设备管理_打桩锤配用的桩架设备

打桩锤配用的桩架设备打桩锤除了利用起重设备进行吊打的情况外（吊打详细见第四章第七节吊打内容），绝大部分都是采用桩架设备进行打桩作业。桩架设备亦称打桩架，它的作用是用来完成打桩锤上下运动的导向与起落、吊桩并将桩身稳固于打桩锤同一轴线位置以及起动打桩锤击桩，使桩一直沿着打桩架的轴线方向下沉等各项功能。因此，桩架设备的性能状况对打桩效率有很大的影响作用。一、 桩架设备的主要技术性能打桩锤配用桩架设备进行打桩，为顺利进行施工，并保证打桩的质量，对桩架设备提出以下的基本要求：（1） 安全可靠，满足沉桩的各项要求；（2） 移动灵活，动作准确，制动可靠；（3） 便于打桩操作和维护保养；（4） 拆装方便，便于运输与安装。在施工中，针对工程设计要求并根据经济合理的原则，一般要选择适合的打桩锤，同时也要选择相适应的桩架设备。为此，桩架设备的主要技术性能应包括以下几项参数：（1） 桩架高度，即可反映所打桩的最大长度，单位：m;（2） 最大配锤能力，即最大吊锤重量，；（3） 最大吊桩能力，即可反映所打桩的最大重量，（4） 所打桩的最大截面尺寸，包括园径或方型尺寸，（5） 桩架前后倾动能力，即所打桩的最大斜角，。根据施工场地的不同，桩架设备可分为陆用和船用（水上作业）两大类，这两大类桩架设备又具有各自不同的技术性能参数。二、 陆用桩架陆域打桩施工非常普遍，随着打桩锤的不断发展和施工手段日趋现代化，桩架设备也得到了很快的发展，其品种不少于桩锤的种类。这是因为施工方案的多元化桩架设备不仅可以用于打桩作业，而且还可以用于钻探、打眼、振动灌注以及起重、挖掘等项目的施工。所以，桩架设备的形式也很多，发展也很快。过去有木质桩架和钢结构桩架两种类型，现代几乎全是钢结构形式的桩架设备。如按运移方式分类，可以分为固定式桩架和移动式桩架两类。在移动式桩架中，又可以分为拖行式和自行式两种；当然，如果再按移动机构的不同形式，又可以分成许多种。目前习惯将陆用桩架分为以下几种：（1） 简易打桩架；（2） 多功能打桩架；（3） 自行式履带打桩机。下面对这几种打桩设备的结构特点和工作原理分别加以叙述。1、 简易打桩架简易打桩架，如图6-1所示，它主要由桩架1、顶部滑轮组2、平台7和卷扬机等所组成。桩锤沿桩架（龙口导架）的导轨上下移动。双筒卷扬机通过滑轮组吊锤和吊桩。桩架的平台是用槽钢制成的，在下面装有滚轮，滚轮在槽形钢轨中滚动，需要移动时，一般多用撬杠撬动。还有的简易桩架做成圆筒形，外侧再镶上导轨，它和多能打桩机相似。一般桩架是不能倾斜的，但有的可以借斜撑杆的伸缩使桩架倾斜。打桩架中的卷扬机是一个重要机构，由它来完成提升桩锤和吊桩工作。打桩工作对卷扬机的特殊要求是，在打桩过程中能随着桩打入的速度随动，并且能随时停止。下面介绍一种常用的结构。图6-2所示的卷扬机，主要由电动机2、离合手柄3、棘爪6、制动器8和传动轴9等组成。这种卷扬机，一旦没有电源时，可以用手摇动。 在卷筒上装有制动器，用脚踏操纵，在打桩过程中，可以自由下落，也可以控制快慢；而且遇到紧急情况时，可立即停止。在卷筒两侧有棘轮，并装有棘爪6，可以用它卡住棘轮而不使卷筒反转。这样在工作过程中如遇电源突然中断，就可以防止落锤和倒桩的事故。在打桩时，则把棘爪脱开，使卷筒随桩的下沉自由转动。在打桩过程中，一般只用一个卷筒来提升，所以这种卷扬机的结构是合理的。这种桩架虽然能完成打桩工作，但是劳动强度大，效率低、移动不方便，尤其是桩架不能倾斜，无法施打斜桩，所以目前用得较少。国内常德浦沅建设机械有限责任公司目前生产两种型号简易打桩架，如图6-所示，其技术参数如表6- 所列。 这种桩架设计成支腿支撑，方便在斜坡上打桩，对植桩的场地适应性较好。可用于抗洪抢险护堤桩、低水桥的桥脚桩、高速公路护栏桩、建筑物的基础桩等各种木桩、小型钢桩、水泥桩的打植。2、 多功能打桩架多功能打桩架，也称万能打桩架，是柴油锤一种专用的打桩架，因此，这里较为详细地予以介绍。多功能打桩架的结构型式，如图6-3所示。这种桩架称为多功能，是因为它能借助于本身的动力，可以进行吊桩、吊锤、回转、桩架前后倾斜、自身起架、落架等动作。这种桩架在大面积多桩位桩基施工中，可以发挥其较高的效率。所以近来得到了比较普遍的应用。下面分别介绍几个主要的机构。（1） 行走机构（图6-4） 行走机构的作用是承受全机的重量和使整个机器移动。它主要由行走平台2、主动行走台车1和行走驱动机构等组成。行走平台是打桩架的底盘，由两个半个拼成四方型框架，平台上焊有回转轨道11和大齿圈15。框架四角有立轴孔14，通过立轴分别装有主动和从动台车1和5。从动台车配有可摆动的支腿6，以便在曲线轨道上行走。主动台车，由行走驱动机构带动，驱动机构由电动机7，通过减速箱8驱动链轮13，通过万向节9，带动主动轮，使主动轮转动而行走。（2） 平台、桩架和斜撑杆在行走平台上面，有平台、桩架和斜撑杆三大部分，又有伸缩小车、司机室、配重和所有的驱动机构（图6-5）。