技术领域
[0001] 本实用新型涉及工程船技术领域，具体来说涉及用于沿海港口码头、
防波堤、护岸、人工岛围海造地的
基础处理施工，并适用于淤泥、淤泥质土、粉土、一般粘性土、
砂土等
地层的一种水下深层地基处理三桩四轴工程船。
背景技术
[0002] 水下地基处理工程船在水运工程建设中是一种十分重要的施工设备，但是在我国应用较少，主要原因包括：(1)水下地基处理工程船主要依赖进口，进口价格昂贵，维修复杂，
软件依赖进口，保养维护成本高，导致国内水下地基处理工程船数量屈指可数；(2)近海浅水区域的地基处理工艺用陆域施工工艺取代水下施工工艺；(3)浅滩区域用驳船和地基处理设备拼装方式实现水下地基处理施工；(4)国内远洋水下地基处理工程项目少。
[0003] 然而，随着水运工程建设事业不断发展，在一带一路经济带动下，我国水下地基处理工程项目愈来愈多。工欲善其事必先利其器，为适应水下地基处理工程项目需要，国内已研发了一些水下地基处理工程船，具有代表性的如中国实用新型
专利申请号201510206163，其公开了一种用于水下软基础施工的搅拌桩船，在双体船的施工作业区设置能够沿施工作业区的纵向移动的纵向运动台车，纵向运动台车上设置有能够沿施工作业区的横向移动的横向运动台车，横向运动台车上设置有用于作业于位于施工作业区下方的水下软基础的搅拌设备。但在实际应用时，该搅拌桩船存在动
力小、自动化控制性能差、对地层适应性差等问题，若遇到硬质地层或含砂砾地层时，搅拌
钻头易损坏，整体施工效率低，且无法适应远洋施工抗
风浪需要。
[0004] 是以，如何提供一种适应远洋水运工程项目特点的水下深层地基处理工程船，以解决水下复杂的地层条件地基处理施工问题至关重要。实用新型内容
[0005] 有鉴于上述情况，本实用新型提供一种水下深层地基处理三桩四轴工程船，以解决现有工程船在远洋水运工程中的不足，实现适应远洋水运工程项目特点的工程船，且所述工程船具有经济节约、结构紧凑、机械化程度高、自动化控制性能高、保证施工速度和施工
质量等技术效果。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是提供一种水下深层地基处理三桩四轴工程船，包括：船体；自动调倾压载平衡系统，布置于所述船体的底舱内；制浆系统，用以调制浆料并输出，所述制浆系统包括储料罐、螺旋输料机、称量斗装置、
搅拌机以及储浆桶；所述储料罐设于所述船体的甲板上，所述螺旋输料机与所述储料罐连通以输送浆料至所述称量斗装置，所述搅拌机与所述称量斗装置与所述储浆桶连接，以搅拌所述称量斗装置输出的浆料后输出至所述储浆桶储备；处理机系统，通过桩架系统设于所述船体的船首处，并通过供浆系统与所述制浆系统连接以进行施工；宿舍生活区，布置于所述船体的船尾处；操控室，布置于所述船体的船尾处，并位于所述宿舍生活区与所述制浆系统之间。
[0007] 本实用新型工程船的
实施例中，所述船体具有连接船首及船尾的
中轴线；其中，所述制浆系统和所述供浆系统分别沿所述中轴线对称布置在船体中部，所述桩架系统和所述处理机系统分别沿横向对称布置在船首；所述宿舍生活区及所述操控室布置在船尾后方的中轴线上。
[0008] 本实用新型工程船的实施例中，所述自动调倾压载平衡系统包括横倾平衡水舱、首纵倾平衡水舱以及尾纵倾平衡水舱，其中，所述横倾平衡水舱对称布置在底舱两舷，所述首纵倾平衡水舱布置在船首底舱的中间，所述尾纵倾平衡水舱布置在底舱中间。
[0009] 本实用新型工程船的实施例中，所述螺旋输料机包括水平螺旋机以及垂直螺旋机，所述水平螺旋机设于所述储料罐底部，所述垂直螺旋机设于所述储料罐靠近船首的一侧并与所述水平螺旋机连通；所述称量斗装置包括
水泥称量斗、水称量斗以及外加剂称量斗；所述水泥称量斗、所述水称量斗及所述外加剂称量斗设于所述搅拌机上方，所述储浆桶设于所述搅拌机下方；其中，所述水泥称量斗与所述垂直螺旋机连通，以对水泥进行称重后往下输送至所述搅拌机；所述水称量斗用于抽水并称量后往下输送至所述搅拌机；所述外加剂称量斗设于所述水称量斗顶部，用以输入外加剂并称量后往下输送至所述搅拌机。
[0010] 本实用新型工程船的实施例中，所述供浆系统包括软管
