打桩船(英文名称:pile driving vessel、Floating Pile Driver),又称浮式打桩架,是指在甲板端部或中部设有打桩或压桩设备,用于水上打桩的
工程船。
打桩船由船体、桩架、油缸三部分组成,打桩船按照打桩架的性能和打桩方式可以分为变幅式打桩船、旋转式打桩船、摆动式打桩船、吊龙口式打桩船、吊打式打桩船、平台式打桩船;按照动力装置可以分为蒸汽式、柴油发电机式和柴油机液压式打桩船。打桩船的生产过程包括:钢板切割,分段制作,船台阶段,设备调试阶段和试航阶段。
打桩船船体为钢箱型结构,在甲板的端部装有打桩架,可前俯后仰以适应施打斜桩的需要;打桩船多为非
自航船,需用推(拖)船牵引就位。打桩船广泛应用于桥梁、码头、水利工程施工。
定义
打桩船是指在甲板端部或中部设有打桩或压桩设备,用于水上打桩的
工程船。打桩船主要用于港口、桥梁以及其他临水
建筑工程。打桩船与
起重船相似,多使用箱形船体,且大多为非机动船。打桩时,桩架作为桩的导轨,重锤沿着桩架升落。
特点
主要分类
打桩船通常以打桩架的性能和打桩方式来分类,也有以动力装置来分类的。
按打桩架的性能和打桩方式分类
按船舶动力装置分类
打桩船按船舶动力装置可分为蒸汽式、柴油发电机式和柴油机液压式打桩船。柴油机液压式打桩船是采用和发展较多的一种型式。
基本设计
工作原理
打桩船配备打桩锤、桩架、附属设备。桩锤依附在桩架前部两根平行的竖直导杆之间,通过桩架吊起,桩架前有导向架,以控制方向。其技术参数包括冲击基数、冲击动能和冲击频率。
生产过程
打桩船的生产过程包括:钢板切割,分段制作,船台阶段,设备调试阶段和试航阶段。
作业方式
海洋工程
通常,海洋工程的打桩由大型
起重船或自升式起重平台承担。起重船可在较深水域作业,起重能力也大,适于深水打桩。装有
动力定位的大型起重船,具备多功能,能实现
海洋油气工程相关的吊放、安装、打桩等多种作业。在自升式平台上装设打桩机,把它称为自升式起重安装船。能适应风下打桩作业,定位精确,作业可靠,但自升式平台工作水深较浅,即使是桁架式桩退三角形平台船型,也不超过150m;一般用于起重安装的自升式平台,方形、圆柱形桩腿,工作水深在50m以下。用于海上风机的分段安装,以及浅水海洋油气工程吊放、安装和打桩作业。
水上工程
水上工程的打桩则由专门的打桩船施工,这种船在首甲板端部或舷侧设置打桩架,有固定式、旋转式、移动式、可倾斜式等。旋转式能打群桩,频斜式能打斜桩。工作时,打桩船一般采用多点错泊定位。打桩时,首部载荷增大,为避免首倾,尾部设大型压载舱。
起重船、
抓斗式挖泥船的臂杆能吊装打桩架的的可兼作打桩船。
打桩船在港口、桥梁工程,以及其他
邻水县建筑工程施工中是必不可少的。打桩船与起重船相类似,多使用箱形船体,且多为非自航船舶。打桩船象征性的设备是高大的桩架,通常建在首部舷边。打桩时,桩架作为桩的导轨,重锤沿桩架升落。打桩船是常见的
工程船,除了能进行深水下打桩的特种工程船之外,一般打桩船技术含量也不高,多为非自航方
驳船型装上打桩机。
打桩船的桩架有固定式与全回转式之分。前者只能在首部打桩作业;后者既可在首部打桩作业,又可在船舶左右两舷打桩作业。
类型
打桩船按用途可分为以下两大类。
(1)一类是海洋工程打桩船,用于导管架平台等海洋油气开发装备及风电机组的基座的打桩;
(2)另一类是用于码头、堤岸和桥梁等水上工程进行水中打桩的水上工程打桩船。
船体设计
船型
打桩船为非自航箱型船,在沿海作业(蒲氏风级7级,水流速≤3.0m/s,有义波高H1/3=0.8m),无限航区调遣。GPS定位,自动化程度高,配备大型变幅油缸变幅和全船液压系统移船和作业。设计过程中进行了耐波性和锚系泊力的分析。全船建模,对桩架、象鼻梁和主船体进行有限元分析,具有足够的强度和
刚度。按CCS国际船舶要求入级,具有起重设备证书。
船体结构
打桩船的船体与一艘泵船相似,船内设有压载舱和动力舱,可以通过调整压载来控制船的平衡,动力舱提供卷扬动力和移船动力。打桩船一般不能自航,必须由
拖船拖带。打桩架的下端与船体铰接,由液压变幅机构调节其倾度,其顶部装有滑轮组及大吊钩,因此整个打桩船可以兼作
起重船。打桩架上装有筒式柴油打桩锤,打桩时用大吊钩将桩吊起,由桩夹板将其与打柱架固定后就可进行打桩作业。
打桩船为单甲板、全焊接钢质非自航
工程船。主船体设四道全通的水密横舱壁和两道贯通艏、艉的水密边纵舱壁。主船体上甲板、船底、舷侧及边纵舱壁均采用纵骨架式,强框架的间距不大于4档肋距。机舱区域两纵舱壁间设置双层底,其高度为1.0m,隔档设置实肋板。由于主船体采用了纵骨架结构形式,具有足够的总纵强度。甲板室采用横骨架式。横舱壁为垂直扶强材加水平桁的横骨架结构形式。在船体主要受力区域和受有集中力的构件及
