大型樁架建造與整體吊裝工藝研究及其應用

高 峰 劉勝峰

上海振華重工啟東海洋工程股份有限公司 啟東 226259

0 概述

樁架是打樁船最重要的起重設備，也是支承海洋工程建設的重要裝備，多應用于海洋油氣開發、海上風電安裝、港口碼頭建設、跨海跨江大橋建設等的施工。隨著人類對海洋的不斷探索，對打樁船的要求也越來越高，進而打樁船樁架的作業能力亦不斷提升。

本文介紹了140 m級打樁船樁架（樁架高度140 m，最大打樁樁重700 t，最大打樁直徑Φ6 000 mm，見圖1）的整體建造與吊裝方案的應用。樁架主要由抱樁器、滑輪組件、鋼絲繩、吊鉤、樁錘、升降平臺、絞車等組成。

圖1 140 m級打樁船樁架吊裝圖

1 樁架的建造

該打樁船的樁架總長度為138.15 m，最大高度為20 m，寬度為20 m，完工質量約1 550 t。樁架可在車間分段建造，根據樁架的結構特點、質量、車間最大尺寸及起重能力等將樁架分為5個分段(見圖2)，分段采用反造形式建造，并在車間整體預拼裝。分段劃分要考慮起重及運輸設備、建造方式、每個分段的質量重心（見圖3），再選擇合適的吊裝設備及工藝方案。

圖2 樁架分段劃分圖

圖3 樁架分段主尺度及質量重心

在制作時，以龍口為基準面，合攏口加放合適的余量，以備合攏時修割。明確分段整體控制的主要精度，對于重要的尺寸以工藝圖的形式要求：1）支腳距離中心的對稱度不大于4 mm；2）龍口面板距離中心線的對稱度不大于2 mm；3）龍口距前弦管中心垂直高度距離為1 400 m，偏差不大于3 mm；4）如圖4所示，變幅液壓缸鉸點中心的對稱度不宜大于2 mm，平行度不宜大于2 mm，垂直度不大于2 mm。

圖4 變幅液壓缸鉸點中心精度要求

在分段時，應盡量考慮提高分段的預舾裝率，模擬結構的干涉情況，保證分段的完整性，確保吊裝及運輸狀態的合理性。如圖5所示，ZJ04分段上需安裝主副鉤滑輪，提前劃出主副鉤滑輪的中心線，滑輪中心到中心對稱點不大于2 mm，平行度為2 mm。在基準面上留前弦管中心線標記，以便龍口安裝定位。主副鉤定滑輪組明確結構的開檔、同心度要求、加工余量、編制加工要求及方案等，滿足滑輪組的最終安裝。

圖5 主副鉤滑輪的中心線精度要求

2 分段合攏總拼

考慮樁架建造成本、運輸費用及綜合資源，最終決定橫跨船塢進行總體拼裝及合攏，船塢寬度為76 m，高度為12 m，采用2臺500 t龍門起重機進行起重運輸。樁架總組區域為船塢塢口區域，樁架沿船塢寬度方向布置，樁架根部距離南側龍門起重機軌道中心線2 m。確認分段總組順序，樁架拼裝順序為ZJ03—ZJ02—ZJ04—ZJ01—ZJ05。

2.1 總拼胎架布置

樁架選用高胎架作為前舷桿支承胎架，胎架頂部使用月牙板作為樁架的主支承胎架。為便于焊接，龍口及舷管的對接位置應根據實際需要搭設腳手架（見圖6）。胎架按劃線圖布置，根據現場在0.1 m范圍內微調。利用現場的提升塔架及龍門高胎架，減少現場工裝制作。

圖6 船塢胎架及支承布置圖

2.2 精控參考點的勘測

1）在船塢塢底板面上，找到2個盡量遠離的點，即點B1、點B2，并做好標記。

2）在遠離點B1、點B2的水平面上找到點B3，并做好標記。

3）在靠近船塢南側龍門起重機軌道的地方鋪好鋼板，找到點C1，距離船塢底部高度約26 852 mm。并且，點C1、點B1、點B2所在的面與點B1、點B2、點B3所在的面垂直，以點B1、點B2、點C1構建垂直基準面。

4）在點C1處架好激光，調整水平。

5）在遠離點C1的樁架另一端，設置一個光靶點C2、點C1、點B1、點B2的共面。

6）以點C1、點C2為參考基準，找到各合攏點的參考點，具體要求為：高度Z坐標為C1C2等高；R1R1′、R2R2′、R3R3′與基準面垂直且等分，位置在樁架分段合攏口處。

如圖7所示，任何精度控制過程中的測量都不應在陽光直射的條件下進行，應盡量選擇在陽光晴朗的傍晚或凌晨進行測量。由于距離較遠，超過100 m時測量的偏差將在5 mm以上，確定本步驟中的基準參照點時，如R3R3′時可選擇在點C2處架設激光儀器。

圖7 精控參考點的勘測

2.3 基準段ZJ03定位

如圖8所示，根據樁架的結構特點進行基準段ZJ03定位。分段安裝前應先測量工裝布置，并標出每個支承點的高度，并在門架上復測樁架支承位置的直線度。如圖9所示，根據所測數據實際修割支承點的高度，分段落到位時應先將所有支承點支承牢靠，緩慢釋放吊機載荷，觀察樁架的撓度變化情況。當撓度大于30 mm時，應進行臨時加強。

