工程机械设计.doc

1 静压桩机1.概述随着液压技术的发展，我国在20世纪70年代开始研制生产静压桩机。采用静压桩机降桩逐段压入土层具有如下明显的优点。（1）、在施工中无振动、无噪声、无污染，在城市居住密集区施工有明显的优越性。（2）、由于桩是通过静力压入土层，桩没有受到锤击桩时所引起的拉伸应力波的冲击，因此桩内的钢筋配置和混凝土的强度均可比柴油锤锤击桩要小，这样可以节约桩的工程成本。（3）、静压桩在施工中不会对桩周边土壤产生较大的干扰，所压入桩的最终压力基本上体现了桩的实际承载力，因此施工完成后，根据压入过程的压力曲线可迅速计算出桩的实际承载力。（4）、基本上无断桩。（5）、可以直接用静压桩机对桩进行静载试验。虽然静压桩有上述优点，但由于静压桩机要配有较多的配重，整个机器的拼装、运输及工作效率仍然比打击桩低，所以目前仍不如柴油锤打击桩与钻孔桩普及。但随着城市的发展，对噪声及泥浆污染进行越来越严格的限制，静压桩机在城市桩基施工中必将越来越受到市场的重视。下面主要介绍静压桩机的构造与工作原理、静压桩施工工艺流程及施工中应注意的事项。2.静压桩机的构造与工作原理2.1 静压机的构造图1-1为武汉建筑工程机械厂生产的YZY-500型静压桩机的示意图。它由支腿平台机构、行走机构、压桩机、配重、起重机、操作室等部分组成。图1-1 静力压桩机1操作室；2液压总装室；3油箱系统；4电器系统；5液压系统；6配重铁；7导向压桩架；8楼梯；9踏板；10支腿平台机构；11夹持机构；12长船行走机构；13短船行走及回转机构；14液压起重机1.支腿平台机构 图1-2为支腿平台结构示意图。该部分由底盘3、支腿4、顶升液压缸6和配重梁2组成。底盘的作用是支承导向压桩机架、夹持架构、液压系统装置和起重机，底盘里面安装了液压油箱和操作室，组成了压桩机的液压电控系统。配重梁上安装了配重块，支腿由球铰装配在底盘上。支腿前部安装的顶升液压缸与长船行走机构铰接。球铰的球头与短船行走及回转机构相联。整个桩机通过平台结构连成一体，直接承受压桩时的反力。底盘上的支腿在拖运时可以并拢在平台边，工作时打开并通过连杆与平台形成稳定的支撑结构。图1-2 支腿平台结构1拉杆 2配重梁 3底盘 4支腿 5球头轴6顶升液压缸2.长船行走机构 图1-3为长船行走机构，它由船体3，行走台车1与顶升液压缸4等组成。液压缸活塞杆球头与船体相联接。缸体通过销绞与行走台车相连，行走台车与底盘支腿上的顶升液压缸铰接。工作时，顶升液压缸顶升使长船落地，短船离地，接着长船液压缸伸缩推动行走台车，使桩机沿着长船轨道前后移动。顶升液压缸回程使长船离地，短船落地。短船液压缸动作时，长船船体悬挂在桩机上移动，重复上述动作，桩机即可纵向行走。图13 长船行走机构1长船行走台车 2长船液压缸 3长船船体 4顶升液压缸 5支腿3.短船行走机构与回转机构 图1-4为短船行走机构与回转机构，它由船体7、行走梁5、回转梁2、挂轮机构10、行走轮8、横船液压缸9、回转轴4和滑块6组成。回转梁2两端与底盘结构铰接，中间由回转轴4与行走梁5相联。行走梁上装有行走轮8，正好落在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构1挂在行走梁5上，使整个船体组成一体。液压缸的一端与船体铰接，另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压缸动作，使长船落地，短船离地，然后短船液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地，短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走轮在船体的轨道上左右移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面，短船离地、两个短船液压缸各伸长1/2行程，然后短船接触地面，长船离地，此时让两个短船液压缸一个伸出一个收缩，于是桩机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，桩机可转动10左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个短船液压缸又恢复到1/2行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使整机回转到任意角度。图1-4 短船行走机构及回转机构1看球头轴；2回转梁；3底盘；4回转轴；5行走梁；6滑块；7船体；8行走轮；9横船液压缸；10挂轮机构4.夹持机构与导向压桩架 图1-5为夹持机构与导向压桩架。该部分由夹持器横梁1、夹持液压缸5、导向压桩架和压桩液压缸组成。夹持液压缸装在夹持横梁里面，压桩液压缸与导向架桩架相联。压桩时先将桩吊入夹持器横梁内，夹持液压缸通过夹板将桩夹紧。然后压桩液压缸作伸缩运动，使夹持机构在导向架内上下运动，将桩压入土中。