[发明专利]一种超大型变幅桩架式打桩船

说明书

本发明公开了一种超大型变幅桩架式打桩船，包括船体、桩架、龙口、变幅油缸、液压锤的配套装置、抱桩器和扶桩器。船体为钢箱型结构，船体的艏部设置一对象鼻梁，船体主甲板的中艏部布置变幅油缸支座和一对换铰撑杆支座；船体主甲板的中艉部布置上层建筑和托架；船体主甲板上还布置十台移船绞车、七台起重绞车和两台杂货吊车；桩架包括主架、吊桩平台、副架和吊锤平台；主架下部还设置龙口靠背机构；副架为四边形变截面桁架结构；龙口焊接在上、中、下层副架平台、第九层主架平台至第一层主架平台的前表面中部以及龙口下靠背的前表面上；变幅油缸的底部铰接在变幅油缸下铰座上。本发明的桩架重量轻，能便于变幅油缸选型，降低建造成本。

技术领域

本发明涉及一种超大型变幅桩架式打桩船。

背景技术

水上桩基工程的打桩方式主要有三种，分别是变幅桩架式打桩船打桩、平 台或起重船打桩和振动锤吊打打桩。其中，第二种打桩形式一般适用于垂直桩 基施工，在海油工程和海上风电大型钢管桩施工使用较多，无法适用码头桩基 和海上风电高桩承台斜桩施工；第三种打桩形式施工一般使用在水上钢板桩和 海上风电平台固定桩等小型桩基施工。在目前港口建设、海洋工程、跨海大桥 和海上风电高桩承台等工程桩基施工基本采用第一种打桩形式施工。

近十年来，国家大力提倡新能源建设，海上风电随之应运而生，发展速度 之快，施工装备已无法跟上市场需求，装机容量从最初的4MW已经增加到12MW， 同样水深也逐渐增加，海上风电的风场海域水深达到40米，浙江苍南海上风 电高桩承台的单根斜桩最长为133米，桩重为340t以上，风场水文条件恶劣， 涌浪波浪长，现有的变幅桩架式打桩船已无法完成施工任务。另外从2002年 东海大桥和2003年杭州湾大桥动工开始，国内之后又相继建成了胶州湾大桥、 金塘大桥、大连湾大桥、象山大桥、南澳大桥、港珠澳大桥等跨海大桥，还 有不少垮海大桥在规划中，如平潭大桥、杭州湾垮海铁路大桥、沪舟甬跨海通 道工程等。跨海大桥工程桩基本都在80米桩长、1.5米桩径以上，甚至更大， 也需要更大型的打桩船。因此迫切需要研制出一种新型的超大型变幅桩架式打 桩船以适应工程施工的需要。

现有的变幅桩架式打桩船主要存在以下问题：

1)打桩船打桩作业时，随着打桩深度的增加，桩锤运行越靠近龙口下端， 锤击力越来越大，而且由于桩锤的自重较大，箱型结构的龙口下部的悬臂段将 会承受很大的径向载荷，目前是采用箱形结构的靠背来支撑龙口下部的悬臂段， 这样不仅会增加整个桩架的重量，使桩架的截面模数较低，还会增加制造成本， 并影响船舶性能，同时制约了变幅油缸的选型。目前吊桩平台和吊锤平台都为 箱形结构，且向前的悬臂较长，而箱梁的抗弯截面模数比较大。由于桩架自身 的重量及重心高度对变幅油缸的受力影响很大，打桩工况时桩架产生的力矩约 占变幅油缸总力矩的35％～40％，而倒架工况时，变幅油缸的推力由桩架的重量 和重心位置决定。因此，在满足结构强度和刚度要求的前提下，对桩架结构进 行优化，尽可能减轻桩架重量、降低重心高度，是降低成本、提高变幅油缸使 用安全性的主要手段之一。

2)目前，打桩船的桩架搁置在托架上时，一般使主桩架的后主管的上部 支点搁置在托架的头部垫有硬木的搁置槽内，该搁置槽的底面为与后主管的斜 度适配的斜面；整个桩架由一对象鼻梁上的支座和托架共三点支撑。桩架采用 后主管单管支撑时，桩架在搁置状态下的稳定性较差，拖航过程中桩架的摇摆 更显著，而且，由于托架的顶面与后主管的接触面斜度一致，因而会使托架的 头部承受水平力后对托架的根部产生很大的弯矩，导致托架的载荷增加。

3)桩架式打桩船一般是采用龙口挂柴油锤打桩。由于柴油锤的打击能量 都在200～300kj，能效低，满足不了海上风电大型桩的沉桩需要，尤其满足不 了桩径在1m～3m的桩基承台基础。由于液压锤作用到桩顶的能效达到80％，打 击力和能效远远大于柴油锤，因此海上风电的多桩承台都采用液压锤沉桩。目 前大型液压锤都用于起重船的吊打形式。若采用桩架式打桩船进行海上风电的 沉桩施工，就要将大型液压锤替代柴油锤应用在桩架式打桩船上。液压锤不同 与柴油锤，液压锤的锤体表面没有龙口脚，无法直接与打桩船的龙口进行合理 衔接，液压锤对于桩的偏心度要求比柴油锤高。