CN102482859A - 桩接头和形成桩接头的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于管桩的灌浆桩接头包括下桩段和上桩段，该上桩段包括适于向该下桩段施加驱动力的一体驱动部。所述上桩段包括刺入部，该刺入部的大小设定为延伸通过所述下桩段的近端开口并且进入到所述下桩段的内孔中，从而在所述上桩段和所述下桩段之间形成环状空间以接收浆。所述驱动部的壁厚可以大于所述刺入部的壁厚，并且所述驱动部可以包括定位成接触所述下桩段的近端的环状区域。浆分配器组件可以安装在所述上桩段中以接收浆。浆管线组件被***所述上桩段中并且与所述分配器组件配合以将泵入的浆供应到所述环状空间。还提供了一种方法和上桩段。

Description

桩接头和形成桩接头的方法

技术领域

这些发明大体涉及桩接头。具体地，这些发明涉及桩接头以及例如采用分段安装的大直径长钢管桩的海上基础等的方法。

背景技术

传统的海上基础采用竖直或倾斜的大直径长钢管桩。60年来使用这些管桩基础支撑海上平台。随着平台增加尺寸以支撑来自较大干舷的负载，桩的直径和长度也增加。为了在海上结构(其用作桩基盘)中安装较大的桩并且驱动桩更深地穿透，桩必须被分段建造并且这些段在桩接头处结合在一起，这通常在现场进行。该接头通常是在平台基础安装的驱动顺序期间在现场形成的焊接连接。在更近一些时候，已经采用用于较小直径管的机械式连接器。但是机械式连接器通常需要旋转上桩段以在接头处将桩段结合在一起，并且旋转要求通常对于斜桩不实用。由于用于在现场执行与焊接以及随后检查焊接相关的任务的人员和设备的时间和成本，因此桩接头的焊接对于平台安装可能是相当大的成本构成。

发明内容

符合要求保护的发明的实施方式包括灌浆桩接头，该灌浆桩接头包括下桩段，该下桩段包括近端、近端开口、内表面以及内孔。所述接头还包括上桩段，该上桩段包括适于向所述下桩段施加驱动力的一体驱动部。所述上桩段包括刺入部，该刺入部的大小设定为延伸通过所述下桩段的所述近端开口并进入所述下桩段的所述内孔中，以在所述上桩段和所述下桩段的所述内表面之间形成环状空间。该环状空间的大小设定为接收浆以连接所述上桩段和所述下桩段。所述驱动部的壁厚可以大于所述刺入部的壁厚，并且所述驱动部可以包括定位成接触所述下桩段的近端的环状区域(annulus land)。

所述灌浆桩接头还可包括浆分配器组件，该浆分配器组件安装在所述上桩段中以接收浆从而将驱动桩连接到所述下桩段。所述刺入部可以包括开口以允许流体能够流过该刺入部。所述浆分配器组件可以包括泄放通道，该泄放通道允许流体能够从所述开口流过所述刺入部。所述浆分配器组件可以包括：上段，该上端刚性地连接到所述上桩段的内表面；和下段，该下段连接到所述上段并且安装成沿着所述上桩段的纵轴线轴向运动。所述灌浆桩接头还可以包括侧向导向件，该侧向导向件连接到所述上桩段的内表面并且径向向内延伸以向所述下段提供侧向支承。所述上段和所述侧向导向件均可包括泄放通道以允许流体能够流过所述上桩段。所述刺入部可包括浆返回孔，该浆返回孔定位成允许浆能够从所述环状空间流入所述刺入部中。

