專利名稱：將樁打入地層的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將樁打入地層的方法和裝置，特別是但不限于打入帶有局部水平面變化的不平整或起伏水下地層。
背景技術(shù)：
公知的是為水下打樁提供樁導(dǎo)向裝置，例如參見W099/11872(快速框樁導(dǎo)向裝置)、WOO1/92645 (鰭狀框/從動樁導(dǎo)向裝置)、W003/074795 (定向控制樁導(dǎo)向裝置)、及TO2009/024739(傾斜框樁導(dǎo)向裝置)中描述的海洋鋼鐵有限公司(Sea Steel Limited)的樁導(dǎo)向裝置類別。然而，對于將樁打入帶有局部水平面變化的不平整或起伏水下地層，此類樁導(dǎo)向裝置是不理想的。這是因為此類水下地層趨向于在不同的位置以與相對于水平線而言呈不同的角度對樁導(dǎo)向裝置進行支撐，這會導(dǎo)致以不同的、非豎直方位將樁打入地層。本發(fā)明旨在解決此類難題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種樁導(dǎo)向裝置，其用于在將樁打入地層時對樁進行支撐，包括基框，其具有平面的地層接合面；及樁導(dǎo)向部件，其配置為在將樁打入地層時，所述樁導(dǎo)向部件沿預(yù)定方向?qū)λ鰳哆M行導(dǎo)向穿過其中，所述樁導(dǎo)向部件通過多個在所述樁導(dǎo)向部件和基框之間延伸的支撐部件安裝到所述基框上；其特征在于，所述多個支撐部件中的至少一個的長度可調(diào)節(jié)，所述或各支撐部件的長度調(diào)節(jié)使得所述預(yù)定方向能夠相對于所述基框的平面的地層接合面發(fā)生變化。由此，可改變所述樁導(dǎo)向部件相對于所述基框的方位，例如，用以容納起伏的地層。至少在打樁過程中，可由所述多個支撐部件完全支撐所述樁導(dǎo)向部件。至少有三個支撐部件，例如，四個支撐部件。每個所述支撐部件可與所述樁導(dǎo)向部件間隔相等的距離。一個結(jié)構(gòu)中，各所述支撐部件的長度可調(diào)節(jié)。至少有三個長度可調(diào)節(jié)的支撐部件，例如，四個長度可調(diào)節(jié)的支撐部件。所述至少三個長度可調(diào)節(jié)支撐部件可繞所述樁導(dǎo)向部件設(shè)置，以使所述預(yù)定方向的分量能夠沿分別垂直于所述基框的平面的地層接合面的兩個不同平面發(fā)生變化。所述兩個不同平面相互垂直。由此，通過改變所述支撐部件的長度調(diào)節(jié)，使得所述樁導(dǎo)向部件的預(yù)定方向能夠相對于所述基框描出大致圓錐形的輪廓。所述大致圓錐形的輪廓的最大半角為至少5°。所述或各長度可調(diào)節(jié)支撐部件包括接頭裝配件，其包括連接至所述基框的第一部件和連接至所述樁導(dǎo)向部件并且可相對于所述第一部件旋轉(zhuǎn)的第二部件。該接頭裝配件形成為容納所述樁導(dǎo)向部件相對所述基框的方位改變。所述接頭裝配件中，一個部件包括基本為球形的構(gòu)件(例如，襯套構(gòu)件)，并且另一部件可包括所述球形的構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地安裝于其中的殼體(例如，凹槽)。所述球形構(gòu)件可連接至細長構(gòu)件(例如，桿)。這樣，隨著所述球形構(gòu)件在所述殼體中旋轉(zhuǎn)，所述細長構(gòu)件的縱向軸線可相對于所述殼體樞轉(zhuǎn)。所述球形構(gòu)件可具有通孔，并且所述細長構(gòu)件的一部分可在所述孔中滑動配合。這一結(jié)構(gòu)也可允許當(dāng)所述樁導(dǎo)向部件的導(dǎo)向相對于所述基框發(fā)生變化時，所述支撐部件的第二部件與至少一個其他支撐部件之間獨立發(fā)生變化。一種形式中，所述樁導(dǎo)向部件的形狀可為簡單的中空圓柱體。