回转平台11由前后两部分拼成，可沿回转轨道旋转。它的前端通过伸缩小车6用销轴与桩架2连接在一起；斜撑杆4一端与平台上的球铰8相连，另一端与桩架上的铰相连。后平台上有司机室9和配重10。桩架2可以根据打桩要求，加减节数。在其顶部有供吊锤和吊桩用的滑轮组1。桩架前面装有桩锤导轨12，两侧有扶梯14或装有升降梯5。斜撑杆4有两根，用以支撑桩架和使桩架倾斜，其上端通过铰3与桩架相接，下端通过调整丝杠15与球铰相连接。斜撑杆的长度，靠调整丝杠或液压缸来改变，以满足桩架前后倾斜的需要。滑轮7起导向作用，安装在平台上面。在回转平台的前端，有一个嵌在平台内部可以伸缩的小车6，小车的伸缩带动桩架移动，为对准桩位提供了有利条件，同时与斜撑杆的伸缩配合，使桩架倾斜。所有多功能打桩架上的机构，都是用电动机或内燃机来驱动的，有的采用集中驱动，有的则采用分别驱动。目前，多功能打桩架，都是在钢轨上行走，有的可以在曲线轨道上（带摆动支腿的），有的则只能在直线轨道上行走，对于后一种，若要转移行走方向，需要千斤顶以横梁和桩架下端为支点，将整个机器顶起，开动回转机构使行走轮落在所要走的方向轨道上（图6-6）。这种桩架除能满足柴油打桩锤用之外，还可以用于钻孔机、振动锤等，也可以经过改装或增加附件，作为起重机用。多功能打桩架，可以满足打桩工作的需要，动作准确安全可靠，但是结构比较复杂、自重大、运输不太方便和需要铺设轨道等缺点。所以有待进一步改进。国内常德市浦沅建机公司目前生产两种型号的多功能打桩架，如图6-所示，其技术参数如表6-所列。JZ62桩架是目前国内悬挂柴油锤吨位最大的走管式桩架。主要与D62以下柴油锤组成一套完整的桩机。完成各种打桩作业。可以用来打钢桩、混凝土预制桩，也可以在负荷能力小于300KN的范围内与振动锤或钻机等配套进行其它桩基础施工作业。JZ50桩架是一种两用桩架，它即可以配合D50以下柴油锤进行钢管桩、混凝土预制桩等各类桩的打桩作业，又可以配合振动锤进行各类桩的沉拔桩作业及进行混凝土现场灌注桩的施工。JZ50/ JZ62桩架结构简单、性能可靠、售价低廉，对工地土质与地形要求低，实为基础施工机械之首选。同时还可在此基础上进行各种改装，满足各种作业之需要。3、 自行式履带打桩机自行式履带打桩机通常是在挖掘机或起重机上加上辅助设备而构成。这里着重介绍由履带式起重机改装的打桩架，如图6-7所示。这种桩架是在履带式起重机的基础上，进行改装而成的，对于基础车辆的结构与使用，这里不予介绍，只介绍其打桩部分。桩架的所以工作，都是由基础车辆的动力来完成的，其动力有电动和内燃机两种。电动虽然结构简单，但要拖一根电缆，如果工地电源不足或无电源就无法工作。所以工地上用内燃机为动力的居多。柴油打桩锤3以导杆2为轨道，可以上下运动，卷扬机9上的钢丝绳，经过顶部滑轮组1来完成吊锤、吊桩和启动柴油打桩锤的工作。桩架15是由多节组成的，各节之间用连接法兰6连接，这样可以根据需要调节其高度。其桩架的主要形式有圆筒型，也有桁架式。桩架的倾斜，是通过改变斜撑杆4的长度来调节的。下支架11一端与机体相固结，另一端和桩架上的铰点相连接，并且可以伸缩，以便桩架倾斜。斜撑杆4一端与桩架铰接，另一端与横梁12相铰接，横梁12是安装在回转平台上。根据工作的需要，在横梁上设有支腿14，打桩时将支腿支起。这种桩架的最大特点是移动灵活、使用方便。因为履带运行机构，对路面要求比较低，一般只要稍许平整或压实即可；有的履带甚至可以在低洼湿地上进行工作。因此，这种打桩架对于打散桩或无一定规律的特殊基础工程，更加合适。此外，这种桩架转移方便，拆下桩架就可用平板车拖走，安装也方便，因自己本身有动力，不需其他起重机帮助，所以这种桩架深受施工部门的欢迎。国外生产的履带式打桩机很多，其中芬兰永滕公司制造的永滕PM系列液压履带式桩架溶合了现代液压桩工机械新技术和新工艺，有效地实现了一台桩机的多功能性，使得桩机具有更为广泛的应用范围。应用PM系列多功能桩架单机可以实现：l 直接打桩l 预钻打桩l 打入沉管灌注桩l 长螺旋灌注桩l 大口径旋挖桩永滕PM系列多功能专用底盘可快速升降后倒式桩架有效地缩短了转场时间；可自动伸缩的履带间距，即提高了操作的稳定性又提供了运输的方便；桩架的水平移动设计为快速精确定位创造了条件。低中心，低运输高度使得永滕PM系列产品具有无可比拟的优势。图6-为芬兰永滕公司制造的PM25履带式打桩机，表6-为PM系列履带打桩机技术参数。 一般情况，PM25履带式打桩机可配备HHK-5A液压锤；PM26配HHK-7A锤；PM30配HHK-9A锤。这几种液压锤的主要技术参数见表6-所示。