混凝土攪拌船的設計與建造

于凌波，李建坤

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116081）

混凝土攪拌船的設計與建造

于凌波，李建坤

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116081）

文章介紹了新建攪拌船的主要工作流程，包括料倉容量的計算、船舶主尺度的確定、主要設備的選擇。在適應作業環境及性能方面有較大提升，可為類似攪拌船的建造提供參考。

攪拌船；水上澆筑；工程船舶；混凝土

隨著海上施工領域不斷向外海延伸，水工建筑物日趨大型化，大型專業水上混凝土攪拌船已成為水工工程建設中必不可少的主要施工裝備。攪拌船在水工施工領域使用已有歷史，但大部分為舊船改造，2005 年以后，施工企業才開始建造用于海上混凝土澆筑的專業攪拌船[1]。中交一航局近年施工的南澳大橋工程和大連南部濱海大道工程，均使用混凝土攪拌船進行海上灌注樁混凝土澆筑，但因船舶專業性不強，致使施工效率相對不高，施工質量控制難度較大。為進一步提高海上施工能力，中交一航局三公司于 2013 年開始籌劃建造1艘專業混凝土攪拌船。

1 總體規劃

1.1 總體布置規劃

混凝土生產線主要包括抓斗吊機、砂石料倉、輸送皮帶、攪拌主樓、拖泵、布料桿等機構和設備。由于攪拌船甲板面積有限，骨料由骨料倉運送至攪拌主機需要較大的垂直角度，需要選用提升斗或者槽形皮帶等運送方式，根據使用經驗，槽形皮帶的輸送效率較高，運行平穩可靠，因此選用槽形平帶形式；參照行業內現有的先進船型，規劃船舶總體布置，骨料（碎石和砂）艙布置在船舶中后部，抓斗吊機布置在骨料倉一側的中部，甲板室設置在船舶艏部，攪拌主樓布置于船舶前中部，粉料（水泥、粉煤灰、礦粉等）倉設置在主樓兩側，布料桿設置在船舶最前部，拖泵直接設置在攪拌主樓卸料口下方，并鋪設泵送管線將拖泵輸出口與布料桿入口相連[1]。水艙及外加劑艙均設置在船舶甲板以下艙室。混凝土攪拌船總體布置示意圖如圖1所示。

1.2 主要性能規劃

為保障海上混凝土澆筑的連續性，該船布置雙線混凝土生產系統，單線生產能力選定為 120 m3/h，即 2m3主機。攪拌船施工一般海上單次混凝土澆筑量為 300~800m3不等，因此，本船原材料存儲能力選定為 1 000m3混凝土的需求，若通過補給船進行原材料的補給，則可實現連續澆筑，理論生產能力為 240m3/h。該船主要在北方施工，因此需配置鍋爐，并對水、氣管路做保溫處理，使船舶具備冬季施工能力[2]。

圖1 攪拌船總體布置圖Fig.1 General layoutofm ixing barge

2 各功能模塊能力選定

2.1 原材料存儲艙容量選定

通過對南澳大橋工程及大連南部濱海大道工程所選用的配合比進行分析，取各配合比所需原料的最大值，以此配合比為依據，計算 1 000m3混凝土所需原材料重量和所需容積，考慮5%的富余系數，確定攪拌船原材料存儲艙容量如表1。

表1 各種原材料容量Table1 The capacity of various raw materials

2.2 主尺度確定

根據陸上攪拌站經驗，2 套 120 攪拌站并列布置，攪拌主樓占地約為 12m × 8m，150 t水泥倉直徑為 6.5m，根據圖 1 所示工藝布置，攪拌主樓與粉料倉處為占用寬度最大的部位，因此船舶寬度應不小于 12+6.5 × 2=25m。骨料倉高度按甲板以上 4.5 m 考慮，則骨料倉 所需面積約為1 470/4.5=327m2，按骨料倉占用 20m 寬度核算，則骨料倉需占用船舶長度為 327/20=16.4m。水艙、外加劑艙等均放置在甲板下艙室內，不單獨占用船舶長度及寬度。船艏布料桿需占用船舶4m。主樓與骨料倉間有效間距至少占用船舶長度8m，甲板室至少占用船舶長度 12m，甲板室與骨料倉之間安全距離考慮 3m，船艏、船艉安全距離考慮 10m，則船舶長度應大于 16.4+12+4+8+ 12+3+10=65.4m。