压桩液压缸行程满后松开夹持液压缸，返回后继续上述程序。 图1-5 夹持与导向压桩架1夹持器横梁；2夹板；3桩；4夹持液压缸桩架；5夹持液压缸；6压桩液压缸球铰2.2 静压机的液压工作原理图1-6为武汉桥机厂制造的YZY-400型静压桩机的液压系统图。该系统有两台斜盘式轴向柱塞泵4，最大输出流量为158.4L/min，额定工作压力为31.5MPa。每台液压泵由一台55kW电动机驱动。液压泵为压力补偿变量泵，可保持恒功率输出。液压系统内有两块多路换向阀6、9，它们是带次级溢流阀及补油阀的高压片式结构多路换向阀，工作压力为25MPa，次级溢流阀的调整压力为16MPa，用于锁紧回路，它的对应压桩力为4000kN。本机共有16个液压缸：两个夹持液压缸15，两个压桩液压缸14，两个纵向行走长船液压缸11，两个横向行走短船液压缸12，四个支腿横向伸缩液压缸13及四个横向步履上的支腿液压缸16。在工作前应先起动液压泵4，空循环10min。两块六联多路换向阀安装在操作室前部，每块均控制8个油缸。同时操作多路换向阀6第一联、第二联（从左数）手柄，前推可使桩机前进，此时长船工作。同时操作第三、四联，前推（或后拉）可使桩机右（或左）行。操作第五联可使长船伸缩（或伸开）。第六联为压桩控制阀，前推为压入，后拉为上拔。右阀块多路换向阀9第三、四、五、六联分别操作4个支腿液压缸。第二联为夹持液压缸操作阀。液压系统所用压力油为46#低温液压油，相当于低凝30#液压油。一般情况下，液压油可使用2000h，但若发现粘度值超过时，酸值超过0.30.5mg（KOH）/g，水分超过0.1%时则应更换液压油。图1-6 YZY-400静压桩机液压系统图1吸油滤清器；2回油滤清器；3内螺纹球阀；4液压泵；5电动机；6、9多路换向阀；7压力表开关；8耐振压力表；10双向液压锁；11长船液压缸；12短船液压缸；13横向伸缩液压缸；14压桩液压缸；15夹柱液压缸；16支腿液压缸；3.静压桩（预制桩静压法）施工工艺流程：测量放线桩机就位起吊预制桩稳桩压桩接桩送桩检查验收转移桩机，如下图所示。4.静压桩施工的要求1）、静力压桩与锤击相比具有无噪音、无震动、无污染、安全等优点，但在饱和软粘土地区压桩与打桩一样，都可能产生超静孔隙水压力。压桩期间，应由建设单位委托有资质的监测单位对已有建筑物和管线进行跟踪动态监测。 2）、要做好施工现场的排水工作，以保证在沉桩过程中场地无积水，施工用水、用电已接入到施工现场规定之处。 3）、检查打桩机械设备、起重机具、压力表等。 4）、压桩机安装必须按设备说明书和有关规定程序进行。 5）、启动门架支撑油缸，使门架微倾15度，以便插预制桩。 6）、当桩尖插入桩位后，微微启动压桩机油缸，待桩入土至50厘米时，再次校正桩的垂直度和平台的水平，然后再启动压桩机油缸，把桩徐徐压下，施工速度一般控制在2米/分钟以内即可。 7）、当压桩力已达到两倍设计荷载或桩端已达到持力层时，应随时进行稳压。 8）、压桩施工时，应派专人或开启自动记录设备，做好沉桩施工记录。 9）、沉桩施工前，应先试桩。试桩数量不少于两根，以确定贯入度及桩长，并校验压桩设备和沉桩施工工艺及技术措施是否符合实际要求。5.静压桩施工准备工作1、施工前，场地要达到“三通一平”要求，使施工桩机设备能顺利进入施工现场。 2、熟悉施工图纸，参加设计图会审，做好施工放线工作。编好桩位号和压桩行走路线程序等各项准备工作。 3、做好现场清理地下空间障碍物工作，如旧建筑物的基础防空洞、地下管线等。 4、边桩与周围建筑物的安全距离应大于4米以上，压桩区域内的场地边桩轴线外5米范围用压路机压实。 5、为做好静压桩施工控制，必须备足必要的测量仪器。2 旋挖钻机1、概述旋挖钻机的英文为 Rotary Drilling Rig，旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的，第二次世界大战前，美国CALWELD首先研制出回转斗，短螺旋钻机。旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备。旋挖钻机采用无循环工艺施工钻孔灌注桩，该工艺方法具有钻进速度快、质量好、成孔深度深、噪声低等优点，广泛应用于铁路公路桥梁、高层建筑、水利工程和城市交通建设等桩基础工程的施工。旋挖钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、伸缩式钻杆、自行起落可折叠钻桅带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制负荷传感，具有操作舒适、轻便等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业,还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于公路桥梁、市政建设、工业和民用建筑、地下连续墙水利、防渗护坡等基础施工。 