（插表6- HHK-A系列液压锤技术参数）日本车辆工业株式会社制造DH508-105M履带打桩机的主要性能如下：设备名称履带打桩机型号DH508-105M生产厂日本车辆最大起重能力（吊重跨距）55t3.8m作为打桩机用时最大允许工作重量108 t工作速度主副卷筒及第三卷筒起升/下降钢丝绳速度低速最大值高速最大值33m/min66 m/min桩架起升/下放时卷筒钢丝绳最大速度回转速度最大值行驶速度（最大速度）47.6 m/min2.4rpm1.0km/h带基本桩架及其本扒杆时爬坡度40%主机重量作吊机用时作打桩机用时37900kgf38000kgf配重作吊机用时10000 kgf(6000+4000) kgf作打桩机用时13000 kgf(6000+4000+3000) kgf履带触地面积75108cm2发动机制造厂及型号日野/EM100型式水冷直接喷射式额定功率155ps/2000rpm最大扭距58.0kgf.m/1400rpm排量9.419升燃油消耗量165g/ps.h燃油箱容积250升履带宽度800mm最小离地间隙374mm履带中心距（伸开时）3580mm履带中心距（缩回时）2500mm机体尾部回转半径4800mm行走装置长度5520mm驾驶室顶高3087mm上部回转部分宽度3080mmDH508-105M M60D 工作性能表锤钻孔器桩架桩打直桩时带桩稳性打斜桩时工作总重（吨）平均接地比压（kg/cm2型式重量（吨）桩帽重量（吨）驱动装置钻杆长度（米）重量（吨）长度（米）重量（吨）外径（毫米）斜桩角度无桩稳性型式重量（吨）长度（米）重量（吨）KB60153.0-3312.82510.012006.057.889.21.13MH45111.5-3312.826108508.068.983.71.06-D-60H6.0294.33312.8271010009.0-82.41.05KB60D-60H6.0203.02410.5161010006.0-95.61.21MH45D-60H6.0263.93012.123108506.7-93.31.18MH35D-60H6.0294.33312.827107507.0-91.61.16注：1、桩架最大自立高度为30米，立更长的桩架时需用吊机。2、吊桩钢丝绳直径为20mm，单股吊3吨，双股吊10吨。注意钢丝绳一定要在其允许吊重载荷范围内使用。3、在打后倾斜时，应使用液压支腿。4、机械的工作重量不包括桩重。5、桩的外径指桩架正对打桩机时，在360全回转范围内允许的最大桩径。6、钻杆的最大扭距为4吨.米。7、当仅用钻杆时，钻机的容许拉应力为45吨（桩架长度为24米，钻杆中心和桩架中心间距为655mm）。日本车辆工业株式会社制造DH608-120M履带打桩机的主要性能如下：作吊机时技术数据：基本臂长度13米（6.5+6.5）主臂最大长度55米力矩限制器电动式工作总重60000kgf（带12.5T配重）平均接地压力0.72kgf/cm2吊钩65吨、30吨、6.6吨履带宽度800mm工作时机体宽度4500mm运输时机体宽度3300mm运输时机体高度3257mmDH608-120M M90C 桩架工作条件配重16.5t+补充配重9.0t混凝土桩25m18t打斜桩后倾12桩架长度33m桩帽1t稳定性无桩时总重MH72B锤116.29t桩垂直时稳定性前倾9.5后倾15.2桩后倾12时稳定性前倾18.99后倾5.72配备设备柴油打桩锤MH-72B电动振动锤VS-300钻孔器D-120H回转时桩垂直时稳定性前倾5.28后倾17.58桩后倾12时稳定性前倾15.07后倾8.16稳定性无桩时总重MH60B锤112.89t桩垂直时稳定性前倾11.29后倾15.24桩后倾12时稳定性前倾20.52后倾5.92回转时桩垂直时稳定性前倾6.51后倾17.68桩后倾12时稳定性前倾16.15后倾8.38日本三和钻孔器配DH608-120M型号D-120H工作环境温度+45-20存放环境温度+45-20发电机最小290KVA驱动装置D-120H型回转速度13.5rpm输出扭距6490kg.m电动机三相全封闭式电动机45KW电压380V，50HZ极数6绝缘等级F驱动装置重量及尺寸7800kg，配重1000kg2236318141080mm取土允许载荷最大60t移动钻套用于最大直径1000毫米的钻杆重量950kg，尺寸93713001305mm固定钻套固定在桩架导杆上用于最大直径1000毫米的钻杆 重量900kg，尺寸93713001305 mm钻杆用于钻1000毫米直径孔5m5，3m1日本车辆VS-300振动锤（配DH608-120M）打桩种类板桩U型、Z型、平型型钢宽度大于250mmH型钢宽度大于250mm轻型板桩打桩能力最大N值沙土35粘土18最大桩长H型、型钢18m板桩、3型18m拔桩最大桩长H型、型钢22m板桩、4型22m说明适用的吊机：在所有工作半径下的起重能力打桩大于10t拔桩大于10t电源日本柴油发电机组电源容量标准电压电缆断面EDG125大于150KVA380V，50HZ大于80mm2（长100m）振动装置型号驱动系统润滑方式润滑油偏心距频率离心力空转时振幅空转时加速度1V-260A电动、双轴、带传动飞溅润滑11.0升、涡轮油#1802600kg.cm1100次/分钟35.2t7.5 