一种冲桩装置的制作方法

1.本发明涉及海洋平台施工技术领域，尤其涉及一种冲桩装置。


背景技术：

2.海洋平台为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航以及施工等活动时，提供生产和生活设施的构筑物。按其结构特性和工作状态可分为固定式、活动式和半固定式三大类。
3.一般情况下，海洋平台设置有桩腿和桩靴。桩腿及桩靴内部设有冲桩系统，用以在站桩之后，在进行拔桩作业时使用，拔桩作业即将插入海床的桩靴拔出。传统的冲桩系统在桩靴处设有喷头，在平台拔桩作业时，冲桩泵启动，向冲桩管道内注入高压水等冲桩介质，高压水经过桩腿和桩靴内部的冲桩管道，流经桩靴上的冲桩管道末端的冲桩喷头，冲刷桩靴表面的海床土层，以降低桩靴与土层之间的吸附阻力，达到降低拔桩阻力的目的。
4.为了达到上述目的，现有技术提出一种冲桩喷头结构，其喷桩管路直接连接至桩靴，并在桩靴外侧加设半圆管保护帽，该半圆管保护帽的末端开设与外界直接相连通的小孔，便于冲桩介质喷出。鉴于海底存在大量泥沙和砂石，上述冲桩喷头结构容易引起喷头堵塞，影响平台拔桩效率；且在桩靴入泥深度较大的工况下，拔桩阻力增大，需要较大的冲桩压力方可顺利进行拔桩作业，上述冲桩喷头无法实现增大冲桩压力的效果。
5.因此，亟需一种冲桩装置，以解决以上问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种冲桩装置，该冲桩装置能够保证冲桩作业顺利进行，在冲桩作业结束时能够实现冲桩装置内部空间和外部空间的有效阻断，防止泥沙等杂质进入冲桩装置，进而发生堵塞的问题。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种冲桩装置，包括：第一冲桩管、第二冲桩管、底部冲桩系统以及顶部冲桩系统；所述底部冲桩系统由桩靴底板安装于桩靴开孔中，包括第一底座、第一定位机构和滑套，所述第一底座沿轴线开设连通外部空间的第一过孔，所述第一冲桩管插设于所述第一过孔，所述第一定位机构安装于所述第一过孔，开设连通所述第一冲桩管的第一流动通道，所述滑套活动套设于所述第一定位机构，控制所述第一流动通道和所述第一过孔的通断；所述顶部冲桩系统由桩靴顶板安装于桩靴开孔中，包括第二底座、第二定位机构和滑板，所述第二底座沿轴线开设连通外部空间的第二过孔，所述第二冲桩管插设于所述第二过孔，所述第二定位机构安装于所述第二过孔，开设连通所述第二冲桩管的第二流动通道，所述滑板滑动安装于所述第二流动通道，控制所述第二流动通道和所述第二过孔的通断。
9.可选地，所述第一定位机构包括第一螺管和第一端盖，所述第一螺管沿轴线开设第一中孔，所述第一端盖开设流动槽；所述第一螺管固连于所述第一端盖，并螺接于所述第一过孔，所述第一中孔、所述流动槽和所述第一过孔连通，所述滑套滑动套设于所述第一螺管，活动封盖于所述流动槽，能够控制所述流动槽和所述第一过孔的通断。
10.可选地，所述底部冲桩系统还包括第一弹性环板，所述第一定位机构还包括第一压板，所述第一压板固连于所述第一端盖背离所述第一螺管的一侧，所述第一弹性环板部分夹设于所述第一端盖和所述第一压板之间，能够封堵所述第一过孔的开口，能够在冲桩介质的作用下弯折，被配置为控制所述第一过孔和外部空间的通断。
11.可选地，所述第一压板开设多个呈圆形阵列排布的第一压板螺孔，所述第一端盖开设多个呈圆形阵列排布的第一端盖螺孔，所述第一定位机构还包括多个第一螺栓，多个所述第一螺栓、多个所述第一压板螺孔和多个所述第一端盖螺孔一一对应，所述第一螺栓螺接于对应的所述第一压板螺孔和所述第一端盖螺孔。
12.可选地，所述第一端盖沿周向开设多个间隔相同的第一弧形孔。
13.可选地，所述第二定位机构包括第二螺管、连通管和第二端盖，所述第二螺管沿轴线开设第二中孔，所述连通管沿轴线开设第三中孔，并沿垂直于轴线的方向开设连通孔，所述第二螺管部分螺接于所述第二过孔，另一部分螺接于所述连通管，所述第二端盖固连于所述连通管的开口处，部分封盖所述第二过孔的开口，所述第二端盖和所述第二螺管之间形成活动空间，所述滑板位于所述活动空间，所述连通孔连通所述第三中孔和所述第二过孔，所述滑板能够控制所述第二过孔和所述连通孔的通断，以及所述第二中孔和所述第三中孔的通断。
