导管架钢桩装船技术应用分析

2021-10-27汪春标刘传辉

现代制造技术与装备 2021年9期

张耀汪春标刘传辉

（海洋工程（青岛）有限公司，青岛 266520）

近岸海洋工程中，桩基式导管架是海油工程领域中最常见且经济的固定式海洋结构物。钢桩是用于固定海上桩基式导管架的管式钢结构[1]，主要作用是通过导管架相关结构捶打入泥后保证导管架牢固在海床，确保导管架与组块具备安全生产条件。

钢桩均为直管式钢结构，结构形式相对简单。根据作业海域不同，可以将钢桩分为浅水导管架钢桩和深水导管架钢桩。前者主要用于渤海浅水导管架，后者主要用于东海、南海等深水导管架。浅水导管架钢桩一般在陆地连接2～3段后装船，然后在海上逐段安装，依次贯穿导管内部，并将其打入海泥进而固定导管架。钢桩连接时，段与段之间通过拆尖导向进行环口对接，钢桩和导管之间留有间隙，以便灌浆封固。最底端导管内壁焊接有封隔器，防止泥浆泄露。钢桩与上部组块立柱结构进行焊接连接。深水导管架陆地最终接长为一整根，在海上将其打入导管架裙桩套筒内进行导管架固定。钢桩与裙桩套筒之间灌浆封固，裙桩套筒内壁焊接有封隔器，防止泥浆泄露。钢桩外壁灌浆局部位置焊接有细钢筋棍，便于挂浆凝固。导管与上部组块立柱导向结构进行焊接连接。通常浅水导管架钢桩首段为入泥段，管段一般为80 m左右，质量较大，能够达到100 t左右。深水导管架钢桩一般要求在陆地进行整根连接，长度能够达到110 m以上，质量能够达到380 t以上。

钢桩在车间完成下料、卷制和分段接长后，需要在运输场地进行整体的接长，然后吊装至船上。因此，采用合理的装船方式对场地和吊装设备来说至关重要。本文以海洋工程（青岛）有限公司现有场地设备设施为基础，结合若干项目导管架钢桩装船方式，综合介绍几种钢桩装船过程中采用的技术方法及关键点。

1 钢桩装船技术现状

钢桩从车间进行下料、卷制和接长后，制出12 m左右的管段，再由导管作业线连接为36 m，然后吊装运到装船区域。此过程需要考虑吊车的吊装能力、运输板车的装载能力、运输路线的拐弯校核以及综合场地能力。钢桩管接长运输的受限长度为40 m左右，因此需要在装船区域进行最终整体接长。装船区域要综合考虑场地的长宽尺寸、地基承载力、设备设施能力、吊车资源以及船舶资源是否满足摆放和装船施工需求。装船过程中，通常采用履带吊装船、浮吊装船和滚装装船3种方式，关键点为大型吊装资源的锁定。履带吊可选择750 t或400 t的设备，并根据具体工况选择是否配挂超起和配重。浮吊可选择滨海108或者吊装能力更大的浮吊，吊装能力为800 t及以上。滚装装船需要特殊定制的滚装栈桥、控制卷扬机和牵引卷扬机等设备。

目前，海洋工程（青岛）有限公司主要钢桩接长及装船的码头区域为南舾装码头、制管车间东舾装码头和总装场地出货口3个区域，如图1所示。

图1 钢桩接长及装船位置示意图

2 钢桩装船方式介绍

2.1 浮吊吊装装船

南舾装码头场地空阔，南北长140 m，东西宽60 m，地面采用水泥硬化处理，承载能力为5 t·m-2。首先，根据钢桩长度及质量，布置若干条钢制垫墩用于存放钢桩整体接长的管段。其次，采用两台400 t履带吊进行组对和接长。最后，待钢桩接长完毕，采用履带提升的方式或卷扬机逐个将钢桩滚动到码头前沿。由于地基承载力的限制，该区域只适合浮吊装船，如图2所示，因此需要提前确定海上安装钢桩的顺序、钢桩上下朝向、倒排码头接长钢桩的摆放顺序、履带吊的起吊能力以及转杆碰撞与运输驳船的位置关系。

图2 南舾装码头浮吊装船

2.2 浮吊吊装装船的优缺点

采用浮吊吊装装船的优点是占用场地资源和吊车资源少、作业周期相对较短、吊装作业的过程相对简单以及吊装能力能够满足目前所有的深水钢桩吨位。但是，它也存在缺点：第一，浮吊资源有限，费用较高；第二，浮吊的船期为钢桩施工的关键影响因素，受天气影响较大；第三，浮吊吊装距离有限，钢桩距离较远时需要二次滚动就位。

2.3 滚装装船

制管车间东舾装码头南北长200 m，东西宽100 m，地面采用石子铺平处理，承载能力为5 t·m-2。该区域置有1条132 m的桩管作业线和7台桩管移缸机，东侧舾装码头前沿置有两台50 t的门机。首先，将钢桩在车间作业线中逐段接长，由132 m作业线整体运出接长，并通过7台桩管移缸机逐根顶升平移放置到已布置好的若干条钢墩上，使其高度与移缸机相近，如图3所示。其次，布置用于滚装的栈桥、卷扬机和钢丝绳等设备[2]，将钢桩逐根滚到船上，如图4所示。最后，在滚装施工过程中，要时刻监测船体横纵移和横纵倾的状况，便于实时调载，并通过控制卷扬机和牵引卷扬机共同作用，保证钢桩滚动时钢桩轴线不会偏移。在装载期间，因为滚装动载荷较大，容易使工装及地基承载力失效，所以需要对混凝土进行硬化加强处理。该区域同时适合浮吊装船，且与上述方式类似。

