荷兰IHC-S280液压锤的使用与效益

1、荷兰IHC-S280液压锤的使用与效益李望东 文琳（中港第一航务工程局天津 300042）内容概述：由于我国水工事业的快速发展，原有的一些船舶施工设备已无法 承揽工程，必须更新改造。具有先进技术的S280液压打桩锤替代了 过去的柴油锤；但在使用中却遇到了许多新难题。邀请了荷兰制造厂 专家现场指导，并进行了技术培训，提高了技术水平，合理使用，正 确保养，使之发挥越来越明显的效益，提高了企业的声誉与竞争力。关键词：液压双作用能量 效益近几年我国迅速与国际接轨，外贸运输事业飞速发展，大大促进 了各地港口规模的扩大，并逐步向外海深水域发展，以适应第四代、 第五代大型集装箱运输船舶的停靠与装卸需要。作为

2、国际大都市一一 上海市计划发展成为国际港口货物集散中心，已在临海的大、小洋山 岛建设集装箱深水码头；与之相配套的大型工程是一座三十二公里长 的东海大桥建设项目。我局作为国内最大的水工建筑企业，为适应经济建设的新局面， 与时俱进，开拓进取，投入了大量资金，不仅将过去的一些旧设备更 新改造，提高其施工性能，而且还购置与新造了一大批技术先进的大 型船舶施工机械。其中，最为显著的成效就是从日本购买了一艘国际最先进的700吨全旋转式多功能工程船舶一一天威号；并及时地投入了上海市重点工程一一东海大桥项目施工。如图1所示。T图1天威7001全旋转式多功能工程船舶该船不仅集中了世界上许多先进国家的新技术、新材

3、料、新设备，而 且适用于最严酷的海况，施工能力最强，作业效率最快，实属于第二 代最先进的打桩兼起重船。其中，施工专用设备可配置各种规格型号 的液压打桩锤，如表1所示。“天威”可配置液压打桩锤表1型号荷兰IHC日本车辆性能S-200S-280S-400NH-150B最大打击能量：KJ/击200280400235最小打击能量：KJ/击10102030打击频率：击/分钟4545451953冲击活塞重量：t1013.52015打桩锤重量：t24.5294733.5动力站功率：KW4354501100过去我们打桩作业采用柴油打桩锤，并且，随着码头建设规模的 不断扩大，我们所使用的锤也从小能量发展至最大能

4、量的D-125型柴 油锤。由于长年使用，积累了许多经验，并且完善了柴油打桩锤的操 作规程和维修保养办法，可以随时自修，消除柴油锤的各种故障和隐 患，保证施工有序进行。然而，发展至今日，海上工程的项目越来越 大，柴油打桩锤的能量已满足不了桩基承载力的需要，必须更新换代， 利用更大能量的液压打桩锤才能适应现代大型工程建设的局面。为 此，我们必须再学习，了解液压锤的性能与构造，提高技术业务水平。 前两年，我局曾先后组织了多次技术讲座，聘请了六家国际著名的液 压打桩锤生产与施工企业来我局进行技术交流，充分了解当今液压锤 的发展新技术。其中，荷兰IHC公司制造的液压打桩锤最具竞争力， 我们在“天威”打桩

5、船上就采用了该厂生产的S280型液压锤。在东海大桥工程施工的前期，我们首先利用的是D-125型柴油打 桩锤，其桥墩基础的桩长为58米钢管桩，打桩过程中，甲方委托某 质量检测中心进行动测试验，其试验结果如表2所示。东海大桥G组桩高应变动测（初打）试验结果表2D-125柴油打桩锤试验桩 号设计桩 号桩长 (m)桩尖标高(m)最终贯入 度(m m/击)总锤击数(击)最大锤 击力 (KN)静土阻 力(KN)桩身完 整性系 数(%)S11058-53.531.284042139001140080S21158-53.02.633375133001110080M1158-53.463.85304912800

6、1100081M3358-54.06.672483131001040082M5558-53.762.632708132001100077M161658-54.04.002745133001070075M181858-53.563.333005124001080072M202058-54.05.002333130001050077从表中第一行即可看出，该锤的打桩能量已发挥至最大，其最终 贯入度仅为1.28mm/击，最大锤击力为 13900KN，静土阻力为 11400KN。当施工至东海大桥港桥连接段时，基础桩尺寸加大，桩长 为77米钢管桩，重量达64吨。为了测算D125柴油打桩锤能否按要 求将这批