14.可选地，所述顶部冲桩系统还包括第二弹性环板，所述第二定位机构还包括第二压板，所述第二压板固连于所述第二端盖背离所述第二螺管的一侧，所述第二弹性环板部分夹设于所述第二端盖和所述第二压板之间，能够封堵所述第二过孔的开口，能够在冲桩介质的作用下弯折，被配置为控制所述第二过孔和外部空间的通断。
15.可选地，所述第二压板开设多个呈圆形阵列排布的第二压板螺孔，所述第二端盖开设多个呈圆形阵列排布的第二端盖螺孔，所述第二定位机构还包括多个第二螺栓，多个所述第二螺栓、多个所述第二压板螺孔和多个所述第二端盖螺孔一一对应，所述第二螺栓螺接于对应的所述第二压板螺孔和所述第二端盖螺孔。
16.可选地，所述第二端盖沿周向开设多个间隔相同的第二弧形孔。
17.可选地，所述第一底座和所述第二底座采用热浸锌处理。
18.本发明的有益效果：
19.本发明提供的冲桩装置设置第一冲桩管和第二冲桩管用以引导冲桩介质。底部冲桩系统由桩靴底板安装于桩靴开孔中，第一冲桩管插设于第一底座的第一过孔中，并与第一定位机构的第一流动通道相连通，该第一过孔能够连通于外部空间。同时，第二冲桩管插设于第二底座的第二过孔中，并与第二定位机构的第二流动通道相连通，该第二过孔能够连通于外部空间。底部冲桩系统设置有滑套，当冲桩介质由第一冲桩管流向第一流动通道后，在该冲桩介质的冲击力作用下，滑套上移，第一流动通道和第一过孔相互连通，冲桩介质通过第一冲桩管和第一流动通道进而流向第一过孔的开口处，流向外部空间。顶部冲桩系统设置有滑板，当冲桩介质由第二冲桩管流向第二流动通道后，在该冲桩介质的冲击力作用下，滑板上移，第二流动通道和第二过孔相互连通，冲桩介质通过第二冲桩管和第二流动通道进而流向第二过孔的开口处，流向外部空间，起到冲桩作用，冲刷桩靴表面的海床土层，以降低桩靴与土层之间的吸附阻力，达到降低拔桩阻力的目的。当没有冲桩介质的冲击力时，在重力作用下，该滑套和该滑板均下移，此时第一流动通道和第一过孔的连通被滑套
阻断，第二流动通道和第二过孔的连通被滑板阻断，能够保证冲桩装置内部空间和外部空间的有效阻断，防止泥沙等杂质进入冲桩装置，进而发生堵塞的问题。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的冲桩装置的结构示意图；
21.图2a是本发明实施例提供的底部冲桩系统的第一状态结构示意图；
22.图2b是本发明实施例提供的底部冲桩系统的第二状态结构示意图；
23.图3a是本发明实施例提供的顶部冲桩系统的第一状态结构示意图；
24.图3b是本发明实施例提供的顶部冲桩系统的第二状态结构示意图；
25.图4是本发明实施例提供的第一底座的结构示意图；
26.图5a是本发明实施例提供的第一螺管的主视图；
27.图5b是本发明实施例提供的第一螺管的俯视图；
28.图6a是本发明实施例提供的第一端盖的主视图；
29.图6b是本发明实施例提供的第一端盖的俯视图；
30.图7a是本发明实施例提供的滑套的主视图；
31.图7b是本发明实施例提供的滑套的俯视图；
32.图8a是本发明实施例提供的第一弹性环板的主视图；
33.图8b是本发明实施例提供的第一弹性环板的俯视图；
34.图9a是本发明实施例提供的第一压板的主视图；
35.图9b是本发明实施例提供的第一压板的俯视图；
36.图10a是本发明实施例提供的第二螺管的主视图；
37.图10b是本发明实施例提供的第二螺管的俯视图；
38.图11a是本发明实施例提供的连通管的主视图；
39.图11b是本发明实施例提供的连通管的俯视图；
40.图12a是本发明实施例提供的第二端盖的主视图；
41.图12b是本发明实施例提供的第二端盖的俯视图；
42.图13a是本发明实施例提供的滑板的主视图；
43.图13b是本发明实施例提供的滑板的俯视图。
44.图中：
45.1000、第一冲桩管；