符合要求保护的发明的另一个实施方式包括一种形成灌浆桩接头的方法，该方法包括：设置下桩段，该下桩段包括近端开口、内表面和内孔；并且设置上桩段，该上桩段包括刺入部，该刺入部的大小设定为延伸通过所述下桩段的所述近端开口并进入所述下桩段的所述内孔中，以在所述上桩段和所述下桩段的所述内表面之间形成环状空间。所述方法还包括将所述上桩段通过所述下桩段的所述近端开口***并***所述下桩段的所述内孔中，并且在所述上桩段***所述下桩段中的情况下抵靠所述下桩段驱动所述上桩段，以使该上桩段向所述下桩段施加足以将所述下桩段移入支撑面中的驱动力。所述方法还包括将浆供应到所述环状空间以连接所述上桩段和所述下桩段。所述方法还可以包括在未刚性连接所述上桩段和所述下桩段的情况下，抵靠所述下桩段驱动所述上桩段。所述方法还可以包括设置安装在所述上桩段中的浆分配器组件，并且在将浆供应到所述环状空间之前将浆管线组件***所述浆分配器组件中。在抵靠所述下桩段驱动所述上桩段之后，可以将浆供应到所述环状空间。所述方法还可以包括设置安装在所述上桩段中的浆分配器组件，该浆分配器组件包括：上段，该上段刚性连接到所述上桩段的内表面；和下段，该下段连接到所述上段并且安装成沿着所述上桩段的纵轴线轴向运动。

要求保护的发明的实施方式还包括驱动桩段，该驱动桩段包括细长的筒状主体，该筒状主体包括远端部和与该远端部相邻的驱动部，所述远端部的大小设定为用于***另一个桩段中。所述驱动桩段还包括：驱动部，该驱动部具有的大小和形状使得所述驱动部抵接所述另一个桩段以向该另一个桩段施加驱动力；和浆分配器组件，该浆分配器组件安装在所述筒状主体中以接收浆从而将所述驱动桩段连接到所述另一个桩段。所述驱动部的外径可以大于所述远端部的外径。所述驱动部还可以包括用于接触所述另一个桩段的端部的环状区域。所述远端部可以包括开口以允许流体能够流过所述筒状主体，并且所述浆分配器组件可以包括泄放通道以允许流体能够从所述开口流过所述筒状主体。

附图说明

图1是描绘完全安装的桩和部分安装的桩的近海基盘式结构的侧视图，大体示出了根据示例性实施方式的位于上桩段和下桩段之间的桩接头；

图2是根据示例性实施方式的灌浆桩接头的正面的剖视图；

图3是根据图2的示例性实施方式的下浆管线组件的托管架末端和浆样品收集容器的正面的剖视图；

图4是一系列侧视图，示出了根据示例性实施方式的提升、***、配合和取回浆管线组件的方法；

图5a是根据另一个示例性实施方式的灌浆桩接头的正面的剖视图；

图5b、5c以及5d是沿着相应的平面剖取的图5a的灌浆桩接头的剖视图；

图6是根据图5a的示例性实施方式的下浆管线组件的托管架末端的正面的剖视图；以及

图7是***图5a的桩接头中的图6的托管架末端的正面的剖视图。

具体实施方式

将针对管桩接头描述符合要求保护的发明的示例性实施方式，该管桩接头由在形成于接头处的上桩和下桩之间的环状空间之间注入浆而连接。然而，为了避免不必要地使要求保护的发明的实施方式模糊，下列描述省略了可以以框图形式示出或以其它方式概括的众所周知的结构和装置的细节。为了说明目的，阐述了许多特定细节以便提供对示例性实施方式的全面理解。应当理解，除这些特定细节以外，实施方式可以以各种方式来实施。此外，虽然附图中示出了示意性的距离、尺寸和比例，但应理解，本文提出的***和方法的距离、尺寸和比例可以改变以适合任何具体实施，该具体实施可以包括石油钻探平台和风轮机支撑应用。

图1示出了总体上以1表示的海上基盘式结构，该结构包括示例性实施方式的灌浆桩接头和驱动桩段。具体地，斜管桩2伸出水面6的上方，该斜管桩2具有总长度3，其中在泥线5下方具有穿透距离4。描绘了利用打桩锤10沿驱动顺序的部分安装的第二管桩，该管桩具有下桩段7、上桩段8、以及连接所述段7、8的桩接头9，其中打桩锤10接合在上桩段8的顶部上以抵靠上桩段8施加驱动力，例如由锤10的多次相应的撞击产生的多重驱动力。应当注意，对于竖直桩和斜桩均能实施本方法和接头。

