建筑机械 8 桩工机械解读.ppt

1,主 编：高文安 杨 庚副主编：陈建军 马晋芳 贾 瑜,8 桩工机械,建筑施工机械（第2版）,JIAN ZHU SHI GONG JI XIE,2,8.1 概述,1,8 桩工机械,目 录,3,8.6 全液压静力压桩机,6,8 桩工机械,目 录,4,【知识目标】了解桩工机械的类型和施工方法；熟悉预制桩和灌注桩的施工机械和施工过程；掌握打桩机、柴油锤、气动锤、液压锤、振动沉拔桩机、静力压拔桩机、螺旋钻孔机、钻扩机、桩架的类型和特点；了解打桩机、柴油锤、气动锤、液压锤、振动沉拔桩机、静力压拔桩机、螺旋钻孔机、钻扩机、桩架的构造、工作原理和使用场合。【能力目标】能够在工程施工过程中正确选择使用打桩机、振动沉拔桩机、静力压拔桩机、螺旋钻孔机、钻扩机等桩工机械。,8 桩工机械,5,8.1 概述,8.1 概述,6,在建筑工地、港口、码头、公路和铁路桥梁以及海底石油开采等工程中，桩基础是最常用的基础形式。桩基础以承载力大、施工周期短、成本低等优点而被广泛应用。在桩基础施工中所采用的各种机械，通称为桩工机械。桩工机械按其工作原理分为冲击式、振动式、静压式和成孔灌注式四类，常用的有柴油打桩机、液压打桩机、振动打桩机、静力压桩机、各种成孔机、连续墙挖槽机以及与桩锤配套使用的各种桩架等。,8.1 概述,7,桩的类型可分为预制桩和就地灌注桩两大类。预制桩有预应力钢筋混凝土方桩、管桩、钢管桩和H型钢桩等。灌注桩需要在桩位的地层中先做出孔，然后在孔中浇灌混凝土(或在孔内先放置钢筋笼，再浇灌混凝土)形成灌注桩。预制桩采用打入法、振动法和静压法三种方法施工。所用的机械：打入法用柴油锤、液压锤等；振动法用振动锤；静压法用静力压桩机。将预制桩从地层中拔出的机械称为拔桩机。灌注桩的成孔方法主要有挤土成孔和取土成孔两种。,8.1 概述,8,挤土成孔法用打入法或振动法将一端封闭的钢管沉入土层中，然后拔出钢管即可成孔，它不适用于较大直径的灌注桩，桩径一般不超过500mm。取土成孔可以用冲抓斗、抓斗、成孔机、螺旋钻孔机、回转斗钻孔机和潜水钻机等机械。地下连续墙可以看做成排的灌注桩，它是先在地层中挖成沟槽，再放置钢筋笼，然后浇灌混凝土形成墙体。地下连续墙可以是基础的一部分，或者只作挡土墙或截水墙用。挖槽的机械有双轮滚切成槽机、垂直轴多头钻机、连续墙抓斗挖槽机等。,8.1 概述,9,施工预制桩主要有三种方法，即打入法、振动法和压入法。1打入法打入法施工的设备是打桩机。它是靠桩锤冲击桩头，在冲击瞬间桩头受到一个很大的力，使桩贯入土中。打桩机由桩锤和桩架组成。打入法的桩锤有四种形式：（1）落锤它是最古老的桩工机械，构造简单，使用方便，但贯入力低，生产效率低，对桩的损伤较大。,8.1.1 预制桩施工机械,8.1 概述,10,（2）柴油桩锤其工作原理类似柴油机，是目前最常用的打桩设备，但公害(噪声及其他污染)较为严重。（3）气动桩锤过去以蒸汽为动力，当柴油桩锤发展起来后被逐渐淘汰，现在以压缩空气为动力又获新生，而且向大型化方向发展，以满足许多大型基础施工的要求。（4）液压桩锤它是一种新型打桩机械，由液压缸提升或驱动锤体产生冲击力沉桩。它具有冲击频率高、冲击能量大、公害少等优点，但构造复杂，造价高。,8.1 概述,11,打桩锤的优点是工艺简单，桩的承载能力大。其缺点是噪声大，锤击时易产生振动，对周围建筑物有不同程度的影响；同一桩长有时不能适应土层变化的需要，有发生截桩的可能。2振动法振动法是用振动沉拔桩机，靠振动桩锤使桩身产生高频振动，使桩尖处和桩身周围的阻力大大减小，桩在自重或稍加压力的作用下贯入土中。其沉桩效率高，费用低，不需辅助设备，桩头不易损坏。,8.1 概述,12,3压入法压入法采用静力压拔桩机，对桩施加持续静压力把桩压入土中。这种施工方法噪声极小，无空气污染，桩头不受损坏。但压桩机本身比较笨重，组装、迁移都较困难。除以上几种施工方法外，还有钻孔插入法、射水沉拔法和空心桩的挖土沉桩法等。,8.1 概述,13,灌注桩的施工关键在成孔。成孔方法有挤土成孔法和取土成孔法两种。1挤土成孔法挤土成孔法是把一根钢管打入土中，至设计深度后将钢管拔出即可成孔。这种施工方法中常用振动桩锤，因为振动桩锤既可将钢管打入，还可将钢管拔出。,8.1.2 灌注桩施工机械,8.1 概述,14,2取土成孔法取土成孔法主要采用的成孔机械有全套管钻孔机、回转斗钻孔机、反循环钻孔机、螺旋钻孔机和钻扩机等。