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众所周知，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，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，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，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。 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，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、海洋地质、受压容器等方面，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行业人士，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）。 3 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
图4 新型座底自升式打桩船的外形示意图和基本参数
图5 新型无桩靴的座底自升式打桩船的座底状态示意图 （责任编辑：晨鸿） |
