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[摘 要]随着国家对清洁能源、可再生能源的重视，风力发电越来越受青睐，风电安装市场的前景广阔，为打开海上风电高承台群桩基础施工市场，公司决定将 “打桩18号”船舶进行打桩能力升级改造。
[关键词]改造、设计、背景
中图分类号：S804 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0041-01
一、改造背景
原设计使用的柴油锤为D125型柴油锤或D160型柴油锤，也可使用液压锤，但锤重、替打、桩帽的重量之和不得超过38.0t。能适应打植800～2000mm的钢管桩；若使用固定下背板能适应打植600mm圆桩及600×600的钢筋混凝土桩。
改造后拟打工程桩规格为桩径1800mm，桩长51.4m，最大桩重为67.3吨。原船适打桩规格为桩径2000mm，桩长80m，最大桩重120吨。因此，本船吊桩和抱桩系统满足拟打工程桩要求，没有进行改装。根据设计任务书，拟打工程桩适用的柴油锤为D600型，较原船D160柴油锤在重量上有大幅增加，因此需要对吊锤系统进行升级改装。
二、改造设计
本次改造设计时拟使用D600柴油锤，锤和替打总重为188吨，锤的最大提升高度为水线以上70米。改装后桩架能锤击的最大桩重为70吨，最大桩长为51.4米（最大允许提升高度为距水线70m）。本船在改造后目前所配的为YC-50桩锤，YC-50 液压锤参数，冲击能量：750-850KNm，工作行程：1500-1700mm，冲击频率：22/60bpm，锤体质量：50000kg，提升方式：双缸提升，长度：936mm，宽度：1674mm，高度：1850mm，重量：65000-65600kg，上下扶手间距4500mm，桩帽尺寸可根据客户要求定制。
本次改造的主要内容有：
（1）桩架进行相应结构加强；（2）象鼻梁进行相应结构加强；（3）船体结构根据局部应力分布进行相应结构加强；（4）吊锤系统根据设备要求进行改造；（5）新桩锤绞车液压系统更换；（6）根据新设计核算浮态及稳性。
“打桩18号”在改造后可满足福建南日岛的风电施工要求，适应工程需要。“打桩18号”的改造成功也标志着中交一航局第二工程有限公司正式进入海上风电市场，具有了风电桩基施工的能力。经过改造后柴油锤改为液压锤，液压锤较柴油锤油污少，污染少，也符合习近平总书记一直强调的绿水青山就是金山银山的观念。柴油锤改用液压锤在减少环境污染保护环境的同时也大大减轻了船员受油污的侵害。
三、改造过程综述
1.主尺度
2.改造原则
（1）满足原船建造说明书中所有技术及检验规范；（2）不得影响现有设备的功能并易于使用维护及合适人员操作；（3）完成所有改造所需详细设计、生产设计图纸及必要的计算，重量控制等；（4）完成所有改造所需必要的图纸送审等工作；（5）完成所有改造所需材料清单（应包括推荐厂家）及费用预算；（6）改造所需材料尽量按原设备备件、材料选择。
3.改造内容及要求
（1）桩架进行相应结构加强
桩锤重量的加大，相应桩架承受的载荷变大，为了满足此要求需要将桩架进行加强，经过设计院对桩架进行受力分析，桩架加强部位位于桩架的第二平台到第四平台之间，加强区域位于桩架的下方，也是拖航、避风等情況下搁锤位置的附近。由于液压桩锤和替打为一体，最大重量达188T，在避风和拖航过程中桩锤连同替打放在搁锤装置上，承重区域务必进行加强。
要使待加强区域强度加强，一种是通过更换支撑圆柱，增加圆柱的直径和壁厚的方法，采用此种形式第2平台到第4平台之间的圆柱需要全部更换，工程量大，成本高，工期长。另一种加强方法为在支撑圆柱的圆周上加一圈扁钢，增大支撑圆柱截面积的形式，此种方法工艺相对简单，工程量较小，成本较低，工期较短。因此采用第二种在支撑圆管圆周均匀加设扁钢的方式。