,8.1 概述,15,8.2 柴油锤,8.2 柴油锤,16,柴油锤同内燃机一样，是一个单缸二冲程自由活塞式发动机，它利用活塞和汽缸的相对往复运动使柴油在燃烧室内燃烧，发出能量而使桩锤得到提升，然后在具有势能之后自由落下打击桩体。柴油锤起动时需要外力，起动后便可连续打桩。柴油锤按其结构的不同可分为导杆式和筒式两种。导杆式柴油锤是用导杆为往复运动的缸体导向，活塞固定而缸体运动的柴油锤。筒式柴油锤的活塞在筒形汽缸内往复运动，汽缸固定，其结构和技术性能较为先进，国内目前广泛采用。,8.2 柴油锤,17,柴油锤的特点包括：（1）构造简单，维修使用较方便。（2）安装拆卸方便，便于移动，生产效率较高。（3）有噪音和废气排出，振动较大。（4）使用中易受地层的影响，当地层较硬时，沉桩阻力较大，桩锤的反弹力越大跳起的高度越大；当地层较软时，桩下沉量大，燃油不能爆发或爆发无力，桩锤因而不能被提起，使工作停止，这时只好重新起动。（5）柴油锤的有效功率比较小，用来打桩的动能只有40%50%，另外的50%60%消耗在燃油压缩的过程中。,8.2 柴油锤,18,筒式柴油锤依靠活塞上下跳动来锤击，其构造如图8.1所示，由锤体、燃料供给系统、冷却系统、起动系统等构成。8.2.1.1 筒式柴油锤的工作过程其工作过程为如下几个阶段（见图8.1）。,8.2.1 简式柴油锤,8.2 柴油锤,19,图8.1 筒式柴油锤工作原理1汽缸；2上活塞；3下活塞；4燃油泵；5桩帽；6桩,8.2 柴油锤,20,1.扫气、喷油上活塞在重力作用下降落，清扫汽缸内的废气。当上活塞继续下降触碰油泵的曲臂时，燃油泵就将一定量的燃油注入下活塞。2.压缩上活塞继续下降，将吸排气口关闭，汽缸内的空气被压缩，空气的压力和温度升高。3.冲击上活塞下降，与下活塞相碰撞产生强大的冲击力使桩下沉，这是使桩下沉的主要作用力。,8.2 柴油锤,21,4.爆发在上活塞冲击下活塞的同时，下活塞中的燃油被雾化，雾化的燃油与高温气体混合而燃烧，爆发出很大的压力，一方面使桩再次下沉，同时又使活塞向上跳起。5.排气上活塞因燃油爆发燃烧产生的压力作用而上升至一定高度时，吸气口和排气口都打开。燃烧过的废气在膨胀压力作用下由吸、排气口排出。当上活塞上升越过油泵的曲臂后，曲臂在弹簧作用下恢复原位，此时吸入一定量的燃油，为下一次喷油做好准备。,8.2 柴油锤,22,6.吸气上活塞在惯性作用下继续向上运动，当汽缸内产生负压时，汽缸内又吸入新鲜的空气。7.降落再次下降，将上活塞的动能全部转化为势能，重复上述过程。这个过程往复进行，便是筒式柴油锤的工作循环。从中可看出，筒式柴油锤靠活塞的往复运动产生的冲击来进行沉桩，而喷入的柴油即活塞往复运动的能量来源。,8.2 柴油锤,23,8.2.1.2 筒式柴油锤的构造筒式柴油锤的构造见图8.2，它主要由锤体、燃料供给系统、冷却系统和起动系统构成。,8.2 柴油锤,24,图8.2 筒式柴油锤1导向缸；2上汽缸；3润滑油室；4上活塞；5燃油箱；6燃油滤清器；7输油管；8燃油泵；9下汽缸；10下水箱；11下活塞；12锥头螺栓13锥形螺母；14月牙垫；15半圆铜套；16连接盘；17缓冲胶垫；18螺钉；19连接套；20卡板；21润滑油泵；22活塞环；23阻挡环；24上水箱；25进排气管；26盖；27导向环；28润滑油箱；29起落架；30安全螺钉；31固定螺栓；32圆头螺栓；33垫圈；34导向板；35锥形螺母,8.2 柴油锤,25,1.锤体锤体主要由导向缸1、上汽缸2、下汽缸9、上活塞4、下活塞11和缓冲胶垫17组成。导向缸在打斜桩时既可导引上活塞方向，还可防止上活塞跳出锤体。上汽缸介于导向缸和下汽缸之间，是上活塞的导向装置。下汽缸是工作汽缸。上下活塞都是工作活塞，承受较大冲击力，打桩过程中，上活塞容易断裂。缓冲胶垫装于活塞和下汽缸连接处，其作用是减少活塞对汽缸的冲击。上汽缸和上活塞之间采用惯性润滑，下活塞和下汽缸之间采用强制润滑。由润滑油泵压油，润滑油泵则由下汽缸的运动来起作用。,8.2 柴油锤,26,2.燃油供给系统燃油供给系统由燃油箱5、燃油滤清器6、输油管7、燃油泵8组成。筒式柴油锤的燃油泵有低压柱塞式和高压喷嘴式两种。燃油的供油量可用调节杠杆来调节。3.冷却系统筒式柴油锤在工作时放出大量热能，使汽缸与活塞等部件温度升高，会使润滑油黏度降低，加剧零部件的磨损，而且易产生提前点火的情况，使桩锤不能正常工作。