mm10.2g三角皮带C887根/50HzC927根/60Hz电动机型号型式负荷率功率电压极数绝缘等级启动方式NI-50Kb防震式1小时（工地温度不大于40）50kW380V,50Hz6FY-换接启动夹头型号型式油压夹持力夹持行程VC-300A液压缸系统80kg/cm244.0t-1048mm减振器型号型式弹簧常数最大允许载荷最大允许变形D-300B螺旋弹簧式1020 kg/cm20.0 t206mm油泵型号油压最大油压适用液压油油箱OPU-06A-8080kg/cm2140kg/cm2涡轮油#90#12080升国内上海工程机械厂有限公司（原“金泰公司”）生产DH558-110M全液压履带式三支点打桩架是引进日本车辆制造株式会社技术，其工作能力见表6-所示。 其中，M85D立柱可回转135，立柱可同时挂上打桩锤和螺旋钻孔机作业。该设备重量与外型尺寸如图6- 所示；它具有施工稳定性好、精度高、效率快、维修方便等优点。三、 船用桩架船用桩架即水上打桩设备，一般称浮游式打桩架或打桩船（以下皆称打桩船）。随着港口建设、跨海大桥和海洋开发事业的迅猛发展，水上施工也从遮蔽水域向外海延伸。打桩船不仅船舶主尺度以及总吨位大有增加，而且桩架增长、设备形式也在变化，其技术含量也越来越高。水上打桩，早先是采用陆用打桩设备搬移至驳船上，固定后即可进行水上的打桩作业。但是，水工事业的发展，要求桩基强度越来越大，不仅加大了桩径尺寸、增加了桩长，而且斜桩的倾斜角也在增大。陆用打桩架远远满足不了水上桩基施工的要求。因此，打桩船也随之发展。根据海上工程的不同需要，建造的打桩船形式也多种多样。尽管打桩船的种类很多，但打桩船的主要结构都必须由三部分组成：其一是船体，浮游于水面上，且有一定的排水量和抗风浪的稳性。因长期在施工区域内作业，不需配备航行设备，即称为非自航式打桩船。其二是打桩专用设备，包括：桩架、打桩锤、起重绞车以及其它打桩附属装置；这些设备的技术参数直接反映该船的打桩能力。其三是船舶动力系统，包括机舱内的各台设备以及甲板锚机等机械。图6- 为一般打桩船的基本结构情况。我国建设部最新颁发的行业标准JGJ33-2001建筑机械使用安全技术规程中明确规定：“水上打桩时，应选择排水量比桩机重量大四倍以上的作业船或牢固排架，打桩机与船体或排架应可靠固定，并采取有效的锚固措施。当打桩船或排架的偏斜角超过3时，应停止作业。”这是我们设计制造打桩船的基本原则规定。（一） 打桩船的分类打桩船的种类很多。根据不同的要求，可以有不同的分类方法。例如：若按船舶动力装置的不同进行分类，一般可分为蒸汽机型和内燃机型两大类；而内燃机型中又可分为电传动和液压传动两种不同类型。若按船舶施工性能的不同进行分类，还可以分为以下六种类型打桩船，如表6- 所列的分类情况。表6- 打桩船分类表类型特性适应工程变幅式打桩船桩架可绕其前支点，做俯仰动作，俯仰角一般为18.535施打斜桩旋转式打桩船桩架除有俯仰性能外，还可做水平旋转，通常在方驳船首安装起重机和龙口等组成施打群集的堆桩摆动式打桩船桩架上的龙口具有左右摆动的性能施打受水位限制或左右倾的斜桩吊龙口式打桩船以起重船或方驳船首安装起重机，吊立龙口，并改变上、下支撑长度，形成不同俯仰角度施打浅滩、陆沿的斜桩及桩群补桩吊打式打桩船以起重船或打桩船直接悬吊打桩龙口式桩锤的打桩方式施打群桩的补桩和井架附属桩平台式打桩船在自升式平台上，配有打桩台车架和桩锤等，具有俯仰、摆动、吊打多种性能施打外海大型桩 1、 变幅式打桩船变幅式打桩船系指传统型打桩船，其打桩架可在船舶纵向垂直平面范围内进行前俯后仰的变幅作业。如图6- 所示，一般变幅角度为30，可适合施打直桩与各种斜桩。桩架变幅装置主要为丝杠或液压缸驱动。此类较先进的船舶在航行被拖带时，桩架可变幅至-65，降低了重心，有利于安全拖运。2、 全旋转式打桩船全旋转式打桩船系指打桩架可在船首水平面的360范围内旋转，适合施打桩距较小的群桩。例如：桥墩基础群桩、水上围堰钢板桩等工程。一般常在方驳上安置一辆履带式打桩机（如：日本DH608型）即可。如图6- 所示。该船打桩效率很高，不需要频繁移船、吊桩，优于传统型的变幅式打桩船，所以近些年来发展较快，船型也逐渐加大，在较恶劣的气象、水文条件下也可以顺利施工，因此具有较明显的优势。图6- 为700吨全旋转起重兼打桩船。3、 摆动式打桩船摆动式打桩船系指打桩架可在船首平面内进行左右摆动，适合施打左、右倾斜的各种支撑桩，如图6- 所示。4、 吊龙口式打桩船 所谓“龙口”，即打桩锤上下运动的滑道支架。吊龙口式打桩船就是将该支架吊出船首以外处固定的一种形式；如图6- 所示，它适合海岸浅滩或补桩施工。