【技术实现步骤摘要】
本技术涉及海洋工程桩基施工中的沉桩施工设备，尤其涉及一种采用扭转冲击的沉桩装置及施工方法。
技术介绍
1、近年来，国际上为了应对全球气候变暖，实现能源利用的可持续发展，大力开发新型清洁能源。风力发电作为新能源领域中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，获得了迅猛发展。海上风电是利用海洋风力发电的一种清洁能源，随着全球对清洁能源需求的不断增长，其建设规模也在不断扩大。而单桩基础是海上风电机组中最常用的基础形式之一，它的优点在于简单、可靠、易于施工。
2、目前，单桩是海上风电最常用的基础型式，其入土深度一般为25米至50米不等，直径一般为4.5米至6.5米不等。单桩的桩顶连接有桩顶法兰，用于固定风电机组塔筒。打桩是单桩基础施工的重要环节，一般采用动力打桩的方法，采用液压冲击锤对桩身进行高频率冲击，使其逐渐穿透海床土层直至预定深度，打桩过程中需要掌握打桩速度和力度，避免对桩身造成过大的振动和损伤。而此种沉桩方式的缺点主要是：锤击应力引起桩身及节点的的疲劳损伤，桩周土体扰动大导致承载力弱化，沉桩过程中产生噪音和环境污染。因此，未来海上桩基础施工亟需一种高效、快速、环保的沉桩装置及施工方法。
技术实现思路
1、本技术所要解决的技术问题是：提供一种采用扭转冲击的沉桩装置及施工方法，在桩基动力沉桩施工过程中施加周期性变化方向的扭转冲击力矩，使桩基础高效、准确的贯入海床，减少沉桩施工引起桩身的疲劳损伤和桩周土体的承载弱化，减少其对环境(如哺乳动物和鱼类)的有害影响和
2、为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：
3、一种采用扭转冲击的沉桩装置，包括桩基础及施工船机，施工船机包括起重船、抱桩架及脐带缆，还包括扭转激励系统及监测系统；在沉桩作业时，所述的扭转激励系统固定于桩基础的顶部，用于产生周期性的扭转冲击力传递至桩基础的桩身，替代传统的锤击方式进行沉桩，所述监测系统用于监测沉桩过程中桩基础的位移及角度变化。
4、上述技术方案中，进一步地，所述扭转激励系统包括驱动电机及对称设于驱动电机外壳两侧的两组齿轮组，每组齿轮组均包括驱动齿轮、从动齿轮a、从动齿轮b、配重块a及配重块b，驱动齿轮与驱动电机的电机转轴固定连接，从动齿轮a、从动齿轮b均设置于驱动电机外壳上且二者尺寸及齿数均相同，配重块a、配重块b分别在从动齿轮a、从动齿轮b上偏心布置且二者位置及质量均相同，从动齿轮a及从动齿轮b相对于桩基础的中垂面对称布置，驱动齿轮与从动齿轮a啮合，从动齿轮a与从动齿轮b啮合；在驱动电机的驱动下，两侧齿轮组中的驱动齿轮以相同的角速度转动，带动从动齿轮a、从动齿轮b以相同的角速度相反的方向转动，从而两侧的齿轮组产生的离心力始终大小相同、作用方向相反，由此产生周期性的扭转冲击力传递至桩基础。
5、更进一步地，所述的驱动电机通常选用低速大扭矩电机。
6、进一步地，在所述的扭转激励系统底部设有底法兰，在桩基础顶部设有顶法兰，在沉桩前将底法兰与顶法兰通过螺栓固定。
7、进一步地，所述的监测系统可以包括激光位移计及倾角计，激光位移计设有多个，安装在抱桩架不同高度处的水平面上，倾角计安装在桩基础的桩身上，实时监测桩体的位移变化以及倾角。
8、一种采用扭转冲击的沉桩施工方法，采用如上所述的装置实现，包括如下步骤：
9、(1)由配套的驳船运输桩基础至施工位置，在桩身上预先标识出中线和桩身标尺，起重船到达预定位置后抛锚定位；
10、(2)将桩基础起吊后根据设计要求调整桩架仰、俯倾斜度，使用抱桩架抱住桩身，使桩基础在自重作用下贯入海床一定深度；
11、(3)起吊扭转激励系统，将其固定于桩基础的顶部，并保证扭转激励系统中两侧齿轮组中的从动齿轮a与从动齿轮b相对于桩身的中线对称；
