導管架鋼樁裝船技術應用分析

張 耀 汪春標 劉傳輝

（海洋工程（青島）有限公司，青島 266520）

近岸海洋工程中，樁基式導管架是海油工程領域中最常見且經濟的固定式海洋結構物。鋼樁是用于固定海上樁基式導管架的管式鋼結構[1]，主要作用是通過導管架相關結構捶打入泥后保證導管架牢固在海床，確保導管架與組塊具備安全生產條件。

鋼樁均為直管式鋼結構，結構形式相對簡單。根據作業(yè)海域不同，可以將鋼樁分為淺水導管架鋼樁和深水導管架鋼樁。前者主要用于渤海淺水導管架，后者主要用于東海、南海等深水導管架。淺水導管架鋼樁一般在陸地連接2～3段后裝船，然后在海上逐段安裝，依次貫穿導管內部，并將其打入海泥進而固定導管架。鋼樁連接時，段與段之間通過拆尖導向進行環(huán)口對接，鋼樁和導管之間留有間隙，以便灌漿封固。最底端導管內壁焊接有封隔器，防止泥漿泄露。鋼樁與上部組塊立柱結構進行焊接連接。深水導管架陸地最終接長為一整根，在海上將其打入導管架裙樁套筒內進行導管架固定。鋼樁與裙樁套筒之間灌漿封固，裙樁套筒內壁焊接有封隔器，防止泥漿泄露。鋼樁外壁灌漿局部位置焊接有細鋼筋棍，便于掛漿凝固。導管與上部組塊立柱導向結構進行焊接連接。通常淺水導管架鋼樁首段為入泥段，管段一般為80 m左右，質量較大，能夠達到100 t左右。深水導管架鋼樁一般要求在陸地進行整根連接，長度能夠達到110 m以上，質量能夠達到380 t以上。

鋼樁在車間完成下料、卷制和分段接長后，需要在運輸場地進行整體的接長，然后吊裝至船上。因此，采用合理的裝船方式對場地和吊裝設備來說至關重要。本文以海洋工程（青島）有限公司現有場地設備設施為基礎，結合若干項目導管架鋼樁裝船方式，綜合介紹幾種鋼樁裝船過程中采用的技術方法及關鍵點。

1 鋼樁裝船技術現狀

鋼樁從車間進行下料、卷制和接長后，制出12 m左右的管段，再由導管作業(yè)線連接為36 m，然后吊裝運到裝船區(qū)域。此過程需要考慮吊車的吊裝能力、運輸板車的裝載能力、運輸路線的拐彎校核以及綜合場地能力。鋼樁管接長運輸的受限長度為40 m左右，因此需要在裝船區(qū)域進行最終整體接長。裝船區(qū)域要綜合考慮場地的長寬尺寸、地基承載力、設備設施能力、吊車資源以及船舶資源是否滿足擺放和裝船施工需求。裝船過程中，通常采用履帶吊裝船、浮吊裝船和滾裝裝船3種方式，關鍵點為大型吊裝資源的鎖定。履帶吊可選擇750 t或400 t的設備，并根據具體工況選擇是否配掛超起和配重。浮吊可選擇濱海108或者吊裝能力更大的浮吊，吊裝能力為800 t及以上。滾裝裝船需要特殊定制的滾裝棧橋、控制卷揚機和牽引卷揚機等設備。

目前，海洋工程（青島）有限公司主要鋼樁接長及裝船的碼頭區(qū)域為南舾裝碼頭、制管車間東舾裝碼頭和總裝場地出貨口3個區(qū)域，如圖1所示。

圖1 鋼樁接長及裝船位置示意圖

2 鋼樁裝船方式介紹

2.1 浮吊吊裝裝船

南舾裝碼頭場地空闊，南北長140 m，東西寬60 m，地面采用水泥硬化處理，承載能力為5 t·m-2。首先，根據鋼樁長度及質量，布置若干條鋼制墊墩用于存放鋼樁整體接長的管段。其次，采用兩臺400 t履帶吊進行組對和接長。最后，待鋼樁接長完畢，采用履帶提升的方式或卷揚機逐個將鋼樁滾動到碼頭前沿。由于地基承載力的限制，該區(qū)域只適合浮吊裝船，如圖2所示，因此需要提前確定海上安裝鋼樁的順序、鋼樁上下朝向、倒排碼頭接長鋼樁的擺放順序、履帶吊的起吊能力以及轉桿碰撞與運輸駁船的位置關系。