泵、缓冲罐、电磁流量计、电磁
阀、供浆管、清洗管路以及压力
传感器；其中，所述软管泵的输入口与所述储浆桶连接，所述软管泵的输出口与所述供浆管的入口连接；所述缓冲罐、所述电磁流量计依水泥浆料流向依序接入所述供浆管，所述供浆管在所述缓冲罐与所述电磁流量计之间设有所述
压力传感器。
[0011] 本实用新型工程船的实施例中，所述缓冲罐另接有清洗管路以及压缩空气；所述供浆管具有二出口，其中一出口与所述处理机系统连接以输出水泥浆料，另一出口与所述工程船的污水回收处理装置连接用以排出污水。
[0012] 本实用新型工程船的实施例中，所述桩架系统包括桩架、A字架、主起升机构以及辅助起升机构；其中，所述桩架设于船首；所述A字架连接
支撑于所述桩架朝向船尾的一侧与甲板之间；所述主起升机构设于所述操控室与所述储料罐之间；所述主起升机构用以卷扬
钢绳控制处理机系统沿桩架升降；所述辅助起升机构设于所述主起升机构与所述储料罐之间；所述辅助起升机构用以卷扬钢绳调节供浆系统的供浆管以及如动力
电缆、通信缆等线体或管体的长度。
[0013] 本实用新型工程船的实施例中，所述桩架系统还包括设于所述桩架顶部的荷载传感器及限位
开关；其中，所述荷载传感器内部设有供所述主起升机构的钢绳及所述辅助起升机构的钢绳绕设的定
滑轮，所述荷载传感器通过测定所述定滑轮的受力程度获得所述桩架系统的荷载程度；所述限位开关悬设于所述桩架朝向船首的外侧并位在处理机系统的升降路径上，以限制挡止处理机系统的上升高度。
[0014] 本实用新型工程船的实施例中，所述处理机系统以所述桩架系统的桩架为轨道爬设于所述桩架朝向船首的侧面上；所述处理机系统包括附着箱架、
电机、倾斜仪、
钻杆、中心管以及钻头；其中，所述附着箱架顶端设有吊装滑轮供所述桩架系统的钢绳绕设控制升降；所述电机设于所述附着箱架内部；所述倾斜仪设于所述附着箱架的底部；所述钻杆及所述中心管通过所述倾斜仪与所述附着箱架连接；所述钻杆的底端设有所述钻头；借此，令所述钻头通过电机驱动进行钻孔作业，且所述钻杆与所述中心管的底端皆设有与所述制浆系统、供浆系统连通的喷浆口，以在钻孔同时输出水泥浆料。
[0015] 本实用新型工程船的实施例中，所述倾斜仪与所述自动调倾压载平衡系统关联，以在所述处理机系统上升和下降负荷变化产生的船体倾斜时，通过所述自动调倾压载平衡系统启动
压载水调控模式，以调整船体。
[0016] 本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
[0017] (1)通过对各主要设备系统进行科学合理的布置，新型水下深层地基处理三桩四轴工程船满足浮性，稳性，抗沉性，快速性，耐波性，
操纵性等方面的基本要求。
[0018] (2)经济节约环保、结构紧凑、机械化程度高、自动化控制性能高。
[0019] (3)能够保证水下地基处理施工速度和质量。
[0020] (4)能够自动完成水泥、添加剂、水等水泥
浆液配料的计量配方工作，并符合国家有关计量标准。
[0021] (5)总体布局设计满足国际航空净高限制。
[0022] (6)针对国内没有国产的三桩四轴工程船问题，经过船体上相应设备系统的设计布局，在满足施工工艺的同时，满足船体安全性及
稳定性要求，同时将由自动调倾压载平衡系统、制浆系统、供浆系统、桩架系统、处理机系统、污水回收处理装置整合到船体内，保证单一
船舶即能满足施工的基本要求。设计合理，需求量大，适于大面积推广应用。
[0023] (7)本实用新型提供的水下深层地基处理三桩四轴工程船相比类似进口工程船，本实用新型的工程船造价仅为进口工程船的60％，且工效优于进口工程船，知识产权完全自主。
附图说明
[0024] 图1是本实用新型工程船整体的平面布置示意图。
[0025] 图2是本实用新型工程船的纵断面结构示意图。
[0026] 图3是本实用新型图2的桩架系统及处理机系统放大结构示意图。
[0027] 图4是本实用新型图2的桩架系统左视结构示意图。
[0028] 图5是本实用新型工程船的制浆系统侧视结构示意图。
[0029] 图6是本实用新型工程船的供浆系统架构示意图。
[0030] 图7是本实用新型工程船的处理机系统底视结构示意图。