在竖向桩架圆周均匀加设12根100*25扁钢，第2平台到第4平台连续加设，为了让扁钢保持连续，须穿过方梁、支撑圆管等结构，而为了便于扁钢穿过，被穿过的方梁、支撑圆管1500mm范围内更换，或变径加粗。
根据有限元分析所示，第2至第4平台支撑圆管处在改用D600柴油锤（连同替打188T）后承受力较大，是强度较为薄弱部位，在支撑圆管圆周均匀加设12根扁钢后，支撑圆管横截面积增加，强度加大，相应桩架强度加大，能够满足改造使用大桩锤的要求。
（2）象鼻梁进行相应结构加强
桩架安装在象鼻梁上，承受桩架重量及施工作业时的压力，因此除了对桩架进行加强之外，左右两侧的象鼻梁也需相应加强。根据设计院对桩架及象鼻梁等结构的有限元分析，加强所用材料为30mm DH32钢板。
（3）船体结构根据局部应力分布进行相应结构加强
根据局部应力分布有限元分析图，可知艏纵倾平衡水舱处舱壁、左右压载舱部分舱壁及船体外板强度较为薄弱，对于薄弱部分更换厚的壁板。
（4）吊锤系统根据设备要求进行改造
①设计时为满足起吊D600柴油锤（连同替打188T）要求，吊锤绞车能力需要提升。拆除主甲板原2x115kN吊锤绞车新增2x320kN吊锤绞车YDC320*2，同时相应的液压系统根据吊锤绞车能力进行改装。
②吊锤钢丝绳
由于改装后柴油锤和替打的重量增加，且吊锤系统的滑车换新，钢丝绳需要更换，原？32.5×620m钢丝绳更换为6x37S-FC-44-1870，破断负荷为1190kN，直径44mm，960m。
③吊锤钢索导向系统
由于吊锤钢丝绳绕绳方式和直径改变，需要对吊锤钢索导向滑车进行改装，改装后的滑车应适用于直径为44mm的钢丝绳。吊锤平台上全部吊锤系统滑车更换，原锤启动及软管钩滑车原样恢复。 滑车更换后相应结构需增强，原吊锤平台不能满足其强度要求，新旧吊锤平台总体尺寸不变，内部结构增多，相应滑车下部结构加强，钢板厚度加大。新平台重量7184kg，，初始方案采用搭建脚手架的方式，需从地面一直搭建到桩架顶部吊锤平台处，高度达40m，搭建脚手架危险性大，成本高，同时难度也较大，所以船厂并未采用此方案。船厂采用预先打点定位，做好标记，同时安装时采用水平仪等设备，在安装平台前已在吊锤平台桩架处搭建吊架，便于人员焊接、定位等，然后吊机将平台吊装到位，高空作业，平台安装角度大，焊接难度也较大，多台吊机协同配合安装。
④新桩锤绞车液压系统更换。
更换YDC320x2绞车后，绞车位置稍有变化，同时新桩锤绞车为双液压马达，液压流量加大，所以液压管路系统进行了改造，机旁控制单元换新。
⑤根据新设计核算浮态及稳性
本船在根据新设计进行改造后，整船重量发生变化，相应稳性会发生改变，须对改造后船的浮态及稳性进行计算。在改造完成后进行了倾斜试验，在设计院，CCS，指导监督下此次倾斜试验采用调拨压载水的方式进行，8次压载水调拨，通过挂摆多次读数记录摆读数，计算初稳性高，移动力矩，垂向力矩变化量，自由液面力矩变化量，横倾角，初稳性高，计算试验状态下排水量和重心等各种参数，最终得到稳性及纵倾计算书，得出结论能够满足船舶稳性要求，并得到CCS认可。
四、改造成果
经过4个月的坞修、改造，“打桩18号”船于2017年10月6日离开烟台打捞局船厂拖航至福建、广东等工地施工，现已到达施工现场，待海况允许开始施工，等待它改造后的第一根桩。改造后的打桩18号能够使用总重高达188T的桩锤（含桩帽），锤的最大提升高度为水线以上70米。改装后桩架能锤击的最大桩重为70吨，最大桩长为51.4米（最大允许提升高度为距水线70m）。虽然所能打植的桩重、桩长都有所减小，但原D160锤击能量544KNm，现所用桩锤YC-50锤击能量最高可达850KNm，后期可更换YC-60锤击能量为1020KNm，锤击能力得到大大提升，成功的升级了公司装备，为公司下一步进军风电高承台群桩基础施工市场奠定了装备基础。