吊龙口，一般利用打桩船（如上海东海船厂造的150吨压桩船）或起重船进行改装作业。5、 吊打式打桩船吊打式打桩船是利用吊打笼子并直接悬吊进行施打的形式，如图所示。吊打笼子即用围杆圈住的一段龙口，内设打桩架，打桩锤可在笼子内上下锤击运动。6、 平台式打桩船平台式打桩船系指平台船上设置打桩机的结构形式，如图所示。这类打桩船具备以上各种施工性能，属万能式打桩船；同时，打桩施工不受风浪影响，适合气候恶劣的开阔海域施工作业，尤其是海洋石油平台的桩基工程。（二） 打桩船的主要技术性能打桩船的种类很多，但其主要技术性能都应包括以下五个项目参数：1、 船体主尺度及性能。包括船舶总长、型髋、型深、各种状态下的吃水、排水量、吨位以及作业、就地抗风锚地避风拖航条件下的各种能力等参数。2、 打桩性能。包括桩架高度（即可打最长桩的能力）、桩架变幅角度、最大桩径尺寸、最大桩重以及最大匹配打桩锤型号等情况。3、 起重性能。包括主钩的最大吊重、舷外跨距、吊高以及副钩的起重能力。4、 甲板机械性能。包括桩架变幅形式与能力。各台锚机的拉力、绳速以及锚的种类与吨位等。5、 机舱设备性能。包括主机功率、发电机能量、液压系统参数以及船舶调平设备等能力。通常情况下，打桩船主要根据桩架高度来确定作业能力的大小。我国交通部试行标准规定打桩船分为三个等级，如表6- 所示。（插表6- 非自航工程船舶等级 见手册P855表13-1-1）为了更详细地了解打桩船的特性，我们重点介绍以下两种形式的打桩船：变幅式打桩船和全回转式打桩船。（三） 变幅式打桩船变幅式打桩船属于传统结构形式的打桩船。图6- 为桩架高度80米的变幅式打桩船简图。 一般简图中标有船舶主尺度；该变幅式打桩船的船体总长为56.0米，型宽为26.0米，型深为4.5米。图中还标有桩架高度尺寸；一般桩架高度都是桩架直立时的最高点至水平面之间的垂直距离为准。它是打桩船的最主要施工参数。同时，变幅式打桩船在拖运至异地时，为降低重心，确保安全，必须将桩架变幅放倒；其放倒后的桩架高度尺寸也很重要，它关系到拖运途中穿过大桥和跨河高压电缆的安全，其高度尺寸也是以放倒后的状态下桩架最高点至水平面之间的垂直距离为准。从以上图中可以看出变幅式打桩船的五部分结构（1） 浮游部分船体（2） 船首部分桩架（3） 船舯部分起重绞车（共8台）（4） 船侧部分锚机（共8台）（5） 船艉部分舱室，包括操作室、住舱、机舱等。变幅式打桩船以上五部分结构也可以显示出打桩船的五项主要技术性能。1、 船体打桩船为了能适应水上打桩作业，首先应保证船体在水中的平稳性，为此，将船体设计成为方驳形式箱形平底船。（1） 船体主尺度变幅式打桩船的船体为箱形，属于纵向钢结构平底船，其断面为矩形结构，而甲板平面为长方形，船首与船艉是长方形的短边，而船的两侧为长方形的长边。打桩船的船体型深较小，为保证能在浅水域内打桩，其船体的吃水应尽量小；但吃水太小又会影响船体的耐波性。同时，考虑船舶的稳性，其船体的排水量也应大于桩机设备4倍以上的重量。一般规定船体的总长、型宽、型深和吃水分别为L、B、D和d，它们之间具有一定的比例：L/B 取2.03.5B/D 取4.06.2L/D 取10.014.5B/d 取8.020.2作为长方形船体，其船型特征中的方形系数Cb有以下计算公式：Cb=；（=r）式中：排水容积，m3 ； 排水量，t； r海水比重，t/m3；通常高速货船的方形系数Cb=0.55左右；低速船的方形系数Cb=0.8左右；作为非自航式船舶，其船体比较肥大，因此，打桩船的方形系数Cb在0.80.95之间。另外，以打桩船拖运时为减小航行阻力，船体型宽也不易过大；同时，也应将船体艏艉底部设计成“雪橇式”结构。作为打桩船，其桩架高度与船体型宽也有一定的比值，一般为保证水上打桩作业的稳定性，其桩架高度与船体型宽的比例不应大于3.3倍。根据以上各项要求，我们可以按照常规工程的条件，如：桩长的等级、桩与桩之间的距离以及施工水域的水深、气象、水文条件等统筹考虑，以确定打桩船的船体主尺度。（2） 造船要求：在设计制造打桩船时，首先应按我国船级社（CCS）的有关规定要求进行设计；其中：包括钢质海船入级与建造规范船舶与海上设施法定检验规则以及船舶与海上设施起重设备规范等。另外，还应提出海域锚泊作业、就地抗风能力、锚地防台能力以及航区调遣的各项条件。一般情况下，打桩船可在遮蔽航区内作业；特殊条件下，可提出沿海航区作业的要求。锚泊作业的条件为蒲氏6级风及其以下（风速小于16米/秒），波高为0.5米（1/3表征波），作业时流速为3海里及其以下。就地抗风8级风及其以下（桩架后倾状态）；锚地防台应将桩架放倒至最低点。打桩船调遣应考虑作业范围，尽量提高些。如近海航区或远海航区。相应航区的提高，其作业或拖运时的稳性要求也提高，造船价格也会相应增多；所以需综合平衡考虑。一般打桩船皆为纵骨架结构形式，并且具有足够的总纵强度。