全球首创！振华重工座底自升式打桩船通过专家评审-第6页-北极星风力发电网

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在吊桩柱时，打桩船要稳定，不因泥面无法承受此巨大的力矩发生倾斜？此弯矩有两个来源：其一是起重机吊桩柱时产生的弯矩（虽被下浮体调整压载后，但有剩余）。其二是上船体在风浪涌作用下，对下浮体的力矩。

如周知，当起重机吊一根2000吨的桩时，若幅度达25米，仅对起重机的旋转中心（假设此心基本在船质心的纵向沿长线上）将产生5万吨米的倾复力矩，若再加上臂梁索具吊钩等未被尾配重平衡的力矩共约1万吨米，即共有6万吨米左右的外加倾复力矩，对于插桩式打桩船，它通过深深下插的桩腿和桩靴，承受了此力矩。对于座底式打桩船，如何平衡（或承受）此力矩？是开发座底打桩船能否成功的另一个关键，我们采取了如下几项措施：

其一是：采用菱形的上船体（国外已有类似结构，见图10）并将起重机置于船中菱形顶点的绕桩位置（见图10）。这时，起重机成为国内外经常采用的所谓的“绕桩式起重机”。这种布置的优点：首先是吊桩柱时，外载重心距船体质心最近（也可说起重机的幅度得到有效利用），由此，可有效减小对座底打桩船的倾复力矩（否则，将大大超过上述的6万吨米）。其次是桩腿不会干扰起重机吊臂，扩大了甲板可用面积（可达到3000平米或更大），作业方便。其三是当放下起重臂调遣或拖航时，在船长方向，内得到较好的支承等等。

图10国外菱形布置风电打桩船示意

其二是：采用反向预加载荷系统。即根据事先知道的需吊的桩柱的重量、幅度等，预先配置好近似目标弯矩一半的反向载荷（通过对下浮体内各水箱注水排水），即令其产生反向力矩以平衡部分吊载时的力矩，特别应指出：这时，因预加力矩的作用，下浮体对泥面的压载也产生变化，（即此力矩不改变总压载数值，但改变它的分布），经校核，即不同案例均在允许值之内(本案例不超过5吨/米平方)。

其三是：采用了实时动态配水调节装置，在打桩船上装有计算机管理的配水调节系统，它可以根据起重机起吊、卸载、旋转的需要，调配下浮体前后、左右水箱内的水，使打桩船保持动态平衡，本措施与其二不同之处是：前者粗调，目的是预先减小部分载荷，本措施是精调，而且当起重机起吊作业时才开始工作，根据起重量和旋转角度进行实时调节，而不是预先实施。这样也可避免采用大的吸排系统。

其四是：利用座底面积产生平衡力矩，平衡外载荷产生的力矩（即上述的6万吨米中平衡后剩余的部分及风浪流等环境载荷产生的力矩）。当座底面积达3000平米，在淤泥质粘土（剪切强度Cu=15kPa）每平米可承压5吨。当受到8000吨垂向载荷和6万吨米弯矩作用时，最大压力不超过5t/m2。

其五是：对于特恶劣的土质条件（剪切强度Cu值小于15kPa时），应采取以下保护措施：

（A）限止外吊桩柱的重量，一般以小于1000吨为宜（在未考虑压载水反向调节时，起吊倾复力矩为3.5万吨米左右）。事实上在这种超软近似新淤泥的土质上，不会设置大的风电塔，也不可能有大且重的桩柱。

（B）可适当增加下浮体在泥面的沉入深度。对2m左右的浅层淤泥，直接压入并座落在该层之下条件更好的土层上。当淤泥层较厚时，增加插深（如3米~4米），由于土体有效重量压头的作用，单位面积承载力也会进一步提升，而且一般情况下淤泥本身的抗剪随着深度的增加也会有所增加。

必须指出，对付外力矩，本设计的要领是双重安全保护。下浮体的水系统，已基本可以平衡外载力矩，座底和几只小桩是第二层保证，以适应千差万别的不同土质。

由于座底式打桩船是个新生事务，特别是海下泥层千差万别，因之在针对上述三个主要问题给予对策之后，我们也研究并回答了几个伴生问题

（1）在下浮体座底后，微沉入泥中，下浮体是否照旧存在浮力？

按照土力学理论，平台下浮体座底后浮力是存在的，原因是海底土壤内部实际上是由土颗粒和空隙组成的，内部存在肉眼看不见的大量孔隙，如同海绵一样，如图11所示。海底的粘土、淤泥等基本都是饱和土（所有孔隙都被水充满），并且含水量非常高，可以高达50%~100%。最重要的是，这些孔隙水通过空隙与外界（海洋）的水是相联通的。因此，海水中的静水压力分布不受土层的影响，如图11和图12所示。因此，下浮体座在海底时，浮体上下表面仍然存在静水压力差，与在海水中一样，从而保持浮力不变。该结论为土力学最基本的结论之一，得到了大量文献和试验的验证。因此，该平台在座底时，下浮体可提供足够的浮力来减轻座底时海底的压力。

图11 土壤的三相组成示意

图12海底静水压力分布

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