另一形式中，所述樁導(dǎo)向部件可為W001/92645所揭露的與帶有穩(wěn)定鰭的樁一起使用的樁導(dǎo)向部件，或者如W003/074795所揭露的與帶有定向控制凸片一起使用的樁導(dǎo)向部件，或者如W02007/066078所揭露的與這樣的樁一起使用的樁導(dǎo)向部件，S卩，所述樁的外形與樁導(dǎo)向部件的相應(yīng)外形交互以降低后者的破裂壓力。一具體形式中，所述樁導(dǎo)向部件可為如W099/11872所揭露的，其包括兩個分別能夠在操作位置和非操作位置之間移動的部分。所述操作位置中，所述兩個部分可界定出中空的圓柱體，以在將樁打入地層時對其進行導(dǎo)向。非操作位置中，兩個部件相互分離(分別通過繞各自的樞轉(zhuǎn)軸線從其操作位置樞轉(zhuǎn)分離)，從而可在打樁錘不弄臟樁導(dǎo)向部件的情況下繼續(xù)打樁并且將樁完全打入地層。所述樁導(dǎo)向部件的各部分可由一對長度可調(diào)節(jié)支撐部件進行支撐，所述各部分之間形成有樞轉(zhuǎn)軸線， 所述樁導(dǎo)向部件的各部分在所述操作位置和非操作位置之間移動時繞所述樞轉(zhuǎn)軸線進行樞轉(zhuǎn)。所述樞轉(zhuǎn)軸線配置為隨著調(diào)節(jié)其中一個或兩個所述支撐部件的長度，相對于所述基框傾斜。所述樞轉(zhuǎn)軸線可與接頭裝配件中的細長構(gòu)件的縱向軸線對齊。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種將樁打入非水平地層的方法，包括設(shè)置如本發(fā)明第一方面所述的樁導(dǎo)向裝置；利用置于所述非水平地層上的所述基框的平面的地層接合面對所述樁導(dǎo)向裝置進行定位；并且調(diào)節(jié)所述或各長度可調(diào)節(jié)支撐部件的長度，以使所述樁導(dǎo)向部件相對于所述基框傾斜，使得當(dāng)所述基框的平面的地層接合面置于所述非水平地層上時，所述預(yù)定方向形成為基本豎直。即使所述非水平面的地層在水下，也可在所述樁導(dǎo)向裝置處于原位(即，利用置于非水平面地層上的基框的平面接合面進行的定位)時調(diào)節(jié)所述支撐部件?？勺詣訄?zhí)行支撐部件的長度調(diào)節(jié)(例如，在水平檢測器以及響應(yīng)水平檢測器的輸出而產(chǎn)生長度調(diào)節(jié)信號的控制電路的幫助下)?；蛘撸肦OV(遠程操控車輛)之類的外部裝置可遠程執(zhí)行支撐部件的長度調(diào)節(jié)，所述外部裝置對所述樁導(dǎo)向部件相對于豎直方向之定向進行反饋。


現(xiàn)通過示例參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中圖I為實現(xiàn)本發(fā)明之樁導(dǎo)向裝置的從前上方一側(cè)觀察的立體圖；圖2詳細示出了圖I中圈出的樁導(dǎo)向裝置的一部分；圖3進一步詳細示出了圖2所示的部分；圖4為圖2所示部分的剖視圖；圖5A 5C為圖I的樁導(dǎo)向裝置處于不同地層方位的前視圖；及圖6A 6C為圖I的樁導(dǎo)向裝置處于不同地層方位的側(cè)視圖。
具體實施例方式圖I示出了實現(xiàn)本發(fā)明的樁導(dǎo)向裝置10。樁導(dǎo)向裝置10包括基框12和樁導(dǎo)向部件16，基框12具有連續(xù)的、平面的地層接合面14，樁導(dǎo)向部件16配置為當(dāng)將樁(未示)打入地層18時，使得所述樁以相對于地層的預(yù)定方向(箭頭A)對樁(未示)進行導(dǎo)向。樁導(dǎo)向部件16通過四個在樁導(dǎo)向部件和基框12之間延伸的支撐部件20而安裝在基框12上。各支撐部件20具有可調(diào)節(jié)的長度，利用長度調(diào)節(jié)使得可相對于基框12的平面地層接合面14進行預(yù)定方向的變化。圖2，3，及4更詳細地示出了長度可調(diào)支撐部件20的結(jié)構(gòu)。各長度可調(diào)支撐部件20包括接頭裝配件30，接頭裝配件30具有連接至基框12的第一部件或裝配部32以及連接至樁導(dǎo)向部件16并且可繞第一部件32旋轉(zhuǎn)的第二部件34。