[0031] 附图标记与部件的对应关系如下：
[0032] 船体10；船首11；船尾12；甲板13；底舱14；中轴线X；自动调倾压载平衡系统20；横倾平衡水舱21；首纵倾平衡水舱22；尾纵倾平衡水舱23；制浆系统30；储料罐31；进料管311；粉尘回收装置312；螺旋输料机32；水平螺旋机321；垂直螺旋机322；称量斗装置33；水泥称量斗331；水称量斗332；外加剂称量斗333；搅拌机34；储浆桶35；安装架36；供浆系统40；软管泵41；缓冲罐42；电磁流量计43；
电磁阀44；供浆管45；清洗管路46；压力传感器47；桩架系统50；桩架51；A字架52；主起升机构53；钢绳531；辅助起升机构54；钢绳541；荷载传感器55；
限位开关56；处理机系统60；附着箱架61；吊装滑轮611；电机62：倾斜仪63；钻杆64；喷浆口
641；中心管65；喷浆口651；钻头66；宿舍生活区70；操控室80。
具体实施方式
[0033] 为利于对本实用新型的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
[0034] 请参阅图1至图7，本实用新型提供的水下深层地基处理三桩四轴工程，主要用于海洋、内河流域及沿海港口码头、防波堤、护岸、人工岛围海造地的基础处理施工。如图1所示，所述工程船包括船体10以及设于船体10上的自动调倾压载平衡系统20、制浆系统30、供浆系统40、桩架系统50、处理机系统60、污水回收处理装置、宿舍生活区70、操控室80及其附属设施。
[0035] 如图1所示，所述船体10具有船首11、船尾12、甲板13以及底舱14，所述系统布设于船体10的船舱内和甲板上；各系统的主要设备沿横向对称布置或布置在船体10的纵向中轴线X上。其中，所述宿舍生活区70及所述操控室80布置在船尾12后方的中轴线X上，所述自动调倾压载平衡系统20与所述污水回收处理装置布置在底舱14中，所述制浆系统30和所述供浆系统40分别沿所述中轴线X对称布置在船体10中部，所述桩架系统50和所述处理机系统60分别沿横向对称布置在船首11。
[0036] 于本实用新型实施例中，通过将宿舍生活区70及操控室80布置在船尾12，将施工设备布置在船首11，使宿舍生活区70和操控室80远离工作区域，避免工作时噪音和尘埃影响。
[0037] 如图1、图2所示，所述自动调倾压载平衡系统20包括横倾平衡水舱21、首纵倾平衡水舱22以及尾纵倾平衡水舱23，其中，所述横倾平衡水舱21对称布置在底舱14两舷，所述首纵倾平衡水舱22布置在船首11底舱14的中间，所述尾纵倾平衡水舱23布置在底舱14中间。
[0038] 具体地，如图2所示，所述船体10的底舱14从船首11至船尾12，依序设有压载水舱和首纵倾平衡水舱22、空舱、压载水舱和储物舱、备用
冷却水舱和调载泵舱、横倾平衡水舱21、冷却水舱、
淡水舱、压载水舱和尾纵倾平衡水舱23。
[0039] 所述污水回收处理装置布置在所述制浆系统30下方的底舱14中；更具体地，所述污水回收处理装置位于所述压载水舱与所述首纵倾平衡水舱22之间。
[0040] 如图5所示，所述制浆系统30包括储料罐31、螺旋输料机32、称量斗装置33、搅拌机34、储浆桶35以及安装架36；其中，所述储料罐31设于甲板13上；所述螺旋输料机32包括水平螺旋机321以及垂直螺旋机322，所述水平螺旋机321设于所述储料罐31底部，用以将水泥朝向船首11进行水平输送，所述垂直螺旋机322设于所述储料罐31靠近船首11的一侧并与所述水平螺旋机321连通，用以将来自水平螺旋机321的水泥由下往上进行垂直输送。
[0041] 所述安装架36设于所述垂直螺旋机322靠近船首11的一侧，用以安装所述称量斗装置33、搅拌机34及储浆桶35。其中，如图5所示，所述称量斗装置33包括水泥称量斗331、水称量斗332以及外加剂称量斗333；所述水泥称量斗331及所述水称量斗332设于所述安装架36顶部，所述搅拌机34设于所述安装架36中部，用以盛接来自称量斗装置33的制浆原料，所述储浆桶35设于所述安装架36底部，用以盛接来自搅拌机34的水泥浆料。
