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1、第十一章 桩工机械,*,1,*,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,112 灌注桩成孔机械,111 预制桩施工机械,*,3,111 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。,*,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
2、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：,*,5,（a）扫气、喷油,（b）压缩,（c）冲击,（d）爆发,（e）排气,（f）吸气,（g）降落,*,6,导杆式柴油锤工作原理图,*,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：
3、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,*,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（kgm),E=1.2WH,（4）每分钟冲击次数n,*,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：
4、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。,*,10,*,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。,*,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
5、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。,*,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。,*,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,
6、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,*,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,*,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
7、土层上打桩,*,17,3、振动打桩机的主要性能参数,（1）偏心力矩M(Nm)-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
8、下沉的主要参数。,*,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。,*,19,112 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
9、孔机械分两大类：挤土成孔和取土成孔机械。,*,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。,*,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,1、螺旋钻孔机,*,22,2、冲抓式成孔机,利用冲抓斗为钻具，它以自由落体的速度冲入土中，将土、石凿成碎块，然后抓起碎土碎石抛至孔外成孔。,适用于在土夹石、砂夹石、卵石及岩石层的地基上成孔。,*,23,结束,*,24,