46.2000、第二冲桩管；
47.3000、底部冲桩系统；3100、第一底座；3110、第一过孔；3200、第一定位机构；3210、第一螺管；3211、第一中孔；3220、第一端盖；3221、流动槽；3222、第一端盖螺孔；3223、第一弧形孔；3230、第一压板；3231、第一压板螺孔；3240、第一螺栓；3300、滑套；3400、第一弹性环板；
48.4000、顶部冲桩系统；4100、第二底座；4110、第二过孔；4200、第二定位机构；4210、第二螺管；4211、第二中孔；4220、连通管；4221、第三中孔；4222、连通孔；4230、第二端盖；4231、第二端盖螺孔；4232、第二弧形孔；4240、第二压板；4241、第二压板螺孔；4250、第二螺栓；4300、滑板；4400、第二弹性环板。
具体实施方式
49.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
50.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
52.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“左”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
53.图1示出本发明实施例提供的冲桩装置的结构示意图。参照图1，本实施例提供了一种冲桩装置，包括第一冲桩管1000、第二冲桩管2000、底部冲桩系统3000以及顶部冲桩系统4000。该底部冲桩系统3000由桩靴底板安装于桩靴开孔中，该顶部冲桩系统4000由桩靴顶板安装于桩靴开孔中。根据实际施工需求设置底部冲桩系统3000以及顶部冲桩系统4000，即，可以仅设置底部冲桩系统3000，或仅设置顶部冲桩系统4000，或同时设置底部冲桩系统3000以及顶部冲桩系统4000，本实施例在此不做限制。
54.图2a示出本发明实施例提供的底部冲桩系统的第一状态结构示意图，图2b示出本发明实施例提供的底部冲桩系统的第二状态结构示意图。图中箭头指示为冲刷介质流动方向。
55.参照图1、图2a和图2b，该底部冲桩系统3000包括第一底座3100、第一定位机构3200和滑套3300，该第一底座3100沿轴线开设连通外部空间的第一过孔3110，该第一冲桩管1000插设于该第一过孔3110，该第一定位机构3200安装于该第一过孔3110，开设第一流动通道，该第一流动通道连通该第一冲桩管1000，该滑套3300活动套设于该第一定位机构3200，控制该第一流动通道和该第一过孔3110的通断。滑套3300能够在重力作用下阻断第一流动通道和第一过孔3110的连通，也能够在冲桩介质的冲击力作用下解除第一流动通道和第一过孔3110之间的阻隔，该滑套3300能够为底部冲桩系统3000提供防护措施，有效防止泥沙等杂质进入冲桩装置，进而发生堵塞的问题。
56.图3a示出本发明实施例提供的顶部冲桩系统的第一状态结构示意图，图3b示出本发明实施例提供的顶部冲桩系统的第二状态结构示意图。图中箭头指示为冲刷介质流动方向。
57.参照图1、图3a和图3b，该顶部冲桩系统4000包括第二底座4100、第二定位机构4200和滑板4300。该第二底座4100沿轴线开设连通外部空间的第二过孔4110，该第二冲桩管2000插设于该第二过孔4110，该第二定位机构4200安装于该第二过孔4110，开设第二流动通道，该第二流动通道连通该第二冲桩管2000。该滑板4300滑动安装于该第二流动通道，控制该第二流动通道和该第二过孔4110的通断。滑板4300能够在重力作用下阻断第二流动通道和第二过孔4110的连通，也能够在冲桩介质的冲击力作用下解除第二流动通道和第二过孔4110之间的阻隔，能够有效防止泥沙等杂质进入冲桩装置，进而发生堵塞的问题。
58.图4是本发明实施例提供的第一底座的结构示意图。具体地，参照图1、图2a、图2b以及图4，该第一底座3100呈上窄下宽的近梯形结构，便于插设入桩靴开孔中。该第一底座3100的宽度最大处固连于桩靴底板，可采用焊接等固定方式。任何能够保证第一底座3100和桩靴底板连接可靠性的固定方式均可，本实施例在此不做限制。