7、长桩打入，我们根据德国Delmag公司提供的D系列柴油锤 打桩能力的计算公式进行核算。情况如下：Hlley Formula 打桩公式 W=E乂 R + Q 2 ；S + k(c + c + c ) R + Q式中：W桩承载力单位吨E=RXh锤的打桩能量，mkg;S 最后收锤贯入度，mm；R冲击活塞重量，kg；Q桩的重量，kg；c1-一桩帽因素，mm;c2一钢桩因素，mm;c2-一土层因素，mm;kD系列柴油打桩锤的效率因素。我们按照设计要求，桩的承载力必须达到1200吨，并将D125 柴油锤的技术参数与桩的长度及重量值代入该公式内，其结果计算出 S 最后收锤的贯入度为0.02mm，远远小于该锤

8、最小贯入度1mm 的规定。显然说明D125柴油打桩锤因能量所限是无法完成这批长桩 的植入任务。为此，我们采用荷兰IHC-S280液压打桩锤进行这批桩 的施打；同样，打桩过程中甲方亦委托了该质量检测中心进行动测试 验，其报告如表3所示。作者简介：李望东：（1946）中港第一航务工程局高级工程师 文琳：（1964）中港第一航务工程局高级工程师高应变初打试验速报桩号规格展大嫌击力静土班力堆心观.致瘫壁厚血7?2512W0江1诲77!._ a瑚一.明ns FMJt J76 CSX !5Jtm fiMX也 5TA W W 15VMX 31a噂 WK U井高应变实测波形SRI THird Navigati

9、on 3.4；从打击频率比较：34.2 36。（2）D128柴油锤的打桩能量有效率=桩身所受最大能量/最大打击能量X100%艮127+426.5=0.3=30%而从表3中又可计算S280液压锤的打桩能量有效率为：122+160=0.76=76%；131+165=0.79=79%；重新再看表4,若再添一项性能参数一一最大有效能量，那么D128柴油锤应填128 kNm，而S280液压锤应填213 kNm。从而验证 了液压锤的打桩能量有效率远高于柴油锤的打桩能量有效率。为了进 一步说明其中原因，我们不妨可从两种锤的不同工作原理去分析。柴油打桩锤的工作原理就如同单缸二冲程柴油机：当上活塞从锤 顶端自由

10、落体下降时，压缩缸体内的气体，适时燃油泵喷油，发生爆 燃，加大锤击能量，直至上活塞撞击下活塞，将冲击能再传递至砧与 桩顶使桩下沉。沉桩同时又反作用于下活塞，其反弹力再传递至上活 塞，使之升高至锤顶端，然后又可继续循环作业。我们根据能量守恒 定律归纳为如下转换关系：（上活塞）势能一*动能+燃烧热能=桩下沉吸收的能量+上、下活 塞运动摩阻力+反弹动能一（上活塞）势能由此可见，真正使桩下沉的有效能量所占比例较小;尤其是斜桩， 上、下活塞运动摩擦阻力更大，使得柴油锤的打桩能量有效率仅为 30%。进油侧储能器进油阀P活.塑F部空间活塞锤顶空间谜项外荒回油阀RH回油侧儒胡器补匿腐平榆体荷兰IHC液压打桩锤

11、 的工作原理如图2所示： 该锤仅有一个活塞，其上 升运动是由液压能驱动活 塞至锤顶端；然后，活塞 在锤顶压缩空气的作用下 快速下降，最大加速度可 达2g，使该活塞直接撞击 砧与桩顶，使桩下沉。再 下一循环又是压力油驱动 活塞上升，不断往复进行锤击。根据能量守恒定律图2液田打桩锤工作原理也可归纳为如下转换关系：液压能一活塞势能+压缩气体f动能=桩下沉吸收的能量+活塞运动摩阻力如此与柴油锤比较能量转换有两大区别：（1）液压锤不需耗费自身能量，而是依靠外来的液压能使活塞上升运动；（2）液压锤仅有一个活塞，且润滑状况良好，运动摩阻力很小。所以，液压锤使桩下沉的有效能量所占比例较大，即液压锤的打 桩能量