[0042] 具体地，如图5所示，所述水泥称量斗331与所述垂直螺旋机322连通，用以对水泥进行称重后往下输送至所述搅拌机34；所述水称量斗332用于将就地
抽取去除杂物后的海(河)水进行称量后往下输送至所述搅拌机34；所述外加剂称量斗333设于所述水称量斗332顶部，用以对制浆所需的外加剂进行称量后往下输送至所述搅拌机34。所述搅拌机34用于将按比例输入的水泥、水、外加剂搅拌均匀形成施工需要的水泥浆料，并经设于所述搅拌机34正下方的出料斗流入所述储浆桶35中，实现了水下作业制浆实时生产和自动化控制。
[0043] 于本实用新型实施例中，所述储料罐31靠近船尾12处设有进料管311用以和水泥船连接，将粉料输送至储料罐31内部待用。此外，所述储料罐31的顶部还设有气路循环管道(图未示)及粉尘回收装置312，以防止粉尘污染。
[0044] 于本实用新型实施例中，为增加船舶的稳性，减少横向倾覆力矩，施工用的重载设备设施以靠近船体10中部、对称布置为佳，其中制浆系统30的储料罐31、储浆桶35较佳沿横向对称布置在船体10中部的甲板13上；更佳地，对应不同使设备布置紧凑，储料罐设计成箱型，储浆桶设计成圆柱型，其尺寸和数量依照生产能力要求计算确定。
[0045] 具体地，如图1所示，本实用新型工程船的甲板13上布置有六个储料罐31，三组称量斗装置33，且两个储料罐31可共用一组称量斗装置33。每个储料罐31的内部设有多组水平螺旋机321，外部则设有一组垂直螺旋机322。
[0046] 如图6所示，所述供浆系统40主要连接在制浆系统30与处理机系统60之间，以将水泥浆料输送至与处理机系统60使用。所述供浆系统40包括软管泵41、缓冲罐42、电磁流量计43、电磁阀44、供浆管45、清洗管路46以及压力传感器47。其中，所述软管泵41的输入口与所述储浆桶35连接，所述软管泵41的输出口与所述供浆管45的入口连接。所述缓冲罐42、所述电磁流量计43依水泥浆料流向依序接入所述供浆管45，所述供浆管45在所述缓冲罐42与所述电磁流量计43之间设有所述压力传感器47；所述缓冲罐42另接有清洗管路46，用以连接
海水对供浆系统40的管路进行冲洗，保证管路清洁通畅；所述缓冲罐42另可连接压缩空气用以对供浆系统40的送浆压力实现自动补偿平衡。所述供浆管45具有二出口，其中一出口与处理机系统60连接用以输出水泥浆料，另一出口与所述污水回收处理装置连接用以排出污水。
[0047] 所述供浆系统40的电磁阀44主要设于软管泵41与储浆桶35的连接管路上，以及设于供浆管45位于所述电磁流量计43与出口分流点之间的管段上，以及所述供浆管45的出口分流点至污水回收处理装置之间的管段上。具体地，如图6所示，所述软管泵41与储浆桶35的连接管路上的电磁阀44为
气动蝶形阀，并配合手动蝶阀使用；所述电磁流量计43与出口分流点之间的管段上的电磁阀44为蝶形止回阀；所述供浆管45的出口分流点至污水回收处理装置之间的管段上的电磁阀44为气动蝶形阀。借此，通过设置电磁流量计43和电磁阀44，实现本实用新型工程船的输送浆流量自动控制。
[0048] 于本实用新型实施例中，由于在输送浆液过程中，软管泵41可能会出现爆管或软管使用寿命提前到期影响正常生产，是以，软管泵41的数量除依照生产能力计算确定外，较佳额外布置一定数量的备用泵。具体地，如图1所示，每组称量斗装置33连接有四个软管泵41，但不限于此，可以实际施工需求进行数量调整。
[0049] 如图1、图2、图3、图4所示，所述桩架系统50包括桩架51、A字架52、主起升机构53、辅助起升机构54、荷载传感器55及限位开关56。其中，所述桩架51设于船首11；所述A字架52连接支撑于所述桩架51朝向船尾12的一侧与甲板13之间；所述主起升机构53设于所述操控室80与所述储料罐31之间，所述辅助起升机构54设于所述主起升机构53与所述储料罐31之间；所述主起升机构53用以卷扬钢绳531控制处理机系统60沿桩架51升降，所述辅助起升机构54用以卷扬钢绳541调节供浆系统40的供浆管45以及如动力电缆、通信缆等线体或管体的长度。