第一部件32包括收納塊(housing block)40，其可滑動地容納在一對緊固至基框12的導(dǎo)軌42之間。(圖2中，清楚起見，導(dǎo)軌42視為透亮的)。收納塊40可沿導(dǎo)軌42在最低位置P1和最高位置P2之間移動，并通過液壓缸(hydraulic ram) 44控制這兩個位置之間的移動。第二部件34包括部分為球形的襯套構(gòu)件50以及從所述襯套構(gòu)件50開始延伸的細長構(gòu)件52。部分為球形的襯套構(gòu)件50可旋轉(zhuǎn)地安裝在收納塊40中以使細長構(gòu)件52可相對于收納塊40樞轉(zhuǎn)。
如圖4所示，部分為球形的襯套構(gòu)件50具有通孔54。細長桿構(gòu)件52的一端可滑動地容納在孔54中，從而允許部分為球形的襯套構(gòu)件50可沿細長桿構(gòu)件52作具有一定自由度的移動M,并且允許細長構(gòu)件52在孔54內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)細長構(gòu)件52的尖端56與后擋塊58接合時，移動的自由度限制在一側(cè)。僅通過相鄰的用于防止細長構(gòu)件52掉出孔54的支撐部件20之間的間隔，就可將移動的自由度限制在另一側(cè)。長度可調(diào)支撐部件20提供了矯平效應(yīng)，允許樁導(dǎo)向部件16移動為豎直定向，即使是在基框12靠在非水平的地層18的情況下。參考圖5A 5C和圖6A 6C，示出了矯平效應(yīng)的范圍。圖5A 5C為分別處于不同地層18、18’，和18”的樁導(dǎo)向裝置10、10’，和10”的前視圖。圖5B中，樁導(dǎo)向裝置10位于水平的地層18上并且所有的四個長度可調(diào)支撐部件20設(shè)置成其各自的收納塊40處于最低位置。這樣，樁導(dǎo)向部件16設(shè)為使得預(yù)定方向(和樁100)為豎直。圖5A中，樁導(dǎo)向裝置10’位于向下傾斜的地層18’上(如從左向右所示出的)。從圖5B所示的開始位置，通過使得其各自的收納塊40從最低位置抬升至最高位置而使得樁導(dǎo)向裝置10’的右手側(cè)(如圖5A所示)的一對長度可調(diào)節(jié)支撐部件20’伸展。這樣，樁導(dǎo)向部件16’相對于基框12逆時針傾斜從而使得所述預(yù)定方向(及樁100’ )為豎直。隨著樁導(dǎo)向部件16’逆時針傾斜，部分為球形的襯套構(gòu)件50在其各自的收納塊40中旋轉(zhuǎn)，并且/或者細長構(gòu)件52在其各自的部分球形襯套構(gòu)件50的孔54中旋轉(zhuǎn)，以允許樁導(dǎo)向部件16’相對于基框12’發(fā)生位置變化。圖5C中，樁導(dǎo)向裝置10”位于向上傾斜的地層18”上(如從左向右所示出的)。從圖5B所示的開始位置，通過使得其各自的收納塊40從最低位置抬升至最高位置而使得樁導(dǎo)向裝置10的左手側(cè)(如圖5C所示)的一對長度可調(diào)節(jié)支撐部件20”伸展。這樣，樁導(dǎo)向部件16”相對于基框12順時針傾斜從而使得所述預(yù)定方向(及樁100”)為豎直。隨著樁導(dǎo)向部件16’順時針傾斜，部分為球形的襯套構(gòu)件50在其各自的收納塊40中旋轉(zhuǎn)，并且/或者細長構(gòu)件52在其各自的部分球形襯套構(gòu)件50的孔54中旋轉(zhuǎn)，以允許樁導(dǎo)向部件16”相對于基框12”發(fā)生位置變化。圖6A 6C為分別處于不同地層18、18”’，和18””的樁導(dǎo)向裝置10、10”，，和10””的側(cè)視圖。如圖所示，樁導(dǎo)向裝置10、10”’，和10””的后部位于左手側(cè)而前部位于右手側(cè)。圖6B中，樁導(dǎo)向裝置10位于水平的地層18上并且所有的四個長度可調(diào)支撐部件20如圖5B所示地設(shè)置。圖6A中，樁導(dǎo)向裝置10”’位于向下傾斜的地層18”’上(如圖所示，樁導(dǎo)向裝置10”’的后部高于前部)。從圖6B所示的開始位置，通過使得其各自的收納塊40從最低位置抬升至最高位置而使得樁導(dǎo)向裝置10”’前部的一對長度可調(diào)節(jié)支撐部件20”’伸展，以使所述樁導(dǎo)向部件(16”’(及樁100”’))傾斜為豎直定向。隨著樁導(dǎo)向部件16”’傾斜，部分為球形的襯套構(gòu)件50在其各自的收納塊40中旋轉(zhuǎn)，并且/或者細長構(gòu)件52在其各自的部分為球形的襯套構(gòu)件50中的孔54中軸向滑動，以允許樁導(dǎo)向部件16”’相對于基框12”’發(fā)生位置變化。