2.3 抓斗吊機能力確定

120 攪拌系統實際生產能力一般最大能達到70m3/h，則雙線最大生產能力為 140m3/h，按此計 算 ， 消 耗 砂 石 量 為 140 ×（ 1 200+750 ）/1 000= 273 t/h，若要保障連續澆筑，抓斗上料能力應大于 273 t/h。按堆積密度 1.4 t/m3計算，則抓斗能力為 273/1.4=195m3/h，約 3 m3/min，可 見，選擇 3m3抓斗吊機，上料 1 斗/min，即可滿足需求。

2.4 布料桿能力確定

根據南澳大橋和大連南部濱海大道工程的需求，選定布料桿的布料臂長度為39m，布料桿塔筒高度定為 7.5m，即可滿足需求。

2.5 拖泵能力確定

120 型 攪 拌 生 產 線 實 際 最 大 生 產 能 力 約70 m3/h，因此拖泵輸送能力應大于 70m3/h。拖泵最大輸送高度即為塔筒高度和布料半徑之和，即7.5+39=46.5m，最大水平輸送距離為布料桿半徑，即 39m。經計算，所選拖泵輸送能力應大于70m3/h，出口壓力應大于 3.6MPa，考慮到減小維護成本，便于集中管理，拖泵采用電機驅動方式。按此查詢拖泵規格型號，選擇 HBT80-1813 型拖泵，低壓 7MPa，對應輸送能力 85m3/h。此規格拖泵市場保有量大，耗材更換及維修方便快捷，輸送能力有一定儲備，能夠很好滿足攪拌船各種標號甚至高黏度混凝土的需求。

2.6 鍋爐能力選取

根據冬季施工經驗，環境溫度在-5℃以內時，拌和用水溫度應達到60℃，才能保障混凝土出機口溫度達到 12 ℃。該船生產能力為 140m3/h，按配合比計算，水消耗量為 140×0.172=24 t/h。水初始溫度取0℃，鍋爐能力應能滿足每小時將24 t水由0℃加熱至 60℃。經計算，鍋爐熱功率應大于 1.68MW。綜合考慮熱損失及適當能力儲備，選用 CWNS2.1-85 型常壓熱水鍋爐，額定熱功率為 2.1MW，滿水容量 3.25 t。

3 技術設計

按上述選定的總儲料能力、攪拌系統及拖泵等生產設備的主要參數進行攪拌船詳細設計。通過對船體結構的校核，對設備布置進行優化，最終設計得到攪拌船主要參數為：雙線生產能力240m3/h，2 臺攪拌主機各配置一套獨立的骨料、粉料及液體計量、輸送系統。主甲板艏端設有攪拌樓1座（雙機主樓互通）、混凝土拖泵2臺及布料桿2臺。主甲板中部設有粗石、細石、砂儲存艙，2臺主機共用一套儲料艙，料艙總容積可供攪拌站連續生產 1 000m3混凝土。船舶滿足在沿海航區滿載拖航及作業、在近海航區空載調遣的要求。船長 72.6m，型寬 24.6m，型深 5.5m，設計吃水 3.9m。綜合考慮船舶主尺度、艙室布置等因素，最終確定原材料存儲倉容量為：砂艙、碎石 1、碎石 2 均為 570m3，水泥倉為 2×180 t，粉煤灰和礦粉艙均為 2×80 t。為減小占地面積，單線粉煤灰和礦粉艙共用1個雙料雙錐筒倉，容量為 2 × 80 t。 甲 板 設計 載 荷 10 t/m2， 電站 由 3 臺400 kW 柴油發電機和 1 臺 90 kW 停泊發電機組組成，主發電機組為二用一備。工作狀態兩臺并車運行。停泊時使用停泊發電機組或接岸電。主甲板以上艏部設有混凝土攪拌站及布料桿，中部設有砂、石骨料倉，艉部設有3層甲板室。主甲板以下艏艉端各設有3個調壓載艙，舯前部設置2個生產用淡水艙、熱水柜艙、鍋爐艙、外加劑艙及提供浮力的空艙，施工淡水艙容量為 2×310m3，熱水柜容量為 28 t，外加劑罐容量為 4×10 t；舯后部設有骨料輸送艙（皮帶機艙）、飲用水艙、機艙、燃油艙、儲物間、生活污水處理間及提供浮力的空艙，皮帶機艙設有內底板[3]。