2、结构组成及功能：图212.1旋挖钻机的主要结构包括(如上图所示)：底盘机构。旋挖钻机的底盘一般为液压驱动，刚性焊接式车架，轨距可调，履带自行式的结构。底盘主要包括车架和行走装置，行走装置主要由履带张紧装置、履带总成、驱动轮、导向轮、承重轮、托链轮及行走减速机等组成。上车部分。由底架、回转台、发动机、驾驶室和配重等组成；桅杆。由鹅头、上桅杆、中桅杆、下桅杆、主卷扬机、加压液压缸等部件组成，它是钻杆、动力头的安装支承部件及其工作进尺的导向；平行四边形(或三角形)机构。由动臂、支撑杆、变幅液压缸、立桅液压缸等部件组成，通过液压缸的作用，可以使桅杆远离机体或靠近机体，改变桅杆的角度；可以调节桅杆的工作幅度和运输状态桅杆的高度；钻挖系统。主要由钻杆、动力头和钻具组成。钻杆一般采用多节可伸缩式钻杆；钻具又分为旋挖钻斗、螺旋钻头、筒式钻头和扩底钻头等，在施工中一般根据地质报告反馈的地层选用不同的钻具；动力头由减速机、液压马达、减速齿轮箱、减振防护装置等组成；液压系统。主要由液压系统回路、辅助液压系统回路、先导系统回路、动力头润滑系统和冷却系统等部分组成；电气系统。其主要功能有发动机启动、熄火监测、发动机转速自动控制、桅杆角度监测、报警、钻孔深度监测、调整、故障监测、建议钻进参数、触摸屏显示系统和系统报警等。2.2旋挖钻机的主要功能旋挖钻机的主要功能为：下车移动行驶、钻桅举升定位、上车钻孔作业，三部分通过换向阀互锁。主要动作有动力头回转、行走、主副卷扬、上车回转、钻桅调平、大臂变幅、动力头加压、支腿、履带伸腿。一个工作循环如下：旋挖钻机到达指定地点增加支撑面积，右支腿缸伸出，支承起右边履带;左伸腿缸顶推，打开左边履带右支腿缸收回，上车回转180；支左腿伸右腿同样打开右边履带变幅油缸动作桅杆油缸动作举升钻桅并控制其与水平面垂直上车回转到指定位置主卷扬下放钻杆，钻头到达地表后，卷扬浮动，动力头旋转，加压缸加压钻筒盛满土后，动力头停止动作主卷扬提升钻筒离开地面，上车回转到抛土位置筒盖打开，动力头反转抛土筒盖合上，通过显示屏显示上车准确回转到钻孔位置，开始下一个工作循环。3. 旋压钻机工作原理3.1旋挖钻机液压系统分析图2-2为旋挖钻机液压系统示意图，旋挖钻机液压系统工作压力一般为3031.5MPa，最大流量为400450L/min。旋挖钻机液压系统（图2.3）一般采用A8VO斜盘式变量双泵附加3个辅助泵作为液压源，控制主要由M8和M4阀组成，执行元件包括A6V、A2F马达等元件。工作时，液压泵分别供油给M8主阀和M4辅助阀、伺服阀及油冷却系统。M8主阀分别控制变幅油缸、主卷扬马达、左右行走马达、动力头马达、副卷扬马达。M4阀作为辅助多路阀分别控制加压油缸、回转马达、履带伸缩油缸、立柱支腿油缸和左、右斜撑油缸。主阀和辅助阀分别由安装在司机室内坐椅两侧的先导阀控制。图2-2 旋挖钻机液压系统示意图3.2 旋挖钻机回转定位液压系统分析旋挖钻机回转定位液压回路如图2-3所示，由变量泵（泵5）提供动力，由电液比例流量换向阀（阀4）控制回转方向与速度，平衡阀（阀3）在回转过程提供制动背压。图2-3 回转定位液压系统图1停车制动缸；2回转马达；3带远程控制功能的平衡阀；4电液比例流量换向阀； 5变量泵；5.1负荷传感阀；5.2压力切断阀；5.3主动变量缸；6发动机系统工作原理：主油路阀4进出口压力分别作用于变量泵负荷传感阀（阀5.1）阀芯两端，压差大小由负荷传感阀弹簧设定，取值较小(一般约1-2MPa)，因而系统节流损失较小。当系统出现泵5输出流量大于负荷需求时，则通过主油路的阀4的压差变大，推动泵5的阀5.1的阀芯右移，控制油直接进入泵5的主动变量缸，推动泵的变量机构向着减小排量的方向运动，直到输出流量在阀4的压差重新与阀5.1的弹簧力达到平衡为止，由于阀芯位移很小，可认为阀5.1弹簧力基本没有变化。调节完成后可知泵的输出流量与负荷流量匹配，没有溢流损失，系统效率高，且系统效率与负荷压力成反比，负荷压力越高，效率越高。泵的工作压力仅比负荷压力高出阀4的压差，可以随负荷变化而变化。泵的最大工作压力由压力切断阀5.2设定，阀5.2的工作具有优先权，即泵的压力达到阀5.2的设定值时，由阀5.2控制油泵将其排量降到最小，而负荷传感不起作用。只有在泵的压力小于阀5.2的设定值时才能实现负荷传感功率匹配。待机时，比例换向阀4处于中位，负荷信号通道与油箱连通，则负荷传感阀5.1阀芯左腔油液压力克服传感阀补偿压差弹簧的作用，使负荷传感阀处于左位，控制油进入变量液压缸使泵出口的输出流量几乎为零（泵处于流量卸荷状态），泵的出口压力由补偿压差弹簧的弹力所决定。工作时，当换向阀换到工作位置时，负荷传感5.1阀阀芯两端的阀腔分别与负荷压力反馈孔和泵源相连通。负荷压力升高，并反馈到阀5.1阀芯右腔，开始时泵的流量很小，比例换向阀4两端的压力差很小，此时负荷传感阀5.1在其弹簧力作用下使其右位接通，使泵的排量加大，泵的出口压力也逐渐上升至负荷动作的压力。随着泵流量的增大，负荷压力信号孔两端的压差也增大，当此压差等于弹簧补偿压差时，负荷传感阀5.1处于调节弹簧设定的位置，泵的输出流量不再增加而稳定在一定值。