全球首创！振华重工座底自升式打桩船通过专家评审-第2页-北极星风力发电网

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海上风电场施工难点之一是桩柱的安装。将直径3～8米重达500～2000吨甚至更大的桩柱用桩锤强力打击插入水下泥中，即所谓“打桩”，不仅需满足桩柱的吊高（80～120米左右）、吊重和位置的要求，还要保证桩柱的垂直度，即垂直于海平面。需要指出，因为抱桩机是安装在船体上，因此要求船体在打桩全过程不能移动，过去曾用抛锚绞车等来稳定船体的办法由于它是柔性系统，无法保证船体固定不动，不适用于风电打桩作业，早已被淘汰。当下可行之途有二，其一是将打桩船自身带有桩靴的桩腿深深插入泥中使其在海上风浪涌袭击下保持稳定，其二令打桩船的船体（其实为一中空浮体）“座底”，即下船体（中空浮体）坐在水下泥层面上，由泥层和下船体承载船的重量并依靠与泥层的摩擦力以及同时插入泥中的小桩（无桩靴）保持水平方向的稳定。

由于船体座底后又引发一系列新麻烦（见以下叙述），因此，目前，世界上的打桩船，都采用前一种方式即插桩来稳定自身即所谓插桩式打桩船。

图3现代普便采用可抬离水面的插桩式风电安装船

二、插桩式打桩船的难题和缺点

由于开发海上风电,是近十年左右的事,比较年青因缺乏实践,对不能迅速插拔桩是采用插桩式打桩船的一大难题，普便认识不足。因而已登埸和将要登埸的数十艘海上风电打桩船,无一不是插桩式。近年,当风埸上数十根桩需要迅速完成栽入任务时,若不能迅速插拔桩将严重影响生产率提上开发海上风电企业的议事日程。普便认识到它是这种安装船自身无法克服的重大缺点。为了说明该点，先谈谈国内外广泛采用的插桩式打桩船的作业过程：

如众周知，目前，国内外海上风电装置由于盛行用3～8米直径、厚50～100毫米重达500～2000吨或更高的单桩柱插入海面泥中数十米（即所谓“打桩”），以支承海上风力发电装置（重150～300吨）和承受风压以及涌浪冲击。打这种巨大的桩，如上己述，用锚和缆绳定位的传统打桩船因自身不稳早已被弃用，新诞生的插桩式打桩船的特点是：自身也用桩腿插入泥中（调遣时拔出），并配有起重机和打击力强大（200～400吨米）频率高（30～50/分）的特殊桩锤，以及抱桩机等附属装备。此外，如大家己看到：为了减小海上涌浪对打桩船船体的冲击（冲击力视不同船型可达3000～4000千吨，为躲避此力，用桩腿将打桩船的船体稍抬离水面约4～5米，以令涌浪从其下方穿过)，为了满足桩柱垂直度的要求（不成文的规定；桩柱垂直度控制在3‰），必须稳定打桩船，其自身多采用长几十米的大直径（3～4米）桩腿和端部的巨大桩靴插入泥中（软质土壤条件下可能需20～30米）以承受其自重，并稳定它在水中的位置（见图3）。

这种插桩式打桩船，虽能较好的实现打桩作业，但作业程序复杂严格，例如：总重达2万吨大型风电工程船（包括外载5000吨），它每只桩腿插到位后，仍需经过加载“预压”工序以保证它有高可靠的地基承载能力。每只单桩预压载荷常需正常承压的一倍(8000～10000吨)，为此需先将船体注水，以增加自重，这种设计主船体需具备很大容积的压载舱，对大型打桩船往往难以实现，此时只能采用对角压载的方法完成预压（同时只压两只桩），对主船体结构提出很高要求，导致结构很厚重。而且桩靴必须座落在承载能力为80~100t/m2的硬质土层或者密实的砂层上，才能为船体提供有效支撑，这种优质的地基条件往往需要在海底以下数十米才存在，打桩作业完成后，再拔出被泥砂覆盖的桩靴。这些工序必须一丝不苟认真进行，否则打桩过程船体将会出现地基穿刺，导致歪斜甚至倾翻大祸。要知道现代插桩式打桩船插入泥中的桩靴面积至少为100平米，而桩腿直径为4米左右，两者截面的面积相差六倍，拔桩时，桩靴上覆盖的十几米砂土重量会带来巨大的下压力，拔桩时还要克服这些土体与周围土体相互间的摩擦和粘附载荷，以及桩靴底部上拔时产生的负孔隙水压形成的吸附力和粘聚力，需巨大拔起力。视不同土质，为消除负孔隙水吸附力和底部粘聚力，常常先要用高压水冲桩，以联通桩靴底部孔隙和外界海水，而在泥中插深较深时，外界水不容易补充进来，这种联通更为困难。在特殊情况下，甚至可能冲不动桩。例如：每只桩腿视土质和需插入深度，(20米左右)，通常其插入力需2000～3000吨，然后需加1倍于插入力进行“压桩”作业（视土质需保持12～24小时），如果碰上粘性土壤产生粘附力吸注桩靴，常使拔桩力远大于压桩力。有时，千方百计仍拔不出，不得已只好割掉，这是令操作者最为痛心，也是这种插桩式打桩船的致命缺点。

还应提到：插桩时，船体本身重量（即便加水）往往不足同时压四只桩以完成预压载，这时，如上文已指出，常使用对角压载（同时只压两只桩），则对船体结构强度提出很高要求，增加了船体结构重量。拔桩时要借用船的浮力，只能一只一只的进行。这些作业耗时久又费力，若不顺利时，插拔需数日、1～2周，甚至更长。

总之，桩靴是插桩式打桩船不可缺的。既是重大关键又带来麻烦。公正的说：这种具有庞大桩靴结构的插桩式打桩船，虽能完成任务，因需插、拔、压、带有桩靴的桩腿，既费力又需不少时日，大大降低它的整体效率（如作业顺利，平均每打一根桩约1周左右，其中插拔压桩约占1/2以上时间），现代大型海上风电场，常需70～100座风电塔，如只一艘打桩船作业，仅打桩要1～2年始能完成，若能提高效率，对于加速风电场建设，具有重大意义，对某些特殊土质，因怕拔不出带有桩靴的桩腿，甚至视为畏途，不敢承接作业。因此，如何迅速插拔桩靴成为发展海上风电采用插桩式打桩船的一个待解课题。

在举国上下一派创新热潮的鼓舞下，上海振华重工公司发扬一贯敢于创新，敢于担当，敢为世界先的大无畏精神，积极研发设计了取消桩靴，提高作业工效（提高工效至少一倍)，增大市场竞争力，从而增加企业效益的举世无双的“座底抬升式海上风电打桩船”,它涉及海上洋流、海洋地貭、受压容器等诸多方面，我们请教了海上地质专家、海上风浪涌方面专家、曾设计海上座底建筑物的专家等，结合我公司曾设计制造了多艘插桩式打桩船的经验，设计了这艘取消桩靴的新型座底自升式打桩船（见图4）。本文是对其可行性和己有初步方案设计进行论述和说明，是一份待再次修正稿，聆听领导、专家和对此感兴趣的朋友指教、评议。然后再进行工作图纸绘制。某些技术细节，因涉及专利保护，按贯例暂不在本文披露。

三、新型座底自升式打桩船的性能和基本构造

下图示出座底自升式打桩船的全貌示意图，表中列出了建议的技术性能参数。

图4 新型座底自升式打桩船的外形示意图和基本参数

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投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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