圖2 南舾裝碼頭浮吊裝船

2.2 浮吊吊裝裝船的優(yōu)缺點

采用浮吊吊裝裝船的優(yōu)點是占用場地資源和吊車資源少、作業(yè)周期相對較短、吊裝作業(yè)的過程相對簡單以及吊裝能力能夠滿足目前所有的深水鋼樁噸位。但是，它也存在缺點：第一，浮吊資源有限，費用較高；第二，浮吊的船期為鋼樁施工的關鍵影響因素，受天氣影響較大；第三，浮吊吊裝距離有限，鋼樁距離較遠時需要二次滾動就位。

2.3 滾裝裝船

制管車間東舾裝碼頭南北長200 m，東西寬100 m，地面采用石子鋪平處理，承載能力為5 t·m-2。該區(qū)域置有1條132 m的樁管作業(yè)線和7臺樁管移缸機，東側舾裝碼頭前沿置有兩臺50 t的門機。首先，將鋼樁在車間作業(yè)線中逐段接長，由132 m作業(yè)線整體運出接長，并通過7臺樁管移缸機逐根頂升平移放置到已布置好的若干條鋼墩上，使其高度與移缸機相近，如圖3所示。其次，布置用于滾裝的棧橋、卷揚機和鋼絲繩等設備[2]，將鋼樁逐根滾到船上，如圖4所示。最后，在滾裝施工過程中，要時刻監(jiān)測船體橫縱移和橫縱傾的狀況，便于實時調載，并通過控制卷揚機和牽引卷揚機共同作用，保證鋼樁滾動時鋼樁軸線不會偏移。在裝載期間，因為滾裝動載荷較大，容易使工裝及地基承載力失效，所以需要對混凝土進行硬化加強處理。該區(qū)域同時適合浮吊裝船，且與上述方式類似。

圖3 制管車間東舾裝碼頭鋼樁布置

圖4 制管車間東舾裝碼頭鋼樁滾裝上船

2.4 滾裝裝船的優(yōu)缺點

采用滾裝裝船一方面可適用不同項目，能夠重復利用；另一方面，它的作業(yè)周期較短，節(jié)省了場地和吊車資源。但是，它對場地的面積和地基有較高要求，布置卷揚機、動力站和棧橋等相關工裝的工作量較大，具體操作流程相對復雜。此外，它的施工不連續(xù)，受駁船及潮位的影響較大。

2.5 總裝場地出貨口裝船

總裝場地出貨口南北長94 m，東西寬40 m，為開闊的水泥硬化區(qū)域，其碼頭地基承載力做了加強處理，能夠達到120 t·m-2。在該區(qū)域根據鋼樁長度、質量及裝船順序，布置有若干條鋼墩，用于存放鋼樁整體接長的管段[3]。裝船時，先采用履帶吊吊裝將鋼樁組對接長，再由兩臺（或兩臺以上）履帶吊合抬裝船，如圖5所示[4]。施工過程中，要考慮合抬指揮的同步協調性以及履帶吊的起重能力和趴桿距離，同時應考慮周邊滑道在建項目的交叉施工影響。該區(qū)域同樣適合浮吊裝船，且與上述履帶吊方式類似。

圖5 總裝場地出貨口裝船

2.6 履帶吊裝船的優(yōu)缺點

采用履帶吊吊裝直接采用場地滑道區(qū)域現有的吊車資源，充分利用施工交叉期，可充分利用總裝出貨口的閑置期。但是，目前青島場地單臺吊車的最大吊裝能力為750 t，只適用于噸位較小的鋼樁，對深水大型鋼樁的吊裝能力不足。若采用多臺吊車合抬，協調作業(yè)的風險較高，且對指揮和司機的協同性要求較高。此外，它對場地的占用率要求較高，履帶吊裝旋轉趴桿和履帶的使用次數較多，作業(yè)周期較長，同時對總裝出貨口的來船卸運物資有一定的影響。