如再控制比例换向阀4阀口开度加大，负荷压力信号孔两端的压差减小，阀5.1会回到右位继续使泵的输出流量加大，直到负荷压力信号孔两端的压差增大到弹簧补偿压差并使传感稳定在调节弹簧设定的位置为止，反之亦然。当阀5.1处于稳定位置不变时，泵的流量保持基本稳定，从而保证了回转速度的稳定性。当马达空载时，比例换向阀两端压力很小，通常为系统最高压力的1%5%，液压泵在出口压力也很小的条件下工作，从而使系统的功率损失减小至最低限度。从以上工作原理的分析可以看出，泵的出口压力略高于负荷压力，泵的输出流量等于比例换向阀的开度所决定的流量，泵的输出功率几乎等于负荷消耗功率，系统的效率较高。可见，无论是在工作、中位待机还是在空载工况下，负荷传感功率匹配系统的功率损失都比较小。调速时不为负荷的变化所影响，具有良好的速度控制特性。3.3 钻机调垂系统工作原理钻桅调垂控制系统由液压传动系统和控制系统组成。液压传动系统主要由发动机、负荷传感泵、负荷敏感阀、压力补偿阀、电液比例阀、液压缸等组成。负荷传感液压系统根据所需要的流量自动调节泵的排量，且控制精度不受负荷的变化。控制系统主要由电控操作手柄、XY双向倾角传感器、信号处理器、微处理器控制器(PLC)、显示系统触摸屏、调节机构(液压阀)、执行机构(油缸)组成。安装钻桅上的双轴倾角传感器测量在X和Y两个平面上钻桅的倾斜角度，控制器根据角度偏差产生控制信号，经过数模转换器传递给电液比例阀，驱动液压缸A、B调整垂直度，其控制原理如下图所示。图24不同阶段调垂控制原理分别为：(一)钻桅举升控制。在此过程中，旋挖钻机的控制器采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环举升钻桅控制，实现钻杆平稳同步举升。同时采集倾角传感器的信号到显示屏，对钻桅举升过程中桅杆左右倾斜角度进行监测控制。(二)钻桅垂直度手动、自动控制。钻机一般情况下为直孔作业，所以需要对钻杆进行垂直度手动和自动控制。当钻桅倾角小于5时才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业，此时，控制器采集倾角传感器的信号计算出钻桅的实际垂直度，通过控制比例阀自动调整钻桅垂直度，在较快时间内达到较高精度(如0.20)；而当钻桅倾角在大于5小于15的范围内时，只能通过显示器上的点动按钮或电气手柄进行手动调垂工作。在自动调垂过程中，操作人员可通过显示器的钻杆工作界面实时监测钻杆的位置状态。4.旋挖钻机施工特点（1）旋挖钻机的全部，包括钻杆和钻头，均采用计算机辅助设计，各高应力区均得到加强处理，可靠性高。（2）广泛采用多功能设计。（3）在液压、控制和电气系统，采用的是“总功率变量+恒功率变量+负荷传感系统+电液比例伺服控制”。钻机可根据地层软硬程度自动调整扭矩及钻速的比例，保持高工效，而不必完全依靠操作手的经验。并可使钻机实现微动，使钻机在就位、调整垂直度时，具有非常高的准确性。（4）4R-412HD 钻机的钻架均采用“平行连杆机构+三角形支撑”既可保持钻机在工作时钻架的稳定，也可保持钻架对地面垂直的情况下，改变工作半径。这一特性非常适合城市狭窄场地的施工。（5）在加强室里装有发动机、液压系统工作状态及报警装置，使操作手对各系统的工作一目了然 还装有电磁阀故障显示灯，极易维护保养。5.旋挖钻机施工工艺5.1 钻孔准备 由于钻机自重较大，对地基要求较高，因此场地平整、压实的指标须严格按旋挖钻机施工荷载要求以及原地基承载、能力进行处理，为防止孔口周围土体承载过大而产生塌孔，在钻机处铺设行走道板 旋挖钻机通过履带自行移动，施工时先初步就位，然后在测量技术人员的指挥下进一步调整钻杆垂直度，并使钻头的中心与桩位中心重合。5.2 钻孔桩测量放样 利用高精度全站仪对桩基平面中心位置进行测放，施工中一次测放多根基桩，并利用各桩间的数据关系进行相互校核，减少偶然误差的出现 钻孔前对测放好的基桩中心点设置“十 字护桩，并妥善保护，以便随时恢复桩平面中心位置” 。5.3 钢护筒的埋设 钢护筒利用钻机自重进行定位 压埋，护筒、就位后，在护筒外侧回填粘土并层层夯实，在四周叠放灌土草袋保护，以防孔口坍塌 埋入后的钢护筒顶面应高出地面1.0m 左右。5.4 泥浆拌制 旋挖钻机采取直接机械取土的施工工艺，钻挖过程中，泥浆不携带泥渣循环，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是在孔壁处形成一薄层泥皮，阻止水的渗透，以保护孔壁，另外还能起到润滑 冷却钻具的作用、 泥浆拌制时需控制泥浆比重，提高泥粉质量，增加粘性及润滑感，适当添加处理剂，确保护壁泥皮厚度及强度 初次注入泥浆时，尽量竖直向下冲击在桩孔中间，避免泥浆沿护筒侧壁流下冲塌护筒根部，造成护筒根部基土的松软 正式钻进前，再倒入部分膨润土，启动钻机的高速甩土功能，进行充分搅拌，提高膨润土的含量，增大护筒底部同基土结合处护壁泥皮的厚度，防止钻进时孔口渗漏坍塌。