溜桩防护

什么是溜桩

海上打桩时，桩由导向架或抱桩器定位，再用液压桩锤打入海床。两次锤击之间，桩侧摩阻力和桩端阻力支撑桩体。当桩尖从较坚硬土层进入软弱土层，例如较硬土层下的松砂或软黏土，阻力可能降至桩和桩锤的重量以下，使桩在自身及桩锤重量作用下加速下坠。土层钻孔和静力触探试验（CPT）可识别这些土层；溜桩分析则将土层阻力与重量比较，估算可能的下坠距离和速度。

缓冲器的行程并非桩在土层中的下坠距离。行程是桩和桩锤被制停时，缓冲器自身两端连接点之间的相对位移；吊装模型将两者关联起来。

对起重机的影响

运动质量 m 以速度 v 运动时具有动能 \tfrac{1}{2} m v^2. 研究中的1,500 t桩和桩锤以5.0 m/s运动时，动能为18.75 MJ。若刚度为 k 的连接在该速度下绷紧，动能以及连接伸长期间重力所做的功将用于使连接伸长，峰值力为

其中 W 为运动质量的重量。载荷传递路径越刚，峰值越高。起重机起升机构、钢丝绳和索具都较刚，因此刚性制停要求起重机承受远高于静载的力（即较高的 DAF）；随后，载荷振荡衰减时，起升绳可能松弛并再次突然绷紧。缓冲器在载荷路径中加入柔性元件：气弹簧使作用力增至设定值附近，阀门在负载制停过程中将其维持在该水平附近。

使用POLARIS前后对比

在我们的匹配工况CONSTELLATION研究 CS-2026-005中，一根1,200 t的桩与夹紧在桩顶的300 t桩锤以5.0 m/s运动，起升绳已承受两者重量。模型使用同一组参数运行两次：一次采用刚性连接，另一次采用2,000 t POLARIS，行程为6.0 m。

已使用独立求解器交叉核对带缓冲器的溜桩计算。由于起升绳已承受重量，此工况的闭式解为 W + v\sqrt{k m}; 计入起重机自身伸长时，刚性连接的峰值为34.2 MN；假定起重机刚性不变形时为44.8 MN，计算结果位于两者之间。若软吊索起初松弛，峰值会更高；若桩锤未与桩夹紧而是独立压在桩上，起升绳仅会制停桩锤。 阅读溜桩制停研究 →

缓冲器选型

应针对可信的最不利溜桩工况，使以下三项要求相互匹配，而非只按预期工况选型：

1. 能量。 起升绳开始承受运动质量时的动能：研究中为18.75 MJ。缓冲器伸长期间，重力持续向下做功，因此只有超过重量的那部分作用力才会使负载减速。
2. 峰值力。 起重机、钢丝绳、索具和桩锤可承受的力。阀门设定值应介于重量与该限值之间：研究中为18.0 MN，介于14.7 MN和起重机24.5 MN SWL之间。
3. 行程。 高于重量的作用力需要通过足够行程吸收动能，行程末端还要留有余量。缓冲器一旦触底，便无法继续保护起重机。

在研究中使用的4.98 m行程内，缓冲器吸收了18.75 MJ动能，以及重力所做的约73 MJ功。我们的 起重机冲击缓冲 文章根据能量和允许峰值提供行程初步筛选方法：按研究得到的DAF 1.43，初步要求为5.85 m，而6.0 m的装置实际使用了4.98 m。随后，包含起重机、索具、缓冲器、桩锤和桩的时域模型可确认峰值。

溜桩风险规划

应在打桩规划阶段评估溜桩风险。根据土壤数据进行溜桩分析，可得出可信的溜桩情景及各自的下坠距离和速度。结合桩与桩锤的质量，可求出相应能量；起重机载荷表则给出可承受的力。三者共同确定缓冲器所需的能量承载能力、作用力和行程。

索具与缓冲器同样重要。POLARIS串联悬挂于起重机起升绳组中，软吊索从其活塞杆端连接到桩锤。打桩时吊索保持松弛，活塞杆保持缩回，因此桩锤重量及锤击载荷不会传经缓冲器；发生溜桩时可用完整行程。

吊装时，缓冲器自身重量也须计入起重机载荷表。 POLARIS 将小容积气腔和经CFD设计的阀门集成在单个液压缸内，无需外置蓄能器或针阀，因此在相应能力下重量较轻：75至4,000 t，行程1.0至8.0 m。