其常设置的冷却系统有水冷和风冷两种。,8.2 柴油锤,27,德国Delmag公司生产的筒式柴油锤都用风冷，小型桩锤也常用风冷，冷却方式是在水箱外面安装有散热片。风冷构造比水冷简单，使用也方便，但水冷冷却效果比风冷好。4.起落架筒式柴油锤的起落架有两个主要作用，一是用来提升上活塞进行启动，二是提升整个桩锤。,8.2 柴油锤,28,导杆式柴油锤和筒式柴油锤不同的是：导杆式柴油锤用汽缸为锤击部分作升降运动，而筒式柴油锤则以上活塞作为锤击部分；导杆式柴油锤的燃油用高压雾化，筒式柴油锤则用冲击雾化；导杆式柴油锤的打击能量比筒式柴油锤小，一般用于小型轻质桩的施工。,8.2.2 导杆式柴油锤,8.2 柴油锤,29,导杆式柴油锤的构造如图8.3所示，缸锤是活动部分，可沿导杆上下运动。作业时，将桩就位，把柴油锤置于桩的顶部，用桩帽卡在桩上。将起落架落下，钩住桩锤，将其提升到一定高度，自动脱钩，缸锤靠自重落下，柴油锤即开始工作。,8.2 柴油锤,30,图8.3 导杆式柴油锤1顶梁；2吊架；3导杆；4缸锤；5活塞；6喷油嘴；7油泵；8燃烧室；9桩帽,8.2 柴油锤,31,如图8.4（a）所示相当于工作行程开始，此时，汽缸上升到最高点，在自重的作用下降落。图8.4（b）为汽缸落下套着活塞时，封在活塞头部与汽缸间的空气被压缩，温度升高到500700时，压缩结束，柴油通过喷油器以雾状喷入汽缸中。柴油与高温空气混合自行燃烧膨胀，将使汽缸沿导杆上升。图8.4（c）为汽缸脱离活塞时，废气排出进入大气，汽缸内吸入新鲜空气。当汽缸升到最高时就停止，又开始下降打击桩头，再重复以上工作过程。通过改变高压油泵的供油量，可调节汽缸行程的长短，导杆式柴油锤每分钟的冲击次数为5560次。,8.2 柴油锤,32,图8.4 导杆式柴油锤的工作原理(a)压缩；(b)供油；(c)燃爆；(d)排气、吸气1缸锤；2导杆；3活塞,8.2 柴油锤,33,1.冲击部分的质量W对于筒式柴油锤，W为上活塞质量，它是选锤的主要参数。我国常用筒式柴油锤系列冲击部分质量W见表8.1。（祥见课本187页）2.行程HH是上活塞跳起的高度，一般为22.5m。,8.2.3 柴油锤的工作参数,8.2 柴油锤,34,3.每次冲击最大能量E（kNm）可用下面近似公式计算：E=1.2WH4.每分钟冲击次数n（次/min）式中t每一周期的时间，s，t。,8.2 柴油锤,35,选择桩锤的主要依据是桩的承载能力，还应考虑施工效率和锤击的桩头、桩身的应力。桩的承载能力主要由桩锤的冲击能量E来决定，即与锤冲击部分的质量W和行程H有关。因此，承载能力大的桩须用冲击部分质量W大的锤来打才可达到承载能量大的要求。,8.2.4 桩锤的选用,8.2 柴油锤,36,8.3 蒸汽锤,8.3 蒸汽锤,37,蒸汽锤以蒸汽或压缩空气作为动力，提升桩锤的冲击部分进行打桩。提供蒸汽的设备大多采用立式锅炉。蒸汽锤需配置一套锅炉设备，因其效率低，使用不很方便，曾一度被柴油锤取代。但后来因为柴油锤排气有污染，噪音大，并难以向大型化发展及为满足打45斜桩的需要，蒸汽锤又得以发展。目前蒸汽锤在港口、码头、海上采油平台、桥梁基础等施工时用得较多。,8.3.1 蒸汽锤的类型及应用,8.3 蒸汽锤,38,按照蒸汽对桩锤的作用方式不同，蒸汽锤分为单动式蒸汽锤和双动式蒸汽锤两种。1.单动式蒸汽锤其工作原理是桩锤靠蒸汽的压力提升；当桩到达一定高度后，蒸汽排出，压力突降，桩锤在自重作用下落下冲击桩头进行打桩。,8.3.2 蒸汽锤的结构及性能,8.3 蒸汽锤,39,单动式蒸汽锤又分为人工操作和自动操纵两种。人工操作的蒸汽锤结构简单，冲击频率较低（每分钟可达2025次），耗汽量大，桩锤的生产效率低。自动操纵给汽的活塞冲击式蒸汽锤（图8.5）由汽缸4、活塞7、锤头连杆9、锤头13、桩帽16和配汽阀6等组成，配汽阀的开关机构自行操纵，行程比较准确，并可以用汽门控制器对锤体行程进行无级调节，调节范围可达总行程的25%100%。这种桩锤的冲击频率可达每分钟60次。,8.3 蒸汽锤,40,图8.5 活塞冲击式单动蒸汽锤1滑轮；2汽缸盖；3连接杆；4汽缸；5进汽管；6配汽阀；7活塞；8汽门杆；9锤头连杆；10汽门控制器；11导杆；12汽门爪；13锤头；14垫木；15锤脚；16桩帽,8.3 蒸汽锤,41,2.