圖8 基準段ZJ03定位

圖9 基準段ZJ03撓度變化趨勢

2.4 分段合攏工法與公差

在車間分段制作時，預拼并設置定位工裝。出車間后，合攏口應檢查ZJ02和ZJ03的龍口錯位情況、龍口中心線偏差、前弦管中心線偏差和前弦管錯邊量；當龍口和前弦管數據不能同時保證時，以優先保證前舷管，前舷管焊接后調整龍口。龍口直線度為6 mm/6 m，其余分段公差控制方法與此類似。

樁架合攏完成需要對樁架的直線度進行完工測量，測量點在龍口的中心位置，在x、y、z方向取值，測量點不得少于15個。合攏撓度允許的偏差值每相鄰2檔不得超過30 mm，或全長不得超過50 mm，檢驗合格方可開始現場加工、涂裝和區域舾裝等工作。分段合攏應在龍口上做卡板，舷管上制作定位工裝，并做樣沖標記，便于上船合攏使用和檢查。合攏完成后，應及時完成舾裝件的安裝與油漆的補涂的工作。

3 樁架整體起運吊裝

樁架采用5 000 t浮式起重機（以下簡稱浮吊）進行吊裝，浮吊設有2只錨，首部帶4根鋼絲纜、一對八字纜、一對交叉纜。在作業時，浮吊的幅度約為59 m，與塢門相距6 m；起吊作業采用2個前主鉤和后主鉤同時作業；浮吊合力位置和樁架重心偏2.5 m，需要使用2個50 t的配重塊調節重心。具體布置如圖10所示。為了確保起重吊裝安全，需考慮潮汐、天氣等因素。

圖10 浮吊錨泊吊裝布置圖

3.1 吊裝前準備及注意事項

吊裝配置的索具做好質量檢查確認工作；4號平臺兜掛索具與舷管接觸處用尼龍帶纏繞做好防護；提前清理好樁架20 m范圍吊裝區域，拉好警示旗；浮吊掛鉤完畢起吊按圖示受力標記50%方可拆除樁架所有工裝支點；浮吊停止動作后確認總質量、吊鉤受力狀況、精控測量樁架撓度狀況等；現場檢查確認無異常，保持樁架水平狀態，浮吊正常速度上升，超過塢口障礙物停止動作；臂架仰角選擇60.45°，高度為111.9 m；浮吊移泊至樁架安裝區域舾裝碼頭的外側。

3.2 吊運受力計算

浮吊外碼頭系泊、拋錨完成后，浮吊將樁架調整至安裝角度后再平移，樁架避開船上障礙物直接上船安裝；銷軸安裝到位后，浮吊進行松鉤檢查無異常方可拆鉤。如圖11所示，模擬樁架安裝角度，進行受力分析。

圖11 吊裝和鋼絲繩受力方案

3.3 主液壓缸吊裝及安裝

主液壓缸質量為204 t，長度約24 m，直徑為1 650 mm。提前在液壓缸上設計好安裝吊點，檢查液壓缸滑道開孔完成情況。吊裝前根據液壓缸安裝位置角度，預埋臨時胎架及工裝并做加強，液壓缸與擱架接觸處安裝橡膠墊，液壓缸吊索具保留后續使用。利用浮吊的4個主鉤配合主液壓缸定位安裝，按照工藝圖配置索具，吊裝到位后傾斜20°，并上船預固定。

樁架到位后利用2個主鉤按圖配置鋼絲繩，系掛主液壓缸吊點預留鋼絲繩；液壓缸從預埋位置受力吊起后，利用浮吊索具鉤將工裝支承拆除吊離；液壓缸區域清理完畢后浮吊調整4個吊鉤將液壓缸進行安裝操作；液壓缸安裝吊運操作過程檢查舷桿及柵欄干涉，嚴禁碰撞；樁架到位浮吊拆鉤后，及時利用碼頭們機將液壓缸預留索具吊至龍口固定。

3.4 鎖銷工藝

樁架前支腳材料采用Q550D，銷軸40CrNiMo，材料力學性能及化學成分滿足《材料與焊接規范》要求。樁架吊裝到位后，安裝座提前冷凍安裝缸套，復測安裝座鋼套均布4個點開檔后開槽，安裝座與前支腳對準插入銷軸，銷軸長度為2.6 m，直徑為700 mm，合理控制樁架前支腳銷軸與缸套的間隙1.5 mm，完成銷軸安裝（見圖12）。采用此方案的前支腳座結構緊湊，安全可靠，極大地提高了鎖銷的效率，降低了維護成本。

圖12 樁架前支腳銷軸安裝

主液壓缸吊裝到位后，安裝隔圈，用引繩固定后放入底座防止脫落，進入一半后拆除棉繩，千斤頂調整液壓缸與底座銷軸孔中心，利用油壓打壓力并拉銷軸。隨時觀察頂進情況，特別是在隔圈位置。當銷軸拉至端部50 mm時，派人專門測量頂入情況，降低頂進速度，防止過拉；檢驗合格后，即樁架安裝完成（見圖13）。

圖13 液壓缸吊裝后銷軸安裝測量

4 結論

通過樁架的分段劃分、建造、拼裝、起運、翻身、總拼及吊裝等工藝實施，在一定程度上提升了樁架設計及吊裝的綜合能力，并通過對樁架的整體建造與吊裝方案的研究應用，為該類型的樁架建造提供了一種思路，對國內打樁船的研究和建造具有一定參考價值。