[发明专利]一种基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置及沉桩方法

权利要求书

1.一种基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置，其特征在于：所述基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置包括抱桩架、漂浮式平台、锚泊系统以及监测系统；

所述抱桩架用于固定施工过程中的大直径单桩，所述抱桩架为钢结构桁架，所述抱桩架上设有抱箍和千斤顶，所述抱桩架和抱箍布置为与大直径单桩的桩身外径相匹配以保证施工过程中大直径单桩的桩身上端与漂浮式平台协同运动，所述抱桩架下部固定于漂浮式平台的平台甲板上，所述抱桩架内侧中空形成喂桩口且内侧布置有多片柔性抱箍和相应的千斤顶以适应一定范围内不同直径的大直径单桩；

所述漂浮式平台包括：平台甲板、浮筒和撑杆，所述漂浮式平台用于固定和运送抱桩架和大直径单桩，所述平台甲板中心设有供大直径单桩穿过的月池，所述平台甲板下设有为漂浮式平台提供浮力的浮筒，撑杆用于连接固定浮筒，保证在水平纠偏力下的结构安全性；

所述锚泊系统包括：布置于平台甲板的多个锚机、与锚机相对应的导缆器、锚链和锚体，所述锚泊系统用于定位漂浮式平台以及提供调整大直径单桩桩身垂直度所需要的水平反力；所述锚链的上端连接锚机，锚链的中间通过导缆器调节固定并下放至海床，锚链的下端连接于锚体，所述锚机为液压控制，通过绞盘控制锚链的张紧和放松，从而改变锚链的张力大小以调整漂浮式平台及其内部的大直径单桩的位移；

所述监测系统包括：倾角计、激光测斜仪和数据采集仪，所述倾角计设置在大直径单桩的外侧且用于监测沉桩过程中大直径单桩桩身的垂直度，所述激光测斜仪设置在抱桩架上且用于监测抱桩架与大直径单桩的桩身之间的相对倾斜角度，所述数据采集仪用于采集倾角计、激光测斜仪所采集的数据以及每台锚机的绞拉力数据。

2.根据权利要求1所述的基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置，其特征在于：所述浮筒内设有压载舱和压载水泵，以在不同的工况下调整漂浮式平台的吃水深度和平台甲板的高程。

3.根据权利要求1所述的基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置，其特征在于：所述数据采集仪与远程传输数据采集仪相连接以实现稳桩沉桩过程的远程监测控制。

4.一种基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置的沉桩方法，其特征在于：所述基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置的沉桩方法基于权利要求1-3中任意一项所述的基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置，并包括如下步骤：首先，由吊装船机设备竖直起吊大直径单桩，并自上而下穿过抱桩架中心、平台甲板中心的月池后下沉至海床面，待大直径单桩的桩身自稳后，由抱桩架上的千斤顶在水平面内顶升抱箍直至抱箍与大直径单桩的桩身相接，使得大直径单桩与漂浮式平台相对固定；接着在大直径单桩的桩身顶端布置锤击或者静压沉桩器开始沉桩施工；在沉桩施工过程中，通过设置在大直径单桩外侧的倾角计和设置在抱桩架上的激光测斜仪以监测大直径单桩的倾斜情况，当大直径单桩的桩身向一侧倾斜时，使用锚机调整锚链长度，放松该侧的锚链，减小该侧锚链的张力，并收紧另一侧锚链以增大张力，使得大直径单桩的桩身向反方向倾斜，得以保证大直径单桩的桩身在整个沉桩施工过程中的垂直度；所述倾角计用于监测沉桩过程中大直径单桩桩身的垂直度，所述激光测斜仪用于监测抱桩架与大直径单桩的桩身之间的相对倾斜角度，并通过数据采集仪采集倾角计、激光测斜仪所采集的数据以及每台锚机的绞拉力数据；所述平台甲板下设有为漂浮式平台提供浮力的浮筒。

5.根据权利要求4所述的基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置的沉桩方法，其特征在于：所述浮筒内设有压载舱和压载水泵，以在不同的工况下调整漂浮式平台的吃水深度和平台甲板的高程。

6.根据权利要求4所述的基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置的沉桩方法，其特征在于：所述数据采集仪与远程传输数据采集仪相连接以实现稳桩沉桩过程的远程监测控制。

7.根据权利要求4所述的基于锚泊定位控制的漂浮式稳桩平台装置的沉桩方法，其特征在于：根据悬链线方程理论，单根锚链提供的水平反力H定义为：

V＝wL (3)

其中：L为锚链长度，w为锚链的单位长度浮重度，AE代表锚链单位长度的刚度，X为导缆器与海床触底点之间的水平距离，V为锚链的浮重度，T为导缆器位置的锚链张力，因此，通过锚机对锚链进行绞拉，减小长度L，水平反力H相应增大；同理，放松锚链，增加长度L，水平反力H相应减小。