59.再为具体地，该第一过孔3110为阶梯孔形式，由上至下依次为桩管安装孔、定位机构安装孔、滑动孔以及流动孔。其中，定位机构安装孔、滑动孔以及流动孔的直径逐渐增大。
60.图5a示出本发明实施例提供的第一螺管的主视图，图5b示出本发明实施例提供的第一螺管的俯视图，图6a示出本发明实施例提供的第一端盖的主视图，图6b示出本发明实施例提供的第一端盖的俯视图。再为具体地，参照图2a、图2b以及图5a-图6b，该第一定位机构3200包括第一螺管3210和第一端盖3220。该第一螺管3210沿轴线开设第一中孔3211，该第一端盖3220开设流动槽3221。该第一螺管3210固连于该第一端盖3220，并螺接于该定位机构安装孔中。该第一中孔3211、该流动槽3221和该第一过孔3110连通。该滑套3300滑动套设于该第一螺管3210，位于滑动孔中，活动封盖于该流动槽3221上，能够控制该流动槽3221和该滑动孔的通断。该第一中孔3211、流动槽3221组成第一流动通道。
61.可选地，参照图6a和图6b，该流动槽3221呈十字形开设于第一端盖3220的上端面，同时第一螺管3210焊接于第一端盖3220的上端面。该第一端盖3220位于流动孔的几何中心处，其直径和高度均小于流动孔，如图2a和图2b所示。
62.图7a示出本发明实施例提供的滑套的主视图，图7b示出本发明实施例提供的滑套的俯视图。可选地，参照图2a、图2b、图7a以及图7b，该滑套3300开设圆形过孔，该圆形过孔的直径略大于第一螺管3210的外径，以该滑套3300套设于第一螺管3210外后，其滑动不出现卡涉为准。当无冲桩介质通过时，该滑套3300在重力作用下落在第一端盖3220的上端面，其底部封盖流动槽3221，阻断流动槽3221和滑动孔的连通；其侧部同时能够阻断滑动孔和流动孔的连通。当冲桩介质按照图2b中箭头方向进行冲击时，滑套3300上移，此时流动槽3221、滑动孔以及流动孔连通，冲桩介质能够由第一过孔3110的开口处涌至外部空间，进行冲桩工序。
63.图8a示出本发明实施例提供的第一弹性环板的主视图；图8b示出本发明实施例提供的第一弹性环板的俯视图；图9a示出本发明实施例提供的第一压板的主视图；图9b示出本发明实施例提供的第一压板的俯视图。参照图2a、图2b、图8a-图9b，该底部冲桩系统3000还包括第一弹性环板3400。该第一定位机构3200还包括第一压板3230。该第一压板3230固连于该第一端盖3220背离该第一螺管3210的一侧，该第一弹性环板3400部分夹设于该第一端盖3220和该第一压板3230之间，能够封堵该第一过孔3110的开口。该第一弹性环板3400能够在冲桩介质的作用下弯折，被配置为控制该第一过孔3110和外部空间的通断。本实施
例提供的第一弹性环板3400可以选择橡胶材质。该第一弹性环板3400能够为底部冲桩系统3000提供处第二重防护措施，防止外部泥沙进入底部冲桩系统3000。
64.可选地，该第一压板3230开设多个呈圆形阵列排布的第一压板螺孔3231。该第一端盖3220开设多个呈圆形阵列排布的第一端盖螺孔3222。该第一定位机构3200还包括多个第一螺栓3240。多个该第一螺栓3240、多个该第一压板螺孔3231和多个该第一端盖螺孔3222一一对应。该第一螺栓3240螺接于对应的该第一压板螺孔3231和该第一端盖螺孔3222。设置多个第一端盖螺孔3222以及多个第一压板螺孔3231能够增强第一端盖3220和第一压板3230的连接强度。
65.作为优选地，如图6b所示，该第一端盖3220沿周向开设多个间隔相同的第一弧形孔3223，该第一弧形孔3223连通于流动孔和第一过孔3110的出口。多个第一弧形孔3223的设置可增加冲桩介质通过的压力，提升平台拔桩效率。
66.继续参照图1、图3a以及图3b，本实施例提供的第二底座4100的结构与图4中所示的第一底座3100结构相同，其结构和其与桩靴顶板的连接方式在此不再赘述。
