全液压静力压桩机及其液压系统的设计.pdf

第25 卷 第 6期水利电力机械Vol 25 No 6 2003 年 12 月WATER CONSERVANCY 2 中国水利水电第八工程局 武汉机械厂 湖北 武汉 430034 摘 要 介绍了全液压静力压桩机的压桩工作原理 施工特点 主要部件及液压系统原理 实施途径 关键词 全液压静力压桩机 施工特点 液压系统 中图分类号 TU67 TH137 文献标识码 B 文章编号 1006 6446 2003 06 0028 03 收稿日期 2002 08 24 作者简介 夏卿坤 1963 男 福建福清人 长沙大学机械工程系教授级高级工程师 从事材料成型与控制方面的教学和研究工作 0 引言 全液压静力压桩机是利用高压油产生的强大静 压力 平稳 安静地将预制桩快速沉入地基的一种新 型桩基机械 具有操作简便 工作效率高 无噪声和 气体污染 压桩时对桩周的土体扰动范围和程度小 便于操作时控制 施工质量好等特点 已广泛用于我 国许多城市 特别是沿海城市建设和旧城改造的桩 基础施工 全液压静力压桩机的压桩工作机理是静压预制 桩主要用于软土地基 当预制桩在垂直静压力作用下 沉入土中时 桩周围土体发生急速而激烈的挤压 土 中孔隙水压力急剧上升 土的抗剪强度大大降低 这 时桩身很容易往下沉 压桩的阻力主要来自桩尖向下 穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力 压桩阻力并不 一定随桩的入土深度的增加而累计增大 而是随着桩 尖处土体的软硬程度等因素 即桩尖土体的抗冲剪阻 力大小而波动 这说明此时桩侧摩擦阻力非常小 但 这是一种暂时的现象 一旦压桩终止 随着时间的推 移 桩周土体中孔隙水压力逐渐消散 土体发生固结 土的抗剪强度也可随桩侧摩擦力逐渐恢复和提高 从 而使静压预制桩获得较大的承载力 在某些土体固结 系数较高的软弱地基 静压预制桩获得单桩极限承载 力可比最终压桩力高出二 三倍 全液压静力压桩机静压预制桩的施工 一般情 况下采用分段压入 逐段接长的方法 其程序为 测 量定位 压桩机就位 吊桩喂桩 桩身对中调直 压桩 接桩 再压桩 送桩 终止压桩 截 接 桩 头 全液压静力压桩机具有如下显著特点 1 在施工中具有无振动 无噪音 无污染等特 点 是实施城市环境保护法的一种理想的文明施工 机械 在城市居民区 学校教育区 医院疗养区 宾 馆 科研楼 精密车间等区域施工均具有独特的适应 性和优越性 2 供压压桩机的桩身混凝士强度 一般能达到 起模 吊运要求即可 故比锤击桩节省钢材和降低混 凝士标号 且可消除因锤击而造成的桩头破损和桩 身断裂 从而降低了工程成本 经统计 压桩与打桩 相比可节约钢材 47 节约水泥 12 3 压桩可避免锤击灌注桩调换桩管长度等不 利因素 还可避免灌注桩施工时一般容易发生的混 凝士缩颈蜂窝又断桩的 压桩所引起的桩周土体隆 起和水平位移比打桩要小 也就表明压桩对土体结 构的破坏程度和破坏范围比打桩小得多 4 由于压桩机的工作高度不高 重心低 所以 桩机的施工操作和保养较为方便 并可避免高空作 业中的不安全因素 桩机作业人员少 劳动强度低 施工文明 整机的拆 运 装十分方便 5 适宜于覆土层不厚的岩溶地区 此类地区采 第25 卷第 6 期夏卿坤 等 全液压静力压桩机及其液压系统的设计 29 用钻孔桩很难钻进 采用冲孔桩 容易卡锤 采用打 入式桩容易打碎 只有静压桩是慢慢地压入并且显 示压桩阻力 可收到较好的技术经济效果 6 压桩施工速度快 1 QYZ600 型静力压桩机机构和工作原理 1 1 压桩机的组成部分 压桩机的主要组成部分如图 1所示 图 1 全液压静力压桩机示意图 1 2 主要部件机构和工作原理 1 2 1 长船行走机构 长船行走机构主要由船体 行走台车 油缸等组 成 油缸的活塞杆球头与船体联接 缸体通过铰耳 与主动行走台车联接 行走台车与底盘支腿上的顶 升油缸铰接 其动作过程是顶升油缸使长船落地 短船离地 然后长船油缸伸缩推动行走台车 使桩机 沿长船轨道前后移动 顶升油缸回程使长船离地 短 船落地 短船油缸动作时 长船船体悬挂在桩机上移 动 上述动作作往复交替 即实现了桩机的横向行 走 1 2 2 短船行走机构及回转机构 短船行走机构及回转机构由船体 行走梁 回转 梁 挂轮机构 油缸 回转轴 滑块等组成 桩机回转动作是 长船接触地面 短船离地 两 个短船油缸各伸出 1 2 行程 然后短船接触地面 长 船离地 此时使两个短船油缸的活塞一个作伸出动 作 一个作缩回动作 桩机此时通过回转轴使回转梁 上的滑块在行走梁上作回转滑动 