一种隔水导管上部打桩防斜装置.pdf

本发明的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：它包括钩环、活动式挂钩和套筒；一锤帽套在隔水导管顶部，锤帽的开口端外缘对称设置多个钩环；活动式挂钩对称设置于套筒的上端外壁，活动式挂钩的位置和钩环对应；套筒套在隔水导管外侧，通过活动式挂钩和钩环悬挂在锤帽下端。本发明的装置主要由钩环、挂钩、圆形套筒等组成，装置结构简单，操作施工方便，能够很好的解决实际生产难题，进一步减少了海上作业的风险。本发明有效的解决了防止打桩过程中上部因桩锤振动而发生的导管倾斜等问题，使得打桩作业顺利进行保证打桩质量；本发明可广泛用于海上石油钻井、风力发电平台设施、深水港码头、跨海铁路和跨海大桥等大型工程中。

1、  一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：它包括钩环、活动式挂钩和套筒；一锤帽套在隔水导管顶部，所述锤帽的开口端外缘对称设置多个钩环；所述活动式挂钩对称设置于所述套筒的上端外壁，所述活动式挂钩的位置和所述钩环对应；所述套筒套在所述隔水导管外侧，通过所述活动式挂钩和钩环悬挂在所述锤帽下端。

2、  如权利要求1所述的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：所述套筒的内径比所述隔水导管的外径大3～5mm。

3、  如权利要求1所述的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：所述套筒的壁厚为所述隔水导管的1.5倍。

4、  如权利要求2所述的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：所述套筒的壁厚为所述隔水导管的1.5倍。

5、  如权利要求1或2或3或4所述的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：所述活动式挂钩承受载荷的能力至少为打桩锤以最大能量打桩时，所述套筒施加的动载荷的1.2倍。

6、  如权利要求1或2或3或4所述的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：所述套筒的长度L符合下式：
L＝(δE-m₁^aH)^1/2·(m₂·E_eIπ²)^-1/2
其中E表示打桩锤的能量；E_e表示隔水导管4的弹性模量；m₁表示打桩锤锤心重量；m₂表示所述锤帽的重量；I表示所述隔水导管的惯性距；H表示打所述桩锤的落距；D表示所述隔水导管的外径；t表示所述隔水导管的壁厚；δ表示能量缩减系数；a表示落距影响系数。

7、  如权利要求5所述的一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：所述套筒的长度L符合下式：
L＝(δE-m₁^aH)^1/2·(m₂·E_eIπ²)^-1/2
其中E表示打桩锤的能量；E_e表示隔水导管4的弹性模量；m₁表示打桩锤锤心重量；m₂表示所述锤帽的重量；I表示所述隔水导管的惯性距；H表示打所述桩锤的落距；D表示所述隔水导管的外径；t表示所述隔水导管的壁厚；δ表示能量缩减系数；a表示落距影响系数。

