于凌波，李建坤

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116081）

混凝土搅拌船的设计与建造

于凌波，李建坤

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116081）

文章介绍了新建搅拌船的主要工作流程，包括料仓容量的计算、船舶主尺度的确定、主要设备的选择。在适应作业环境及性能方面有较大提升，可为类似搅拌船的建造提供参考。

搅拌船；水上浇筑；工程船舶；混凝土

随着海上施工领域不断向外海延伸，水工建筑物日趋大型化，大型专业水上混凝土搅拌船已成为水工工程建设中必不可少的主要施工装备。搅拌船在水工施工领域使用已有历史，但大部分为旧船改造，2005 年以后，施工企业才开始建造用于海上混凝土浇筑的专业搅拌船[1]。中交一航局近年施工的南澳大桥工程和大连南部滨海大道工程，均使用混凝土搅拌船进行海上灌注桩混凝土浇筑，但因船舶专业性不强，致使施工效率相对不高，施工质量控制难度较大。为进一步提高海上施工能力，中交一航局三公司于 2013 年开始筹划建造1艘专业混凝土搅拌船。

1 总体规划

1.1 总体布置规划

混凝土生产线主要包括抓斗吊机、砂石料仓、输送皮带、搅拌主楼、拖泵、布料杆等机构和设备。由于搅拌船甲板面积有限，骨料由骨料仓运送至搅拌主机需要较大的垂直角度，需要选用提升斗或者槽形皮带等运送方式，根据使用经验，槽形皮带的输送效率较高，运行平稳可靠，因此选用槽形平带形式；参照行业内现有的先进船型，规划船舶总体布置，骨料（碎石和砂）舱布置在船舶中后部，抓斗吊机布置在骨料仓一侧的中部，甲板室设置在船舶艏部，搅拌主楼布置于船舶前中部，粉料（水泥、粉煤灰、矿粉等）仓设置在主楼两侧，布料杆设置在船舶最前部，拖泵直接设置在搅拌主楼卸料口下方，并铺设泵送管线将拖泵输出口与布料杆入口相连[1]。水舱及外加剂舱均设置在船舶甲板以下舱室。混凝土搅拌船总体布置示意图如图1所示。

1.2 主要性能规划

为保障海上混凝土浇筑的连续性，该船布置双线混凝土生产系统，单线生产能力选定为 120 m3/h，即 2m3主机。搅拌船施工一般海上单次混凝土浇筑量为 300~800m3不等，因此，本船原材料存储能力选定为 1 000m3混凝土的需求，若通过补给船进行原材料的补给，则可实现连续浇筑，理论生产能力为 240m3/h。该船主要在北方施工，因此需配置锅炉，并对水、气管路做保温处理，使船舶具备冬季施工能力[2]。

图1 搅拌船总体布置图Fig.1 General layoutofm ixing barge

2 各功能模块能力选定

2.1 原材料存储舱容量选定

通过对南澳大桥工程及大连南部滨海大道工程所选用的配合比进行分析，取各配合比所需原料的最大值，以此配合比为依据，计算 1 000m3混凝土所需原材料重量和所需容积，考虑5%的富余系数，确定搅拌船原材料存储舱容量如表1。

表1 各种原材料容量Table1 The capacity of various raw materials

2.2 主尺度确定

根据陆上搅拌站经验，2 套 120 搅拌站并列布置，搅拌主楼占地约为 12m × 8m，150 t水泥仓直径为 6.5m，根据图 1 所示工艺布置，搅拌主楼与粉料仓处为占用宽度最大的部位，因此船舶宽度应不小于 12+6.5 × 2=25m。骨料仓高度按甲板以上 4.5 m 考虑，则骨料仓 所需面积约为1 470/4.5=327m2，按骨料仓占用 20m 宽度核算，则骨料仓需占用船舶长度为 327/20=16.4m。水舱、外加剂舱等均放置在甲板下舱室内，不单独占用船舶长度及宽度。船艏布料杆需占用船舶4m。主楼与骨料仓间有效间距至少占用船舶长度8m，甲板室至少占用船舶长度 12m，甲板室与骨料仓之间安全距离考虑 3m，船艏、船艉安全距离考虑 10m，则船舶长度应大于 16.4+12+4+8+ 12+3+10=65.4m。

