打桩船桩架及超重系统的改造方案

摘要：新兴的海上风电市场桩基工程日趋大型化，现有打桩船的原桩架结构及起重系统性能无法满足施工要求，本文介绍了中交三航局针对原桩架结构与起重系统的改造，使其在满足相关设计规范要求的前提下尽可能发挥桩架的性能以满足施工要求。

关键词：打桩船;风电桩基;施工要求;桩架改造;起重系统改造

打桩船船体为钢箱型结构，在甲板的端部设有打桩架，可前俯后仰以适应施打斜桩的需要。打桩船为非自航船，用推（拖）船牵引就位。打桩船广泛应用于桥梁、码头、水利、风电工程等施工。

随着传统水工市场的逐渐萎缩，新兴的海上风电市场发展迅猛，其桩基工程日趋大型化：单桩重达120t以上，长度90-110m之间，直径1.6m以上，我司目前的打桩船原桩架高度及起重性能显然无法满足施工要求。

“三航桩18”是我司最大的打桩船，为满足海上风电桩基工程的施工需求，我司决定对其桩架结构及起重系统在满足相关设汁规范要求的前提下进行改造，将桩架及液压油缸的能力发挥至最大极限，尽量挖掘桩架的施工能力。

1 “三航桩侣”简介及改造要求

“三航桩18”建造于2009年，是同时期最大的一艘变幅式打桩船，改造前状态见图l，桩架可绕其前支点做俯仰动作，主要用于常规码头，桥梁等桩基施工，施打斜直桩，主要性能参数见表1：

“岱山4”号、“嘉兴l”号2个风电场的钢管桩直径在1.6m-2.Om之间，长度在100m左右，单桩重量在100-140t，首先针对这两个风电场桩基施工要求，确定桩架改造后的性能目标如下：

（l）含主桩架和副桩架，其整个桩架加高13m;

（2）吊钩组由原来的80t+120t+120t（由船左至船右排列）3个吊钩更换为120t+120t+180t（由船左至船右排列）;

（3）提升后的最大植桩能力为：植桩直径≤2.6m，最大桩长90 m+水深，最大桩重140t的钢管桩;

（4）滑轮以下重量不超过90t，具备安装MHU550S或IHC-S500液压锤能力;

（5）龙口面至桩锤中心的锤击中心可按照实际桩型桩径改变中心距，变化范围在0.9-1.6m。

2 樁架及起重系统改造方案

为缩短改造周期以及最大限度地节约改造成本，经对原桩架变幅油缸的核算，选择适当的改造方案，满足改造要求：

2.1桩架改造

（l）对主桩架和副架的改造

为满足改造后最大植桩桩长90m+水深的需要，且尽量减少新增桩架重量对桩架变幅油缸的影响，选择了主桩架接高8m，副架升高5m以满足提液压锤的要求。

（2）新制吊桩平台

根据吊桩吊钩组的变化，若使用旧吊桩平台，原左侧80t吊耳板将挂载120t定滑车组，原右侧120t吊耳板挂载180t，两处吊耳板与吊耳轴均超载50%，且安装尺寸不符，如仍改造旧的，涉及多个部位的结构改动，工程量较大，虽然可以节省部分改造成本，但不能进行先期预制，会大大延长改造周期，故直接新制吊桩平台。

（3）制作新的吊锤平台

因吊锤平台需要适应锤击中心增大至l500mm的变化，结构形式也发生了重大改变，故重新制作。

（4）对原桩架按设计要求进行结构性补强

2.2起重系统改造

吊桩系统由绞车、导向滑轮、定动滑轮吊钩组和起重钢丝绳组成。原吊桩绞车系统共有l#（右舷）、2#（左后）、3#（左前）3台吊桩起重绞车组成，对应的绞车拉力分别为18t、l8t、l4t，对应的吊钩起重能力为120t、120t、80t，钢丝绳长度均650m。

根据吊桩的施工工艺流程以及经验公式，主钩起重量不应小于设计桩重+桩帽重量，副钩起重量不应低于设计桩重的80%，为适应改造后的风电钢管桩最大140t的起重要求，对起重系统进行了如下改造：

