全球首创！振华重工座底自升式打桩船通过专家评审-第4页-北极星风力发电网

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它的主体由一排管状中空浮体构成，可注水排水由此提供浮力和压载力。上部浮体由5只长70米直径7米的承压圆筒组成近似菱形，它提供约1.3万吨浮力，两侧和尾部浮箱提供约3000吨浮力。由此，总浮力可达1.5～1.6万吨（四只腿视不同水深尚可提供浮力2000吨左右）。管状浮体壁厚18～20毫米，内部有环形筋，按受压容器校核，安全系数不小于3。

根据初步计算,中部五只浮体,是中空完全封闭,即提供浮力,而两侧水箱,可以吸排水（总体积约5000方左右）,根据需要,每次调控水量不过1000～2000方,不需消耗多少能量。

在浮体侧有8只抗滑移无靴小桩腿，长约6米插入泥中作为防止移动承受水平力的补充。从图7下浮体的横剖面图可以看出：它具有和插桩式打桩船的桩靴同样的支承船体重量的功能，所不同是前者支持在泥下某个深度的结实土层上，插拔困难，而座底船是半坐半浮在水下表层泥面上，承压面积大，入泥深度浅，脱离极为容易。此外，前者无法调节土上的承压载荷。而后者则可通过调节浮力调节座底浮体对土壤的压载，有利适应不同的土壤条件。

四、座底式打桩船的优点

必须指出：本“座底自升式打桩船”的突出优点是既座底又将上船体抬离水面4～5米,这是命名“座底自升”的原因,是迄今为止世界首创，也是本设计有别于过去所谓座底打桩船的重大区别。如行家周知,不将上船体抬升离开海面，则无法解决海上洋流涌浪的袭击，这也是己有所谓座底打桩船，只宜在滩涂性貭浅水中作业不宜进入有暗流和涌浪等水域作业,此为它因适用性狭窄以至不受欢迎得不到发展的重要原因。

还需指出：座底自升式打桩船有别于插桩式打桩船的特征是没有桩靴（见图5）。首先谈谈有无桩靴的优劣。插桩式打桩船每根支承桩的底部均安装有桩靴（见图8）它的作用是扩大支承面积，以支持打桩船高达1.5～2万吨的自重和外加载荷，若没有桩靴，无论插多么深，仅靠桩与土的摩擦力，是无法支承如此庞大且重的船体。

图8传统桩靴示意图

由图上可以看到，插桩式打桩船的传统桩靴，不论是圆形或三角形桩腿，其所配桩靴均在100平方米以上，没有如此大的面积很难支承重达1.5～2万吨的船体和外载荷，但反过来，它也给拔桩腿造成巨大困难。如上已叙，这是我们研发用座底式取代插桩式的根本原因所在。

若取消桩靴改为座底式，船的自重是否将全部落在泥面上？海底泥面能支承如此重的船体吗？其实不然，因为座底物是个具有巨大排水量的中空浮体（见图7），从某个意义上说，是这个浮体承受着打桩船的大部分自重（本设计下浮体其排水量共达15000吨以上，四根桩柱仍有近2000吨浮力未计），船的自重减去浮力剩余的重量，才是压在泥面上的力。调节浮体内水量，就可调节其对泥面的载荷。即是泥面上并没有承受船的全部自重，而是部分分载荷，它视不同土质的承压能力可予以调节。

座底打桩船取消了插拔困难的桩靴：首先是“打桩”作业全过程，无插拔压桩靴之“苦”，大大提高工效。其次是对海底土的单位面积压力可调节，因而能适宜各种土质，特别是软粘土甚至淤泥土质条件的打桩作业，即对海上风场作业不同土壤的适应性强。其三是桩腿上无桩靴，也不需对桩腿端的桩靴预压（尤其是对角预压载），不只减小了作业时间，也取消了为预压而加强船体结构，简化了船体结构。综合各项优点，其生产效率提高至少一倍甚至更高，从而大大提高其市场竞争力和经济效益。

五、打桩船座底后产生的问题和我们的对策

如前已叙，座底自升式打桩船继承了插桩式打桩船的各项功能，唯一不同是取消了桩靴，将船自身的巨大载荷由通过桩靴的下泥面承受改为由下浮体的浮力（阿几米德力）和施加在水下泥面载荷共同承受。它无桩靴可拔，大大提高了作业效率。但也产生一些大小问题。这是前人曾有过座底的构想，但由于种种原因，至今未见一艘实用的可与插装式打桩船媲美的座底打桩船问世（如前已叙,个别只座底能否实用尚不知，但如本设计用腿抬起船体离开水面，可防风浪涌冲击，与插桩式类似的打桩船世界上是没有前例的）。

发展海上风电，提高打桩船终工效是个巨大需要，推动我们研发设计了“座底抬升式打桩船”，我们与海工领域的有关专家共同研讨取消桩靴座底后可能遇到的问题，应用国内外技术进步带来的新手段，为座底抬升式打桩船制定了对策,必须万无一失，令它高安全高可靠的为发展海上风电服务。

如周知，座底船对海下泥土表层施加的载荷有三类：垂直载荷、水平载荷和倾复力矩。为此必须研究这些载荷的极限值和水下泥表层的承载能力。如前己指出，前人的海工工程水下结构物座底并不乏有，但能承受用以打桩并抬升船体的本座底式打桩船确系世界首创。为此，本公司郑轶刊博士和上海交通大学叶冠林教授（土力学专家）进行了大量调研，总结写出针对本项目特点，具有指导设计意义的论文。

经研究，我们的设计指导思想是首先解决好3个主要载荷的问题，然后处理几个伴生问题：

（1）如何承受垂直载荷？

座底垂直载荷必须与海下泥层的承载能力相适应，这是座底成功的关键。为此，首先要掌握清楚座底垂直载荷的大小和变化规律，然后海底土壤在必须有足够大的安全裕度前提下，承受座底载荷，同时，此座底力应可调节，以适应千差万变的水下表面泥层。

（A）座底船的垂直载荷：

本座底船的极限垂直载荷的构成如下：

a. 座底船上船体总重：船壳体、甲版机械、起重机、人员寝室、直升飞机平台、动力机组等：共约1万吨。

b. 携带可变载荷（桩锤、桩柱、风叶、燃油等）5000吨。

c. 桩腿与下浮体以及浮沉和伸缩齿条机构等：5000吨。

以上共计2万吨，如何承受这两万吨垂直载荷？

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