打樁船樁架及超重系統的改造方案

摘要：新興的海上風電市場樁基工程日趨大型化，現有打樁船的原樁架結構及起重系統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構與起重系統的改造，使其在滿足相關設計規范要求的前提下盡可能發揮樁架的性能以滿足施工要求。

關鍵詞：打樁船;風電樁基;施工要求;樁架改造;起重系統改造

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

隨著傳統水工市場的逐漸萎縮，新興的海上風電市場發展迅猛，其樁基工程日趨大型化：單樁重達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，為滿足海上風電樁基工程的施工需求，我司決定對其樁架結構及起重系統在滿足相關設汁規范要求的前提下進行改造，將樁架及液壓油缸的能力發揮至最大極限，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，改造前狀態見圖l，樁架可繞其前支點做俯仰動作，主要用于常規碼頭，橋梁等樁基施工，施打斜直樁，主要性能參數見表1：

“岱山4”號、“嘉興l”號2個風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，首先針對這兩個風電場樁基施工要求，確定樁架改造后的性能目標如下：

（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 樁架及起重系統改造方案

為縮短改造周期以及最大限度地節約改造成本，經對原樁架變幅油缸的核算，選擇適當的改造方案，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

根據吊樁吊鉤組的變化，若使用舊吊樁平臺，原左側80t吊耳板將掛載120t定滑車組，原右側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，涉及多個部位的結構改動，工程量較大，雖然可以節省部分改造成本，但不能進行先期預制，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錘擊中心增大至l500mm的變化，結構形式也發生了重大改變，故重新制作。

（4）對原樁架按設計要求進行結構性補強

2.2起重系統改造

吊樁系統由絞車、導向滑輪、定動滑輪吊鉤組和起重鋼絲繩組成。原吊樁絞車系統共有l#（右舷）、2#（左后）、3#（左前）3臺吊樁起重絞車組成，對應的絞車拉力分別為18t、l8t、l4t，對應的吊鉤起重能力為120t、120t、80t，鋼絲繩長度均650m。

根據吊樁的施工工藝流程以及經驗公式，主鉤起重量不應小于設計樁重+樁帽重量，副鉤起重量不應低于設計樁重的80%，為適應改造后的風電鋼管樁最大140t的起重要求，對起重系統進行了如下改造：

（l）把原80t的3#絞車、導向滑輪、定動滑輪吊鉤組拆除，將原l#吊樁絞車系統（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起重機構，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接高后起重平臺高度要求為875m。2#吊樁絞車系統除鋼絲繩長度改變，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

根據油缸尺寸規格與液壓系統壓力計算的油缸理論最大推力與拉力分別為：

取上述兩組數據較小值，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推允2）=13352kN F推允=max（F推允1，F推允2）=907lkN 油缸規格為φl000/φ650-12870mm 缸徑D=1000mm 桿徑d=650mm P=20MPa，P為液壓系統最大工作壓力; 根據上述修改內容，當樁架在分吊樁工況、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（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于樁架在20。時吊重35 tl況，見圖4：油缸實際拉力：

根據上述計算，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，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;

（3）主甲板下面局部加強;

（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行局部補強，加強長度范圍4.6m，如圖8所示;

（6）主樁架局部按設計要求進行補強，如圖8所示。

4.3 吊樁系統改造

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 稱量系統改造

此次改造，樁架吊重曲線相應調整，起重力矩限制器需要重新標定，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向滑輪處，提高使用的穩定性，同時方便檢修，如圖10所示。

4.5 傾斜試驗與吊重試驗

根據規范要求，改造后進行了傾斜試驗與吊重試驗，符合相應規定，并取得船檢證書。

5 效益

表3是改造后樁架系統的主要參數。

在前期預制樁架、主絞車、主吊鉤滑輪組基本完成后，結合“三航樁18”特別檢驗修理一并進行改造，于2018年11月17日進廠進行修理及改造，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電項目上實際使用，相關技術指標均達到設計要求。

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

元租船費用，產生可觀的經濟效益。

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

（4）為行業內同類型打樁船的改造提供了可靠的依據和經驗。

作者簡介：

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