图3 制管车间东舾装码头钢桩布置

图4 制管车间东舾装码头钢桩滚装上船

2.4 滚装装船的优缺点

采用滚装装船一方面可适用不同项目，能够重复利用；另一方面，它的作业周期较短，节省了场地和吊车资源。但是，它对场地的面积和地基有较高要求，布置卷扬机、动力站和栈桥等相关工装的工作量较大，具体操作流程相对复杂。此外，它的施工不连续，受驳船及潮位的影响较大。

2.5 总装场地出货口装船

总装场地出货口南北长94 m，东西宽40 m，为开阔的水泥硬化区域，其码头地基承载力做了加强处理，能够达到120 t·m-2。在该区域根据钢桩长度、质量及装船顺序，布置有若干条钢墩，用于存放钢桩整体接长的管段[3]。装船时，先采用履带吊吊装将钢桩组对接长，再由两台（或两台以上）履带吊合抬装船，如图5所示[4]。施工过程中，要考虑合抬指挥的同步协调性以及履带吊的起重能力和趴杆距离，同时应考虑周边滑道在建项目的交叉施工影响。该区域同样适合浮吊装船，且与上述履带吊方式类似。

图5 总装场地出货口装船

2.6 履带吊装船的优缺点

采用履带吊吊装直接采用场地滑道区域现有的吊车资源，充分利用施工交叉期，可充分利用总装出货口的闲置期。但是，目前青岛场地单台吊车的最大吊装能力为750 t，只适用于吨位较小的钢桩，对深水大型钢桩的吊装能力不足。若采用多台吊车合抬，协调作业的风险较高，且对指挥和司机的协同性要求较高。此外，它对场地的占用率要求较高，履带吊装旋转趴杆和履带的使用次数较多，作业周期较长，同时对总装出货口的来船卸运物资有一定的影响。

3 钢桩装船新技术

为充分利用现有场地资源，可以采用船坞结合龙门吊的形式进行钢桩的吊装，从而完成钢桩的装船。

船坞大小为420 m×110 m，高为14 m；南装焊平台东西长540 m，南北宽42 m；西装焊平台东西长100 m，南北宽110 m；两个装焊平台的地基承载力均为5 t·m-2。浮体平台上配备1台800 t的龙门吊，南侧配备2台40 t的门机。浮体平台区海测有一个水密闸门，与两侧凸出的“刀把”形码头上均布置有系缆桩。该区域可停靠驳船，龙门吊可垂直行驶到驳船正上方，如图6所示。

图6 驳船旁靠位置示意图

3.1 傍靠坞门外侧的钢桩装船新技术

傍靠坞门外侧的钢桩装船新技术具体施工步骤如下。第一，根据钢桩的长度及质量，核算钢桩的重心，并提前准备卡环和钢丝绳等吊索具。在西装焊平台布置若干条钢墩，将制管车间已经接长的40 m左右的管段运输、吊装到钢墩上，然后采用龙门吊进行整体预制接长，并根据该区域的面积和钢桩的直径布置多根钢桩，如图7所示。布置钢桩前，需要对钢桩和钢墩进行整体及局部的强度校核，以防止整体接长及吊装过程中发生变形或损坏。同时，核算地面承载能力，如不满足使用需求，要根据情况进行局部加固或改造。第二，待钢桩整体接长完毕，将其运输至驳船并帮靠在坞门外侧，根据系驳方案进行系缆定位。第三，按照吊装方案配备索具和挂扣，用龙门吊的上小车和下小车将钢桩吊起。龙门吊大车从西装焊平台向坞门外的驳船行走，起吊高度应避开浮体平台内部障碍物的最高部位，如图8所示。第四，用龙门吊将钢桩逐根吊装放至在驳船的安装结构上，并进行焊接固定。焊接时，要时刻根据船上钢桩的数量及位置的变化进行驳船吃水调载，同时适当松紧调解缆绳，以保证船舶状态平稳。

图7 装焊平台钢桩预制接长

图8 龙门吊吊装钢桩示意图

3.2 傍靠船坞左内壁的钢桩装船新技术

此装船技术需要将船坞内部清空并放满水，然后将驳船驶入船坞内，并使其左侧帮靠内壁，再系泊于船坞周围。钢桩预制接长区域放置南装焊平台按照钢桩垂直龙门吊跨度方向布置，保持与驳船方向一致。龙门吊起钩吊装时，龙门吊大车只进行微调，主要行走为龙门吊小车主钩平移，便于进行钢桩精确就位。此种装船技术与傍靠坞门相比，适用于深水大型的钢桩。

3.3 龙门吊钢桩装船优缺点

采用龙门吊钢桩装船的优点：第一，虽然龙门吊的起重能力与滨海108浮吊的能力相当，都为800 t，但是其费用比浮吊低很多；第二，适用于大吨位深水钢桩；第三，不占用码头资源，场地占用时间相对短，能够充分利用场地现有资源；第四，施工流程相对简单，施工效率较高，风险较低。采用龙门吊钢桩装船的缺点：第一，没有成功的施工经验，方案需进一步评价；第二，坞门外侧的港池尺寸对船舶的长度有限制；第三，坞门处的靠泊设施和方案需要进一步评估；第四，需进一步核算龙门吊上下小车联合吊装大型管状类结构物的配扣、配绳索。