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第十一章桩工机械 2020年3月5日2时51分 1 2020年3月5日2时51分 2 桩基础施工的关键在于成桩 桩工机械主要有预制桩施工机械和灌注桩施工机械两类 桩按施工方法分 预制桩 灌注桩 11 2灌注桩成孔机械 11 1预制桩施工机械 2020年3月5日2时51分 3 11 1预制桩施工机械 预制桩施工主要有打入 振动沉入和压入三种施工方法 一 柴油打桩机 由履带起重机该换工作装置而成 在回转平台上固定有立柱 用斜撑调整成垂直位置 在立柱上装有柴油锤 并用起重滑轮组可使锤头升降 柴油锤产生的打击力 通过桩帽打击桩体 使之灌入土中 2020年3月5日2时51分 4 1 柴油桩锤的工作原理 实质上是一个单缸二冲程的柴油发动机 利用柴油燃烧释放的能量提升冲击体进行打桩 按桩锤的结构和动作特点不同分为 导杆式 汽缸式 筒式 筒式的结构和技术性能最为先进 为目前国内产品广泛采用 筒式柴油锤的汽缸固定 活塞往复运动 筒式柴油锤的工作循环可分为以下几个阶段 2020年3月5日2时51分 5 a 扫气 喷油 b 压缩 c 冲击 d 爆发 e 排气 f 吸气 g 降落 2020年3月5日2时51分 6 导杆式柴油锤工作原理图 2020年3月5日2时51分 7 2 柴油打桩机的特点和主要技术参数 柴油锤的特点 结构简单 打桩能量大 本身既是原动机又是工作机 不需另设能源机器 工作过程自动化 打桩能量可随沉桩阻力自行增减调节 当外阻力大时 上活塞上跳高度大 打桩能量就大 阻力小时 桩下沉量大 打桩能量随之减小 对打桩工作非常有利 柴油锤的缺点 产生噪音 振动 污染空气 柴油锤的主要参数 冲击部分质量W 行程H 每次冲击最大能量E 每分钟冲击次数n 2020年3月5日2时51分 8 1 冲击部分质量W 筒式柴油锤为上活塞质量 是选锤的主要参数 2 行程H 上活塞跳起的高度 一般为2m 2 5m 3 每次冲击最大能量E kg m E 1 2WH 4 每分钟冲击次数n 2020年3月5日2时51分 9 二 蒸汽锤 特点 可以向超大型发展 可以打斜桩甚至打水平桩 能在水下打桩 可在25 100 的范围内无极调节冲击能量 对桩的损伤小 工作性能不受土层软硬和工作时间长短的影响 无废气污染 按照蒸汽对锤的作用方式不同 蒸汽锤分为 单动式 双动式 差动式 1 单动式 工作原理 桩锤靠蒸汽的压力提升 当桩锤到达一定的高度后 蒸汽排出 压力下降 桩锤在自重作用下落下冲击桩头进行打桩 2020年3月5日2时51分 10 2020年3月5日2时51分 11 2 双动式 升锤和落锤都靠蒸汽压力实现 优点 落锤时 在蒸汽压力作用下 速度增快 可适当减小冲击部分上升的行程 打桩频率和生产率都得到提高 缺点 要有足够的质量来平衡作用在汽缸上盖内的蒸汽压力 当锤下落时 所以固定部分质量很大 一般约占桩锤总质量的80 90 3 差动式 同一活塞杆上装有两个不同有效面积的活塞 上活塞的有效面积比下活塞大 活塞杆下端与桩锤连接在一起 2020年3月5日2时51分 12 工作原理 高压蒸汽进入上下两活塞之间的空穴时 由于上活塞面积大于下活塞 所以产生的压力差使桩锤上升 当桩锤上升到一定的高度 空穴中的蒸汽排出 压力差消除 桩锤落下冲击桩头进行打桩 2020年3月5日2时51分 13 三 自由落锤打桩机 落锤冲击体靠卷扬机提升到一定高度 然后在重力作用下自由落下冲击桩头 一般锤重1kN 30kN 打击次数每分钟10 12次 打桩效率较低 贯入能量小 2020年3月5日2时51分 14 四 振动打桩机 振动锤 原理 共振理论和振动冲击理论 特点 沉桩效率高 费用低 不需辅助设备 桩头不易损坏 沉桩横向位移小 桩体变形小 按工作原理分 振动式 振动冲击式 1 振动式振动打桩机 原理 将振动器的振动通过夹桩器传给桩体 使桩产生振动 振动器工作原理 每个偏心块产生的离心力 m 偏心块质量 kg r 偏心块质心至回转中心的距离 m 偏心块转动的角速度 rad s 2020年3月5日2时51分 15 振动器工作原理 垂直方向的离心力叠加为 位置角 P 激振力 它通过轴承机壳 夹桩器传给桩 使桩沿垂直方向产生强迫振动 N 由于两个偏心块质量相等 对称安装 转向相反 水平方向的离心力因方向相反而抵消 a 刚性式振动打桩机 振动器与原动机刚性连接 b 柔性式振动打桩机 振动器与原动机用减震弹簧分开 构造简单 原动机寿命短 构造复杂 原动机寿命长 2020年3月5日2时51分 16 2 振动冲击式打桩机 特点 具有很大的振幅和冲击力 振动器不带动桩振动 功率消耗少 缺点 噪音大 能量有损失 电动机受频繁振动易损坏 适合于粘土层或硬土层上打桩 2020年3月5日2时51分 17 3 振动打桩机的主要性能参数 1 偏心力矩M N m 偏心块重W与其重心到回转中心的距离r的乘积的总和 即 有固定和可调两种 2 激振力 使振动锤 桩身及桩周围土体整个振动体系产生垂直振动的力 各偏心块回转时产生的离心力的合力 影响沉桩的主要因素之一 3 振动频率 以偏心块为振动子的振动器 其频率等于偏心块的转速 r min 低频 5 11 67Hz 中频 11 67 25Hz 高频 25 50Hz 超高频 100Hz 振动频率f取 0 85 0 9 fn fn 振动系统 振动锤 桩及周围的土壤形成 固有频率 4 振幅 沉拔桩时 桩的强制位移量 桩下沉的主要参数 2020年3月5日2时51分 18 阻力系数 k 土壤的刚度系数 M 振动体的质量 m 偏心块的质量 r 偏心块的偏心距 f 振动锤的振动频率 沉桩速度与振幅基本上是成正比变化 但振幅太大 会使机械工作不平稳 消耗功率也多 一般振幅在12mm 20mm时嘴适宜于桩的下沉 对不同的土壤可通过调整偏心块的偏心距r来改变振幅 以使沉桩达到最好效果 5 电动机功率能否沉桩的关键因素 2020年3月5日2时51分 19 11 2灌注桩成孔机械 灌注桩 直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔 在孔内安放钢筋 灌注混凝土而成型的桩 与预制桩相比 灌注桩具有不受地层变化限制 不需要接桩和截桩 节约钢材 振动小 噪声小等特点 灌注桩成孔机械分两大类 挤土成孔和取土成孔机械 2020年3月5日2时51分 20 一 挤土成孔机械 利用振动打桩机或锤击式打桩机将钢管桩 桩尖为活瓣或用钢筋混凝土预制桩尖 沉入地基土中至设计要求的深度后 边拔管边浇灌混凝土的方法 适用于直径50mm以下的桩 2020年3月5日2时51分 21 二 取土成孔机械 螺旋钻孔机适用于地下水位以上的施工 长螺旋钻孔机 连续排土 一次完成钻进深度 短螺旋钻孔机 周期性钻进 排土 螺旋钻扩机 施工扩底桩