图2以剖视图示出了符合要求保护的发明的灌浆桩接头的示例性实施方式，该灌浆桩接头包括上桩段8，该上桩段8具有安置在下桩段7上的一体驱动头或驱动部11，而在桩接头9处形成界面60。驱动头或驱动部11一体地形成在上桩段8上以在桩接头9处提供比上桩段8的位于桩接头9上方和下方的部分更大的强度。例如，在示例性实施方式中，针对预定的纵距，驱动部11形成有位于桩接头9处的界面60的正上方或该界面60处的并且优选地位于该界面60的下方的径向壁厚，该径向壁厚大于刺入导向件12(下面讨论)的壁厚并且优选地大于上桩段8的上部，以提供经受住由锤10产生的驱动力所必需的强度并且将那些力有效地施加、传递和分配到下桩段7。在本示例性实施方式中，刺入导向件12和驱动部11由在制造期间通过铣削操作适当地确定尺寸的一体式管形成。然而，在图5a至图7的另一个示例性实施方式中，驱动部和刺入导向件分离地形成，然后在运送到现场之前在制造期间例如通过焊接刚性地和一体地相互连接并连接到另一个管，并且形成上桩段8。

在本实施方式中，下桩段7包括近端50、近端开口52、内表面或内壁54和内孔56。上桩段8形成为大致细长的筒状主体，该筒状主体包括具有刺入锥13的远端或桩刺入部/导向件12，该远端或桩刺入部/桩刺入导向件12的大小设定为用于***下桩段7的内孔56中，以在下桩段7的内表面56和该桩刺入导向件12的外壁或外表面58之间形成环状空间17。在示例性实施方式中，刺入锥13延伸到扶正器14的下方，该扶正器14焊接于下桩段7的内表面54以将桩刺入导向件12引导就位。位于典型的浆密封保护器垫片16上方的典型的擦拭器式浆密封件15密封环状空间17的下端。刺入锥13包括开口以允许流体能够流入刺入导向件12中。驱动部11的外径大于桩刺入导向件12的外径，并且驱动部11还包括环状区域62，该环状区域62横向于灌浆桩接头的纵轴线延伸，并且面对下桩段7的近端50以环形接触和抵靠该近端50。

浆分配器组件70安装在上桩段8的桩刺入导向件12中以接收浆并将浆引到环状空间17中。浆分配器组件70包括刚性地连接到刺入导向件12的内表面74的上段72和从该上段72延伸的下段76。上段72包括支撑锥和浆返回槽26，该支撑锥和浆返回槽26在上边缘处刚性地固定(即焊接)到桩刺入导向件12的内壁。上段72还包括浆管线储器24，该浆管线储器24固定(即焊接)到支撑锥和浆返回槽26并且向下延伸。下段76包括分配器20以及在浆管线储器24和浆分配器20之间延伸的下导管23。分配器20包括：闭合端部78；形成在端部78中的多个出口80；以及柔性浆软管18。柔性浆软管18包括连接件21，即螺纹装配件，该连接件21在一端连接在相应的出口80处并且在相反端连接到形成在桩刺入导向件12中的相应的浆口19。柔性软管18允许下导管23和分配器20在由上桩段8在下桩段7上施加驱动力期间相对于桩刺入导向件12轴向地移动。浆分配器下导管23由浆分配器导向板25侧向地支撑，该导向板25固定(即焊接)到桩刺入导向件12的内壁并且包括形成在其中的通道。导向套筒25a安装在所述通道中并且固定到板25，但是大小设定为向下导管23提供侧向支承，而不妨碍轴向运动，从而允许浆分配器下导管23通过套筒25a上下地滑动。因此，由于下导管23的下段76例如通过避免焊接连接而非刚性地连接到刺入导向件12的下部，即仅由套筒25a侧向地/横向地支撑并且由柔性软管18连接，所以允许由在刺入导向件12和下段76中引起应力波的驱动力导致的这些部件之间的相对轴向运动，而不受任何限制的影响或没有任何限制，由此将应力波引起的对部件的破坏的可能性减到最小并且避免对未被使用的焊接连接的破坏。浆分配器下导管23的长度的大小设定为防止在浆管线组件36(下面讨论)被从桩收回之后浆从下桩段7和桩刺入导向件12之间的环状空间17回流。