2.3 抓斗吊机能力确定

120 搅拌系统实际生产能力一般最大能达到70m3/h，则双线最大生产能力为 140m3/h，按此计 算 ， 消 耗 砂 石 量 为 140 ×（ 1 200+750 ）/1 000= 273 t/h，若要保障连续浇筑，抓斗上料能力应大于 273 t/h。按堆积密度 1.4 t/m3计算，则抓斗能力为 273/1.4=195m3/h，约 3 m3/min，可 见，选择 3m3抓斗吊机，上料 1 斗/min，即可满足需求。

2.4 布料杆能力确定

根据南澳大桥和大连南部滨海大道工程的需求，选定布料杆的布料臂长度为39m，布料杆塔筒高度定为 7.5m，即可满足需求。

2.5 拖泵能力确定

120 型 搅 拌 生 产 线 实 际 最 大 生 产 能 力 约70 m3/h，因此拖泵输送能力应大于 70m3/h。拖泵最大输送高度即为塔筒高度和布料半径之和，即7.5+39=46.5m，最大水平输送距离为布料杆半径，即 39m。经计算，所选拖泵输送能力应大于70m3/h，出口压力应大于 3.6MPa，考虑到减小维护成本，便于集中管理，拖泵采用电机驱动方式。按此查询拖泵规格型号，选择 HBT80-1813 型拖泵，低压 7MPa，对应输送能力 85m3/h。此规格拖泵市场保有量大，耗材更换及维修方便快捷，输送能力有一定储备，能够很好满足搅拌船各种标号甚至高黏度混凝土的需求。

2.6 锅炉能力选取

根据冬季施工经验，环境温度在-5℃以内时，拌和用水温度应达到60℃，才能保障混凝土出机口温度达到 12 ℃。该船生产能力为 140m3/h，按配合比计算，水消耗量为 140×0.172=24 t/h。水初始温度取0℃，锅炉能力应能满足每小时将24 t水由0℃加热至 60℃。经计算，锅炉热功率应大于 1.68MW。综合考虑热损失及适当能力储备，选用 CWNS2.1-85 型常压热水锅炉，额定热功率为 2.1MW，满水容量 3.25 t。

3 技术设计

按上述选定的总储料能力、搅拌系统及拖泵等生产设备的主要参数进行搅拌船详细设计。通过对船体结构的校核，对设备布置进行优化，最终设计得到搅拌船主要参数为：双线生产能力240m3/h，2 台搅拌主机各配置一套独立的骨料、粉料及液体计量、输送系统。主甲板艏端设有搅拌楼1座（双机主楼互通）、混凝土拖泵2台及布料杆2台。主甲板中部设有粗石、细石、砂储存舱，2台主机共用一套储料舱，料舱总容积可供搅拌站连续生产 1 000m3混凝土。船舶满足在沿海航区满载拖航及作业、在近海航区空载调遣的要求。船长 72.6m，型宽 24.6m，型深 5.5m，设计吃水 3.9m。综合考虑船舶主尺度、舱室布置等因素，最终确定原材料存储仓容量为：砂舱、碎石 1、碎石 2 均为 570m3，水泥仓为 2×180 t，粉煤灰和矿粉舱均为 2×80 t。为减小占地面积，单线粉煤灰和矿粉舱共用1个双料双锥筒仓，容量为 2 × 80 t。 甲 板 设计 载 荷 10 t/m2， 电站 由 3 台400 kW 柴油发电机和 1 台 90 kW 停泊发电机组组成，主发电机组为二用一备。工作状态两台并车运行。停泊时使用停泊发电机组或接岸电。主甲板以上艏部设有混凝土搅拌站及布料杆，中部设有砂、石骨料仓，艉部设有3层甲板室。主甲板以下艏艉端各设有3个调压载舱，舯前部设置2个生产用淡水舱、热水柜舱、锅炉舱、外加剂舱及提供浮力的空舱，施工淡水舱容量为 2×310m3，热水柜容量为 28 t，外加剂罐容量为 4×10 t；舯后部设有骨料输送舱（皮带机舱）、饮用水舱、机舱、燃油舱、储物间、生活污水处理间及提供浮力的空舱，皮带机舱设有内底板[3]。