12、有效率在76%以上。这就是液压打桩锤的最大优势;换句话说， 在打桩锤重量相似的情况下，液压锤打至桩体上的有效能量远大于柴 油锤的有效能量，这也是我们“天威”打桩船配置S280液压锤的根 本原因，也代表着施工设备的先进性。我们“天威”船在使用S280液压锤进行外海打桩作业时，也有 一个逐渐摸索、不断提高的过程。液压打桩锤与柴油锤使用中比较， 最大的问题就是液压锤有四根软管（油管、气管与电缆）从动力站连 至锤顶上，打桩作业时悬挂的软管很容易碰伤损坏，必须十分小心操 作。我们使用了几个月后，发现打桩时软管抖动越来越严重，而且锤 击能量也在下降。当我们认真研究该锤使用说明书时，发现有许多维 护保养项目

13、是在购船过程中，日本船东没有交代过的，甚至日方“误 导”，所教的方法还有与使用说明书相矛盾的。为此，我局领导及时 邀请荷兰IHC液压锤制造厂的专家来我们施工现场进行技术培训， 并帮助我们全面检查保养液压锤，及时消除了许多故障或隐患。例如， 打桩过程中液压软管抖动的原因主要是锤体内储能器的氮气压力过 低，起不到吸收并缓冲液压撞击力的作用。经过实际测试，我们使用 的液压锤回油侧的储能器内已无氮气。荷兰专家帮助我们，按规定要 求的压力充氮；结果很理想，开锤击桩后液压软管就不再抖动了。由 此，我们在制订日常保养的项目时就增加了该项内容：定期测试储能 器内的氮气压力，不足时应按要求压力及时补充。从而更加

14、完善了液 压打桩锤的维护保养管理制度。使用液压锤，操作很简单，但其内部 结构却很复杂。荷兰IHC液压锤属于双作用式打桩锤，它不仅依靠 活塞的自由下落冲击桩体，而且锤顶还有压缩空气增加活塞下降的冲 击力。因此，这种锤不仅有一套液压系统，而且还有一套气动系统， 并且这两套系统的动作又靠电气控制来操作。所以，液压、气动、电 气三大系统互为一体，缺一不可。这也是液压锤打桩时出现意外很难 判断清楚、排除故障比较复杂的原因所在。前阶段打桩时，液压锤的 能量无法调至最大值。经过荷兰专家的培训，我们才知道：当初在接 船交涉中，日本船东仅告诉我们一个办法，只教我们通过柴油机的增 速来加大液压泵排量与压力，以此增

15、加液压锤的打桩能量。这仅仅是 一个方面调整措施；另一方面措施：还需增高压缩空气的压力，从 20bar可升至25bar；空气压力增高，作用在活塞下降时的力也增大， 这样打击力也就进一步加大。通过两方面的共同调节才能使液压锤的 打击能量达到最大值。经过实际操作，我们使用的S280液压锤，其 最大打击能量可达282Kj，相当288t.m，完全达到该型号液压锤的极 限参数值，打桩能力很强。杭州湾跨海大桥的桩基工程，最长的钢管桩为88米，桩重72吨， 什么样型号的打桩锤才能胜任此项任务，这是众人所关注的重大疑 问。我们可通过S280液压锤的打桩能力计算来说明该锤的作用。根据国外广泛用于液压打桩锤桩基工程

16、测试的海利公式演算：R= Whef x 1u S + C/2 1 + p / W式中：Ru=桩最大承载力，单位：t； W=锤芯（冲击体）重量，t； h=冲击行程，mm；S=收锤时最小贯入度，mm ；。=反弹总量=Cc+Cp+Cq mm； TOC o 1-5 h z Cc=砧的反弹量mm；Cp =桩体的反弹量mm；Cq=土壤挤压反弹量mm；P二桩重+桩帽+砧的总重量，t；e=液压锤的效率系数；f=不同液压锤的特性系数；（1）按此公式首先校核S280液压锤在东海大桥打桩情况，并与当时 的动测报告（见表3）对比，其计算值与实测量误差为2%，验 证此公式准确适用。（2）根据杭州湾跨海大桥桩基情况（桩长88米，桩重72吨），核算