打樁船樁架及超重系統(tǒng)的改造方案

摘要：新興的海上風(fēng)電市場樁基工程日趨大型化，現(xiàn)有打樁船的原樁架結(jié)構(gòu)及起重系統(tǒng)性能無法滿足施工要求，本文介紹了中交三航局針對原樁架結(jié)構(gòu)與起重系統(tǒng)的改造，使其在滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的前提下盡可能發(fā)揮樁架的性能以滿足施工要求。

關(guān)鍵詞：打樁船;風(fēng)電樁基;施工要求;樁架改造;起重系統(tǒng)改造

打樁船船體為鋼箱型結(jié)構(gòu)，在甲板的端部設(shè)有打樁架，可前俯后仰以適應(yīng)施打斜樁的需要。打樁船為非自航船，用推（拖）船牽引就位。打樁船廣泛應(yīng)用于橋梁、碼頭、水利、風(fēng)電工程等施工。

隨著傳統(tǒng)水工市場的逐漸萎縮，新興的海上風(fēng)電市場發(fā)展迅猛，其樁基工程日趨大型化：單樁重達(dá)120t以上，長度90-110m之間，直徑1.6m以上，我司目前的打樁船原樁架高度及起重性能顯然無法滿足施工要求。

“三航樁18”是我司最大的打樁船，為滿足海上風(fēng)電樁基工程的施工需求，我司決定對其樁架結(jié)構(gòu)及起重系統(tǒng)在滿足相關(guān)設(shè)汁規(guī)范要求的前提下進(jìn)行改造，將樁架及液壓油缸的能力發(fā)揮至最大極限，盡量挖掘樁架的施工能力。

1 “三航樁侶”簡介及改造要求

“三航樁18”建造于2009年，是同時期最大的一艘變幅式打樁船，改造前狀態(tài)見圖l，樁架可繞其前支點做俯仰動作，主要用于常規(guī)碼頭，橋梁等樁基施工，施打斜直樁，主要性能參數(shù)見表1：

“岱山4”號、“嘉興l”號2個風(fēng)電場的鋼管樁直徑在1.6m-2.Om之間，長度在100m左右，單樁重量在100-140t，首先針對這兩個風(fēng)電場樁基施工要求，確定樁架改造后的性能目標(biāo)如下：

（l）含主樁架和副樁架，其整個樁架加高13m;

（2）吊鉤組由原來的80t+120t+120t（由船左至船右排列）3個吊鉤更換為120t+120t+180t（由船左至船右排列）;

（3）提升后的最大植樁能力為：植樁直徑≤2.6m，最大樁長90 m+水深，最大樁重140t的鋼管樁;

（4）滑輪以下重量不超過90t，具備安裝MHU550S或IHC-S500液壓錘能力;

（5）龍口面至樁錘中心的錘擊中心可按照實際樁型樁徑改變中心距，變化范圍在0.9-1.6m。

2 樁架及起重系統(tǒng)改造方案

為縮短改造周期以及最大限度地節(jié)約改造成本，經(jīng)對原樁架變幅油缸的核算，選擇適當(dāng)?shù)母脑旆桨?，滿足改造要求：

2.1樁架改造

（l）對主樁架和副架的改造

為滿足改造后最大植樁樁長90m+水深的需要，且盡量減少新增樁架重量對樁架變幅油缸的影響，選擇了主樁架接高8m，副架升高5m以滿足提液壓錘的要求。

（2）新制吊樁平臺

根據(jù)吊樁吊鉤組的變化，若使用舊吊樁平臺，原左側(cè)80t吊耳板將掛載120t定滑車組，原右側(cè)120t吊耳板掛載180t，兩處吊耳板與吊耳軸均超載50%，且安裝尺寸不符，如仍改造舊的，涉及多個部位的結(jié)構(gòu)改動，工程量較大，雖然可以節(jié)省部分改造成本，但不能進(jìn)行先期預(yù)制，會大大延長改造周期，故直接新制吊樁平臺。

（3）制作新的吊錘平臺

因吊錘平臺需要適應(yīng)錘擊中心增大至l500mm的變化，結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了重大改變，故重新制作。

（4）對原樁架按設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)

2.2起重系統(tǒng)改造

吊樁系統(tǒng)由絞車、導(dǎo)向滑輪、定動滑輪吊鉤組和起重鋼絲繩組成。原吊樁絞車系統(tǒng)共有l(wèi)#（右舷）、2#（左后）、3#（左前）3臺吊樁起重絞車組成，對應(yīng)的絞車?yán)Ψ謩e為18t、l8t、l4t，對應(yīng)的吊鉤起重能力為120t、120t、80t，鋼絲繩長度均650m。

根據(jù)吊樁的施工工藝流程以及經(jīng)驗公式，主鉤起重量不應(yīng)小于設(shè)計樁重+樁帽重量，副鉤起重量不應(yīng)低于設(shè)計樁重的80%，為適應(yīng)改造后的風(fēng)電鋼管樁最大140t的起重要求，對起重系統(tǒng)進(jìn)行了如下改造：

