钟汉华 第三章 基础工程机械

1、回转式钻 回转式钻机，是利用钻机的回转器带动钻具旋转， 以磨削孔低岩石进行钻机。 2、冲击式钻机
冲击式钻机属于大口径型钻机，是利用钢丝绳将 钻具提升到一定高度，然后自由下落，冲击地层， 使孔底岩石破碎而进行钻进。
3、冲击反循环钻机 冲击反循环钻机，是在冲击钻机的基础上研制出 的新型机。由抽筒抽砂，改为泵吸排砂，故称冲 击反循环钻机。
3.1.1 柴油打桩机
1、柴油桩锤的工作原理 • 柴油锤实质上是一个其工作原理和单缸二冲程 柴油机相似，是利用柴油燃烧释放的能量提升 冲击体进行打桩。 • 柴油锤按其构造形式分导杆式和筒式。如图3-1
所示。
其中筒式的结构和技术性能最为先进，为目前 国内产品广泛应用，筒式柴油锤的工作原理是 汽缸固定，活塞往复远动，而进行打桩。其工 作循环可分为如下几个阶段，如图3-2所示 。
• 双动气锤：利用蒸汽或压缩空气的压力将锤上举 及下冲，增加夯击能量，100～200次/分； 适用范围：适宜打各种桩，可用于打斜桩，使用 压缩空气，可打地下桩，也可拔桩；如图2.2示。
图3-3 单动汽锤工作原理
双动汽锤工作原理
3.1.3 自由落锤打桩机
自由落锤打桩机又称吊锤或落锤，它是利 用卷扬机使重锤沿桩架的导向立柱升起，然后 让其自由落下冲击桩头，其特点是构造简单， 使用方便。一般锤重为1-30KN，打击次数每 分钟10-12次。由于其打桩效率降低，贯入的 能量对桩的损伤大，所以仅能在小规模的工程 中采用。
3-5 YZY-160型全液压静力压桩机
3-4 机械静力压桩机
国产YZY-160型全液压静力压 桩机自重78t，配重105t，最大压 入力1600kN，移动速度4m/min， 压桩速度2-3m/min。
3.3 灌注桩成空机
3.3.1 挤土成孔机械
挤土成孔机械是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 注混凝土的方法。这种方法适用于直径50cm以 下的桩。
适用范围：适宜在打桩及细长尺寸的砼桩， 在一般土层及黏土和含有砾石的土层中均有 用； 原理：用人力或卷扬机拉起悬桩锤，落下， 利用锤重夯击桩顶，使桩入土； 优缺点：构造简单，使用方便，冲击力大， 能随意调节落距，但锤击速度慢，效率低， 桩损大。锤重0.5～1.5t ；
3.2 静力压桩机 静力压桩是借助压桩机及其配重将桩压入 土中。由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及 其配筋只要满足吊装弯矩和使用期受力要求就可 以，因而桩的断面和配筋可以减小。这种沉桩方 法适用于软弱土层，无振动、无噪音、对周围环 境影响小，适合在城市中施工。
3.3 静力压桩工作程序
3.2.1 机械式静力压桩机 机械式静力压桩机如图3-4所示，它由压桩机 （桩架与底盘）、转动设备（卷扬机、滑轮组、 钢丝绳）、平衡设备（铁块）、量测装置（测力 计、油压表）及辅助设备（起重设备、送桩器） 等组成。这种压桩机的高度为16-40m，静压力 400-1500KN，设备总重80-172t。机身高大笨 重，移动和转场很不方便，且占地面积也较大， 目前已很少采用。
3.3.2 取土成孔机械 （1）螺旋钻孔机 螺旋钻孔机是利用动力旋转钻杆，使钻头的 螺旋叶片旋转削土，土块沿螺旋叶片上升排出孔 外。适用于地下水位以上的施工。
如图3-6所示为一种应用方便的履带式螺旋 钻孔机。钻机成孔很快，成孔后提起钻杆，再向 孔中灌入混凝土，即成为桩。
3-6 步履式螺旋钻机
（2）冲抓式成孔机 冲抓成孔机是利用冲抓斗为钻具，它以自由落体 的速度冲入土中，将土、石凿成碎块，然后抓碎 土碎石抛至孔外而成孔。结构简单、操纵方便， 适用于粘、砂、砾土及松散和混有漂石的卵石地 层中施工。
4、冲击回转式钻机 冲击回转式钻机是以回转式钻机为基础，在钻头 上部连接一个专门的冲击器（也称潜孔锤）的一 种机械。 5、钻具 钻具及钻进工具，由主动钻杆、钻杆、钻铤、岩 芯管、沉淀管、各种连接接头、接箍及钻头组成。 6、测斜仪 在灌浆工程中，由于地质和工艺的原因，钻孔偏 斜是不可避免的。但孔斜会产生极大的危害性， 如容易导致孔内事故发生，可能使技术人员对灌 浆质量作出错误的判断等。为了防止钻孔偏斜， 都需要进行钻孔测斜。
（3）振动钻机。振动钻机适用于高喷灌浆的钻 机，能穿入覆盖层中的砂类土层、黏性土层、淤 泥地层及砂砾石层。国产机型有70改进型、76型、 XJ100等
3.4.2 高喷灌泵设备
高压喷射灌浆设备按高压喷射灌浆施工工艺要 求，有多种设备组合而成。
（1）搅浆机。搅浆机现常有的有卧式搅浆机和立 式搅浆机两种。
3.2.2 液压式静力压桩机