船体为单甲板、单底以及全焊接钢质船。态势 船体应设多个水密舱（包括：左右前后多个压载水舱、日用淡水舱、燃油舱以及料舱等），互相之间由纵舱壁和横舱壁隔离，强框架的间距不大于四档肋距；船底隔挡设置实肋板。船体上层建筑可采用横骨架结构形式，部分复杂区域可采取局部加强的办法。我国自行设计制造了多种形式打桩船，其中，大部分为变幅式打桩船，如表6- 所示。 因水上工程的需要，我国还进口了一些日本制造的变幅式打桩船，如表6- 所示。（3） 船体调平装置： 水上打桩与陆域施工最大的区别就是桩架晃动与倾斜问题。晃动的问题属于船体的稳性；而桩架倾斜问题除了依靠桩架变幅装置调整外，船体本身也应该能适当调整平衡，尽量保持甲板面的水平状态。打桩船在施工中，对于桩的正位率要求很高，除了测量定位决定了桩的正位尺寸，更多的情况是打桩船的水上浮动因素。我们知道：保持船舶平衡的条件是：（1） 船舶的重力与浮力大小相等且方向相反；（2） 船舶的重力与浮力必须在同一垂直线上。打桩船在水中作业，常常因为船体自身的倾斜会造成船舶不平衡，导致桩的垂直度误差；另外，也会因为桩与锤在船首滑道上的高度变化，使得船体前后吃水改变，从而也造成桩的正位误差。为了确保施工中桩的正位率，针对以上因素，在打桩船上必须设置船体调平装置，这也是区别于陆地打桩机械的特性。打桩船的船体调平装置主要功能是在尽量短的时间内通过调整达到船体的纵向和横向平衡，以保证施工中打桩的正位率。由此可见，打桩船的船体调平装置是打桩船的特有设备，它对保证打桩质量起着极其重要的作用。打桩船的调平装置主要有以下两种形式。a) 移动平衡车式移动平衡车式是在船体甲板上或在船舱内沿其纵向和横向分别设置轨道和压载车，并通过绞车的拉力，使压载车在纵、横向轨道上移动，以实现船体的调平，如图2-2-68所示。这种船体调平装置由于施工中船体载荷的变化，如：水舱用水（尤其是锅炉用水）、下桩、压桩后船首减载而抬起以及风流等因素的影响，平衡压载车总要移动找平，不但操作不便，还会严重影响施工效率。所以，它多用在老式打桩船上，目前新造打桩船很少采用。b) 平衡压载水式平衡压载水式是通过大口径大流量的离心式水泵，调整船舶艏艉及左右侧水舱的压载水，以实现船体的调平，如图2-2-69所示。因平衡压载水式是采用压载舱注、排水来调平船体，操作简单、速度快效率高，所以目前在打桩船上普遍采用。例如：七四年日本警固屋株式会社为我国造的打桩船，均采用这种船体调平装置。它是利用碟阀油缸控制的平衡水舱系统，见图2-2-69。此系统共有三种工况：（1） 向艏舱充水开启碟阀2、3，关闭碟阀1、4，离心水泵从艉舱向艏舱泵水；（2） 向艉舱充水开启碟阀1、4，关闭碟阀2、3，离心水泵从艏舱向艉舱泵水；（3） 停止充水全部碟阀关闭，保持船体原平衡状态。上述工况是在操纵室内控制，是以电控和液压传动的方式来改变碟阀的启闭位置；同时，阀到达全开或全闭的位置以后，将以信号灯向操纵室指示，达到及时反馈的作用。碟阀的结构如图2-2-70所示。其动作原理为碟阀油缸两端进、排油实现开启或关闭阀门，控制水的流动。具体过程如下：当A口进油、B口排油时，活塞被推向左侧，由活塞杆顶端的销子带动拨叉向左摆至极端位置；此时，转轴旋转，使阀盘水孔错开进水管，达到截断水流的目的，即关闭碟阀。反之，当碟阀油缸的A口排油、B口进油时，活塞带动拨叉向右摆至另一个极端位置；此时，转轴带动阀盘旋转，使其水孔对准进水管，水流畅通，达到开启碟阀的目的。当阀盘旋转到达全开或全闭的位置时，转轴又通过行程开关，以信号灯的方式向操纵室反馈。碟阀液压系统是由一个油源、液压阀件的组合装置、以及四个分散布置的油缸所组成。这个系统采用了叶片泵供油和蓄压器保压的供油回路，如图2-2-71所示。当船舶进行调平运行时，供油回路的动作是由压力继电器来自动控制。当系统的压力低于5.0MPa的时候，压力继电器接通电磁阀的励磁线圈。于是，安全阀不再卸荷，油泵则进入供油状态，压力油就流入负载回路去推动碟阀油缸。多余的流量则经单向阀充入蓄压器，直到系统压力升到上限值6.0MPa，压力继电器才断开电磁阀的线圈。此后，安全阀和油泵皆进入卸荷状态，有负载的油缸则由蓄压器保压，可以继续工作。回路中由于设置了压力继电器，所以安全阀的调定开启压力比系统工作压力的上限值还高，一般调定在6.50MPa开启，以便在压力继电器失灵时起到保护卸压的作用。负载回路是由四个并联的油缸组成，每个油缸的动作均由各自的电磁阀来控制。例如：电磁阀不通电的时候，油缸是A口进油、B口排油，碟阀被推向关闭位置。若是通电，则A口排油、B口进油，碟阀被推向开启位置。碟阀油缸的运动速度可以借助于节流阀来调节，应该尽量使各油缸的速度相同。每个油缸的两端均设有测压接头，也可以用来排放空气。蓄压器为皮囊结构，如图2-2-72所示，其底部与单向阀相连，以避免皮囊过分膨胀；顶部有充气嘴及控制阀。