（l）把原80t的3#絞車、導(dǎo)向滑輪、定動滑輪吊鉤組拆除，將原l#吊樁絞車系統(tǒng)（包括起重絞車、鋼絲繩、動，定滑輪組）拆下移位至3#絞車位置，這樣3#絞車起重能力由80t提升至120t。

（2）新制一套180t起重機(jī)構(gòu)，包括27t起重絞車、180t定動滑輪以及吊鉤，安裝在原l#絞車位置，這樣l#絞車起重能力由120t提升至180t。

（3）各吊鉤組起重鋼絲繩長度根據(jù)接高后起重平臺高度要求為875m。2#吊樁絞車系統(tǒng)除鋼絲繩長度改變，其余未作更改。

3 變幅油缸校核

變幅油缸廠家提供的油缸最大允許推力與拉力分別為：

F拉允1=11225kN

根據(jù)油缸尺寸規(guī)格與液壓系統(tǒng)壓力計算的油缸理論最大推力與拉力分別為：

取上述兩組數(shù)據(jù)較小值，即為油缸工作允許的最大推力與拉力，其中： F推允1=max（F推允1，F(xiàn)推允2）=13352kN F推允=max（F推允1，F(xiàn)推允2）=907lkN 油缸規(guī)格為φl000/φ650-12870mm 缸徑D=1000mm 桿徑d=650mm P=20MPa，P為液壓系統(tǒng)最大工作壓力; 根據(jù)上述修改內(nèi)容，當(dāng)樁架在分吊樁工況、植樁工況、倒架工況、拖航工況，以及拖航工況變幅油缸不受工作載荷等情況下，對變幅油缸的推拉力進(jìn)行了校核。

樁架自重（已考慮滑輪組、吊鉤以及液壓錘）：520t;

樁錘自重：90t;

油缸自重：67t;

樁架重心坐標(biāo)（X，Y，Z）： （-2.178，0 085，38.74）具體位置，見圖2：油缸實際推力：

其中：

變幅油缸最大拉力對應(yīng)于樁架在20。時吊重35 tl況，見圖4：油缸實際拉力：

根據(jù)上述計算，油缸最大拉力校核通過。

綜上所述，變幅油缸最大推力/拉力均在油缸的工作范圍內(nèi)，校核通過。

4 改造實施

4.1改造項目

（l）樁架改造由原來的95 m增加到108m，吊樁、吊錘、平臺新做;

（2）象鼻梁局部加強(qiáng);

（3）主甲板下面局部加強(qiáng);

（4）新制作的l#主吊樁絞車，單繩拉力27t，如圖5所示;

（5）新購置的l#動定滑車組（包括吊鉤），額定工作載荷180t;

（6）原3#為80t吊鉤拆除，將原1#120t吊鉤安裝至3#位置。

4.2樁架改造

樁架改造內(nèi)容如下：

（l）吊錘平臺新制，吊錘滑輪與啟錘滑輪新制，如圖6所示;

（2）吊樁平臺新制，布置180t+120t+120t定滑輪組安裝座，如圖7所示;

（3）副架新制，加高至13.2m，如圖8所示;

（4）龍口加長11.43m，電梯軌道加高8.03m，如圖8所示;

（5）主樁架與擱置架接觸部位進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)，加強(qiáng)長度范圍4.6m，如圖8所示;

（6）主樁架局部按設(shè)計要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，如圖8所示。

4.3 吊樁系統(tǒng)改造

新增一套180t主絞車及動、定滑輪組，起重能力提升至180t，吊樁絞車布置圖見圖2，新增主絞車性能見表2：

4.4 稱量系統(tǒng)改造

此次改造，樁架吊重曲線相應(yīng)調(diào)整，起重力矩限制器需要重新標(biāo)定，因原起重力矩限制器的取力傳感器安裝在定滑輪組上，易損壞且檢修困難，如圖9所示。將力矩傳感器移至樁架下部的導(dǎo)向滑輪處，提高使用的穩(wěn)定性，同時方便檢修，如圖10所示。

4.5 傾斜試驗與吊重試驗

根據(jù)規(guī)范要求，改造后進(jìn)行了傾斜試驗與吊重試驗，符合相應(yīng)規(guī)定，并取得船檢證書。

5 效益

表3是改造后樁架系統(tǒng)的主要參數(shù)。

在前期預(yù)制樁架、主絞車、主吊鉤滑輪組基本完成后，結(jié)合“三航樁18”特別檢驗修理一并進(jìn)行改造，于2018年11月17日進(jìn)廠進(jìn)行修理及改造，2019年1月28日完成所有改造和修理工程。

（l）改造完工后在中廣核岱山風(fēng)電項目上實際使用，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

（2）本次改造費用總計650萬元，改造后僅在岱山風(fēng)電項目（一期）槽樁144根，僅此一期工程就減少l728萬

元租船費用，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）為以后招投標(biāo)工程項目中，具有一定的市場競爭能力，為公司在短期內(nèi)無新增超大型風(fēng)電打樁船情況下填補(bǔ)了一項空白。

（4）為行業(yè)內(nèi)同類型打樁船的改造提供了可靠的依據(jù)和經(jīng)驗。

作者簡介：

崔建平，（E- rnoil） cjpinglll @163.com，13566056372