油缸行程走满 桩 机可回转 15 重复上述动作 桩机可回转 360 1 2 3 平台 平台是桩机的主体结构 通过 4 只顶升油缸与 长船联接 由 4 条主腿与两短船联接 中部装有导向 立柱和压桩门架 主 辅油缸各两对成组对称分置于 门架中心并以螺栓连接 压桩油缸与夹持机构铰接 通过压桩油缸活塞杆的往复位移 实现压桩和拔桩 1 2 4 夹持机构与导向压桩架 该部分由夹持横梁 夹持油缸 导向压桩架和压 桩油缸等组成 夹持油缸装在夹持横梁里面 压桩 油缸与导向压桩架相联 压桩工艺过程是将桩段吊 入夹持横梁内 夹持油缸伸程通过夹持板将桩段夹 紧 然后压桩油缸作伸程动作 使夹持机构在导向压 桩架内向下运动 带动桩段挤入土中 压桩油缸行程 走满 夹持油缸回程 然后压桩油缸也作回程动作 上述运动往复交替 即可实现桩机的压桩工作 1 2 5 液压系统 液压系统分主机液压系统和吊机液压系统 主 机液压系统由双联齿轮泵 单向阀 溢流阀 多路换 向阀 手动换向阀 液控单向阀等控制元件和执行机 构组成 主机采用 2 台双联齿轮泵 CBZ2055 080 作 为液压的能源泵 分别由2 台 55kW 电动机作动力 其额定工作压力为 p 25MPa 由于压桩机的吨位 较大 压桩系统的主要执行元件压桩油缸由单缸改 为双缸 由一个双作用主液压缸和一个柱塞缸辅助 缸组成 其液压系统原理见图 2 吊机采用1 台单联齿轮泵 CBZ2050 作为液压的 能源泵 由 1台 30kW 电动机作动力 其额定工作压 力为 p 21MPa 1 3 专用配套工作吊机 为了满足不同截面 3 13m 的预制桩起吊及桩机 的装拆 检修 预制桩的转场等作业 吊机起重臂分为 基本臂 伸缩臂 伸缩臂的伸缩通过基本臂上的伸缩油 缸活塞的运动完成 伸缩完成后 用插销将伸缩臂固 定在基本臂上 配有专门的吊钩吊具及幅度指示器 基本臂 变幅油缸与转台相联接 转台与回转支承装置 承台相联接 而承台则与底盘相联接 2 液压系统的设计 全液压静力压桩机是以液压为动力进行静压桩 施工的一种桩基础施工设备 其中液压控制系统 包 括液压动力源 尤其是压桩液压系统是该设备的核心 和关键 其设计是否合理将直接影响着设备的性能 2 1 恒流量设计原理 所谓液压系统恒流量设计就是使液压动力源的 30 水利电力机械2003 年 12月 图 2 QYZ600 型全液压静力压桩机主机液压系统图 输出流量保持恒定的一种设计方法 在实际的液压静 力压桩机液压系统中 在保持系统输出流量不变的条 件下 以设计的最大压桩速度所需的流量 Q 和最大压 桩力时所产生的系统的装机功率可由下式确定 N Q1 P1 Qmax Pmax 1 式中 Q1 液压泵的额定输出流量 m3 s p1 系统额定油压 Pa 目前本方法的实施是将动力源液压泵采用定量 泵 而压桩机构采用一对或多对有效面积和为 A 的 液压缸同时参与压桩的工作方式 因此 在忽略系 统泄漏时 存在下列关系式 N Qmax Pmax Qmax A vmax Qmax vmax A Fmax Pmax A 2 式中 vmax 压桩机的最大压桩速度 m s A 压桩液压油缸的有效作用面积 m2 Fmax 压桩机的最大压桩力 N 由式 2 就可以求得压桩液压缸的总有效作用面积 A N pmax vmax 3 2 2 恒流量设计压桩系统液压控制原理 图 2为其中的 QYZ600 型液压静力压桩机主机 液压系统图 该种机型就是采用恒流量设计方法研 制的全液压桩机 该系统动力源采用 2 台定量泵供油 控制元件 为弹簧对中电磁换向阀 执行元件为两对同时压桩 的液压缸 参见 1 2 5 很显然 该压桩系统相对较 简单 结合 2 式可知 采用这种设计方法 根据不 同的吨位 选择不同的有效面积和为 A 的液压缸 要想形成大吨位的压桩机 在其他条件不变情况下 只要通过增大面积 A 来实现 即采用一对或多对大 压桩缸同时压桩 3 结论 1 全液压静力压桩机具有操作简便 工作效率 高 无噪声和气体污染 压桩时对桩周的土体扰动范 围和程度小 施工质量好等特点 已广泛用于我国许 多城市 特别是沿海城市建设和旧城改造的桩基础 施工 2 采用恒流量设计方法 其压桩液压系统比较 简单 参考文献 1 丁树模 液压传动 M 北京 机械工业出 版社 1998 2 彭志明 陆栋 YZY 系列全液压桩机及其 在软土地区的施工 J 建筑机械 1999 4 22 30 3 俞启荣 机床液压传动 M 北京 机械工 业出版社 1984 4 章宏甲 黄宜 液压传动 M 北京 机械工 业出版社 1993 编辑 王书平 上接第 27页 参考