蓄压器技术参数如下：充氮气3.7 MPa，可控压力范围6.05.0 MPa工作容积12升。在使用中，油泵停车以后必须把蓄压器的截止阀4关闭。因为系统内的泄漏有可能使皮囊长时间处在极度膨胀状态，甚至偶尔挤入蓄压器内的单向阀内。因此，在每次运转之前，亦应先把截止阀4开启。蓄压器的正常充氮压力规定为3.5 MPa，应该每23个月检查一次，如果低于正常压力0.20.3 MPa，则应补充氮气。充氮的操作要领如下：（1） 油泵停止运转，开启截止阀4和5，泄放压力油；（2） 拆下顶部的充气护罩以及阀芯护套，以阀芯护套作工具去检查阀芯是否已旋紧；（3） 连接氮气瓶与蓄压器，并关闭放空气阀6，将压紧螺钉旋至最上端，阀芯在关闭位置；（4） 开启氮气瓶出口的角阀，向右旋动压紧螺钉以开启阀芯。通过已调节到2.0 MPa左右的二次压力，先充氮气到1.5MPa。在此过程中，要密切注意压力表读数的上升；（5） 调节减压阀的二次压力升到3.5MPa，并充氮；（6） 充氮至规定压力之后，向左旋转压紧螺丝以关闭阀芯，拆去连接管；（7） 检查阀芯是否漏气，装上护罩及护套，关闭截止阀5；（8） 将压力继电器的主阀转到正常的“自动”运转位置。充氮工作结束。不同的打桩船有不同的船体调平形式，其调平装置也不尽相同。所以在施工操作前必须熟知调平机构，认真按调平设备使用说明书的规定操作。这样，不仅可以避免因操作失误而发生的断桩事故，同时还可以加快船体的调平速度，提高打桩效率。2、 桩架桩架是打桩船的关键施工设备，其技术性能情况直接关系到承担工程植桩能力大小的问题，也是打桩船存在价值的最主要标志。（1）桩架结构形式变幅式打桩船的桩架一般都设在船首的中部，如图6-所示 并且桩架基座平台需升出艏部船舷之外约4米处；这样的设计即便于打桩作业，又不影响桩架前倾变幅施打斜桩；同时，施打群桩时，船首也不会碰撞已植入泥水之中的桩身。图6- 所示的桩架底轴距离艏部船舷3.4米。桩架的结构多为三角形搭式桁架形式，即桩架的横截面为三角形，三个角点为三根竖立的主桁柱；一般情况下，船首部分两根主桁柱连接的横桁梁为桩架导轨（即“龙口”）的支撑面，而桩架变幅机构的支点常固定在后单角竖立的主桁柱上，习惯称为后三角桁架结构，如图6- 中的（a）。也有的打桩船桩架为前三角桁架结构形式，如图6- 中的（b）所示。两种三角形桁架结构各有优缺点：后三角形的打桩受力面有三个竖立的桁柱组成（两根主桁柱和一根龙口），其强度很高；而前三角形的打桩受力面仅有一根竖立的主桁柱、兼为龙口；另两根主桁架与桩架变幅机构相连，其桩架总重量可减轻。三角形截面的桩架全长又设有若干层小平台，各平台间有桁架结构的斜支撑，同时设有手扶梯和栏杆。桩架顶部为起重平台：上面设有多项用途的吊重滑轮组。包括两个主吊钩（简称主钩）、一个副钩、吊锤、启动锤以及电梯升降用的滑轮组等。因此，桩架顶部的强度也要求很高。有的打桩船为了减轻桩架总重量，并且降低桩架重心，特将桩架顶部设计为二层结构；换句话说：即在主桩架的顶部再增加一段副桩架；其副桩架仅为打桩锤起升使用，强度与重量皆可大大减小；而主桩架的顶部设计为开口型起重平台，开口处打桩锤可穿越提升至主桩架上部的副桩架龙口处，而开口的两侧设计为多付吊钩滑轮组的平台。与此同时，还将顶部的副桩架配置后仰的变幅机构，即可将打桩锤提升至顶部再后仰，让出龙口的空间；这样，可以让超长的桩竖立于开口处；待定位后下桩，腾出龙口的空间，即可再将副桩架变幅至 垂直处，打桩锤也可重新沿着龙口下滑至桩顶端，进而完成打桩任务。这种桩架形式，不仅可以减小桩架重量，降低船舶重心，有利于船舶稳性，而且还可以施打超长桩。提高船舶的打桩能力。图6- 为日本造的第1三丰丸变幅式打桩船，其桩架顶部为开口式吊重平台结构形式。（2） 桩架主要尺寸桩架的主要尺寸决定了打桩船的主要施工能力。尤其桩架高度尺寸更是标志了打桩船的能力等级。我国交通部颁布的行业标准JTJ254-98港口工程桩基规范中对于沉桩船的选择就规定了架高尺寸的要求；其中7.2节提出：沉桩船的桩架应满足吊重要求，并应具有足够的架高。架高可按下式确定：HL+H1+H2+H3-H4式中：H水面以上桩架有效高度（m）；L桩长（m）；H1桩锤及替打高度（m）；H2吊锤滑轮组高度（m）；H3富裕高度，可取1m2m；H4施工水深（m）。图6- 与表6- 为多艘变幅式打桩船的桩架各部主要尺寸情况。（缺插图6-8 打桩船的主要施工能力）其中表6- 的前六项数据为打桩船主要技术性能参数；后几项数据为桩架及龙口的一些主要尺寸。桩架“龙口”是为了打桩锤能沿着桩架上下运动而设的滑道，它是采用两根平行的I型钢材焊接在竖立的桁柱上，其间距尺寸及I型钢材横截面各方位尺寸都很重要。因为打桩锤与龙口的活动连接是通过打桩锤上配置的L型钢即导钳（俗称“佛手”扶手的异音）扣紧于龙口的I型钢外侧，如图6- 和图6- 所示。而各种打桩船的“龙口”各部尺寸又略有不同，如表6-数据，所以在每艘打桩船在配备打桩锤时就得选择更换其相适应尺寸的佛手。