在支撑锥和浆返回槽26以及浆分配器导向板25中设置有排水孔27，以允许在刺入锥13位于水面6下方时在安装和驱动期间水能够流过刺入导向件12。排水孔27的大小设定为使得槽26和板25中的相应组的排水孔27的总截面流动面积足够大以允许水能够自由流过刺入导向件12，从而防止引起抵抗桩的***的任何水压以及水压的任何累积。而且，浆返回口28以阵列形式围绕桩刺入导向件12形成在邻近环状空间17的顶部的支撑锥和浆返回槽26的上方以及区域62的下方，以允许浆向上流过环状空间17并且流出到收集容器(在下文讨论)中以返回到表面并随后分析。焊道29被应用于下桩段7的内壁和桩刺入导向件12的外壁以起剪键的作用，以便将所需的环状空间的灌浆长度减到最小。

图3以剖视图的形式示出了浆管线31的托管架末端段30，该托管架末端段30待***上桩段8的开口端中，移入下桩段7的内孔56中，并且与浆管线储器24、下导管23以及分配器20的闭合端部78配合。托管架末端段30的底部包括狭槽32以允许浆能够流出细长段39并流入闭合端部78且然后流入多个出口80。末端段30的端部用末端防护部33来保护以防止末端在***和取回/收回期间悬挂在上桩段8上或卡在排水孔27中。浆样品收集容器34被焊接到托管架末端段30的壁的外表面，从而形成环形间隙或容器腔，以收集经由返回端口28从环状空间17返回的浆，用于取回到表面。取回的浆样品然后可被传递到样管以稍后检验浆强度。浆样品收集容器34具有位于顶部的典型的浆擦片密封件35，以迫使浆循环到环状空间中并且以防止浆通过形成在浆管线储器24和浆样品收集容器34之间的空间回流。密封保护器垫片40使用在密封件35的上方和下方以在末端段30的运动期间使其它部件偏转，从而防止密封件35的意外破坏和/或移除。

图4a至4d以一系列图示描绘了示例性实施方式的灌浆程序的阶段。如图4a所示，由软管39连接到浆泵37的浆管线组件36被提升到上桩段8的上方。浆管线组件36包括托管架末端段30、浆样品收集容器34和以使注托管架末端段30与浆管线储器24对准的柔性夹紧扶正器38。扶正器38降低了浆管线组件36在***和取回期间卡在桩上的可能性，并且提供浆管线托管架末端段30和浆容器在***期间的更佳对准。浆管线组件36被***上桩段8中(图4b)，直到托管架末端段30完全与浆管线储器24配合(图4c)。然后将浆从浆泵37通过浆管线组件36泵入形成在下桩段7的内壁和桩刺入导向件12的外壁之间环状空间17中。溢出的返回浆被收集在浆样品收集容器34中。在泵送预校准量的浆之后，停止浆泵37并且从上桩段8收回浆管线组件36(图4d)。收集在浆样品收集容器34中的返回浆可以被移除以用于测试。

