《挖泥船壓纜樁設(shè)計與制造技術(shù)要求》編制說明

中國水運建設(shè)行業(yè)協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)

挖泥船壓纜樁設(shè)計與制造技術(shù)要求

編制說明

二〇二一年五月

一、工作簡況

（一）任務(wù)來源

廣航局2018年10月根據(jù)水運協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)立項通知申報本標(biāo)準(zhǔn)立項編制，通過

水運協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)立項專家審查，按水運協(xié)會2019年5月印發(fā)的“關(guān)于發(fā)布2019年

（第一批）中國水運建設(shè)行業(yè)協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)編制計劃的通知”，開始承擔(dān)編制任

務(wù)，組織編寫。

（二）主要工作工程

（1）2019年5月，成立標(biāo)準(zhǔn)編寫組，編制研究大綱，落實編寫任務(wù)，對標(biāo)

準(zhǔn)編制工作計劃和主要技術(shù)路線、人員分工、費用預(yù)算做了安排。

（2）2019年8月28日，中國水運建設(shè)行業(yè)協(xié)會在廣州召開了團體標(biāo)準(zhǔn)編寫

工作大綱送審稿審查會，與會專家對《挖泥船壓纜樁設(shè)計與制造指南》編寫大

綱進行審查，要求團標(biāo)更名為《挖泥船壓纜樁設(shè)計與制造技術(shù)要求》審查并確

定內(nèi)容和章節(jié)。

（3）2019年6月～12月，標(biāo)準(zhǔn)編寫組進行了行業(yè)內(nèi)的調(diào)研及相關(guān)資料的查

詢，并對技術(shù)資料進行研究與分析。

（4）2020年1月～6月，編寫組完成了標(biāo)準(zhǔn)草稿的編制，并研究標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

及計算公式的推導(dǎo)；

（5）2020年7月～12月，對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進行討論與審查，明確標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)出現(xiàn)的

公式進行理論分析并再次推導(dǎo)，期間對本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及條款進行多次商榷、會

審，完成標(biāo)準(zhǔn)文本初稿。

（6）2021年1月～3月，完成編制單位初稿內(nèi)部審稿。

（7）2021年4～5月，初稿與有關(guān)制造廠家討論，內(nèi)部討論，修改，形成

征求意見稿初稿。

（三）標(biāo)準(zhǔn)起草單位

主編單位：中交廣州航道局有限公司

參編單位：中交華南交通建設(shè)有限公司、華南理工大學(xué)

（四）起草人員及其所做的具體工作

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人員為：李曉燕、劉建、馬培良、韋杏靜、侯明新、黃

1

誠昭、鄭必前、劉虓、劉靜。所有的貢獻見表1。

表1標(biāo)準(zhǔn)起草人員及所做工作

序號姓名工作單位分工工作內(nèi)容

1李曉燕中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)全文編寫與編制說明編寫

標(biāo)準(zhǔn)全文編寫、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條文

2劉建中交廣州航道局有限公司主要起草人

修訂工作

3馬培良中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)編寫技術(shù)顧問

4韋杏靜中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)全文編寫與編制說明

5侯明新中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)總體負責(zé)

6黃誠昭中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)全文編寫與編制說明

標(biāo)準(zhǔn)報審、校對、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條

7鄭必前中交疏浚（集團）股份有限公司主要起草人

文修訂工作

8劉虓華南理工大學(xué)主要起草人壓纜樁強度公式推導(dǎo)、校對

調(diào)研成果整理、人員組織協(xié)

9劉靜中交廣州航道局有限公司主要起草人

調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條文修訂工作

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和依據(jù)

（一）編制原則

適用性：疏浚業(yè)是國家水運交通建設(shè)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是國家水環(huán)境治理的基

礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)國家交通建設(shè)總體規(guī)劃、水環(huán)境治理規(guī)劃和各省市發(fā)展規(guī)劃，大型

挖泥船研制項目與海洋石油鉆井平臺等項目一并被列入國家中長期科技發(fā)展規(guī)

劃，是我國當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)船舶與海工設(shè)備類型之一。挖泥船特種船舶及

疏浚裝備國家標(biāo)準(zhǔn)很少，幾乎空白，標(biāo)準(zhǔn)的缺失不適應(yīng)我國疏浚業(yè)大國向疏浚強

國的發(fā)展。

先進性：本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮使用、制造、設(shè)計研發(fā)的實際需求與現(xiàn)狀。內(nèi)容反

映當(dāng)前國內(nèi)、外（尤其是國內(nèi)）疏浚工程施工與裝備技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備制造

2

廠家加工工藝技術(shù)進步與產(chǎn)品質(zhì)量提高的現(xiàn)狀，技術(shù)進步亟待解決的相關(guān)問題

等等，為疏浚行業(yè)配套裝備業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計提供標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)支持。

經(jīng)濟性：標(biāo)準(zhǔn)要求考慮了制造成本因素，在確定技術(shù)要求時，充分評估了制

造成本的影響，在保證標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求條件下兼顧了制造成本和資源節(jié)約。

（二）編制依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)為技術(shù)要求，按照交通運輸部《水運工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》（〔2020〕

12號）和《中國水運建設(shè)行業(yè)協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法（試行）》相關(guān)要求進行編

寫，在中交廣州航道局有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進行編制，根據(jù)編制內(nèi)容需要，

本標(biāo)準(zhǔn)還引用了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容主要有：總則、規(guī)范性引

用文件、術(shù)語、設(shè)計、制造等。

三、確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)

（一）壓欖樁結(jié)構(gòu)

