述不足，提出一种单点起吊立桩系统及立桩施工方法，实现了海上风电桩的单点起吊立桩，且施工便捷、成本低。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种单点起吊立桩系统，包括起重机、导向架、翻桩器，以及设置于桩体的卡块和吊点；所述卡块和吊点分别靠近所述桩体的轴向两端设置，且所述卡块位于所述桩体水平放置时的下侧面；所述起重机的吊缆与所述吊点相连接；所述导向架固定支撑于待立桩位置处的海底，所述导向架位于所述桩体水平放置时设有所述卡块一端的下方，所述导向架背离所述吊点的一侧开设有供所述桩体翻入并限制所述桩体直立后位置的U型开口，所述U型开口沿竖直方向贯通，所述U型开口的开口尺寸大于所述桩体的直径，所述U型开口的对称面与所述桩体的轴线位于同一竖直平面内；所述导向架顶部背离所述U型开口的一侧安装所述翻桩器，所述翻桩器位于所述U型开口的边缘处，且所述翻桩器朝向所述U型开口的方向翻转，所述翻桩器托住所述桩体水平放置时的下侧面，所述翻桩器靠近所述吊点的一侧与所述卡块背离所述吊点的一侧相抵。

作为优选，所述翻桩器包括底座和托座，所述底座固定连接于所述导向架，所述托座包括铰接于所述底座的铰接部，以及固定连接于所述铰接部的托板；所述托座的铰接部和底座的铰接轴沿水平方向设置且与所述桩体水平放置时的中轴线相垂直，所述托板与桩体水平放置时的下侧面相贴合以托住所述桩体，所述托板靠近所述吊点的一侧与所述卡块背离所述吊点的一侧相抵。

作为优选，所述托板的厚度大于或等于所述卡块的厚度。

作为优选，所述导向架通过多根固定桩支撑于待立桩位置处的海底，多根所述固定桩均布于所述导向架的外周，每根所述固定桩的顶端均与所述导向架固定连接，每根所述固定桩的底端均插入海底。

作为优选，所述导向架的U型开口边沿设有多个千斤顶以抱住直立后的桩体，多个所述千斤顶均布于所述U型开口的边沿。

作为优选，所述单点起吊立桩系统还包括用于水平放置桩体的船舶。

本发明还提供了一种单点起吊立桩施工方法，采用上述单点起吊立桩系统进行施工，施工步骤如下：

固定导向架：将导向架固定支撑于待立桩位置处的海底；

安装吊点和卡块：将卡块和吊点安装于桩体，所述卡块和吊点分别靠近所述桩体的轴向两端安装；

桩体水平就位：水平放置所述桩体，移动所述桩体以使所述桩体水平就位；所述桩体水平就位时，所述桩体安装有所述卡块的一端位于所述导向架顶部的翻桩器上，所述桩体的轴线与所述导向架U型开口的对称面位于同一竖直平面内，且所述翻桩器靠近所述吊点的一侧抵于所述卡块背离所述吊点的一侧；

起吊：将起重机移至施工现场，并将所述起重机的吊缆挂于所述桩体的吊点上，利用所述起重机吊起所述桩体，所述桩体翻入所述导向架的U型开口内，直至所述桩体直立；在所述桩体的起吊过程中，所述翻桩器始终顶住所述桩体上的所述卡块，且所述翻桩器随所述桩体一并翻转；

落桩：利用所述起重机向上吊起所述桩体，使所述桩体上的卡块与所述翻桩器相脱离，拆除所述卡块，利用所述起重机下放所述桩体，使所述桩体竖直落至待立桩位置处；下放所述桩体的过程中，通过所述导向架的U型开口导向所述桩体的下放方向。

作为优选，固定导向架的具体步骤为：在待立桩位置处周围海底打设多根固定桩，将导向架安装于多根所述固定桩之间，并使所述导向架的U型开口位于待立桩位置处的正上方。

作为优选，在桩体水平就位步骤中，所述桩体水平放置于船舶上，且所述桩体安装有所述卡块的一端悬挑于所述船舶，利用所述船舶移动所述桩体以使所述桩体水平就位。

作为优选，在落桩步骤中，在利用所述起重机下放所述桩体之前，还包括使所述U型开口内的多个千斤顶伸出以抱住所述桩体的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明提供的单点起吊立桩系统，通过一台起重机起吊桩体上的一个吊点，在桩体起吊过程中，导向架顶部设置的翻桩器随桩体一并翻转，且翻桩器始终顶住桩体上设置的卡块，进而利用导向架的固定支撑力克服桩体单点起吊时的水平作用力，实现了海上单点起吊立桩，施工便捷，特别适合于海上风电桩基施工；