5.5 成孔 启动泥浆泵向护筒内补充优质泥浆，缓慢放松钻机的主卷扬钢丝绳，使钻头入孔，启动回转动力钻头开始护筒内取土，取土筒内的取土量由测深仪计算，一般1米长的取土筒一次进尺长度控制在0.40.6米之间，取满后再由主卷扬钢丝绳收起钻杆和钻头，适时补充孔内的泥浆，转动钻机桅杆，将取出的渣土弃于孔外，然后运至指定地点弃土 回转钻机桅杆，利用钻机的回转限位装置控制。钻头对准孔位，以此往返取土钻进，钻进过程中的孔深和孔的垂直度由钻机的测深仪和垂直度仪进行控制，成孔至最后23米时，孔深应用测绳进行测量，并控制单筒的进尺深度 钻进时须严格控制钻进尺度，避免埋钻事故，同时，应适当控制回转斗的提升速度，提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起塌孔。5.6 检孔 钻至设计标高后，要及时对钻孔进行检测。旋挖钻机检孔可用起吊设备将检孔器确放入孔内进行量测。当检孔器不能沉到原来钻达的深度，或偏离大绳（拉紧时）的情况，如不严重时可调整钻机位置或钻具继续钻孔；如严重时可回填粘土重新钻进，钻进达到设计标高，经检验合格后即可成孔。5.7 钢筋笼安装 钢筋笼采用吊机安装，吊装使用专用吊具，先用两个吊点抬吊到一定高度后，逐渐放松下吊点使钢筋笼垂直，然后缓慢吊入桩孔内，钢筋笼上端设置吊筋与压杆固定，防止浇注砼时钢筋笼上浮，安装后利用护筒十字线对钢筋笼中心位置进行调整。5.8 混凝土灌注 导管使用前做好密水承压和接头抗拉试验，合格后再投入使用。使用前检查接头并清洗干净，垫好密封圈并涂上黄油。导管连接保证做到牢固顺直，不漏水，确保顺利灌注和混凝土质量。在灌注混凝土之前认真做好浇灌准备工作。初灌混凝土时用的集料斗容量应确保首批下料后导管的埋置深度不少于1米。灌注过程一气呵成不间断。正常灌注时，定期测量导管埋置深度，导管埋置深度控制在2- 6 米范围内，灌注接近顶标高时，严格检测，控制灌注高度高于设计0.5- 1.0米左右，以确保破桩头后混凝土的完好性。5.9 工艺流程图如下图所示。图256.控制要点6.1 泥浆控制：当钻渣为很干净的卵砾石，基本没沙子，并伴随跑浆，可判断该位置为地下河，此时应加大泥桨比重。若增加泥浆比重来不及，可将膨润土直接倒入孔内，用旋挖旋挖筒下入孔内跑浆位置反转而不进尺，进行泥浆搅拌，加膨润土搅拌至不跑为止，然后将钻头的压力减少，缓缓进尺，直到地层稳定。6.2 严禁用超钻的方法代替清孔，因为这将会极大地降低桩端的承载力，也容易因泥浆相对密度过大而造成夹泥或断桩。6.3 根据不同地质情况，必须检测清孔后灌注砼时泥浆性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用。6.4 旋挖钻机效率较高，土方外运设备须足量配置，避免窝工现象。7.旋挖钻机与传统的钻孔机械相比的优缺点及应用前景7.1 优缺点：7.1.1 旋挖钻机效率高、方便灵活、成孔速度快、扩孔率小、正常情况下25 小时就可以成孔，是传统的钻孔机械的10 倍以上，是市政建设、铁路、公路桥梁等理想的基础施工设备。7.1.2 噪声小、污染少，特别适用于市区工程建设。7.1.3 适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、沙土层以及短螺旋不能钻进的含有部分卵石、碎石的地层。采用岩心钻头，还可嵌入岩层。7.1.4 旋挖钻机及施工工艺在我国北方地区已经得到了很快普及，在南方沿海地区由于地层较软，桩一般较大较深，旋挖钻机成孔困难，目前仍以正反循环钻机为主。7.1.5 旋挖钻机自重较大，钻机平台的稳定，也是个不容忽视的问题，不注意的话，容易发生孔斜超标的质量问题，严重的甚至导致钻机倾覆的安全事故。7.1.6 目前旋挖钻机价格比较昂贵，一台动辄几百万，一次性投入比较大，且运营、维修保养等费用较高。7.1.7 旋挖钻机的大量应用只是在近几年，缺乏相应的产品标准，尚未编制旋挖钻机施工规范，没有系统的工法研究，缺少技术培训，基本理论的研究有待深入。7.2 应用前景 旋挖钻机因其具有装机功率大，输出扭矩大，轴向压力大，机动灵活、施工效率高、环保等特点，配合不同钻具，适应我国大部分地区的地质条件，成为适合建筑桩基工程中成孔作业最理想的施工机械 近年来，在我国许多大型基础设施建设工程的施工中得到广泛应用，旋挖钻机高效、环保、效益高的优势得到公认。旋挖钻机具有一系列传统钻机无法比拟的优点，在桩基工程施工中的推广和广泛运用势在必行。3 地下连续墙液压抓斗式开槽机1.概述地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。地下连续墙抓斗是20世纪中叶起源于欧洲的一种深基坑工程技术，在美、日等国家得到了长足的发展。我国在20世纪80年代后期得到了全面的推广。施工防渗墙工艺及设备比较多，其中抓斗法成槽工艺因其质量有保证，抓深较深，适应地层强，施工效率高等被广泛应用。