4 建造

該船舶船型簡單，利用現有船臺條件，采用整體建造的方式建造主船體，為加快建造速度，骨料倉、粉料倉等上部結構均與主船體分場地同時開工制作，待主船體建造完成后，立即進行骨料倉和粉料倉以及攪拌設備的安裝。全船建造歷時8個月，即完成船舶相關試驗、攪拌系統調試和計量檢驗，船舶具備生產能力，投入公司在建工程中使用，效果較好，見圖2。

圖2 攪拌船照片Fig.2 Photo of them ixing barge

建造過程中根據實際情況，對原設計進行了少量優化和修改，主要包括：

1）增加硅粉自動添加裝置

本著提高添加精度，改善人員作業環境的原則，在每條生產線的 2個粉料艙之間設置1個小型粉料倉，容量為 2m3，并安裝小直徑螺旋機，硅粉存儲在小粉料艙內，通過螺旋機輸送至計量層內的1個計量秤，與粉煤灰或礦粉共用計量秤，進行累計計量，對電路、氣路及控制軟件進行調整后，實現自動控制。

2）抓斗吊機能力調整

原設計選定 3m3斗容吊機，通過計算，按 2m3斗容配置吊機，重新核定起升和回轉速度，抓斗吊機平均上料速度能夠滿足 3m3/h。

3） 維修平臺改造

為方便維修，在布料桿回轉平臺下方設置維修平臺，并將維修平臺擴大，與分料倉維修平臺及攪拌層甲板聯通，這樣通過攪拌層甲板的爬梯即可方便到達水泥倉和布料桿維修平臺。

5 結語

該攪拌船克服了由舊船改裝及老一代混凝土攪拌船存在的一些共性缺陷，如作業能力不高，穩性不足等，在適應作業環境及性能等方面均有了較大的提高。船舶在大連南部濱海大道工程中實施了 2 000m3混凝土的攪拌和澆筑，運行平穩，實際生產能力可達到 140m3/h，電站、熱水鍋爐、拖泵、抓斗吊機等設備能力均能滿足生產能力需求。

[1] 吳曉平，李輝綢，朱春華.高效環保節能型混凝土攪拌船[J].船舶工程，2006（4）：27-30. WU Xiao-ping，LIHui-chou，ZHU Chun-hua.H igh efficiency，environment-protecting and energy-saving concrete-making ship [J].Ship Engineering，2006（4）：27-30.

[2] 張凌文，夏潤京.單雙系統混凝土攪拌船分析[J].筑路機械與施工機械化，2004（9）：37-38，43. ZHANG Ling-wen，XIA Run-jing.Analysis of single&dual system concretemixing ships[J].Road Machinery&Construction Mechanization，2004（9）：37-38，43.

[3] 青島藍海順達船舶工程設計有限公司.方駁 129 船體說明書[K].2013. Qingdao Lianhai ShundaMarine Design Engneering Co.，Ltd.Hull specification for Fangbo 129[K].2013.

Design and construction of concretem ixing barge

YU Ling-bo,LIJian-kun
（No.3 Eng.Co.，Ltd.ofCCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116081,China）

This paper introduces to themain work flow of the new mixing barge,includes the calculation of thematerial storage capacity,the determination of the barge's principal dimension,and the selection of themain equipment.The new barge has a considerable improvement of the ability to adapt to the working environment and the performance.It can provide references for the construction ofsimilarmixing barges.

m ixing barge;concreting on water;engineering vessel;concrete

U622；U671

A

2095-7874（2014）08-0020-03

10.7640/zggw js201408005

2014-06-23

于凌波 （1981 — ），男，內蒙古赤峰市人，工程師，部門副經理，機械設計制造及自動化專業。E-mail：yulingbob@163.com