[关键词]改造、设计、背景
中图分类号：S804 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0041-01
一、改造背景
原设计使用的柴油锤为D125型柴油锤或D160型柴油锤，也可使用液压锤，但锤重、替打、桩帽的重量之和不得超过38.0t。能适应打植800～2000mm的钢管桩；若使用固定下背板能适应打植600mm圆桩及600×600的钢筋混凝土桩。
改造后拟打工程桩规格为桩径1800mm，桩长51.4m，最大桩重为67.3吨。原船适打桩规格为桩径2000mm，桩长80m，最大桩重120吨。因此，本船吊桩和抱桩系统满足拟打工程桩要求，没有进行改装。根据设计任务书，拟打工程桩适用的柴油锤为D600型，较原船D160柴油锤在重量上有大幅增加，因此需要对吊锤系统进行升级改装。
二、改造设计
本次改造设计时拟使用D600柴油锤，锤和替打总重为188吨，锤的最大提升高度为水线以上70米。改装后桩架能锤击的最大桩重为70吨，最大桩长为51.4米（最大允许提升高度为距水线70m）。本船在改造后目前所配的为YC-50桩锤，YC-50 液压锤参数，冲击能量：750-850KNm，工作行程：1500-1700mm，冲击频率：22/60bpm，锤体质量：50000kg，提升方式：双缸提升，长度：936mm，宽度：1674mm，高度：1850mm，重量：65000-65600kg，上下扶手间距4500mm，桩帽尺寸可根据客户要求定制。
本次改造的主要内容有：
（1）桩架进行相应结构加强；（2）象鼻梁进行相应结构加强；（3）船体结构根据局部应力分布进行相应结构加强；（4）吊锤系统根据设备要求进行改造；（5）新桩锤绞车液压系统更换；（6）根据新设计核算浮态及稳性。
“打桩18号”在改造后可满足福建南日岛的风电施工要求，适应工程需要。“打桩18号”的改造成功也标志着中交一航局第二工程有限公司正式进入海上风电市场，具有了风电桩基施工的能力。经过改造后柴油锤改为液压锤，液压锤较柴油锤油污少，污染少，也符合习近平总书记一直强调的绿水青山就是金山银山的观念。柴油锤改用液压锤在减少环境污染保护环境的同时也大大减轻了船员受油污的侵害。
三、改造过程综述
1.主尺度
2.改造原则
（1）满足原船建造说明书中所有技术及检验规范；（2）不得影响现有设备的功能并易于使用维护及合适人员操作；（3）完成所有改造所需详细设计、生产设计图纸及必要的计算，重量控制等；（4）完成所有改造所需必要的图纸送审等工作；（5）完成所有改造所需材料清单（应包括推荐厂家）及费用预算；（6）改造所需材料尽量按原设备备件、材料选择。
3.改造内容及要求
（1）桩架进行相应结构加强
桩锤重量的加大，相应桩架承受的载荷变大，为了满足此要求需要将桩架进行加强，经过设计院对桩架进行受力分析，桩架加强部位位于桩架的第二平台到第四平台之间，加强区域位于桩架的下方，也是拖航、避风等情況下搁锤位置的附近。由于液压桩锤和替打为一体，最大重量达188T，在避风和拖航过程中桩锤连同替打放在搁锤装置上，承重区域务必进行加强。
要使待加强区域强度加强，一种是通过更换支撑圆柱，增加圆柱的直径和壁厚的方法，采用此种形式第2平台到第4平台之间的圆柱需要全部更换，工程量大，成本高，工期长。另一种加强方法为在支撑圆柱的圆周上加一圈扁钢，增大支撑圆柱截面积的形式，此种方法工艺相对简单，工程量较小，成本较低，工期较短。因此采用第二种在支撑圆管圆周均匀加设扁钢的方式。