下面以北京南车时代重工机械有限公司开发的TG40地下连续墙液压抓斗为例来说明其结构及施工工艺。2. TG40地下连续墙液压抓斗主要结构TG40地下连续墙液压抓斗主要由专用底盘、主卷扬、液压胶管卷盘、电缆卷筒、变幅油缸、臂架、顶部滑轮组、抓斗等部件组成，采用电液控制，能够实现动力系统与液压系统的合理匹配，发挥整机的最大工作效率。主要结构组成见下图1。2.1底盘TG40采用CAT330D专用底盘，履带在工作时可展宽，提高了整机工作的稳定性，在运输时履带可收回，减小整机宽度，以适应公路交通法规的要求。采用C9发动机，可同时满足欧洲、北美等国家的EPATierH工排放标准。车架采用X形、箱型断面，具有很好的抗弯抗扭能力；履带支重轮架为冲压成型的五边形结构，具有更高的强度和更长的使用寿命；加长底盘提高了稳定性和提升能力，为整机提供一个平稳的工作平台。2.2主卷扬主卷扬由液压马达、减速机、卷筒、卷扬支架、压绳器、钢丝绳等组成。抓斗的提升和下放均设有安全保护装置，当提升高度超过限定位置(即过卷)时，限位开关切断卷扬的先导控制油路，提升方向主油路被切断，停止上升并制动；运行中发生故障时，系统中设置急停开关，可切断所有先导供油油路，使液压机构停止工作，同时信号指示灯警示故障发生;当抓斗下放到槽底，钢丝绳的拉力减少到一定值时，通过电气和液压装置控制卷扬机停止下放，有利于成槽的垂直精度。2.3液压胶管卷盘2个胶管卷盘分别固定在主臂下桅杆的两侧，一个为进油管卷盘，另一个为回油管卷盘。胶管卷盘由液压马达减速机构、主油管等组成。主油管必须在任意时刻都随斗体同步升降，为此设计了随动系统，通过液压马达给卷盘以恒定的转矩，使胶管始终处于拉紧状态，且拉力不足以损坏胶管。2.4电缆卷筒电缆卷筒是为安装在抓斗上的测斜装置及液压控制阀组提供电源，使之与抓斗同步升降，可将工作装置的状态参数传人中央控制系统和屏幕显示系统，同时也把中央控制系统的控制信号传送到工作装置，控制工作装置的动作次序和工作状态。2.5变幅油缸变幅油缸由两缸一体的长短双头油缸组成，起降臂架时，长杆缸缩放，起升到工作状态后，长杆缸被锁定，由短杆缸微调抓斗的工作幅度。TG4()抓斗采用双变幅油缸，大大增强了臂架变幅及工作时的稳定性。2.6臂架臂架采用高强度钢板组焊成箱型结构，下端与回转平台铰接，上端与顶部滑轮组连接，由上下两节臂组成。抓斗运输时，卸下连接轴，上下臂架分离，下臂与底盘、上臂与抓斗一起，两部分分开运输，大大减少了运输长度和重量，降低了运输成本。2.7顶部滑轮组顶部滑轮组上装有主钢丝绳导向滑轮、液压胶管导轮及电缆导向滑轮，同时均装有防脱装置，确保施工安全、可靠。在液压胶管导轮下端装有提升高度限位器，防止抓斗过度提升；钢丝绳固定端设有可旋转提引器，保证主钢丝绳不缠绕与扭转；提引器上部连接销轴中配有载荷电子传感器，自动测量绳的拉力，避免施工时中主卷扬机的钢丝绳松弛。2.8抓斗抓斗采用钢丝绳悬吊并利用液压操作，主要由外体、内体、推杆、开闭斗油缸、铲斗等部件构成(见图2)，垂直安装于斗体内的油缸可提供1200kN的闭斗力，开闭斗时间仅5/10S，确保了施工效率。抓斗内体装有倾角传感器，当倾角显示超出允许值时，操纵纠偏装置进行纠正。TG40抓斗采用横向、纵向两组油缸纠偏，纠偏动作平稳、速度快。TG40抓斗还根据工地的实际作业情况增设了抓斗头部回转功能，当抓斗与挖槽不平行时，只需转动抓斗而不用移动机器，大大缩短了设备的对槽时间，对于在拐角处和弧形墙施工极为方便。铲斗两侧板和前刃板采用高强度耐磨厚锰合金板，侧板斗刃堆焊耐磨焊条以增加抗磨性。采用高质量的斗齿，刃口锐利、坚硬，挖土能力强，并可更换。斗耳、连杆轴耳加厚支撑且与轴固定一体，轴与铲斗无相对转动，铲斗的使用寿命长。铲斗侧板和斗耳、连杆轴耳周边全部堆焊耐磨焊条。铲斗内还装有刮泥机构，该机构在抓斗闭斗挖土时，可随斗内土量的增加自动抬起，不多占斗容空间。当斗瓣张开卸土时，刮泥机构一次可将斗内95%的土刮掉。3.地下连续墙施工工艺3.1 地下连续墙施工主要施工工艺为：先构筑钢筋砼导墙，设备进场安装，单元槽段划分和导孔施工，成槽护壁泥浆池设置和拌制（及泥浆循环处理），然后进行液压抓斗成槽作业，土方凉晒装车外运，清底换浆请孔（及清刷槽段接头），再进行吊放钢筋笼与接头管（钢筋笼制作），布设混凝土浇注导管进行浆下浇注墙体混凝土顶拔接头管，最后冲洗混凝土导管，清理现场并进行下一单元槽段成槽作业。测 量 放 样泥浆系统设置成槽机组装导 墙 制 作槽 段 挖 掘成槽质量检验清沉渣换浆清刷接头，二次清孔新鲜泥浆配制泥浆贮存供应泥浆复制再生土方外运施 工 准 备泥 振 动 筛浆分离 净化 沉 淀 池旋流器浇灌墙体砼接头缝处理拔出砼导管回收槽内泥浆劣化泥浆处理搅拌站砼供应设置砼导管吊装钢筋笼加工钢筋笼连续墙施工工艺流程图3.2 具体过程如下图：（导墙施工）1）.导墙放线、开挖2）.导墙钢筋绑扎及砼浇筑3）.导墙支撑4）.导墙回填土施工后导墙图片5）.成槽开挖槽段划分：槽段划分就是确定单元槽段的长度。槽段划分时采用设计图纸的划分方式。