4 建造

该船舶船型简单，利用现有船台条件，采用整体建造的方式建造主船体，为加快建造速度，骨料仓、粉料仓等上部结构均与主船体分场地同时开工制作，待主船体建造完成后，立即进行骨料仓和粉料仓以及搅拌设备的安装。全船建造历时8个月，即完成船舶相关试验、搅拌系统调试和计量检验，船舶具备生产能力，投入公司在建工程中使用，效果较好，见图2。

图2 搅拌船照片Fig.2 Photo of them ixing barge

建造过程中根据实际情况，对原设计进行了少量优化和修改，主要包括：

1）增加硅粉自动添加装置

本着提高添加精度，改善人员作业环境的原则，在每条生产线的 2个粉料舱之间设置1个小型粉料仓，容量为 2m3，并安装小直径螺旋机，硅粉存储在小粉料舱内，通过螺旋机输送至计量层内的1个计量秤，与粉煤灰或矿粉共用计量秤，进行累计计量，对电路、气路及控制软件进行调整后，实现自动控制。

2）抓斗吊机能力调整

原设计选定 3m3斗容吊机，通过计算，按 2m3斗容配置吊机，重新核定起升和回转速度，抓斗吊机平均上料速度能够满足 3m3/h。

3） 维修平台改造

为方便维修，在布料杆回转平台下方设置维修平台，并将维修平台扩大，与分料仓维修平台及搅拌层甲板联通，这样通过搅拌层甲板的爬梯即可方便到达水泥仓和布料杆维修平台。

5 结语

该搅拌船克服了由旧船改装及老一代混凝土搅拌船存在的一些共性缺陷，如作业能力不高，稳性不足等，在适应作业环境及性能等方面均有了较大的提高。船舶在大连南部滨海大道工程中实施了 2 000m3混凝土的搅拌和浇筑，运行平稳，实际生产能力可达到 140m3/h，电站、热水锅炉、拖泵、抓斗吊机等设备能力均能满足生产能力需求。

[1] 吴晓平，李辉绸，朱春华.高效环保节能型混凝土搅拌船[J].船舶工程，2006（4）：27-30. WU Xiao-ping，LIHui-chou，ZHU Chun-hua.H igh efficiency，environment-protecting and energy-saving concrete-making ship [J].Ship Engineering，2006（4）：27-30.

[2] 张凌文，夏润京.单双系统混凝土搅拌船分析[J].筑路机械与施工机械化，2004（9）：37-38，43. ZHANG Ling-wen，XIA Run-jing.Analysis of single&dual system concretemixing ships[J].Road Machinery&Construction Mechanization，2004（9）：37-38，43.

[3] 青岛蓝海顺达船舶工程设计有限公司.方驳 129 船体说明书[K].2013. Qingdao Lianhai ShundaMarine Design Engneering Co.，Ltd.Hull specification for Fangbo 129[K].2013.

Design and construction of concretem ixing barge

YU Ling-bo,LIJian-kun
（No.3 Eng.Co.，Ltd.ofCCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116081,China）

This paper introduces to themain work flow of the new mixing barge,includes the calculation of thematerial storage capacity,the determination of the barge's principal dimension,and the selection of themain equipment.The new barge has a considerable improvement of the ability to adapt to the working environment and the performance.It can provide references for the construction ofsimilarmixing barges.

m ixing barge;concreting on water;engineering vessel;concrete

U622；U671

A

2095-7874（2014）08-0020-03

10.7640/zggw js201408005

2014-06-23

于凌波 （1981 — ），男，内蒙古赤峰市人，工程师，部门副经理，机械设计制造及自动化专业。E-mail：yulingbob@163.com