在竖向桩架圆周均匀加设12根100*25扁钢，第2平台到第4平台连续加设，为了让扁钢保持连续，须穿过方梁、支撑圆管等结构，而为了便于扁钢穿过，被穿过的方梁、支撑圆管1500mm范围内更换，或变径加粗。
根据有限元分析所示，第2至第4平台支撑圆管处在改用D600柴油锤（连同替打188T）后承受力较大，是强度较为薄弱部位，在支撑圆管圆周均匀加设12根扁钢后，支撑圆管横截面积增加，强度加大，相应桩架强度加大，能够满足改造使用大桩锤的要求。
（2）象鼻梁进行相应结构加强
桩架安装在象鼻梁上，承受桩架重量及施工作业时的压力，因此除了对桩架进行加强之外，左右两侧的象鼻梁也需相应加强。根据设计院对桩架及象鼻梁等结构的有限元分析，加强所用材料为30mm DH32钢板。
（3）船体结构根据局部应力分布进行相应结构加强
根据局部应力分布有限元分析图，可知艏纵倾平衡水舱处舱壁、左右压载舱部分舱壁及船体外板强度较为薄弱，对于薄弱部分更换厚的壁板。
（4）吊锤系统根据设备要求进行改造
①设计时为满足起吊D600柴油锤（连同替打188T）要求，吊锤绞车能力需要提升。拆除主甲板原2x115kN吊锤绞车新增2x320kN吊锤绞车YDC320*2，同时相应的液压系统根据吊锤绞车能力进行改装。
②吊锤钢丝绳
由于改装后柴油锤和替打的重量增加，且吊锤系统的滑车换新，钢丝绳需要更换，原？32.5×620m钢丝绳更换为6x37S-FC-44-1870，破断负荷为1190kN，直径44mm，960m。
③吊锤钢索导向系统
由于吊锤钢丝绳绕绳方式和直径改变，需要对吊锤钢索导向滑车进行改装，改装后的滑车应适用于直径为44mm的钢丝绳。吊锤平台上全部吊锤系统滑车更换，原锤启动及软管钩滑车原样恢复。 滑车更换后相应结构需增强，原吊锤平台不能满足其强度要求，新旧吊锤平台总体尺寸不变，内部结构增多，相应滑车下部结构加强，钢板厚度加大。新平台重量7184kg，，初始方案采用搭建脚手架的方式，需从地面一直搭建到桩架顶部吊锤平台处，高度达40m，搭建脚手架危险性大，成本高，同时难度也较大，所以船厂并未采用此方案。船厂采用预先打点定位，做好标记，同时安装时采用水平仪等设备，在安装平台前已在吊锤平台桩架处搭建吊架，便于人员焊接、定位等，然后吊机将平台吊装到位，高空作业，平台安装角度大，焊接难度也较大，多台吊机协同配合安装。
④新桩锤绞车液压系统更换。
更换YDC320x2绞车后，绞车位置稍有变化，同时新桩锤绞车为双液压马达，液压流量加大，所以液压管路系统进行了改造，机旁控制单元换新。
⑤根据新设计核算浮态及稳性
本船在根据新设计进行改造后，整船重量发生变化，相应稳性会发生改变，须对改造后船的浮态及稳性进行计算。在改造完成后进行了倾斜试验，在设计院，CCS，指导监督下此次倾斜试验采用调拨压载水的方式进行，8次压载水调拨，通过挂摆多次读数记录摆读数，计算初稳性高，移动力矩，垂向力矩变化量，自由液面力矩变化量，横倾角，初稳性高，计算试验状态下排水量和重心等各种参数，最终得到稳性及纵倾计算书，得出结论能够满足船舶稳性要求，并得到CCS认可。
四、改造成果
经过4个月的坞修、改造，“打桩18号”船于2017年10月6日离开烟台打捞局船厂拖航至福建、广东等工地施工，现已到达施工现场，待海况允许开始施工，等待它改造后的第一根桩。改造后的打桩18号能够使用总重高达188T的桩锤（含桩帽），锤的最大提升高度为水线以上70米。改装后桩架能锤击的最大桩重为70吨，最大桩长为51.4米（最大允许提升高度为距水线70m）。虽然所能打植的桩重、桩长都有所减小，但原D160锤击能量544KNm，现所用桩锤YC-50锤击能量最高可达850KNm，后期可更换YC-60锤击能量为1020KNm，锤击能力得到大大提升，成功的升级了公司装备，为公司下一步进军风电高承台群桩基础施工市场奠定了装备基础。