双动式蒸汽锤双动式蒸汽锤（图8.6）也是采用蒸汽作为动力的，它的桩锤的升起和降落都是通过蒸汽压力来实现的。由于蒸汽压力的作用，速度加快，并使桩振荡，可适当减少桩的摩擦阻力而增加沉桩速度。其冲击力还可通过改变蒸汽压力来调节，故打桩频率和生产率都得到提高，这是双动式蒸汽锤的最大优点。,8.3 蒸汽锤,42,其缺点是它的死重较大，其原因是作用在汽缸盖上的蒸汽压力有举起桩锤机座的趋势，假如蒸汽向上的压力超过了桩锤的总重，所有固定部分的机座将向上抬起，桩锤便不能进行正常工作，因此，只能加大桩锤的固定部分质量（死量增加）。其冲击质量只占总质量的20%30%。,8.3 蒸汽锤,43,图8.6 双动式蒸汽锤的构造1螺帽；2连杆导座；3活塞；4汽缸；5锤头；6锤头导座；7承环；8锤脚；9冲击板；10球阀；11气阀座；12汽阀；13球阀；14盖板,8.3 蒸汽锤,44,8.4 振动锤,8.4 振动锤,45,振动锤利用激振器产生垂直定向振动，使桩在重力或附加压力作用下沉入土中。振动锤可以用来沉预制桩，也可用来拔桩。如只用静力拔一根土壤中的工字钢桩，需200300t的拔桩力，如用振动拔桩只需静力拔桩10%的拔桩力就够了。振动锤使用较方便，不用设置导向桩架，只需用起重机吊起即可。,8.4.1 振动捶的分类及应用,8.4 振动锤,46,振动锤按锤形状的不同分为一般振动锤和中孔振动锤，它们的工作原理相同，构造也类似。中孔振动锤是在振动锤的中心垂直方向有个贯通的长孔，便于放置锅筋笼，浇灌混凝土用。振动锤按工作原理不同分为柔式振动锤、刚式振动锤和冲击式振动锤。1.柔式振动锤柔式振动锤的特点是电机与振动器用减振弹簧隔开，电机不参加振动，但其自重仍然通过弹簧作用在桩上，能加大桩的下沉力度。电机使用条件较安全，不易损坏。但其结构复杂，未广泛采用。,8.4 振动锤,47,2.刚式振动锤刚式振动锤的主要特点是电机和振动器为刚性联接，其打桩效果好。电机在工作时参加振动，其振动体系的质量增加，使振动幅减小而降低了功效，且因电机不避振而易损坏，必须应用耐振电动机。3.冲击式振动锤冲击式振动锤的特点是振动器产生的振动是通过冲击钻作用在桩体上的，使桩受到连续冲击，避免了直接的传递，一般用于黏性土和坚硬土层上的打桩和拔桩。其缺点是冲击时噪音较大，电机工作时因承受冲击而易损坏。,8.4 振动锤,48,将振动器的振动通过夹桩器传给桩体，使桩产生振动。桩体周围的土壤颗粒在振动作用下产生振动，桩就在桩体和振动打桩机的自重作用下冲破土壤阻力沉入土中。在拔桩时，振动亦可减小拔桩的阻力，只需用较小的提升力就可将桩拔出。振动锤的工作原理如图8.7所示，它是由带偏心块的高速转动的轴组成，两轴的转速相同，方向相反。,8.4.2 振动打桩机的工作原理,8.4 振动锤,49,每个偏心块产生的偏心力为：F=mr2（8.1）式中m偏心块的质量，kg；r偏心块的质心至回转中心的距离，m；偏心块转动的角速度，rad/s。,8.4 振动锤,50,图8.7 振动锤的工作原理图,8.4 振动锤,51,因一对偏心块质量相等，且是对称安装，故当它们的转向相对时，水平方向的离心力因方向相反而抵消，垂直方向的离心力叠加为：P=2mr2sin（8.2）式中离心力与垂线的夹角。当振动锤在工作且其强迫振动频率和自振频率一致时，土颗粒近似于产生共振，其粒子结构被破坏，桩周围土颗粒的阻力减小，桩就在自身重力作用下下沉。我国生产的中频振动器（频率为6701200次/min）就是运用这一共振原理设计的。,8.4 振动锤,52,振动锤主要由电动机、振动器、夹桩器和吸振器等部分组成，如图8.8所示。1.电动机振动锤一般要采用耐振性强的电动机，并应具有较大的超载能力和很高的起动能力。2.振动器振动锤常采用二轴振动器，也有采用四轴或六轴的振动器，每对轴上都安装有作同步反向旋转而数量相同的偏心块。,8.4.3 振动锤的构造,8.4 振动锤,53,3.夹桩器夹桩器用来与桩刚性联接，使桩与振动锤连成一体，夹桩器适用于夹持型钢和板桩。桩的形状改变时，夹桩器就应相应地变换。在灌注桩施工时，桩管用螺栓与振动锤联接，而不用夹桩器。4.吸振器吸振器是安装在振动锤上部的弹性悬挂装置，防止振动器的振动传递到悬吊它的桩架起重机上。一般由压缩螺旋弹簧组成。在小型振动锤上可用橡胶作为吸振元件。