图5a至5b以及图6至7示出了符合要求保护的发明的另一个实施方式，该实施方式类似于图1至4d的实施方式。因此，这些实施方式的相同或基本类似的特征和部件标以相同的附图标记并且省略对这些特征和部件的讨论。本实施方式在若干方面不同于前述实施方式。首先，桩接头98包括上桩段100，该上桩段100包括驱动部102和由分离的管段形成的刺入导向件104，然后该驱动部102和刺入导向件104例如通过焊接刚性地且一体地相互连接并连接到上管，以在运输到现场之前在制造期间形成焊接连接106。该实施方式还使用：较短的下导管108；不起浆返回槽的作用的支撑锥109；以及连接器110，该连接器借助具有中央通道的横板111安装在下导管108中。连接器110包括细长管道112，该细长管道112具有上横向进口114和下出口116，用于将浆引到闭合端部78。另外，托管架末端段118不包括浆管线储器但是包括环状对中锥120，该环状对中锥120用于帮助托管架末端段118的下端在***期间对准。托管架末端段118还包括连接器接收器组件112，该组件112包括管道和连接器接收件124，以滑动地且伸缩地接收连接器110并且以与连接器110连接从而将浆输送到连接器110，如图7所示。应当注意，排水孔27和柔性软管18与前述实施方式中提及的排水孔和软管相同或类似，所述排水孔27在本实施方式中清楚地示出为围绕锥120和板25(图5b和5c)在环形上相等地间隔开的孔的阵列。而且，对中锥120被确定尺寸、成形、定位成使得其不妨碍孔27的水流动/泄放功能。

因此，初始的桩段与随后的桩段配合，并且初始的桩段利用随后的桩段被驱动成最终穿入支承面中，其中随后的桩段包括桩刺入导向件、浆分配器组件以及一体驱动部或头的结合。在下桩段和上桩段之间无刚性连接(例如焊接连接或紧固件连接)情况下，在竖直桩或斜桩被驱动至最终穿入之后，具有带密封件的托管架末端的浆管线组件36能被降入到随后的桩段或上桩段中并且与安装在上桩段刺入导向件中的浆管线储器配合，从而允许浆能够通过浆分配器被泵入上桩刺入导向件和下桩之间的环状空间中，以由此在硬化或固化浆时将上桩段刚性地连接到下桩段。

符合要求保护的发明的灌浆桩接头和方法提供包括以下的各种优点。在正常操作和极端荷载情况期间在桩中形成的全部力和力矩被穿过桩接头传输，使得桩段之间的灌浆连接能实现桩的全部强度。因此桩接头能抵抗在正常和极端载荷情况期间在桩中形成的力和力矩。而且，当与使用传统焊接连接方法比较时，该接头和方法显著减小结合桩段所需的时间，这是因为本文的实施方式的桩接头和方法不包括或无上桩段和下桩段之间的焊接连接。另外，浆分配器的支撑框架允许在驱动期间形成的应力波能够通过该支撑框架而不会导致焊接连接失效。支撑锥和浆分配器导向件中的排水孔允许在驱动期间形成在桩内部的水压能够穿过该支撑锥和浆分配器导向件被释放。而且，浆管线组件能被用来从上浆返回端口取回溢出浆，该浆流下浆返回槽(支撑锥)而进入到附接在浆管线组件的托管架末端段的上方的浆样品收集容器中。

因此显然，已经根据本发明提供了灌浆桩接头和用于灌浆所述桩接头的方法，虽然已经针对优选实施方式描述了本发明，但是显然，对于本领域普通技术人员来说显而易见多种替代方案、变型和变化。因此，公开内容旨在包含在本发明的精神和范围内的所有这种替代方案、变型、等同方案和变化。

Claims (20)

1.一种灌浆桩接头，该灌浆桩接头包括：

下桩段，该下桩段包括近端、近端开口、内表面和内孔；

上桩段，该上桩段包括适于向所述下桩段施加驱动力的一体驱动部，所述上桩段包括刺入部，该刺入部的大小设定为延伸通过所述下桩段的所述近端开口并进入所述下桩段的所述内孔中，而在所述上桩段和所述下桩段的所述内表面之间形成环状空间，所述环状空间的大小设定为接收浆以连接所述上桩段和所述下桩段。

2.根据权利要求1所述的灌浆桩接头，其中，所述驱动部的壁厚大于所述刺入部的壁厚。

3.根据权利要求2所述的灌浆桩接头，其中，所述驱动部包括环状区域，该环状区域定位成接触所述下桩段的所述近端。

4.根据权利要求1所述的灌浆桩接头，该灌浆桩接头还包括浆分配器组件，该浆分配器组件安装在所述上桩段中以接收浆从而将所述驱动桩连接到所述下桩段，所述刺入部包括开口以允许流体能够流过所述刺入部，所述浆分配器组件包括泄放通道以允许流体能够从所述开口流过所述刺入部。