圖6C中，樁導(dǎo)向裝置10””位于向上傾斜的地層18””上(如圖所示，樁導(dǎo)向裝置10””的后部低于前部)。從圖6B所示的開始位置，通過使得其各自的收納塊40從最低位置抬升至最高位置而使得樁導(dǎo)向裝置10””后部的一對長度可調(diào)節(jié)支撐部件20””伸展，以使所述樁導(dǎo)向部件16”” (及樁100””)傾斜為豎直定向。隨著樁導(dǎo)向部件16””傾斜，部分為球形的襯套構(gòu)件50在其各自的收納塊40中旋轉(zhuǎn)，并且/或者細長構(gòu)件52在其各自的部分為球形的襯套構(gòu)件50的孔54中軸向滑動，以允許樁導(dǎo)向部件16””相對于基框12””發(fā)生位置變化。應(yīng)注意，圖5A 5C和6A 6C僅闡釋了樁導(dǎo)向部件16從左向右(一個平面內(nèi))的移動限制以及從前向后(另一個平面內(nèi))的移動限制。通過組合這兩個平面的移動，就能夠在所示的末端之間相對于基框12對樁導(dǎo)向部件16進行定位。樁導(dǎo)向部件16根據(jù)W099/11872(通過引用的方式將其全部內(nèi)容合并在此)的教導(dǎo)進行設(shè)置。樁導(dǎo)向部件16包括兩個部件110和112，它們分別能夠繞各自的樞轉(zhuǎn)軸線在操作位置(如圖I所示)和非操作位置(未示出)之間移動。所述操作位置中，兩個部件110和112界定出中空的圓柱體，以在將樁打入地層時對樁導(dǎo)向裝置進行導(dǎo)向。非操作位置中，兩個部件110和112樞轉(zhuǎn)而相互遠離(繞其各自的樞轉(zhuǎn)軸線)，以允許在保持樁導(dǎo)向裝置的干涉的情況下繼續(xù)打樁，并將樁完全打入地層。兩個部件110和112各自的樞轉(zhuǎn)軸線由各自一對的支撐部件20的接頭裝配件30的細長構(gòu)件52界定出。這樣，各支撐部件20的接頭裝配件30不僅允許樁導(dǎo)向部件在進行矯平(即，使得樁導(dǎo)向裝置傾斜為豎直定向)時的打樁之前相對于基框發(fā)生移動，并且在樁導(dǎo)向部件從其操作位置移動至非操作位置時的打樁過程中容納其運動。另一形式(未示)中，樁導(dǎo)向部件根據(jù)WO 01/92645(通過引用的方式將其全部內(nèi)容合并在此)的教導(dǎo)進行設(shè)置。換言之，樁導(dǎo)向部件包括一對立式導(dǎo)向槽，以在打樁過程中對一對與鰭狀樁相關(guān)的穩(wěn)定鰭(stabilizing fins)進行容納和導(dǎo)向。再一形式(未示)中，樁導(dǎo)向部件可根據(jù)WO 03/074795(通過引用的方式將其全部內(nèi)容合并在此)的教導(dǎo)進行配置。換言之，樁導(dǎo)向部件包括一對具有相反旋向的螺旋導(dǎo)向板，其界定出錐形槽，在樁穿過樁導(dǎo)向部件時用來將與螺旋導(dǎo)向板的一部分接合的相應(yīng)外形的樁的任何角度導(dǎo)向誤差進行矯正。再一形式(未示)中，樁導(dǎo)向部件可根據(jù)WO 2007/066078(通過引用的方式將其全部內(nèi)容合并在此)的教導(dǎo)設(shè)置。換言之，樁導(dǎo)向部件的外圍可形成有槽，該槽配置成形成附接至樁的橫向凸出連接件，以使樁穿過樁導(dǎo)向部件時沿著所述槽移動。樁導(dǎo)向部件具有一對外輪廓，當(dāng)樁穿過樁導(dǎo)向裝置時，所述一對輪廓與樁上的相應(yīng)輪廓接合，相對外形之間的反作用力使得所述槽不會形成敞口。
權(quán)利要求