,8.4 振动锤,54,图8.8 DZ60振动锤,8.4 振动锤,55,振动锤在使用时不损伤桩头，工作噪音小，不排出有害气体，对灌注桩、混凝土预制桩、钢板桩和钢管桩都适用。其缺点是打桩性能易受到土质的限制，对黏土层或坚硬地层，其桩尖阻力较大，沉桩速度较慢或者不能打入；其产生的振动力对周围建筑有不利影响，特别是强迫振动频率与周围建筑物产生共振时将会有一定的破坏作用。,8.4.4 振动锤的特点及选用,8.4 振动锤,56,选用振动锤时，要考虑离心力、振幅等参数的影响，还需考虑土质的状况。土壤的特性分为、类，见表8.2（祥见课本191页）。离心力和桩深的关系曲线如图8.9所示。国产振动锤性能参数见表8.3（祥见课本191页）。,8.4 振动锤,57,图8.9 离心力与桩深的关系,8.4 振动锤,58,振动锤常用来沉入预制桩，也可用于灌注桩，目前用于灌注桩的振动锤更多。在灌注桩施工时，振动锤与桩管用法兰连接，桩管的底部制成活瓣。沉桩时活瓣闭合，桩管因振动沉入土中，将周围的土壤挤开，形成长孔。桩管顶部侧边设有开口斜槽，用来将混凝土灌入。如用中孔振动锤，可直接从顶部孔中浇灌混凝土。灌入混凝土后，同时开动振动锤，缓缓地往上拔桩管，桩管底部的活瓣张开，混凝土即灌入孔中，等桩管完全拔出，土中即形成灌注桩。,8.4 振动锤,59,8.5 液压冲击桩锤,8.5 液压冲击桩锤,60,液压冲击锤简称液压锤。常用的液压锤有很多，构造都有所不同。现以HBM型为例介绍液压锤的工作原理。如图8.10所示，液压锤由外罩壳1、冲击缸体2、浮动活塞3、冲击头4、驱动液压缸5、桩帽6、配重7等部分组成。在冲击缸体上部充满液压油，中部充满氮气，油与气之间有一浮动活塞。其工作原理是以液压油作工作介质，依靠液压能上举锤头，然后快速泄油或同时反向供油使锤头快速下落，打击桩体。,8.5.1 液压锤的工作循环及构造,8.5 液压冲击桩锤,61,图8.10 液压锤工作循环1外罩壳;2冲击缸体;3浮动活塞;4冲击头;5驱动液压缸;6桩帽;7配重;8桩,8.5 液压冲击桩锤,62,其工作循环过程是：1.下落驱动液压缸将冲击缸体提升到12m后，给油方向变换，冲击缸体以一定速度下落。2.冲击缸体和冲击头给桩的头部施加一冲击力。3.加压冲击缸体通过液压油、浮动活塞、氮气和冲击头继续对桩施加压力。因氮气是可压缩的，加压过程可持续较长时间。,8.5 液压冲击桩锤,63,4.提升改变液压缸的给油方向，使其下腔进油，将冲击缸体再次提升，重复上述工作过程。HBM液压锤沉桩速度的调节是靠改变冲击缸体上部液体压力和调整氮气压力大小来实现的。增加氮气压力，冲击头撞击时产生的作用力就大，可保持较大的持续加压力；反之，降低氮气压力，则使冲击力和所加压力均减小。,8.5 液压冲击桩锤,64,液压锤是继柴油锤之后发展起来的一种新型桩锤。它具有一些其他打桩设备不具有的优点，包括：不受土质的影响；噪音、污染小；能克服柴油锤等其他设备制造难度大，一旦损坏则维修非常不便的缺点。从环保和节约能源角度出发，在发达国家液压锤已取代了柴油锤。液压锤有如下特点：（1）液压传动为封闭循环，无废气排放，无噪音和振动公害。（2）锤头的沉桩行程和频率可根据桩径的大小和地基的情况来调节。,8.5.2 液压锤的特点,8.5 液压冲击桩锤,65,（3）液压锤不受土质限制，在软土层上仍可能对桩进行连续打击。（4）施工安全，施工管理不是很复杂，打桩效率高。液压锤的能量传递效率比柴油锤高得多，普通柴油锤的能量传递效率为30%40%，而液压锤可达60%80%。（5）液压锤可用来打斜桩，其贯入度大。若增加一个密封罩，液压锤即可用于水下打桩，桩头不易被打坏。,8.5 液压冲击桩锤,66,8.6 全液压静力压桩机,8.6 全液压静力压桩机,67,全液压静力压桩机是一种新型的施工机械，在桩基施工方面已开始广泛应用。静力压桩机分为机械式和液压式两种。机械式压桩力由机械方式传递，而液压式用液压缸产生的静压力来压桩和拔桩。,8.6 全液压静力压桩机,68,全液压静力压桩机与传统的打桩机相比有下列特点：（1）全液压静力压桩机操作灵敏、安全，有辅桩工作机吊桩就位，不用另配起重机吊桩。（2）因为是静力压桩，施工中无噪音、振动和废气污染，适用于城区内医院、学校及精密工作区、车间等桩基的施工。（3）能避免像其他打桩机那样因连续打击桩身而引起桩头和桩身的破坏。