Способ крепления трубных стальных свай в опорном основании морских стационарных гидротехнических сооружений (платформ), а также устройство для его осуществления
METHOD OF FIXATION OF TUBULAR STEEL PILES IN SUPPORT BASE OF MARINE STATIONARY HYDRAULIC STRUCTURES (PLATFORMS), AND ALSO DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к строительству морских сооружений, а именно к технологии крепления трубных стальных свай в опорном основании морских стационарных сооружений (платформ).
Известен способ крепления сваи к стойке опорного блока морской стационарной платформы и устройство для его выполнения по авторскому свидетельству SU1231128 от 15.05.1986, который, с целью повышения надежности и сокращения затрат при креплении сваи к стойке опорного блока путем цементирования, предусматривает вытеснение воздухом морской воды из кольцевого зазора между сваей и стойкой опорного блока, подачу в него расчетного количества смеси пресной воды с измельченным теплоизоляционным материалом, охлаждение воды до образования ледовой пробки. После этого производят цементацию зазора. Охлаждают воду в течение всего процесса цементирования. Устройство включает камеру с установленным на ее наружной, обращенной к стойке, поверхности теплоизолятором. Внутри камеры вокруг сваи размещен змеевик, соединенный трубопроводом с хлад агрегатом. Ледовая пробка перекрывает кольцевой зазор и служит опалубкой при его цементации.
Недостатком такого способа крепления сваи к стойке опорного блока морской стационарной платформы, как и всех других способов, осуществляющих крепление сваи в опорном основании путем закачки цементного раствора в затрубное пространство между сваей и стойкой (направляющей гильзой), является низкая прочность контактной зоны цемент-сталь динамическим и знакопеременным нагрузкам, обусловленная раздельной работой сваи и стойки, и, следовательно, ухудшение надежности конструкции в целом. Кроме того, цементирование каждой сваи требует много трудозатрат и времени на затвердение цемента, что особенно критично при установке морской платформы в арктических водоемах с коротким навигационным периодом.
Наиболее близким к предложенному решению является способ крепления трубных стальных свай в направляющих гильзах опорного основания путем гидроразжима участка/участков сваи во внутренние круговые проточки в направляющей гильзе под действием давления воды, подаваемой вовнутрь изолированного участка сваи (патент US 4501514 от 26.02.1985). Изоляция (герметизация) выбранного участка, обеспечение подачи воды и создание необходимого давления осуществляется с помощью спускаемого вовнутрь сваи устройства, на концах которого установлены надувные гибкие уплотняющие элементы.
Основной недостаток данного способа связан с устройством для гидроразжима, которое сложно в изготовлении, а также пригодно только для одного конкретного размера сваи и направляющей гильзы. Кроме того, смена надувных гибких уплотняющих элементов в полевых условиях трудоемка, что в итоге значительно удорожает весь процесс крепления свай в опорном основании морских стационарных сооружений (платформ).
Задачей заявленного изобретения является создание устройства и способа крепления трубных свай в опорном основании морских стационарных сооружений с устранением вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности крепления свай в направляющих гильзах опорного основания за счет применения простого по конструкции и изготовлению устройства, оборудованного гидравлическими домкратами, обеспечивающими разжим сваи только в районе расположения внутренних круговых проточек направляющих гильз, а также сокращение трудозатрат и удешевление работ.
Технический результат достигается за счёт того, что способ крепления трубных свай в опорном основании морских стационарных сооружений, при котором устанавливают опорное основание морского сооружения на морское дно, забивают трубные сваи через направляющие гильзы опорного основания в дно моря, отличается тем, что спускают внутрь сваи устройство, оснащенное гидравлическими домкратами, на такую глубину, чтобы накладки штоков гидравлических домкратов располагались посередине внутренней круговой проточки в направляющей гильзе; создают давление в гидросистеме домкратов, при этом штоки через накладки давят на внутреннюю поверхность сваи до достижения давлением величины, при которой напряжение в теле трубной сваи достигает предела текучести материала сваи; таким образом осуществляют деформацию тела сваи во внутреннюю круговую проточку направляющей гильзы; по окончании процесса деформации давление в гидросистеме домкратов сбрасывают, штоки вместе с накладками возвращаются в исходное положение, осуществляют подъем устройства.
При этом контроль над процессом разжима материала сваи осуществляют по изменению давления в гидросистеме гидравлических домкратов.
При этом внутренняя поверхность направляющей гильзы имеет больше одной внутренней круговой проточки.
Также технический результат достигается за счет того, что устройство для крепления трубных свай в опорном основании морских стационарных сооружений содержит корпус и отличается тем, что содержит по меньшей мере три гидравлических домкрата, штоки которых могут перемещаться в радиальных направлениях по отношению к оси сваи, при этом на штоках расположены накладки.
Кроме того, корпус устройства выполнен в виде по меньшей мере трехгранной призмы или цилиндра.
При этом, применяется пружинный или гидравлический возврат штока в исходное положение.
При этом, крепление гидравлических домкратов на корпусе осуществляется в посадочных гнездах или на наружном опорном фланце.
Кроме того, корпус устройства в нижней и/или верхней части имеет резьбу для присоединения направляющего сферического или конусного башмака, или корпуса второго устройства, или для присоединения трубы или троса для спуска устройства во вовнутрь сваи.
