一種雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統

肖時駿

1 概述

如今，海上風電施工超大型單樁直徑越來越大，鋼樁重量也相應持續增加，在這樣的背景下，能夠順利完成海上單樁沉樁作業任務的大噸位船舶數量越來越緊缺，由此，展開相關研究，使現有大型噸位起重船的性能得到進一步拓展是十分必要的，是一項迫在眉睫的任務。根據市場調研以及考證查閱相關資料，本文提出了基于國內2400 噸雙臂固定吊起重船“三航風范”進行的科學合理改進，研究滿足大噸位船舶單樁起吊的吊梁系統，并且輔之以專門的吊裝工具，以更好的保障吊裝的可靠性、安全性以及高效性。

2 設計一種雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統的背景

與海上風電的超大型單樁直徑的不斷增大相適應，相關的鋼樁重量也在不斷加大，海上單樁沉樁任務十分繁重，但能夠完成該任務的船舶卻十分緊缺，為了在保證經濟效益的同時保障作業效率，就有必要對公司已有的大型起重船進行進一步的性能拓展。[1]本文在經過大量市場調研以及資料查閱、分析論證的基礎上，以公司現有的2400 噸大噸位雙臂固定吊起重船“三航風范”實施合理改進，以優化提升相關性能，需要設計制作出一套滿足1000 噸單樁起吊的吊梁系統。本文研究主要解決的問題包括三個方面：

第一，有效解決了奉賢海上風電場以及江蘇如東風電場7米及以上單樁的施工問題；

第二，提高了企業自有設備的利用效率；

第三，有效降低了項目部施工成本。[2]

在優化研究過程中，考慮到現有奉賢海上風電場項目位于奉賢區杭州灣北部海域，本項目擬安裝32 臺裝機容量6.45MW風力發電機組。與之配套的單樁基礎鋼管樁與風機塔筒連接處外徑7.0m，水中部分通過錐形段過渡到8.0m，樁身壁厚為70～80mm，平均樁長約73m。因此本次考慮制作的吊梁系統至少要能夠滿足7m 以上超大型單樁的要求，同時為了保證吊梁系統的長期適應性，還需要盡可能的增加鋼樁直徑，以便于原本應用于海上吊裝施工的“三航風范”能夠適應起吊2000 噸海上單樁的沉樁能力，使其在海上風電施工中的應用范圍得到拓展、使用性能得到全面優化。

3 設計吊梁系統的形式結構（圖1）

圖1 雙臂架變幅式起重船結構圖

“三航風范”是一艘雙臂架起重船，它配有4 只600 噸的主吊鉤，且雙臂吊鉤中心距離為19.8 米。因為單主吊鉤不能夠滿足吊重的實際需要，所以必須要使新的吊梁系統設計滿足將雙臂架的兩個吊鉤同時使用并且滿足安全工作負荷的目標。吊梁系統采用前后鉤用扁擔梁的方式連接，合成一點；左右兩個扁擔梁合成受力點通過一根主梁連接；主梁上設置3 組翻樁用吊耳；一個吊錘專用吊耳用于掛打樁錘用。主梁長度23.36 米，寬度2.5 米，高度6 米，扁擔梁長度5.7 米，寬度2 米，高度2.1 米，合計自重約200 噸。[3]主吊鉤拆除原鉤頭，將滑輪組通過過渡吊耳與吊梁聯接為一體式整體，降低吊鉤高度以更好的適應超大型單樁樁長的要求。設計吊梁長度為23.36 米，并且滿足雙臂吊鉤中心距19.8 米。

除此以外，設置三種不同間距的吊點來適應不同口徑的單樁需要。通過后續對吊梁的受力情況進行分析，在原有數據基礎上進行了更加細化的優化設計，在確保吊梁安全性的前提下，使吊梁自重降低，各吊點的中心距離為8.4m±1.6m，設計出能夠滿足多種單樁直徑需要的吊梁。