但在各转角处需向外延伸，以满足槽段断面尺寸及钻孔入岩需要。.槽段开挖：地下连续墙应遵循“先转角槽段、后标准槽段”的顺序安排槽段开挖施工。如下图连续墙分期施工底部硬岩冲击成孔示意图 6).注浆管7).钢筋笼下放4.安全措施1、建立安全保证管理体系，按建筑工程和地下工程安全规程实施；2、成槽开孔时设专人指挥，在转向时注意尾部的电源线是否有碰撞现象，并在开挖前检查电缆线是否损伤；3、成槽中暂停作业时，把抓斗提到地面停放，较长时间暂停将设备转移到远离槽段10m以外；4、抓斗入槽和出槽提升速度不要太快，防止抓斗钩住导墙根部造成事故；5、整个施工过程要注意泥浆恶化，如遇到大雨天气等。4 旋喷钻机1. 旋喷钻机概述高压旋喷注浆法是利用专用旋喷设备,将带有特殊喷嘴的注浆管置入预定的土层深度后,以高压喷射流强力冲击土体,使浆液与土体充分搅拌混合,经过凝结固化,便在土中形成固结体，以此来改善其内部结构和物理力学性质,以适应物体的防渗或加固的需要。因其对地基的加固质量可靠,并具有防渗堵漏效果良好、施工设备简单、施工工艺方便及效率高等优点,此法目前已广泛应用到建筑物松软地层的改良、基础的加固、隧道掘进的超前支护及加固、边坡加固和滑坡治理,以及地面不均匀沉降的控制、隔水墙、挡土墙等各种领域中。旋喷注浆法所需配套最主要是两种设备:一为高压注浆泵;另一为旋喷钻机。旋喷钻机是高压喷射注浆技术中关键设备之一,其工效高低直接影响旋喷施工的进度。目前国内用于高压旋喷注浆的钻机,多数是利用岩心钻机改制而成。这类钻机的转速和提升速度不能与旋喷工艺的最佳参数相匹配,所用钻具,以单管钻具比较成熟,双管、三管钻具的应用均不够理想,主要原因是密封的可靠性差,使用寿命短,容易出现泄漏、串浆等现象,易出现孔内事故。因此,需要研制性能好,适用范围比较广的新型旋喷钻机及其配套钻具。因此，我校机电系与中南冶金钻具厂联合研制开发了YDP-1500型高压旋喷钻机，经过近一年的努力,做出样机并进行了初步试验,结果较为理想。下面对该钻机作简要介绍。2. 旋喷钻机的构造、工作原理及特点YDP-1500高压旋喷钻机,主机由底盘、塔架、动力头、液压卡盘、孔口夹持器、卷扬机、推进系统、液压控制系统等部分组成,如图4-1所示2。图4-1YDP-1500高压旋喷钻机结构组成(1)底盘底盘靠底部走管进行移动。由型材组焊而成,用于支撑塔架、动力头、液压卡盘、孔口夹持器、卷扬机等。(2)塔架塔架由型材组焊而成,塔高82m,分上下两节。动力头、液压卡盘、推进油缸均安装在塔架下节。工作时,通过下节钢绳油缸倍增机构来实现动力头的上下移动,一次可拆卸两根钻杆(6m),落塔后,塔架可折叠放置。(3)动力头、液压卡盘动力头与液压卡盘是钻机的核心部件。动力头由液压马达和变速箱组成,安装在推进系统拖板上,动力头有三档转速,适用于不同地质条件下钻进、旋喷,当需要摆喷时,只须将变速箱上部的一对啮合齿轮换成一对摆喷盘,装上穿销和连杆,钻具即可作30、45、60的摆动,完成摆喷作业。液压卡盘为碟簧常闭式液压卡盘,装在动力头的底部,其作用是夹持钻具并把动力头的扭矩传递给钻具。卡盘的结构形式为碟簧夹紧,油压松开的常闭式结构。夹持力为6000N,传递扭矩大于2800Nm。（4)孔口夹持器孔口夹持器为手动机械式夹持器,用于在起、下钻或倒杆时夹持和悬挂钻具。(5)推进系统推进系统由油缸、钢绳组成倍增机构,油缸行程1600mm,推进行程3200mm。(6)液压系统根据钻进和喷射注浆的工艺要求,并综合考虑液压系统的安全性、可靠性,该钻机的液压系统采用两个并联单泵供油,小泵负责起落塔、推进和旋喷提升;大泵负责动力头回转及液压卡盘松开, 2个系统各自独立,当动力头回转时,给进系统同时工作,不会相互干涉。动力头回转采用旁路节流调速回路,为保证动力头低速回转时的稳定性,用调速阀调速,而且系统功效较高。动力头升降由快速或慢速升降手柄控制。快速升降由小油泵直接供油到给进油缸,通过钢丝绳倍增机构实现。慢速提升由调速阀调速,稳定可靠,不受负载影响,能满足旋喷速度要求。慢速下降由节流阀调速,给进压力可按工况调节,既满足衡压钻进的要求,又保持较高的功效，如图4-2所示。图4-2 液压系统图（7)电器控制系统旋喷钻机YXP-20型上的电动机，虽然采用了变频器控制，但还是采用传统的继电器及常用元器件通过变频器端子输入来控制，变频器参数输出显示部分是模拟电路控制的数显表来实现的；旋喷钻机的液压控制回路也是通过行程转换开关、手动换向阀等常用控制电器与执行机构来实现的，且无法实现旋转速度的检测。由此造成控制分散，结构复杂，操作繁杂，可靠性很差，更新换代较为困难，而且不能组成一个有机的控制系统。针对旋喷钻机目前的现有条件及控制系统所存在的一些弊端，经过以前的改造经验及多方验证，提出了基于单片机的旋喷钻机控制系统设计思路及具体实现。整个系统以单片机STC89C52为控制核心，STC89C52单片机是兼容8051内核的新一代高速/低功耗单片机。