2、本发明提供的单点起吊立桩系统，对起重机的吊重要求低，采用普通的扒杆式起重机即可满足吊重要求，设备造价低，施工成本低；

3、本发明提供的单点起吊立桩系统中，翻桩器随桩体翻转，翻桩器无需设置用于推动桩体翻转的推动部件，设备造价低，施工成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的单点起吊立桩系统的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明实施例提供的安装有翻桩器的导向架的主视图；

图4为本发明实施例提供的安装有翻桩器的导向架的俯视图；

图5为本发明实施例提供的单点起吊立桩施工方法的施工流程图；

以上各图中：1、桩体；2、起重机；3、吊点；4、导向架；41、导向平台；42、斜撑；43、支撑平台；44、支腿；45、固定套筒；5、固定桩；6、船舶；7、翻桩器；71、底座；72、托座；721、铰接部；722、托板；8、卡块；9、千斤顶。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，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。

如图1-图4所示，本发明实施例涉及一种单点起吊立桩系统，包括起重机2、导向架4、翻桩器7，以及设置于桩体1的卡块8和吊点3；卡块8和吊点3分别靠近桩体1的轴向两端设置，且卡块8位于桩体1水平放置时的下侧面；起重机2的吊缆与吊点3相连接；导向架4固定支撑于待立桩位置处的海底，导向架4位于桩体1水平放置时设有卡块8一端的下方，导向架4背离吊点3的一侧开设有供桩体1翻入并限制桩体1直立后位置的U型开口，U型开口沿竖直方向贯通，U型开口的开口尺寸大于桩体1的直径，U型开口的开口方向朝向背离吊点3的一侧，U型开口的对称面与桩体1的轴线位于同一竖直平面内；导向架4顶部背离U型开口的一侧安装翻桩器7(即U型开口的开口朝向背离翻桩器7的方向)，翻桩器7位于U型开口的边缘处，且翻桩器7朝向U型开口的方向翻转，翻桩器7托住桩体1水平放置时的下侧面，翻桩器7靠近吊点3的一侧与卡块8背离吊点3的一侧相抵。

上述单点起吊立桩系统，通过一台起重机2起吊桩体1上的一个吊点3，在桩体1起吊过程中，导向架4顶部设置的翻桩器7随桩体1一并翻转，且翻桩器7始终顶住桩体1上设置的卡块8，进而利用导向架4的固定支撑力克服桩体1单点起吊时的水平作用力，实现了海上单点起吊立桩，施工便捷，特别适合于海上风电桩基施工。而且，上述单点起吊立桩系统，对起重机2的吊重要求低，采用普通的扒杆式起重机即可满足吊重要求，设备造价低，施工成本低。同时，上述单点起吊立桩系统中，翻桩器7随桩体1翻转，翻桩器7无需设置用于推动桩体翻转的推动部件，设备造价低，施工成本低。

该单点起吊立桩系统中，翻桩器7用于辅助桩体1翻转。如图2和图3所示，本实施例中，翻桩器7包括底座71和托座72，底座71固定连接于导向架4，托座72包括铰接于底座71的铰接部721，以及固定连接于铰接部721的托板722；托座72的铰接部721和底座71的铰接轴沿水平方向设置且与桩体1水平放置时的中轴线相垂直，托板722与桩体1水平放置时的下侧面相贴合以托住桩体1，托板722靠近吊点3的一侧与卡块8背离吊点3的一侧相抵。本实施例中采用的这种翻桩器7结构简单，体积小，造价低，便于安装在导向架4上。

采用上述翻桩器7时，在立桩过程中，托板722始终顶住桩体1上设置的卡块8。为了避免托板722与卡块8在立桩过程中相互脱离，作为一种优选，托板722的厚度大于或等于卡块8的厚度。