一种隔水导管上部打桩防斜装置
技术领域
本发明涉及一种海洋石油钻井打桩装置，特别是关于一种隔水导管上部打桩防斜装置。
背景技术
随着海上石油钻井、风力发电平台设施、深水港码头、跨海铁路和跨海大桥等大型工程项目的发展，桩基础作为常用基础形式得到了广泛的应用。在桩基施工中，通常采用的打桩方式为锤入法打桩，锤入法打桩设备主要包括打桩锤、桩架和动力装置三个部分：打桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证打桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动打桩锤及卷扬机用的动力设备。
在海洋石油钻井打桩的实际工况中，由于打桩锤的锤击振动，导致隔水导管上部发生振动并产生倾斜。如果倾斜程度的比较大，会对打桩作业的继续进行和打桩质量产生直接的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以有效减弱因打桩锤锤击引起的隔水导管上部振动，从而防止隔水导管因振幅过大而发生倾斜偏离的隔水导管上部打桩防斜装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隔水导管上部打桩防斜装置，其特征在于：它包括钩环、活动式挂钩和套筒；一锤帽套在隔水导管顶部，所述锤帽的开口端外缘对称设置多个钩环；所述活动式挂钩对称设置于所述套筒的上端外壁，所述活动式挂钩的位置和所述钩环对应；所述套筒套在所述隔水导管外侧，通过所述活动式挂钩和钩环悬挂在所述锤帽下端。
所述套筒的内径比所述隔水导管的外径大3～5mm。
所述套筒的壁厚为所述隔水导管的1.5倍。
所述活动式挂钩承受载荷的能力至少为打桩锤以最大能量打桩时，所述套筒施加的动载荷的1.2倍。
所述套筒的长度L符合下式：
L＝(δE-m₁^aH)^1/2·(m₂·E_eIπ²)^-1/2
其中E表示打桩锤的能量；E_e表示隔水导管4的弹性模量；m₁表示打桩锤锤心重量；m₂表示所述锤帽的重量；I表示所述隔水导管的惯性距；H表示打所述桩锤的落距；D表示所述隔水导管的外径；t表示所述隔水导管的壁厚；δ表示能量缩减系数；a表示落距影响系数。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的圆形套筒安置在隔水导管锤帽下端附近，由于套筒增加了隔水导管上部结构的整体刚度和质量，因此有效的减弱因锤击而产生的隔水导管振动，从而有效的防止了隔水导管因振动幅度过大而发生倾斜等问题。2、本发明的装置主要由钩环、挂钩、圆形套筒等组成，装置结构简单，操作施工方便，能够很好的解决实际生产难题，进一步减少了海上作业的风险。本发明有效的解决了防止打桩过程中上部因桩锤振动而发生的导管倾斜等问题，使得打桩作业顺利进行保证打桩质量；本发明可广泛用于海上石油钻井、风力发电平台设施、深水港码头、跨海铁路和跨海大桥等大型工程中。
附图说明
图1是本发明的装置的锤帽-钩环结构示意图
图2是本发明的装置的圆形套筒-活动式挂钩结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明的打桩防斜装置主要包括钩环1、活动式挂钩2和圆形套筒3。隔水导管4上端套有锤帽5，用以承接打桩锤的冲击力，使其不会破坏隔水导管4。锤帽5的盲端51位于隔水导管4顶部，开口端52的外缘对称地设置多个钩环1，以便使锤帽5的受力平衡。活动式挂钩2对称设置于圆形套筒3的上端外壁，活动式挂钩2和钩环1的位置一一对应，且能够方便的悬挂于锤帽5上的钩环1处。圆形套筒3套在隔水导管4上部外侧，并通过活动式挂钩2和钩环5悬挂在锤帽4下端。
本发明的实施例中，钩环1呈对称焊接于锤帽5的开口端外壁，钩环1承受载荷的能力与活动式挂钩2相当，钩环1与活动式挂钩2形成匹配构件。活动式挂钩2承受载荷的能力至少为打桩锤以最大能量打桩时圆形套筒3施加在活动式挂钩2上的动载荷的1.2倍，即保证活动式挂钩2在工程过程中不至于损坏。活动式挂钩2通过柔性套环21连接圆形套筒3，柔性套环21长度以适合与活动式挂钩2与钩环1相连为宜，柔性套环21承受载荷的能力与活动式挂钩2相同。圆形套筒3的内径比隔水导管4的外径大3～5mm，方便悬挂及与隔水导管4的上部形成整体结构。圆形套筒3的壁厚为隔水导管4的1.5倍，加大两者共振频率间的差距。
本发明通过圆形套筒3增加隔水导管4上部结构的整体刚度和质量，从而有效的减弱因锤击而引起的振动，防止隔水导管因振动幅度过大而发生倾斜偏离等事故。为了使打桩防斜装置的减振效果达到最大，本发明通过打桩锤以最大能量击打过程中，打桩锤所产生的总能量E守恒的原理ΔE＝0，动能E_k势能E_p转化关系ΔE_k＝ΔE_p，以及隔水导管上部结构截面形状和刚度对隔水导管上部结构受迫振动能量扩散的影响关系等因素，可得出圆形套筒1的长度L近似满足下式：
L＝(δE-m₁^aH)^1/2·(m₂·E_eIπ²)^-1/2
其中E表示打桩锤的总能量；E_e表示隔水导管4的弹性模量；m₁表示打桩锤锤心重量；m₂表示锤帽5的重量；I表示隔水导管4的惯性距，有I＝π(D⁴-(D-2t)⁴)/64；H表示打桩锤的落距；D表示隔水导管4的外径；t表示隔水导管4的壁厚；δ表示能量缩减系数；a表示落距影响系数。