“三航風范”是一艘雙臂架變幅式起重船配有4 只600 噸主吊鉤，雙臂吊鉤中心距為19.8 米。由于單主吊鉤無法滿足吊重的要求，因此吊梁系統必須起到將雙臂架的4 個吊鉤同時使用且滿足安全工作負荷。

本吊梁吸收先進理念和思想，主要有兩個平衡梁和一根主梁組成。平衡梁的上方共有四組銷孔，分別對應（接）風范號2400 噸浮吊的四個主鉤——主鉤的吊鉤應拆除。安裝時，注意前后方向。有吊籠的在浮吊的內側即近后鉤。平衡梁的下方由轉動銷軸連接主梁，當浮吊臂架在前撲或后收的過程中，可通過前后鉤的上升或下降進行調節平衡。吊梁的主梁下方共設七個吊耳，中間吊耳的額定載荷為800 噸，兩旁對稱的各吊耳額定載荷均為1100 噸。吊梁配有液壓自動系統可以實現中間吊耳銷軸的自動抽拉脫扣。

4 吊梁系統受力計算

工況1：翻樁工況

設計樁總載荷:SWL=2200T

吊梁計算重量200T，（其中吊具自重250T，拆除吊鉤重量13*4=52，總體等效動滑問題輪組下重量為2200+250-52=2398T＜2400T），樁載荷通過主梁下部兩耳板作用在主梁上，為了保證力流線性,圖中及計算中,所有重量施加點位于主梁吊樁耳板處位置，單點加載數值（2200+200）/2=1200T。

整體受力簡化圖如圖2。

圖2

工況2：吊錘打樁工況：設計錘總載荷:SWL=800T

吊梁計算重量200T，（同上其中吊具自重250T，拆除吊鉤重量13*4=52 等效計算重量250-52=198，按200T 計算）樁載荷通過主梁下部一處耳板作用在主梁上，為了保證力流線性,圖中及計算中,所有重量施加點位于主梁吊樁耳板處位置，單點加載數值（800+200）/1=1000T 整體受力簡化圖如圖3。

圖3

注：工況1 翻樁工況受力全面覆蓋 工況2 吊錘打樁工況，因此主界面強度校核按工況1 翻樁工況載荷。

綜上：根據上述吊梁受力簡圖做相應的吊梁的整體強度，整體穩定性，吊耳強度等作相應校核。

校核計算在上述載荷基礎上按CCS 規范考慮：起升系數1.1，作業系數1.05。

5 應用效果及推廣應用前景

5.1 使用效果

本吊梁自制作完畢至今已在奉賢海上風電項目風機安裝及基礎工程目完成25 根單樁的起吊和承樁作業，提高了我公司自有船舶的施工能力，為我公司后續施工項目作出了一定的設備保障，緩解了海上單樁沉樁任務的船舶供需矛盾。

5.2 應用前景

隨著本吊梁系統在項目施工中的不斷使用，將來還將不斷的應用到更大的8-10M口徑的單樁中，同時未來吊梁將不斷地的無線遙控單元，實現吊梁自身的遠程發電機遙控啟動、遠程銷軸脫扣，為更安全更高效的施工提供保障。

6 雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統的實施效果

通過雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統在奉賢海上風電項目風機安裝及基礎工程目完成25 根單樁的起吊和承樁作業實踐應用情況來看，該吊梁系統設計極大的提高了企業自有船舶的施工能力，極大的緩解了當前我國海上單樁沉樁任務對于大噸位起重船舶提出的迫切需要，并且為企業后續施工項目的順利開展提供了一定的設備保障，降低了現有船舶閑置而造成極大的經濟損失，提高了船舶的性能，可見該吊梁系統設計為企業創造了巨大的經濟效益。

結束語

綜上所述，本次基于“三航風范”進行的單樁吊梁的設計制作，很好的使船舶滿足當前沉樁施工需要，大大提升了企業自有船舶的施工能力，同時還達到了節省施工成本，推動項目順利進行的目的。