3 鋼樁裝船新技術

為充分利用現有場地資源，可以采用船塢結合龍門吊的形式進行鋼樁的吊裝，從而完成鋼樁的裝船。

船塢大小為420 m×110 m，高為14 m；南裝焊平臺東西長540 m，南北寬42 m；西裝焊平臺東西長100 m，南北寬110 m；兩個裝焊平臺的地基承載力均為5 t·m-2。浮體平臺上配備1臺800 t的龍門吊，南側配備2臺40 t的門機。浮體平臺區(qū)海測有一個水密閘門，與兩側凸出的“刀把”形碼頭上均布置有系纜樁。該區(qū)域可停靠駁船，龍門吊可垂直行駛到駁船正上方，如圖6所示。

圖6 駁船旁靠位置示意圖

3.1 傍靠塢門外側的鋼樁裝船新技術

傍靠塢門外側的鋼樁裝船新技術具體施工步驟如下。第一，根據鋼樁的長度及質量，核算鋼樁的重心，并提前準備卡環(huán)和鋼絲繩等吊索具。在西裝焊平臺布置若干條鋼墩，將制管車間已經接長的40 m左右的管段運輸、吊裝到鋼墩上，然后采用龍門吊進行整體預制接長，并根據該區(qū)域的面積和鋼樁的直徑布置多根鋼樁，如圖7所示。布置鋼樁前，需要對鋼樁和鋼墩進行整體及局部的強度校核，以防止整體接長及吊裝過程中發(fā)生變形或損壞。同時，核算地面承載能力，如不滿足使用需求，要根據情況進行局部加固或改造。第二，待鋼樁整體接長完畢，將其運輸至駁船并幫靠在塢門外側，根據系駁方案進行系纜定位。第三，按照吊裝方案配備索具和掛扣，用龍門吊的上小車和下小車將鋼樁吊起。龍門吊大車從西裝焊平臺向塢門外的駁船行走，起吊高度應避開浮體平臺內部障礙物的最高部位，如圖8所示。第四，用龍門吊將鋼樁逐根吊裝放至在駁船的安裝結構上，并進行焊接固定。焊接時，要時刻根據船上鋼樁的數量及位置的變化進行駁船吃水調載，同時適當松緊調解纜繩，以保證船舶狀態(tài)平穩(wěn)。

圖7 裝焊平臺鋼樁預制接長

圖8 龍門吊吊裝鋼樁示意圖

3.2 傍靠船塢左內壁的鋼樁裝船新技術

此裝船技術需要將船塢內部清空并放滿水，然后將駁船駛入船塢內，并使其左側幫靠內壁，再系泊于船塢周圍。鋼樁預制接長區(qū)域放置南裝焊平臺按照鋼樁垂直龍門吊跨度方向布置，保持與駁船方向一致。龍門吊起鉤吊裝時，龍門吊大車只進行微調，主要行走為龍門吊小車主鉤平移，便于進行鋼樁精確就位。此種裝船技術與傍靠塢門相比，適用于深水大型的鋼樁。

3.3 龍門吊鋼樁裝船優(yōu)缺點

采用龍門吊鋼樁裝船的優(yōu)點：第一，雖然龍門吊的起重能力與濱海108浮吊的能力相當，都為800 t，但是其費用比浮吊低很多；第二，適用于大噸位深水鋼樁；第三，不占用碼頭資源，場地占用時間相對短，能夠充分利用場地現有資源；第四，施工流程相對簡單，施工效率較高，風險較低。采用龍門吊鋼樁裝船的缺點：第一，沒有成功的施工經驗，方案需進一步評價；第二，塢門外側的港池尺寸對船舶的長度有限制；第三，塢門處的靠泊設施和方案需要進一步評估；第四，需進一步核算龍門吊上下小車聯合吊裝大型管狀類結構物的配扣、配繩索。

4 結語

通過對上述裝船方式和碼頭裝船位置的分析以及對各種裝船類型的優(yōu)缺點的比較，提出龍門吊裝船的新技術。在綜合考慮場地的情況下，增加了一種新的裝船方式，適用于各種類型的裝船。隨著青島場地項目日益飽滿和多元化，此種裝船方式的應用對后期同類項目的建造提供了參考，且具有廣泛的推廣應用價值。