,8.6.1 全液压静力压桩机的特点,8.6 全液压静力压桩机,69,其缺点是油管与油路、组合元件很多且很复杂，油料泄漏的可能性相应增多，维修的技术含量高。这种现象使油料损耗加大，易污染地面，并降低液压传动的效率。,8.6 全液压静力压桩机,70,全液压静力压桩机主要由长船行走机构、短船行走及回转机构、支腿平台机构、夹持机构、配重铁、操作室、导向压桩架、液压总装室、液压系统和电器系统组成，如图8.11所示。,8.6.2 全液压静力压桩机的构造,8.6 全液压静力压桩机,71,图8.11 全液压静力压桩机外形1操纵室；2电气操纵室；3液压系统；4导向架；5配重铁；6夹持机构；7辅桩工作机；8支腿平台；9短船行走及回转机构；10长船行走机构,8.6 全液压静力压桩机,72,如图8.12所示，全液压静力压桩机工作时由辅桩工作机将桩吊入夹持槽梁内，夹持液压缸2伸程加压将桩段3夹持。压桩液压缸做伸程动作，将桩锤徐徐压入地面。压桩液压缸的支承反力由桩机自重或配重铁5来平衡。WJY160全液压静力压桩机夹持力可达5000kN。,8.6.3 全液压静力压桩机的工作原理,8.6 全液压静力压桩机,73,图8.12 全液压静力压桩机工作原理1压桩液压缸；2夹持液压缸；3预制桩；4导向架；5配重铁；6行走机构；7夹持槽梁,8.6 全液压静力压桩机,74,8.7 桩架,8.7 桩架,75,桩架具有悬挂桩锤、吊桩和沉桩的导向作用。在桩基施工中常用的桩架有两种基本形式：一种是沿轨道行驶的多能桩架；另一种是装在履带底盘上的打桩架。履带底盘式打桩架又可分为悬挂式和三点式两种。1.悬挂式履带打桩架此打桩架是以履带起重机为底盘，以起重吊臂作为悬吊桩架之柱，如图8.13所示。,8.7.1 桩架的作用与分类,8.7 桩架,76,图8.13 悬挂式履带打桩架1打桩锤；2桩帽；3桩；4立柱；5支撑叉；6车体；7吊臂,8.7 桩架,77,悬挂式的特点是桩架立柱在起重机吊臂端部，拆装都非常方便，桩架拆掉后可作起重机使用。其缺点是纵向需增加配重，横向承载能力较弱，不能打斜桩。2.三点式打桩架三点式打桩架是由两个斜撑和下部托架三点所支持，如图8.14所示。三点式也以履带起重机为底盘。这种打桩架的特点是其稳定性比悬挂式好，承受横向荷载的能力较大。三点式桩架立柱可以倾斜安装，因此它可以用来打斜桩。,8.7 桩架,78,图8.14 三点式履带打桩架1打桩锤；2桩帽；3桩；4立柱；5立柱支撑；6液压支腿；7车体；8斜撑,8.7 桩架,79,多能桩架可在平面内作360回转，立柱可水平伸缩和前后倾斜，整机可在轨道上行驶，而行驶方法可因其不同的底盘构造分为辅轨式和步履式两种。以辅轨行驶桩架为例，它是由金属结构部分、机械传动部分和电气系统组成，如图8.15所示。,8.7.2 多能桩架,8.7 桩架,80,图8.15 多能桩架1主钩；2副钩；3立柱；4升降梯；5水平伸缩小车；6上平台；7下平台；8升降梯卷扬机；9水平伸缩机构；10副吊桩卷扬机；11双蜗轮变速器；12行走机构；13横梁；14吊锤卷扬机；15主吊桩卷扬机；16电气设备；17操纵室；18斜撑,8.7 桩架,81,金属结构部分包括立柱3、上平台6、下平台7、横梁13、斜撑18和水平伸缩小车5等。机械传动部分包括工作装置和综合机械传动机构。电气系统包括发电机、控制器、动力线、照明系统和发电机组等。,8.7 桩架,82,8.8 藻注桩成孔机械,8.8 灌注桩成孔机械,83,在施工现场就地成孔，浇注钢筋混凝土或素混凝土就称为灌注桩成孔，它是近年来广泛采用的一种桩基础形式。其施工工艺是：先利用成孔机在预定桩位上成孔，然后在桩孔中放置钢筋，接着浇灌混凝土，成为钢筋混凝土桩。如不放钢筋就浇混凝土，就是素混凝土桩。灌注桩成孔的优点是施工中钢筋用量少，成本低；不用截桩和接桩；没有噪音和振动；以及不受地质条件限制等。灌注桩施工的关键工序是成孔。成孔的方法有挤土成孔和取土成孔两种。,8.8 灌注桩成孔机械,84,取土成孔的主要设备有很多，常用的有螺旋钻机成孔、钻扩机成孔、冲抓成孔、回转斗钻孔、冲击式钻孔、套营钻机成孔、旋转钻机成孔、潜水钻机成孔等。挤土成孔的机械有打桩锤和振动锤。其施工方法是将带有活瓣管尖的钢管沉入土中，然后边灌注混凝土边拔钢管，使其成为就地灌注的混凝土桩。在沉管时，活瓣管尖受到端部上压力的作用紧紧闭合，拔管时活瓣管尖在管内混凝土重力作用下开启，混凝土落入孔内，一边拔管一边振动，使孔内的混凝土在灌注完毕后就得到了密实，如图8.16所示。