12、(4)稳桩后启动驱动电机，使每侧齿轮组中的从动齿轮a和从动齿轮b呈相反方向、相同速率发生旋转，在桩顶施加扭转冲击力矩使单桩逐渐贯入地层，直至达到预设的深度；
13、(5)通过监测系统检查桩身倾斜度、位置及桩身完好性，确认后卸下桩顶的扭转激励系统，并退船离场。
14、本技术的有益效果为：
15、1、本技术研究了一种采用扭转冲击的沉桩装置及施工方法，在进行海上沉桩作业时，采用扭转冲击代替了打桩锤击力，减少了沉桩施工造成桩身及焊缝位置的疲劳损伤，同时减少了对桩周土体的扰动。
16、2、与现有的传统的锤击沉桩方式相比，采用扭转冲击沉桩装置可以减少沉桩过程中的噪音，减少其对环境(如哺乳动物和鱼类)有害影响和噪音污染，达到绿色环保施工要求。
17、3、与现有的传统的锤击沉桩方式相比，其能方便、快速、准确的将单体桩沉入到指定位置，从而在保证沉桩质量的前提下实现管桩的快速简便的沉桩工作，简化施工工序，节约劳动力，使施工准备工作更加简单，沉桩施工操作安全、便利，缩短工期，降低工程造价。
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1.一种采用扭转冲击的沉桩装置，包括桩基础及施工船机，施工船机包括起重船、抱桩架及脐带缆，其特征在于，还包括扭转激励系统及监测系统；在沉桩作业时，所述的扭转激励系统固定于桩基础的顶部，用于产生周期性的扭转冲击力传递至桩基础的桩身，替代传统的锤击方式进行沉桩，所述监测系统用于监测沉桩过程中桩基础的位移及角度变化；所述扭转激励系统包括驱动电机及对称设于驱动电机外壳两侧的两组齿轮组，每组齿轮组均包括驱动齿轮、从动齿轮A、从动齿轮B、配重块A及配重块B，驱动齿轮与驱动电机的电机转轴固定连接，从动齿轮A、从动齿轮B均设置于驱动电机外壳上且二者尺寸及齿数均相同，配重块A、配重块B分别在从动齿轮A、从动齿轮B上偏心布置且二者位置及质量均相同，从动齿轮A及从动齿轮B相对于桩基础的中垂面对称布置，驱动齿轮与从动齿轮A啮合，从动齿轮A与从动齿轮B啮合。
2.根据权利要求1所述的采用扭转冲击的沉桩装置，其特征在于，所述的驱动电机选用低速大扭矩电机。
3.根据权利要求1所述的采用扭转冲击的沉桩装置，其特征在于，在所述的扭转激励系统底部设有底法兰，在桩基础顶部设有顶法兰，底法兰与顶
4.根据权利要求1所述的采用扭转冲击的沉桩装置，其特征在于，所述的监测系统包括激光位移计及倾角计，激光位移计设有多个，安装在抱桩架不同高度处的水平面上，倾角计安装在桩基础的桩身上，实时监测桩体的位移变化以及倾角。
...【技术特征摘要】
1.一种采用扭转冲击的沉桩装置，包括桩基础及施工船机，施工船机包括起重船、抱桩架及脐带缆，其特征在于，还包括扭转激励系统及监测系统；在沉桩作业时，所述的扭转激励系统固定于桩基础的顶部，用于产生周期性的扭转冲击力传递至桩基础的桩身，替代传统的锤击方式进行沉桩，所述监测系统用于监测沉桩过程中桩基础的位移及角度变化；所述扭转激励系统包括驱动电机及对称设于驱动电机外壳两侧的两组齿轮组，每组齿轮组均包括驱动齿轮、从动齿轮a、从动齿轮b、配重块a及配重块b，驱动齿轮与驱动电机的电机转轴固定连接，从动齿轮a、从动齿轮b均设置于驱动电机外壳上且二者尺寸及齿数均相同，配重块a、配重块b分别在从动齿轮a、从动齿轮b上偏心布置且二者位...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈侃敏，董友扣，黄陈刚，王海宇，王宽君，姜贞强，冯卫江，孙长江，李瑜，张文龙，杨宏毅，梁宁，倪卫达，赵留园，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：
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