该单点起吊立桩系统中，导向架4用于导向桩体1直立后的下落方向，同时，导向架4的固定支撑力用于抵消桩体1单点起吊时的水平作用力。如图3和图4所示，本实施例中，导向架4包括上下平行设置的导向平台41和支撑平台43，导向平台41和支撑平台43通过多根斜撑42固定连接，U型开口开设于导向平台41的一侧，支撑平台43位于U型开口下方的部分呈镂空设置，支撑平台43的一侧边缘设有与镂空部分相连通的豁口，豁口与U型开口位于同侧，豁口的开口尺寸大于或等于U型开口的开口尺寸，支撑平台43的底部外周设有多根支腿44，多根支腿44均布于支撑平台43的底部外周。可以理解的是，本领域技术人员也可以采用其他结构的导向架4，只要导向架4设置有U型开口且便于在U型开口边缘安装翻桩器7即可。

为了确保导向架4能够稳固支撑于海底，以提供足够的支撑力抵抗桩体1起吊过程中的水平作用力，如图1和图4所示，导向架4通过多根固定桩5支撑于待立桩位置处的海底，多根固定桩5均布于导向架4的外周，每根固定桩5的顶端均与导向架4固定连接，每根固定桩5的底端均插入海底。本实施例中，导向架4与固定桩5的具体连接方式为：导向架4的底部外周连接有多个固定套筒45(具体的，固定套筒45固定连接于导向架4的支腿44底端，且每根支腿44连接一个固定套筒45)，固定桩5穿设于固定套筒45内，且固定桩5的顶端固定连接(例如焊接等)于固定套筒45。

为了更好的限制桩体1直立后的下落方向，如图4所示，导向架4的U型开口边沿设有多个千斤顶9以抱住直立后的桩体1，多个千斤顶9均布于U型开口的边沿。需要说明的是，本实施例中，千斤顶9嵌于导向架4的导向平台41的U型开口内壁，在桩体1起吊翻转过程中，千斤顶9始终处于收缩状态，以防止影响桩体1的翻转。

进一步的，如图1所示，单点起吊立桩系统还包括用于水平放置桩体1的船舶6，利用船舶6搭载桩体1，即方便运输桩体1，同时又便于调整桩体1位置。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种单点起吊立桩施工方法，采用上述单点起吊立桩系统进行施工，施工步骤如下：

S1固定导向架：将导向架4固定支撑于待立桩位置处的海底；

S2安装吊点和卡块：将卡块8和吊点3安装于桩体1，卡块8和吊点3分别靠近桩体1的轴向两端安装；

S3桩体水平就位：水平放置桩体1，移动桩体1以使桩体1水平就位；桩体1水平就位时，桩体1安装有卡块8的一端位于导向架4顶部的翻桩器7上，桩体1的轴线与导向架4的U型开口的对称面位于同一竖直平面内，且翻桩器7靠近吊点3的一侧抵于卡块8背离吊点3的一侧；

S4起吊：将起重机2移至施工现场，并将起重机2的吊缆挂于桩体1的吊点3上，利用起重机2吊起桩体1，桩体1翻入导向架4的U型开口内，直至桩体1直立；在桩体1的起吊过程中，翻桩器7始终顶住桩体1上的卡块8以抵消桩体1起吊过程中的水平作用力，且翻桩器7随桩体1一并翻转；

S5落桩：利用起重机2向上吊起桩体1，使桩体1上的卡块8与翻桩器7相脱离，拆除卡块8，利用起重机2下放桩体1，使桩体1竖直落至待立桩位置处；下放桩体1的过程中，通过导向架4的U型开口导向桩体1的下放方向。

上述单点起吊立桩施工方法，施工过程简单，施工效率高，施工成本低，特别适合于海上风电桩基施工。

上述单点起吊立桩施工方法中，固定导向架4的具体步骤为：在待立桩位置处周围海底打设多根固定桩5，将导向架4安装于多根固定桩5之间，并使导向架4的U型开口位于待立桩位置处的正上方。

上述单点起吊立桩施工方法中，在桩体水平就位步骤中，桩体1水平放置于船舶6上，且桩体1安装有卡块8的一端悬挑于船舶6，利用船舶6移动桩体1以使桩体1水平就位。

上述单点起吊立桩施工方法中，在落桩步骤中，在利用起重机2下放桩体1之前，还包括使U型开口内的多个千斤顶9伸出以抱住桩体1的步骤。