其主要特点是：片上集成有512 B的RAM、8 kB的Flash，无需扩展外部RAM和ROM；该单片机内部有真正的看门狗，可放心省去外部看门狗；工作频率可达80 MHz，具有ISP功能，完全可以满足旋喷钻机控制系统的需要。整个系统框图如图4-3所示3 4。图4-3 系统设计框图STC89C52单片机的P1口输出高低电平控制变频器的顺控输入端子，变频器的输出频率经多功能模拟量输出，A/D转换后传送到单片机，扩展24C04芯片用于保存少量参数，串口实现ISP和数码管显示输出接口，接近开关与液压回路构成旋喷与摆喷控制，同时接近开关产生的脉冲信号通过外部中断计算旋喷与摆喷速度，所有控制按键和检测信息显示都在控制面板上实现，使得整个控制系统的操作变得简单和直观。（8）配套钻具YDP-1500型高压旋喷钻机可配备单管、重管和三列管钻具。单管钻具包括送水器、杆和喷头。钻杆一般采用中42或中50地质杆，使用压力为20MPa左右。单管钻具的应用已比较成熟，本项目的钻具研制以二重和三列管钻具为主。二重管钻具钻杆采用同轴线布置的两钢管组成，内、外管各组成两个通道，内管送压力为20MPa左右的水泥浆液，外管输0.SMPa左右的压缩空气，并且外管承受拉力和扭矩。钻杆输送的浆、气从喷头处横向出。喷出时以浆射流为中心，气流则环绕浆流喷出。导流器分两部分，浆液由后导流器回转器主轴后端通过主轴通孔经前导流器心通孔送往内管。压缩空气则由前导流器主轴前端送入钻杆外管。三列管钻具，钻杆采用并列管，由管和两根内管组成，内管分别输送水、浆，管输送压缩空气。导流器分两部分，气、浆，桨由主轴前端送人，水从主轴后端送人。喷有两个部位，上部位水、气同轴喷出，下部出浆液，方向与钻杆垂直。(9)本款钻机的特点钻机有钻孔、旋喷和摆喷三种功能,实现了钻喷一体化,减少了设备投入,提高了施工进度,从而降低了成本。该钻机为全液压动力头式,调速范围大,转动平稳。该钻机结构简单,操作灵活、方便,可靠性好,易于维护。适用范围广,可用于软土地基加固、江河堤坝加固、灾害地质治理、隧洞超前旋喷支护、古旧建筑物基础托换、基坑挡土和防渗止水等工程施工领域。3. 旋喷桩施工工艺3.1 二重管旋喷桩施工工艺图4-4 二重管旋喷桩施工工艺流程图图4-4是二重管旋喷桩施工工艺流程图，施工要点如下：1、桩位放样：先用全站仪放出路基两侧纵向控制桩，再根据桩位布置图用钢尺 逐桩放出桩位，并用小木桩定出每个旋喷桩位置。放样后对桩位进行全面检查，确保桩的位置、数量及布设形式准确无误。在旋喷桩施工前将其拔掉并收集起来，不得随意丢弃。2、钻机就位：移动钻机至设计孔位，使钻头对准孔位中心。钻机就位后，先作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，保证钻孔垂直度满足设计要求。3、地面试喷：下喷射管前，首先在地面进行试喷，用以检查喷嘴是否畅通，压力、流量等参数是否正常。4、钻孔：钻孔时当一根钻杆用完后，停止射水。待压力下降后，迅速接长钻杆，再继续射水、钻进，直到钻至设计桩长。桩长由钻杆上标示的刻度线来控制。5、制浆：钻孔的同时，即可配置浆液，浆液要严格按照试验选定的配合比配置，浆液要经过搅拌和两次过滤后方可进入高压泵。6、旋喷：当喷管达到预定深度后，喷嘴就可同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体，即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa左右压力的浆液，从内喷嘴中高速喷出。并用0.7Mpa左右压力把压缩空气，从外喷嘴中喷出。喷嘴一面喷射一面旋转和提升，由下而上进行喷射作业。值班人员时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。7、冲洗：喷射结束后，提出钻杆及喷头，进行低压射水，冲洗钻杆、喷嘴，把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排出，整个旋喷作业结束，钻机移位至新孔位作业。3.2 三重管旋喷桩施工工艺图4-5 三重管旋喷桩施工工艺流程图图4-5是三重管旋喷桩施工工艺流程图，其操作要点如下：（1）钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于0.5。（2）喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求，管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物。（3）要预防风、水喷嘴在插管时被泥砂堵塞，可在插管前用一层薄塑料膜包扎好。（4）喷射注浆时要注意设备开动顺序。三重管旋喷应先空载起动空压机，待运转正常后，再空载起动高压泵，然后同时向孔内送风和水，使风量和泵压逐渐升高至规定值。风、水畅通后，即可旋转注浆管，并开动注浆泵，先向孔内送清水，待泵量泵压正常后，即可将注浆泵的吸浆管移至储浆桶，开始注浆。待估算水泥浆的前峰已流出喷头后