这种挤土成孔法只适用于直径在500mm以下的桩。,8.8 灌注桩成孔机械,85,图8.16 挤土成孔灌注桩1振动锤；2减振弹簧；3加料口；4桩管；5活瓣管尖；6上料斗,8.8 灌注桩成孔机械,86,对底部扩大的桩基施工，也可在振动锤成孔后在孔底放置适量炸药引爆后使孔底扩大，然后注入一定量混凝土并放置钢筋骨架。以下简要介绍常用于建筑业的几种主要取土成孔机械。,8.8 灌注桩成孔机械,87,螺旋钻机成孔是钻的下部有切削刀，切下来的土沿钻杆上的螺旋叶片上升并从地面排出，其作用与麻花钻相似，连续地切土和取土，成孔速度快。螺旋钻孔机在我国北方使用得较多。螺旋钻孔机包括长螺旋钻孔机（最大钻深可达20m）、短螺旋钻孔机（最大钻深可达5m）、双螺旋钻扩机（钻深可达45m，这种钻机一般用于冻土地带）三种。,8.8.1 螺旋钻孔机,8.8 灌注桩成孔机械,88,1.长螺旋钻孔机如图8.17所示，长螺旋钻孔机整体构造不复杂，成孔效率高，在灌注桩的成孔中应用得较多。长螺旋钻孔机按钻杆结构的不同有整体式和装配式两种，按其行走机构的不同有履带式和汽车式两种。长螺旋钻孔机常用多能桩架和起重式桩架。在建筑工地上，常用履带式桩架与长螺旋钻具配套，组成履带式长螺旋钻机，使用较为方便。,8.8 灌注桩成孔机械,89,图8.17 履带式长螺旋钻孔机1电动机；2减速器；3钻杆；4钻头；5钻架；6履带式起重机底盘,8.8 灌注桩成孔机械,90,长螺旋钻孔机由电动机1、减速器2、钻杆3和钻头4等组成，整套钻孔机通过滑车组悬挂在桩架上，钻孔机的升架、就位由桩架控制。钻具上的电机适合于在满载的情况下运转，同时具有较好的过载保护装置。减速器大都采用立式行星减速器。为保证钻杆钻进时的稳定性和初钻时的准确性，在钻杆长度的1/2处安装有中间稳杆器，它用钢丝绳悬挂在钻孔器的动力头上，并随动力头沿桩架立柱上下移动。在钻杆下部装有导向圈，导向圈固定在桩架立柱上，钻杆是一根焊有螺旋叶片的钢管，长螺杆的钻杆多分段制作。,8.8 灌注桩成孔机械,91,钻孔时，孔底的土片沿着钻杆的螺旋叶片上升，把土卸于钻杆周围的土地上，或是通过出料斗卸在翻斗车等运输工具中运走。长螺旋钻孔机钻孔的孔径不大于1m，为适应不同地层的钻孔需要，配备有各种不同的钻头，适用于地下水位较低的黏土及砂土层施工。国外的长螺旋钻孔机多用液压马达驱动，液压动力由履带桩架提供。液压马达自重轻，调速很方便。钻孔机常用中空形，在钻孔机中有上下贯通的垂直孔，可以在钻孔完成后由孔中直接从上面浇灌混凝土，一边浇灌一边缓慢地提升钻杆，这样有利于孔壁稳定，减少孔的坍塌，提高灌注桩的质量。,8.8 灌注桩成孔机械,92,2.短螺旋钻孔机如图8.18所示，短螺旋钻孔机的切土原理与长螺旋钻孔机相同，但排土方法不一样。短螺旋钻孔机向下切削一段距离后，切削下的土壤堆积在螺旋叶片上，由桩架卷扬机与短螺旋联接的钻杆，连同螺旋叶片上的土壤一起提升。到钻头超过地面，整个桩架平台旋转一个角度，短螺旋钻孔机反向旋转，将螺旋叶片上的碎土甩到地面上。故短螺旋钻孔机钻孔直径可达2m，甚至更大。用伸缩钻杆与短螺旋连接，钻孔深度可达78m。,8.8 灌注桩成孔机械,93,无论是钻孔直径与钻孔深度，短螺旋钻孔机都比长螺旋钻孔机大，因此使用范围也很广。钻头的直径与桩孔孔径一致。短螺旋的钻头一般设计成双头螺纹形，以提高效率。短螺旋钻杆有两种转速，一种是转速较低的钻杆转速，另一种是转速高的甩土转速。对不同类别的土层宜选用不同形式的钻头。伸缩钻杆有25节，每节钻杆之间用键连接，钻杆既可伸缩也可改变长度，还可传递扭转，以保证钻头钻进的动力需要。长螺旋钻孔机性能参数见表8.4。短螺旋钻孔机性能参数见表8.5。（祥见课本198页）,8.8 灌注桩成孔机械,94,图8.18 短螺旋钻孔机1螺旋叶片；2液压马达；3变速箱；4加压液压缸；5钻杆护套,8.8 灌注桩成孔机械,95,在施工中，对硬土层、砂夹石、土夹石的土层的成孔，多采用冲抓成孔。冲抓成孔机外形如 图8.19所示。冲抓成孔用全套管施工，即用加压的方法同时使套管摆动或旋转，迫使套管下沉，然后用冲抓斗取出套管下端的土壤。套管采用摆动方法或旋转方法，可以大大减小土壤和套管间的摩擦力。