[發明專利]基礎樁安裝裝置

有效

• 申請號: 201780031773.8
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN109496244B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: B·J·M·昂茨;N·M·諾爾丹姆
• 申請（專利權）人: GBM工程有限公司
• 主分類號: E02D5/72
• 分類號: E02D5/72;E02D27/52
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 茅翊忞

基礎樁端件，包括環形連接殼體，其中環形連接殼體的近端構造成固定于基礎樁的底端；還包括可移動尖端，其中環形連接殼體的遠端構造成固定地保持可移動尖端，其中可移動尖端設置成關于環形連接殼體的中心軸線橫向擺動，其中可移動尖端構造成根據擺動的致動從基礎樁的底端轉移土壤。

技術領域

本發明總體涉及振動打樁機。更具體地，本發明涉及使用動態(dynamic)樁端件以增加振動打樁機的穿透深度，該動態樁端件能夠在驅動動作期間在樁頭端處轉移地面材料。

背景技術

海上風能產業最常見的基礎類型是單樁。單樁的基礎是一個大型鋼制端開口管，該管的直徑范圍從2米到16米，并且壁厚范圍從5厘米到20厘米。這些基礎樁用沖擊錘安裝進地面。安裝深度通常在進入地面25米到40米的范圍。通過用沖擊錘敲擊樁的頂部達到該深度。通過這些敲擊，樁穿透地面。

沖擊錘在最接近樁的位置處產生高達220dB的水下高噪音水平。幾個歐洲國家政府已經對此噪音水平做出限制規定。最嚴格的規定是德國政府做出的，在距離(振動)源750米處允許的最大噪音水平為160dB SEL(聲音暴露水平)。預計其他國家，包括荷蘭、英國、丹麥、瑞典、挪威和比利時也將遵循這些要求。為了遵守這些規定，必須采取減低噪音措施。這些國家計劃在未來15年內在北海安裝大量風力渦輪機。

自這些規定聲明以來，已經開發并部署了幾種形式的減低噪音(措施)。最常使用的減低噪音(措施)是圍繞樁的氣泡簾，該氣泡簾吸收錘產生的聲音；以及減低噪音屏，該減低噪音屏實際上是一個大型圓形圍堰，基礎樁在安裝期間放置在該圍堰中，該圍堰被抽干，因此水和樁之間不存在直接接觸。已經實施了其他幾項減低措施，這些措施都抑制聲音進一步傳播到水中。對于每個基礎樁安裝，這些減低措施平均成本三十萬歐元。這大約占基礎總成本的15％。

在安裝基礎樁時不超過最大聲音水平的一個嘗試包括使用能夠將基礎樁安裝到一定深度而不超過最大聲音水平的振動錘。然而，振動錘不能將樁安裝到25米至40米深的所需穿透深度。在北海用振動錘通常到達5米到20米之間的深度。為了到達所需的深度，在使用振動錘之后使用沖擊錘。這再次需要使用減低噪音措施，因此使這個組合沒有益處。

抑制樁穿透土壤的土壤阻力具有兩個部分。第一個是土壤沿著樁壁的阻力，其在外部，對于一個端開口的鋼樁內部也有。這個阻力稱為“軸阻力”，是由樁壁和土壤顆粒之間的摩擦引起的。第二個是樁頭端下方土壤的阻力。當樁穿透土壤時，土壤必須被推開，以便為樁進入騰出空間。這個阻力稱為“尖端阻力”。在沙子(在北海中通常發現的土壤類型)中的振動驅動期間，與尖端阻力相比，軸阻力較低。土壤的摩擦疲勞被認為是造成這個的原因。振動錘通常以10Hz至30Hz的頻率振動，并且剛性連接的樁和錘的振幅在垂直平面中為0至10毫米。在振動驅動期間，圍繞軸的土壤被這些運動震動，并且土壤經受大量的裝載循環，在安裝樁需要的時間期間，對樁和樁周圍的土壤施加高達1×105到10×105的裝載循環。這些裝載循環導致土壤疲勞。摩擦強度降低80％至僅為其初始值的20％。然而，在安裝時樁下面的土壤不會經受如此大量的裝載循環，因為每次樁穿透更多進入地面時，它都進入新的土壤。而且，與其它土壤類型(例如粘土)相比，沙子的剪切強度非常高，這反過來在這種類型的土壤中引起高的尖端阻力。安裝期間樁的軸阻力和尖端阻力的組合是總阻力。在諸如北海等堅硬的沙質土壤中，這個阻力的大部分是尖端阻力。這是通過打樁預測和使用振動錘在樁安裝期間進行的測量得出的。所需要的是降低高的尖端阻力，其中樁可以用振動錘安裝到完全所需的穿透深度，同時滿足噪音減少要求。

發明內容

為了滿足本領域的需求，提供了基礎樁端件，該基礎樁端件包括環形連接殼體，其中環形連接殼體的近端構造成固定到基礎樁的底端；可移動尖端，其中環形連接殼體的遠端構造成固定地保持可移動尖端，其中可移動尖端設置成關于環形連接殼體的中心軸線橫向擺動，其中可移動尖端構造成根據擺動的致動從基礎樁的底端轉移土壤。

根據本發明的一個方面，擺動的致動可包括電磁致動、機械致動、液壓致動、機電致動、氣動致動或壓電致動。