[0050] 所述荷载传感器55及所述限位开关56设于所述桩架51顶部，所述荷载传感器55内部设有供所述主起升机构53的钢绳531及所述辅助起升机构54的钢绳541绕设的定滑轮，所述荷载传感器55通过测定所述定滑轮的受力程度获得所述桩架系统50的荷载程度。所述限位开关56悬设于所述桩架51朝向船首11的外侧并位在处理机系统60的升降路径上，用以限制挡止处理机系统60的上升高度。
[0051] 如图1、图2、图3、图7所示，所述处理机系统60以所述桩架51为轨道爬设于所述桩架51朝向船首11的侧面上，所述处理机系统60包括附着箱架61、电机62、倾斜仪63、钻杆64、中心管65以及钻头66。所述附着箱架61顶端设有吊装滑轮611供所述主起升机构53钢绳绕设控制升降；所述电机62设于所述附着箱架61内部；所述倾斜仪63设于所述附着箱架61的底部；所述钻杆64及所述中心管65通过所述倾斜仪63与所述附着箱架61连接；如图3、图7所示，所述钻杆64的底端设有所述钻头66，所述钻头66通过电机62驱动进行钻孔作业，且所述钻杆64与所述中心管65的底端皆设有与所述制浆系统30、供浆系统40连通的喷浆口641、651，以在钻孔同时输出水泥浆料。
[0052] 于本实用新型实施例中，所述倾斜仪63用于测量船体10前后左右的倾斜度，同时与所述自动调倾压载平衡系统20关联，在处理机系统60上升和下降负荷变化产生的船体倾斜时，通过自动调倾压载平衡系统20启动压载水调控模式，快速将船体10调平，保证船体10在左右、前后、首尾的倾斜度不超度1％，从而保证成桩桩身倾斜控制在1％以内。
[0053] 于本实用新型实施例中，所述电机62用以控制所述钻头66的旋转速率和旋转方向。
[0054] 具体地，如图1、图4所示，本实用新型工程船的甲板13上布置有三组桩架51，各组桩架51上爬设有一组四轴搅拌桩机；借此，通过本实用新型水下深层地基处理三桩四轴工程船，能够实现一次可完成3簇桩。其中，桩间距从4m到6m可调，加固深度在水下可达40m，可根据施工需要灵活调整每次完成的簇数和桩间距。
[0055] 所述污水回收处理装置设于所述船体10的底舱14，用于集中施工过程产生的污水，并将污水经沉淀过滤后形成清水直接排放，不会对环境造成破坏。
[0056] 于本实用新型实施例中，所述操控室80内的人员可通过计算机选择人工控制或自动化控制方式进行桩位
定位及全过程控制水泥搅拌桩作业，实现
系统软件全部实现国产化，且各类传感器和视频监控器实时将生产情况以数据或图像方式传送到操控室80。
[0057] 于本实用新型实施例中，处理机系统60主要由三台四轴搅拌桩机组成，如图1所示，横向对称布置在船首11的甲板13上，各台四轴搅拌桩机的电机62较佳采用132kw×4×3组两两联动的形式驱动四轴搅拌桩机工作。
[0058] 本实用新型提供的水下深层地基处理三桩四轴工程船参照CCS“钢质海船入级规范”(2015)起重船标准设计。于本实用新型实施例中，船舶主要尺寸船长72.75m，型宽30m，型深4.8m，桩架高度46.8m，
吃水深度2.9m，一次可完成3簇桩，桩间距从4m到6m可调，加固深度在水下可达40m。应被理解的是，前述工程船规格尺寸用于协助理解本实用新型的技术方案，但不应被用于限制本实用新型水下深层地基处理三桩四轴工程船。
[0059] 于本实用新型实施例中，本实用新型水下深层地基处理三桩四轴工程船在实际工作中，可利用海军锚固定船体10，船体10根据工作需要可在一定范围内在前后左右四个方向进行移动。此外，桩间距需通过人工干预对桩架系统50、处理机系统60进行调整实现。
[0060] 通过前述技术方案，本实用新型工程船控制系统可实现联网全自动控制和人工干预，并设置了自动报警应急装置，控制系统具有完全的知识产权，不依赖进口。全部生产数据(包括施工环境参数)均可存储，并可随时按照要求查询及打印。控制操作简便、稳定可靠，具备连续生产、智能化、中央控制等，既能满足生产控制，也能满足管理的需要。
[0061] 以上结合附图及实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附
权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