67.图10a示出本发明实施例提供的第二螺管的主视图；图10b示出本发明实施例提供的第二螺管的俯视图；图11a示出本发明实施例提供的连通管的主视图；图11b示出本发明实施例提供的连通管的俯视图；图12a示出本发明实施例提供的第二端盖的主视图；图12b示出本发明实施例提供的第二端盖的俯视图。参照图3a、图3b以及图10a-图12b，该第二定位机构4200包括第二螺管4210、连通管4220和第二端盖4230。该第二螺管4210沿轴线开设第二中孔4211，该连通管4220沿轴线开设第三中孔4221，并沿垂直于轴线的方向开设连通孔4222。该第二螺管4210部分螺接于该第二过孔4110，另一部分螺接于该连通管4220。该第二端盖4230固连于该连通管4220的开口处，部分封盖该第二过孔4110的开口。该第二端盖4230和该第二螺管4210之间形成活动空间，该滑板4300位于该活动空间。该连通孔4222连通该第三中孔4221和该第二过孔4110。该滑板4300能够控制该第二过孔4110和该连通孔4222的通断，以及第三中孔4221和第二中孔4211的通断。
68.图13a示出本发明实施例提供的滑板的主视图；图13b示出本发明实施例提供的滑板的俯视图。参照图3a、图3b、图13a和图3b，该滑板4300位于第三中孔4221中。当第二冲桩管2000中未通过冲桩介质时，在重力作用下，坐落在第二螺管4210的开口上，其底部能够封堵第二中孔4211的开口，其侧部能够封堵于第三中孔4221和连通孔4222之间。当第二冲桩管2000中有冲桩介质通过时，该冲桩介质通过第二冲桩管2000流至第二过孔4110，对滑板4300的底部形成冲击，使该滑板4300在第三中孔4221中上移，当该滑板4300上移至如图3b所示的位置时，解除了连通孔4222和第三中孔4221之间的阻隔，此时第二冲桩管2000、第二中孔4211、第三中孔4221以及连通孔4222连通，冲桩介质能够涌至第二过孔4110的开口处，并涌出该开口直至外部空间，进行冲桩工序。
69.具体地，参照图3a和图3b，该顶部冲桩系统4000还包括第二弹性环板4400，该第二定位机构4200还包括第二压板4240。该第二压板4240固连于该第二端盖4230背离该第二螺管4210的一侧。该第二弹性环板4400部分夹设于该第二端盖4230和该第二压板4240之间，能够封堵该第二过孔4110的开口。该第二弹性环板4400能够在冲桩介质的作用下弯折，被配置为控制该第二过孔4110和外部空间的通断。该第二弹性环板4400的结构和材质均可以与本实施例提供的第一弹性环板3400一致，在此不再赘述。
70.可选地，该第二压板4240开设多个呈圆形阵列排布的第二压板螺孔4241。该第二端盖4230开设多个呈圆形阵列排布的第二端盖螺孔4231。该第二定位机构4200还包括多个第二螺栓4250。多个该第二螺栓4250、多个该第二压板螺孔4241和多个该第二端盖螺孔4231一一对应，该第二螺栓4250螺接于对应的该第二压板螺孔4241和该第二端盖螺孔4231。设置多个第二压板螺孔4241以及多个第二端盖螺孔4231能够增加第二压板4240和第二端盖4230连接的可靠性。
71.作为优选地，该第二端盖4230沿周向开设多个间隔相同的第二弧形孔4232。该第二弧形孔4232连通于第二流动通道和第二过孔4110的出口。多个第二弧形孔4232的设置可增加冲桩介质通过的压力，提升平台拔桩效率。
72.作为优选地，本实施例中的第一底座3100和第二底座4100均为铸铁件，加工完成后整体采用热浸锌处理。采用热浸锌处理是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合，具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。
73.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。