Устройство также может включать гидравлическую станцию, включенную в гидросистему гидравлических домкратов, оборудованную дистанционным управлением.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами:
Фиг. 1 – Последовательность процессов, протекающих при разжиме сваи устройством в направляющей гильзе;
Фиг. 2 – Схема крепления сваи в направляющей гильзе опорного основания с использованием гидравлических домкратов;
Фиг. 3 – Схема устройства, оборудованного гидравлическими домкратами, закрепленными на корпусе, изготовленного в виде шестиугольной призмы;
Фиг. 4 – Схема устройства, оборудованного гидравлическими домкратами, соединенными в кольцевую конструкцию,
где:
1 – свая;
2 – направляющая гильза;
3 – корпус устройства для разжима сваи;
4 – накладки штоков гидравлических домкратов;
5 – внутренняя проточка направляющей гильзы;
6 – гидросистема домкратов;
7 – гидравлический домкрат;
8 – шток гидравлического домкрата;
9 – технологические каналы в корпусе устройства для разжима сваи;
10 – труба;
11 – посадочные гнёзда для домкратов;
12 – ниппельная резьба корпуса устройства;
13 – муфта корпуса устройства;
14 – сферический башмак устройства разжима сваи;
15, 16 – рукава высокого давления для подачи гидравлической жидкости в гидросистему домкратов для выдвижения штоков;
17, 18 – рукава высокого давления для подачи гидравлической жидкости в гидросистему домкратов для возврата штоков;
19 – соединительные серьги;
20 – болтовое соединение для соединения гидравлических домкратов в кольцевую конструкцию на корпусе устройства;
21 – штуцер для подсоединения рукава высокого давления к гидросистеме домкрата для возврата штока;
22 – штуцер для подсоединения рукава высокого давления к гидросистеме домкрата для выдвижения штока;
23 – крышки.
Способ крепления трубных стальных свай в опорном основании морских стационарных сооружений (платформ) с помощью устройств, оснащенных домкратами, включает следующие операции:
1. Установка опорного основания морского сооружения на морское дно.
2. Забивка трубных стальных свай (1) через направляющие гильзы (2) опорного основания в дно моря.
3. Спуск внутрь сваи устройства (3), оснащенного гидравлическими домкратами (7), на такую глубину, чтобы накладки (4) штоков (8) гидравлических домкратов (7) располагались посередине внутренней круговой проточки (5) в направляющей гильзе (2).
4. Создание давления в гидросистеме (6) домкратов (7). При этом (см. фиг. 1) штоки (8) через накладки (4) давят на внутреннюю поверхность сваи (1) и при достижении давления величины, при которой напряжение в теле трубы достигает предела текучести материала сваи (1), начинается пластическая деформация (разжим) тела сваи (1) во внутреннюю круговую проточку (5) направляющей гильзы (2), при этом исключается необходимость изоляции (герметизации) рассматриваемого внутреннего участка сваи.
Контроль над процессом разжима (пластической деформации) материала сваи (1) осуществляется по изменению давления в гидросистеме (6) гидравлических домкратов (7). Резкое возрастание давления в гидросистеме домкратов свидетельствует о том, что наружная поверхность сваи (1) вошла в контакт с внутренней поверхностью внутренней круговой проточки (5) направляющей гильзы (2).
Процесс разжима сваи окончен.
5. Давление в гидросистеме (6) домкратов (7) сбрасывается, штоки (8) вместе с накладками возвращаются в транспортное положение с помощью пружин, или гидросистемы в случае применения домкратов с гидравлическим возвратом штока.
6. Осуществляется подъем устройства. Процесс крепления сваи в направляющей гильзе опорного основания завершен.
При креплении трубчатых стальных свай (1) в направляющих гильзах (2) опорного основания морских стационарных сооружений (платформ) используется устройство, имеющее корпус, и оборудованноеый гидравлическими домкратами (7), штоки (8) которых могут перемещаться в радиальных направлениях по отношению к оси сваи (1) и направляющей гильзы (2). При создании давления в гидросистеме (6) домкратов (7) штоки (8) гидроцилиндров через накладки (4) давят на внутреннюю поверхность сваи (1) и при давлении, превышающем предел текучести материала сваи, начинается пластическая деформация (разжим) тела сваи (1) во внутреннюю круговую проточку (5) направляющей гильзы (2).
Для лучшего понимания предлагаемого изобретения и демонстрации возможности использования различных вариантов крепления гидравлических домкратов на корпусе устройств, применяемых для крепления свай в направляющих гильзах опорного основания морских стационарных сооружений, представлены фиг. 2, 3, 4.
Согласно представленным фиг., количество гидравлических домкратов (7) в устройстве, может быть от трех и более в зависимости от геометрических параметров (внутренний диаметр, толщина стенки) и физико-механических свойств материала сваи (1), а также геометрических параметров (конфигурации, высоты, диаметра корпуса и технических характеристик (усилие, развиваемое домкратом, ход штока, способ возврата штока) гидравлического домкрата (7).
Согласно представленным фиг., стальной корпус (3) устройства в зависимости от количества и метода крепления гидравлических домкратов
(7) может иметь:
- цилиндрическую форму (см. фиг.2) как с технологическими каналами (9) для прокладки шлангов высокого давления, так и наружным их расположением (см. фиг. 4);
- форму многоугольной (трех-четырех-пяти-шестиугольной и более) призмы (см. фиг. 3 – корпус в виде шестиугольной призмы).
Корпус устройства в верхней и нижней частях должен иметь резьбу (ниппель, или муфту) для присоединения снизу направляющего сферического (14) или конусного башмака, или второго корпуса с установленными гидравлическими домкратами в случае необходимости разжать сваю в двух по глубине местах (при наличии нескольких круговых проточек на внутренней поверхности направляющей гильзы), для присоединения сверху трубы или троса для спуска вовнутрь сваи.
Согласно представленным фиг., могут использоваться различные варианты крепления гидравлических домкратов на корпусе устройства, например:
• в посадочных гнездах 11 (см. фиг. 2), закрепляя домкраты с помощью крышек 23;
• снаружи, соединяя гидравлические домкраты в кольцевую конструкцию и располагая их на опорном фланце (см. фиг. 3-4).