应力复杂区域进行强度校核并作局部加强。
代表船型
雄程1
“雄程1”船长78m,型宽36m,型深6.2m,架高达128m,总载重6267t,配置最大打桩锤、最大油缸、最高打桩桩架、最先进控制系统(产品库、求购、供应),是
亚洲最大的打桩船之一,也是世界上第一般无限港区的128m打桩船。该船的建成并交付,极大地提升了中国海上设施的基桩施工能力。
三航桩22
三航桩22是中国首艘自主研制并拥有完全自主知识产权的旋转式打桩船。“三航桩22”总长99米、型宽34米、型深7.2米,满载设计吃水4米,桩架高度110米,可以满足桩重150吨的沉桩要求。船上
起重机最大吊重800吨,能够有效进行深度超过95米的沉桩作业,最大植桩外径3米,通航高度小于47米。
“三航桩22”作为新一代环保、节能、降耗的打桩船,优化改造了打桩系统、移船定位系统、智能电力调配系统、照明系统、隔热保温系统,有效控制了船舶运营中的能源消耗。“三航桩22”装备了先进的全回转起重机,能够实现设备原地360度全回转,精准定位,操作灵活。同时,“三航桩22”配备了精度达到厘米级别的卫星定位系统,能够精确进行打桩定位,适用于近海、沿海以及遮蔽海域等区域的打桩作业和拖航调遣工作,满足国际近海航区无人拖航调遣的要求。该船安装了8点锚泊定位系统,能够实现船舶精确定位停泊。“三航桩22”桩架的下部采用可折叠结构设计,相较于传统打桩方式,可实现更高效的沉桩施工工艺,为调整制桩顺序提供便捷。
二航长青
“二航长青”号打桩船总长130.5米,型宽40.8米,型深8.4米,桩架高度150米,可打最大桩重700吨、直径7米的桩基。油缸重385吨,直径近2米,总长28米,重量、直径、长度均全球第一,立起来有十层楼高,是全球最大的打桩船油缸,打破了世界纪录。跟传统打桩船相比,这艘船在设计和使用上更环保、更智能。它采用
直流母线超级储能系统,通过超级电容、储能电池削峰填谷,平抑电网波动,配合高效永磁电机作为
起重电机,比普通燃油船更为省油,碳排放也大大减少。打桩前电脑会自动计算桩的定位精度,打桩时既能实时监测安全,还能自动检测作业流程,并生成施工报告。它附带的打桩作业管理系统,能测量和控制桩的平面和垂直度,通过自动记录数据,建立关联地质资料、桩参数和沉桩记录等相关信息的大数据库。不仅如此,它安装的远海星站差分功能打桩定位系统,能在深远海实现厘米级的定位精度,堪称“定海神器”。
服役动态
2009年10月7日,中国最大打桩船——
中国中铁所属
中铁大桥局集团有限公司“海威951号”在江苏靖江出厂,它与
亚洲最大的3000吨“天一号”海上运架梁
起重船等一系列海上施工船舶共同投入到海上桥梁建设中。至此,由中铁大桥局投资、建制打造的我中国首支海上桥梁施工舰队已基本形成,并初具规模。
2022年1月7日,全球首艘140米级打桩船“一航津桩”在
南通市正式交付。该船由
中交第一航务工程局有限公司投资研发,
振华重工建造,是全球桩架最高、吊桩能力最大、施打桩长最长、抗风浪能力最强的专用打桩船,中国水工建设领域再添一座“大国重器”。船桩架高142米、最大作业桩重达700吨、最大作业
桩长达118米+水深、最大作业桩径达6米,该船拥有专门研发的施工管理控制系统,实现了数字化管理、智能化施工、绿色化运行。
2024年5月,由在汉央企
中交二航局投资建造的世界桩架最高、吊桩能力最大、施打桩长最长、抗风浪能力最强的150米固定式桩架打桩船在
振华重工启东市基地举行搭载仪式,标志着该船正式从分段制作进入船台搭载阶段。该项目于2024年1月18日正式开工,设计共有81个分段,计划2024年9月30日完成全部搭载任务。该船是世界上在建的最大打桩船,船体总长130.5米、型宽40.8米、型深8.4米、桩架高150米,可打最大桩重700吨、直径7米的桩基。
2024年10月15日,由
中国交建所属
中交二航局牵头研发攻关的全球最大打桩船主油缸,在江苏常州
恒立液压成功下线。该组油缸缸径1.6米、行程长21米,打破了世界纪录,其额定推力达5000吨,相当于一次性可推动1000头平均重5吨的
非洲草原象。
2025年1月5日, “二航长青”号打桩船在
启东市海工船舶工业园顺利交付,作为世界上桩架最高、吊桩能力最大、施打桩长最长、抗风浪能力最强的打桩船,它的交付标志着中国在海洋工程装备制造领域迈入新的里程碑。