壓纜樁由樁體、上滑輪、下滑輪等部件組成，其結(jié)構(gòu)見圖1。

3

1——上滑輪；H——樁體高度；

2——上滑輪軸；d——壓纜深度；

3——支撐板；h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體；L——樁體截面長邊；

5——下滑輪；B——樁體截面短邊；

6——下滑輪軸；e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承；

圖1壓纜樁結(jié)構(gòu)示意圖

（二）標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)設(shè)計公式推導(dǎo)過程

壓纜樁在設(shè)計時考慮到制造工藝簡單，降低制造成本等，選擇截面為方形的

箱型梁結(jié)構(gòu)，其設(shè)計依據(jù)包括如下：作業(yè)海況、靠泊駁船主尺度、船舶主尺度、

船舶總體布置、船舶舾裝數(shù)。

在設(shè)計壓纜樁尺寸時，我們簡化壓纜樁為中空箱型梁，如圖2所示，壓纜樁

橫截面扁平比：

B

L(1)

式中：

B——樁體截面短邊，單位為毫米(mm)

L——樁體截面長邊，單位為毫米(mm)

短邊板

長邊板

L

B

圖2壓纜樁樁體橫截面

4

F

LL

F

BB

(a)工況1(b)工況2

圖3壓纜樁受力工況

如圖3所示，壓纜樁典型受力工況有兩種，工況1是最不利的。下面按照工

況1來分析。

短邊板相對于豎直形心軸慣性矩

13

I1B

12(2)

式中：

B——樁體截面短邊，單位為毫米(mm)；

d——壓纜樁壁厚，單位為毫米(mm)。

長邊板相對于豎直形心軸慣性矩為（根據(jù)移軸公式，面域慣性矩=自身慣性

矩+面積×距離的平方）：

2

13B

I2LL

122(3)

式中：

d——壓纜樁壁厚，單位為毫米(mm)；

L——樁體橫截面長邊，單位為毫米(mm)；

B——樁體橫截面短邊，單位為毫米(mm)。

公式(3)右邊的第一項為自身慣性矩，其數(shù)值較小，可以忽略（這也是偏于

安全的考慮）。將公式(1)代入上式，得:

123

I2L

4(4)

式中：

b——壓纜樁橫截面扁平比,無量綱；

d——壓纜樁壁厚，單位為毫米(mm)；

L——樁體橫截面長邊，單位為毫米(mm)。

綜合公式(2)、(4)，得到整個壓纜樁橫斷面的慣性矩：

123

I2I12I23L

6(5)

式中：

5

b——壓纜樁橫截面扁平比,無量綱；

d——壓纜樁板材壁厚，單位為毫米(mm)；

L——樁體橫截面長邊，單位為毫米(mm)。

槽口固定端

h

F

圖4壓纜樁力學(xué)模型

如圖4所示，可將壓纜樁（1——上滑輪；

H——樁體高度；

2——上滑輪軸；d——壓纜深度；

3——支撐板；h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體；L——樁體截面長邊；

5——下滑輪；B——樁體截面短邊；

6——下滑輪軸；e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承；

圖1）抽象為一根懸臂梁，其最大彎曲應(yīng)力：

Mmax

max

W(6)

式中：

MFh

max——懸臂梁最大彎矩,單位為牛頓·毫米(N·mm)；

F——壓纜樁額定負載，單位為牛頓(N)；

h——圖4中懸臂梁長度，也即1——上滑輪；

H——樁體高度；

2——上滑輪軸；d——壓纜深度；

3——支撐板；h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體；L——樁體截面長邊；

5——下滑輪；B——樁體截面短邊；

6——下滑輪軸；e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承；

6

圖1中壓纜樁伸出槽口的長度，單位為毫米(mm)；

?=——抗彎模量，單位為毫米3(mm3)；

/

B——樁體橫截面短邊，單位為毫米(mm)；

I——壓纜樁橫斷面的慣性矩，單位為毫米4(mm4)。

令梁的最大彎曲應(yīng)力等于許用彎曲應(yīng)力：

s

max

n(7)

式中：

s——壓纜樁材料屈服應(yīng)力，單位為兆帕(Mpa)；

n——安全系數(shù)，無量綱。

將(6)代入(7)，可得：

3nFh

L

13

s(8)

式中：

L1——按照彎曲強度理論設(shè)計的樁體截面長邊，單位為毫米(mm)；

n——安全系數(shù)，無量綱；

F——壓纜樁額定負載，單位為牛頓(N)；

h——圖4中懸臂梁長度，也即1——上滑輪；

H——樁體高度；

2——上滑輪軸；d——壓纜深度；

3——支撐板；h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體；L——樁體截面長邊；

5——下滑輪；B——樁體截面短邊；

6——下滑輪軸；e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承；

圖1中壓纜樁伸出槽口的長度，單位為毫米(mm)；

b——壓纜樁橫截面扁平比,無量綱；

s——壓纜樁材料屈服應(yīng)力，單位為兆帕(Mpa)；

d——壓纜樁壁厚，單位為毫米(mm)。

下面按照剪切強度設(shè)計：

考慮到材料剪切應(yīng)力極限=0.6~0.8倍的抗拉極限，這里將壓纜樁材料的剪

切應(yīng)力許用值取為：

0.6s

n(9)

7

式中：

s——壓纜樁材料屈服應(yīng)力，單位為兆帕(Mpa)；

n——安全系數(shù)，無量綱。

如圖3(a)所示，工況1是剪切強度最不利的情況。面板（圖3a工況1中

的長邊板）對剪切強度的貢獻很小，腹板（圖3a工況1中的短邊板）對剪切

強度貢獻是主要的，因此從保守和方便的角度考慮，可以忽略面板面積，只考

慮腹板對剪切強度的貢獻。另外矩形斷面的等效剪切面積As=2/3*A。因此壓纜

樁等效剪切面積為：

24

As2BB

33(10)

壓纜樁最大剪切應(yīng)力：