（l）把原80t的3#绞车、导向滑轮、定动滑轮吊钩组拆除，将原l#吊桩绞车系统（包括起重绞车、钢丝绳、动，定滑轮组）拆下移位至3#绞车位置，这样3#绞车起重能力由80t提升至120t。

（2）新制一套180t起重机构，包括27t起重绞车、180t定动滑轮以及吊钩，安装在原l#绞车位置，这样l#绞车起重能力由120t提升至180t。

（3）各吊钩组起重钢丝绳长度根据接高后起重平台高度要求为875m。2#吊桩绞车系统除钢丝绳长度改变，其余未作更改。

3 变幅油缸校核

变幅油缸厂家提供的油缸最大允许推力与拉力分别为：

F拉允1=11225kN

根据油缸尺寸规格与液压系统压力计算的油缸理论最大推力与拉力分别为：

取上述两组数据较小值，即为油缸工作允许的最大推力与拉力，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 油缸规格为φl000/φ650-12870mm 缸径D=1000mm 杆径d=650mm P=20MPa，P为液压系统最大工作压力; 根据上述修改内容，当桩架在分吊桩工况、植桩工况、倒架工况、拖航工况，以及拖航工况变幅油缸不受工作载荷等情况下，对变幅油缸的推拉力进行了校核。

桩架自重（已考虑滑轮组、吊钩以及液压锤）：520t;

桩锤自重：90t;

油缸自重：67t;

桩架重心坐标（X，Y，Z）： （-2.178，0 085，38.74）具体位置，见图2：油缸实际推力：

其中：

变幅油缸最大拉力对应于桩架在20。时吊重35 tl况，见图4：油缸实际拉力：

根据上述计算，油缸最大拉力校核通过。

综上所述，变幅油缸最大推力/拉力均在油缸的工作范围内，校核通过。

4 改造实施

4.1改造项目

（l）桩架改造由原来的95 m增加到108m，吊桩、吊锤、平台新做;

（2）象鼻梁局部加强;

（3）主甲板下面局部加强;

（4）新制作的l#主吊桩绞车，单绳拉力27t，如图5所示;

（5）新购置的l#动定滑车组（包括吊钩），额定工作载荷180t;

（6）原3#为80t吊钩拆除，将原1#120t吊钩安装至3#位置。

4.2桩架改造

桩架改造内容如下：

（l）吊锤平台新制，吊锤滑轮与启锤滑轮新制，如图6所示;

（2）吊桩平台新制，布置180t+120t+120t定滑轮组安装座，如图7所示;

（3）副架新制，加高至13.2m，如图8所示;

（4）龙口加长11.43m，电梯轨道加高8.03m，如图8所示;

（5）主桩架与搁置架接触部位进行局部补強，加强长度范围4.6m，如图8所示;

（6）主桩架局部按设计要求进行补强，如图8所示。

4.3 吊桩系统改造

新增一套180t主绞车及动、定滑轮组，起重能力提升至180t，吊桩绞车布置图见图2，新增主绞车性能见表2：

4.4 称量系统改造

此次改造，桩架吊重曲线相应调整，起重力矩限制器需要重新标定，因原起重力矩限制器的取力传感器安装在定滑轮组上，易损坏且检修困难，如图9所示。将力矩传感器移至桩架下部的导向滑轮处，提高使用的稳定性，同时方便检修，如图10所示。

4.5 倾斜试验与吊重试验

根据规范要求，改造后进行了倾斜试验与吊重试验，符合相应规定，并取得船检证书。

5 效益

表3是改造后桩架系统的主要参数。

在前期预制桩架、主绞车、主吊钩滑轮组基本完成后，结合“三航桩18”特别检验修理一并进行改造，于2018年11月17日进厂进行修理及改造，2019年1月28日完成所有改造和修理工程。

（l）改造完工后在中广核岱山风电项目上实际使用，相关技术指标均达到设计要求。

（2）本次改造费用总计650万元，改造后仅在岱山风电项目（一期）槽桩144根，仅此一期工程就减少l728万

元租船费用，产生可观的经济效益。

（3）为以后招投标工程项目中，具有一定的市场竞争能力，为公司在短期内无新增超大型风电打桩船情况下填补了一项空白。

（4）为行业内同类型打桩船的改造提供了可靠的依据和经验。

作者简介：

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