,8.8.2 冲抓成孔,8.8 灌注桩成孔机械,96,图8.19 冲抓成孔机外形1冲抓斗；2脱钩架；3架顶横梁；4机架立柱；5机架底盘；6卷扬机；7走管；8螺旋支腿,8.8 灌注桩成孔机械,97,冲抓斗成孔机由桩架、冲抓斗、套管摆动（或旋转）装置组成。套管由四个主要部件组成，其工作过程如下：冲抓斗的初始状态是张开状态。放松卷扬机，冲抓斗以自由落体方式向套管内落下切土。向上收缩专用钢丝绳，提升滑轮，与动滑轮相连接的连杆使抓斗片合拢。卷扬机继续收缩，冲抓斗被提出套管。桩机回转，松开卷扬机。动滑轮靠自重下滑，带动专用钢绳向下，使抓斗片打开卸土。,8.8 灌注桩成孔机械,98,冲抓斗有两瓣式和三瓣式两种。两瓣式适用于土质松软的场合，抓土较多；三瓣式适用于硬土层，抓土较少。钻机所用的套管有不同的长度，分别有1m、2m、3m、4m、5m、6m等。套管之间采用径向的内六角螺母联接。,8.8 灌注桩成孔机械,99,冲抓斗在使用时的特点是：（1）在一般地质条件下都可施工，对地层的适用范围广；（2）振动、噪音都较小。（3）可根据支持层的长度自由确定桩长；（4）在软地基上采用套管可施工，孔口不易塌方；（5）桩径可在0.62.5m的范围内选择；（6）桩深最大可达50m，桩的承载能力比较高。其缺点是设备成孔的速度较慢，设备比较笨重。冲抓斗成孔机性能参数见表8.6。（祥见课本199页）,8.8 灌注桩成孔机械,100,回转斗成孔机由履带桩架、伸缩钻杆、回转斗和回转斗驱动装置组成。回转斗成孔机外形 如图8.20所示。回转斗钻孔的主要装置是一个直径与桩径相同的圆钻斗，斗底装有切土片，斗内可容纳一定量的土。用液压马达驱动钻斗上面方形截面的钻杆，以大于10r/min的转速旋转。,8.8.3 回转斗钻孔,8.8 灌注桩成孔机械,101,落下钻斗接触地面，斗底刀刃切土，并将土装入斗内，装满后提起钻斗把土卸出，如此反复钻孔。钻孔的直径可达3m，钻孔深度因受伸缩钻杆的限制，一般只能达50m左右，适用于碎石、砂土、黏性土等地层施工。回转钻孔由于钻进速度低，工效不高，每次钻出的土方量不大，施工时动作频繁，故应用不广。,8.8 灌注桩成孔机械,102,图8.20 回转斗成孔机1履带桩架；2伸缩钻杆；3回转斗；4回转斗驱动装置,8.8 灌注桩成孔机械,103,潜水钻机是一种深入地下水中钻土的新型灌注桩成孔机械。潜水钻机由潜水钻主机、钻杆、钻头、卷扬机、配电箱、电缆筒和桩架组成，如图8.21所示。,8.8.4 潜水钻机,8.8 灌注桩成孔机械,104,潜水钻机的动力、变速机构与钻头连在一起加以密封，由桩架吊桩定位，潜入孔内地下水位以下进行作业。它用正循环向孔内送入泥浆，将土排出孔外。潜水钻机适用于地下水位高的地层，既可钻淤泥、黏性土、砂质土，也可钻岩层。它轻便灵活，钻进速度快，可达0.52m/min，钻孔深度可达50m，孔径为600800mm。我国KQ系列潜水钻机（性能参数见表8.7）（祥见课本201页）由潜水电动机、行星减速箱、密封装置等组成。由于潜水的主机是完全潜入水中，所以钻机能否正常工作的关键就取决于密封装置是否可靠。,8.8 灌注桩成孔机械,105,图8.21 潜水钻机1桩架；2卷扬机；3配电箱；4护筒；5防水电缆；6钻杆；7潜水砂泵；8潜水钻主机；9钻头,8.8 灌注桩成孔机械,106,钻杆是方形的，施工时将每节长约5m的杆件用钢销联接接长。对不同性质的土层采用不同形式的钻头。黏性土、淤泥及砂土宜用笼式钻头；在卵石层或风化层钻进时，用镶硬质合金刀头的笼式钻头。,8.8 灌注桩成孔机械,107,潜水钻机的优点是：（1）设备简单，体积小，噪音低，适合于城市狭小场地施工。（2）动力装置在孔底工作，耗用动力小。钻孔时不需要提钻排土，钻孔的效率高。（3）适用能力强，能承受一定的过载。（4）钻杆不需要旋转，可减少钻杆折断的事故。（5）可采用正循环，也可采用反循环排土，只要循环水不间断就不易塌孔。,8.8 灌注桩成孔机械,108,其缺点是：（1）因钻孔需要泥浆而使施工场地泥泞。（2）需要设置处理排放泥浆的沉淀池。（3）在采用反循环排土时，出现较大石块容易卡管。（4）桩径易扩大，使灌注的混凝土超方。,8.8 灌注桩成孔机械,109,武汉理工大学出版社发行部地 址：武汉市武昌珞狮路122号邮 编：430070电 话：027-87394412 87383695传 真：,Thank You!,建筑施工机械（第2版）,JIAN ZHU SHI GONG JIXIE,