1.一種樁導(dǎo)向裝置，其用于在將樁打入地層時對樁進行支撐，包括 基框，其具有平面的地層接合面 '及 樁導(dǎo)向部件，其配置為在將樁打入地層時，所述樁導(dǎo)向部件沿預(yù)定方向?qū)λ鰳哆M行導(dǎo)向穿過其中，所述樁導(dǎo)向部件通過在所述樁導(dǎo)向部件和基框之間延伸的多個支撐部件安裝到所述基框上； 其特征在于，所述多個支撐部件中的至少一個的長度可調(diào)節(jié)，所述或各支撐部件的長度調(diào)節(jié)使得所述預(yù)定方向能夠相對于所述基框的平面的地層接合面發(fā)生變化。
2.如權(quán)利要求I所述的樁導(dǎo)向裝置，其中所述多個支撐部件包括至少三個支撐部件。
3.如權(quán)利要求2所述的樁導(dǎo)向裝置，其中每個支撐部件的長度可調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的樁導(dǎo)向裝置，其中所述至少三個長度可調(diào)節(jié)支撐部件繞所述樁導(dǎo)向部件隔開，以使所述預(yù)定方向的分量能夠沿分別垂直于所述基框的平面的地層接合面的兩個不同平面發(fā)生變化。
5.如權(quán)利要求4所述的樁導(dǎo)向裝置，其中所述兩個不同平面相互垂直。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的樁導(dǎo)向裝置，其中所述或各長度可調(diào)節(jié)支撐部件包括接頭裝配件，其包括連接至所述基框的第一部件和連接至所述樁導(dǎo)向部件并且可相對于所述第一部件旋轉(zhuǎn)的第二部件。
7.如權(quán)利要求6所述的樁導(dǎo)向裝置，其中一個部件包括至少部分為球形的構(gòu)件以及從所述至少部分為球形的構(gòu)件延伸出的細長構(gòu)件，并且另一個部件包括所述至少部分為球形的構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地安裝于其中的殼體。
8.如權(quán)利要求7所述的樁導(dǎo)向裝置，其中所述至少部分為球形的構(gòu)件具有通孔以可滑動地容納所述細長構(gòu)件的至少部分。
9.如權(quán)利要求7或8所述的樁導(dǎo)向裝置，其中所述樁導(dǎo)向部件包括兩個部分，該兩個部分分別能夠繞各自的樞轉(zhuǎn)軸線在操作位置與非操作位置之間作樞轉(zhuǎn)移動，其中一個部分的樞轉(zhuǎn)軸線由所述從至少部分為球形的構(gòu)件延伸出的細長構(gòu)件界定出。
10.一種將樁打入非水平地層的方法，包括 設(shè)置如權(quán)利要求I 9中任一項所述的樁導(dǎo)向裝置； 利用置于所述非水平地層上的所述基框的平面的地層接合面對所述樁導(dǎo)向裝置進行定位；并且 調(diào)節(jié)所述或各長度可調(diào)節(jié)支撐部件的長度，以使所述樁導(dǎo)向部件相對于所述基框傾斜，使得當(dāng)所述基框的平面的地層接合面置于所述非水平地層上時，所述預(yù)定方向為基本豎直。
全文摘要
一種樁導(dǎo)向裝置(10)，其用于在將樁打入地層時對樁進行支撐，包括基框(12)，其具有平面的地層接合面(14)；及樁導(dǎo)向部件(16)，其配置為在將樁打入地層(18)時，所述樁導(dǎo)向部件(16)沿預(yù)定方向?qū)λ鰳哆M行導(dǎo)向穿過其中，所述樁導(dǎo)向部件(16)通過多個在所述樁導(dǎo)向部件和基框之間延伸的支撐部件(20)安裝到所述基框(12)上；其特征在于，所述多個支撐部件(20)中的至少一個的長度可調(diào)節(jié)，所述或各支撐部件(20)的長度調(diào)節(jié)使得所述預(yù)定方向能夠相對于所述基框(12)的平面的地層接合面(14)發(fā)生變化。
文檔編號E02D13/04GK102770601SQ201180005700
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者大衛(wèi)·豪厄爾·昆特, 詹姆斯·尤爾特·米利根·麥克 申請人:Ihc海洋鋼鐵有限公司