这样才能保证打桩锤的佛手与龙口处的间隙适宜。此间隙尺寸如果太小，打桩锤的佛手与龙口就容易发生咬死现象，打桩锤沿着龙口上下滑动就很困难，这将直接影响打桩作业。如果此间隙尺寸太大，那么在锤击振动与水上船体摇动等诸多因素影响的情况下，打桩锤的佛手就抓不住龙口，进而有可能脱开龙口，打桩锤倒向发生偏击桩头现象；甚至还会发生打桩锤脱落、坠入海底事故。因此，各艘打桩船的龙口诸尺寸都十分重要。另外，为保证打桩质量，其桩身的轴线必须与打桩锤的轴线在同一条直线上，即使在打斜桩时，桩与锤两者的轴线也必须吻合。否则，也会发生偏击现象进而造成桩顶损坏以及桩体断裂事故。由于各艘打桩船的打桩能力都是规定在一定的范围内，其桩径尺寸也不是固定一个数额。因此，不同桩径尺寸的桩身轴线至该船龙口外侧平面间的距离也不相同。为了解决桩与锤同轴线问题，就必须以龙口外侧平面（简称“龙口面”）为基准，使桩的轴线或锤的轴线在桩架上变为可调整尺寸大小得到结构形式才行。一般采取两个方案解决：其一，将桩架顶部起重平台上的吊桩和吊锤滑轮组固定点变为可前后调整位置得到结构形式；也就是使桩和锤的轴线至龙口面的间距变为可调整得到尺寸，这样就可以通过调整吊点位置解决桩与锤的同轴线问题。第二个措施就是改变打桩锤的佛手尺寸，使打桩锤的轴线可向龙口面外侧变化，以适应不同桩径的轴线位置。表6- 中的K值即打桩锤轴线至龙口面的间距尺寸。打桩锤的佛手共有四个，制造比较费时、费料，造价也比较高。由于长时间在龙口上滑动，除了需要经常加油润滑外，佛手的磨损也是非常严重的。因此，必须及时检查佛手的磨损情况，及时更换或修理佛手。当然，新造的佛手也不易选择高强度钢材制作；因为，佛手强度太高，势必会磨损桩架的龙口；修理或更换龙口得到代价就更大了。所以打桩锤的佛手理应为易损件。实践中，还可以改造佛手，将佛手磨损面改为可随时更换的钢板焊接形式；如给马蹄钉马掌一样，简单地更换了马掌，马蹄就能跑；更换一块钢板，佛手就能继续使用。这样，即减少修理及更换时间，提高打桩效率，又可以节约资金，降低施工成本。（3） 桩架变幅装置打桩船在水上进行各种角度的斜桩施工，其桩架必须能够前俯后仰的变幅；而且，在某一个角度位置上还要保持长时间的稳定状况，以便完成各种斜桩的锤打过程。图2-2-58为各种倾斜角度得到标称， 如：1：3为18.4斜角桩的标称。承担桩架变幅的机构是打桩船的关键设备，其工作状况的可靠性是保证安全打桩的额必要条件。打桩船随着水上建筑物的发展而变化，其桩架高度逐渐加长，尺寸也在加大，6080米高的桩架已很普遍；而且，桩架顶部结构增多、桩架重量加大。所以，驱动桩架变幅机构的功能也在增强。尽管桩架倾动速度不快，但是由于桩架的长度、重量可观，使得其摆动惯量很大。目前，打桩船的桩架变幅机构主要有以下两种形式：1） 丝杠变幅机构打桩船的桩架依靠一根或双根丝杠的旋转，其螺母的位移变化而发生前俯和后仰，并可随意停留在某种角度内进行沉桩作业得到设备，即称丝杠变幅机构。国内常用的桩架主要有两种结构：一种是方形塔式桩架，另一种是三角形桩架。方形桩架一般用型钢焊接而成；也有采用型钢与管材混合组成。其仰俯机构都是在桩架后面得到两条支杆上个安装变幅丝杠一根；因此，桩架就有两个副动支点，称为双根丝杠变幅机构，如图2-2-59。 三角形桩架主要是用钢板卷成直径较大的管材焊接制成。在其后面的一条支杆上安装独根丝杠，桩架只有一个副动支脚，即称为单根丝杠变幅机构。图2-2-60为一航局从日本购买的两手打桩船，桩架65米高，单根丝杠变幅机构。 方形塔式桩架不如三角形桩架结构好，其刚性也不如三角形桩架；而且，双根丝杠变幅机构在制造安装时稍有偏差，或者在使用中船体受风浪的影响桩架若有变形时，两个丝杠就会产生受力变化，即：一根受压、另一根受拉的现象。并且，两根丝杠很容易发生不同步情况，导致螺母与丝杠加剧磨损、缩短使用寿命；桩架变幅时抖动等异常现象。因此，在设计时应尽量不采用双根丝杠变幅机构。单根丝杠变幅机构比较简单，它不存在同步旋转问题。犹如千斤顶一样，通过旋转力矩使得桩架与丝杠连结的螺母支点发生位移，即可达到桩架倾动前俯后仰的目的。单根丝杠变幅机构要求其尺寸、材质强度更高，所以制造加工的难度也大。如图2-2-60 打桩船的单根丝杠变幅机构中，丝杠全长13.56米、外径约380毫米、螺纹为30梯形丝扣、重量约11吨、材质为55号碳钢锻件；变幅螺母为铸铜件（日本原资料标称为PBC2A），其重量约1吨，长度为960毫米、外径为490毫米；丝杠与螺母安装时，轴向配合间隙为1毫米，齿顶处空隙为0.75毫米。由此可见，单根丝杠变幅机构在大型打桩船上使用，其加工与安装的要求都很高。一般变幅丝杠的螺旋形式为矩形或梯形螺纹，如表2-2-50介绍了传力或传动螺旋的几种螺纹种类。 螺旋中螺杆与螺母尺寸的标准如图2-2-61所示。在造船设计中，应计算丝杠变