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1、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
2、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
3、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
4、，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
5、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
6、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
7、 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、,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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、 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
14、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
15、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
16、,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H H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=1.2WH 4.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