5.根据权利要求1所述的灌浆桩接头，该灌浆桩段还包括安装在所述上桩段中的浆分配器组件，并且该浆分配器组件包括：上段，该上段刚性连接到所述上桩段的内表面；和下段，该下段连接到所述上段并且安装成用于沿着所述上桩段的纵轴线轴向运动。

6.根据权利要求5所述的灌浆桩接头，该灌浆桩接头还包括侧向导向件，该侧向导向件连接到所述上桩段的所述内表面并且径向向内延伸以向所述下段提供侧向支承。

7.根据权利要求6所述的灌浆桩接头，其中，所述上段和所述侧向导向件均包括泄放通道以允许流体能够流过所述上桩段。

8.根据权利要求1所述的灌浆桩接头，其中，所述刺入部包括浆返回孔，所述浆返回孔定位成允许浆能够从所述环状空间流入所述刺入部中。

9.一种形成灌浆桩接头的方法，该方法包括：

设置下桩段，该下桩段包括近端开口、内表面和内孔；

设置上桩段，该上桩段包括刺入部，该刺入部的大小设定为延伸到所述下桩段的所述近端开口中并且延伸到所述下桩段的所述内孔中以在所述上桩段和所述下桩段的所述内表面之间形成环状空间；

将所述上桩段通过所述近端开口***并且***所述下桩段的所述内孔中；

在所述上桩段***所述下桩段中的情况下，抵靠所述下桩段驱动所述上桩段，从而导致所述上桩段向所述下桩段施加足以将所述下桩段移入支撑面中的驱动力；以及

将浆供应到所述环状空间以连接所述上桩段和所述下桩段。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述上桩段和所述下桩段未刚性连接的情况下，抵靠所述下桩段进行所述上桩段的所述驱动。

11.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括设置安装在所述上桩段中的浆分配器组件，并且在将浆供应到所述环状空间之前，将浆管线组件***所述浆分配器组件中。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，在抵靠所述下桩段进行所述上桩段的所述驱动之后，向所述环状空间供应浆。

13.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括设置安装在所述上桩段中的浆分配器组件，该浆分配器组件包括：上段，该上段刚性连接到所述上桩段的内表面；和下段，该下段连接到所述上段并且安装成用于沿着所述上桩段的纵轴线轴向运动。

14.一种驱动桩段，该驱动桩段包括：

细长的筒状主体，该筒状主体包括远端部和邻近所述远端部的驱动部，所述远端部的大小设定为用于***另一个桩段中，所述驱动部具有的大小和形状使得所述驱动部抵接所述另一个桩段以向该另一个桩段施加驱动力；和

浆分配器组件，该浆分配器组件安装在所述筒状主体中以接收浆从而将所述驱动桩段连接到所述另一个桩段。

15.根据权利要求14所述的驱动桩，其中，所述驱动部的外径大于所述远端部的外径。

16.根据权利要求15所述的驱动桩，其中，所述驱动部包括用于接触所述另一个桩段的端部的环状区域。

17.根据权利要求14所述的驱动桩，其中，所述远端部包括开口以允许流体能够流过所述筒状主体，所述浆分配器组件包括泄放通道以允许流体能够从所述开口流过所述筒状主体。

18.根据权利要求14所述的驱动桩，其中，所述浆分配器组件包括：上段，该上段刚性连接到所述筒状主体的内表面；和下段，该下段连接到所述上段并且安装成用于沿着所述筒状主体的纵轴线轴向运动。

19.根据权利要求18所述的驱动桩，该驱动桩还包括侧向导向件，该侧向导向件连接到所述筒状主体的所述内表面并且径向向内延伸以向所述下段提供侧向支承。

20.根据权利要求19所述的驱动桩，其中，所述上段和所述侧向导向件均包括泄放通道以允许流体能够流过所述筒状主体。

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