液压静力压桩机如图3-5所示，由液压吊装机 构、液压夹持、压桩机构（千斤顶）、行走及回 转机构、液压及配电系统、配重铁等部分组成。 工作原理：行走装置是由“横向行走”（短船）、 “纵向行走”（长船）和回转机构组成。 使用特点：它与锤击式打桩机、振动式沉桩机 相比，无冲击力，可避免桩头被打碎、爆裂，压 桩时对桩周土体扰动范围较小，可提高桩基础施 工质量，节约桩身材料，降低工程造价；它无振 动，无噪声，无环境污染，适用于人口稠密的城 市中施工。但压桩只限于压垂直桩及软土地基的 沉桩施工，具有一定的局限性。
2）两管喷射装置。
3）三管喷射装置。
4）多介质喷射装置。
（8）浆液回收设施。
压水泵技术规格
3.4.3 高压喷射灌泵设备的应用 四川省二滩水电站上下游挡水围堰采用高压旋 喷灌泵防渗处理。
3.5 钻孔灌浆设备
3.5.1 钻孔设备 灌浆工程的钻孔设备包括钻机和钻进工具。钻 进工具是指水龙头以下与其连接组成的全套工具。 钻进方法不同，机具配置也不同。 选择钻机主要考虑施工条件、岩石性质、钻孔 深度、钻孔方向、钻孔直径和灌浆方法等因素。 钻机按照破碎岩石方法不同分为回转式钻机、冲 击式钻机和冲击—回转式钻机。
高压喷射灌浆的施工机具由高压 发生装置、钻机、特种钻杆和高 压管路四部分组成。主要包括： 钻机、高压泵、空气压缩机、注 浆管、喷嘴、流量计、输浆机、 制浆机。
3.4.1 高压钻孔设备
（1） 回转式钻机。各种回转式岩芯钻机均可 在高压喷射灌浆造孔中应用。
（2）冲击回转钻机（全液压工程钻机）。这种 钻机机械化程度高，对地层适应能力强，尤其在 复杂的卵砾石地层造孔工效较高。国产机型有MG200（河北宣化）、MGY-100（重庆探矿）、SM3000（河北三河）等，进口有SM305、SM400等。
（2）灌浆泵。根据高压喷射灌浆的要求，一般压 力应大于0.8MPa，流量大于80L/min。单介质喷 射时需要较高压力的高压泥浆泵。
（3）水泥上料机。水泥上料机有皮带上料机、气 动上料机和螺旋上料机等许多种类，工地上常用 的是螺旋上料机。
（4）高压水泵和水管 1）高压水泵和高压胶管。高压水泵的一般要 求为压力20-50MPa，流量50-100L/min。高压喷 射灌浆施工中常用的是3D2-SZ系列卧式三柱塞水 泵。3D2-SZ高压水泵技术规格见表3-1。 2）高压水管。高压水管一般选用4层或6层的 钢丝缠绕胶管。 （5）空气压缩机。
第3章 基础工程机械
3.1 打桩设备
基础是将上部荷载传递到地基的一种结构 物，而桩基础就是其中一种。当天然地基上的 浅基础沉降量过大或地基承载能力不能满足建 筑物得到要求时，常采用桩基础。现在桩基础 已广泛应用在海上采用平台、大型港口、深水 码头及各种桥梁的基础工程中。
• 按桩的施工方法，桩可分为预制桩和灌注桩两 类。 • 预制桩是在工厂或施工现场制成的各种形式的 桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中， 或有的用高压水冲沉入土中。 • 灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成 孔，然后在孔内灌注混凝土而成。根据成孔方 法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管 灌注桩和爆扩桩等。
3.4 高压喷射灌浆设备
高喷技术主要是借助于高压射流，通过冲击 切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、 充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形 成凝结体，从而改变原地层结构和组成，借以达 到防渗或提高承载力的目的。
高喷灌泵技术有单管法、双管法、三管法。 高喷形成的凝结体的形状与喷射的形式有关，喷 射形式一般有旋喷、摆喷和定喷三种。喷射时若 边提升边旋转，则凝结体的形状为圆柱体（又称 旋喷柱）若边提升边摆动，则形成的凝结体的形 状为哑铃状，若只提升和定向喷射则可形成板状 （又称定喷板）。
3.1.2 蒸汽锤
• 按照蒸汽对桩锤的作用方式不同，蒸汽锤 分为单动式、双动式和差动式3种。 • 单动汽锤：利用蒸汽或压缩空气的压力将 锤头上举，然后自由下落冲击桩顶。 适用范围：适用打各种桩，最适宜于套管 打桩和灌注砼桩； 优缺点：结构简单，落距小，不易损坏桩 头；打桩速度及冲击力较落锤大，效率高；
2、灌浆辅助设备 （1）智能灌浆记录仪。 （2）水泥浆搅拌机。 （3）灌浆塞。
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导杆式柴油锤
筒式柴油锤
图3-1 导杆式柴油锤的工作原理
图3-2 筒式柴油锤的工作原理
• 2、柴油打桩机的特点 柴油锤的特点是：结构简单、打桩数量大。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。打桩数量可随沉桩阻力自动增 减调节。当地基阻力大时，上活塞上跳高度大， 打桩能量就大；地基阻力小时，桩下沉量大，打 桩能力随之减小，对打桩工作非常有利。 主要缺点是产生噪音、振动和对空气有污染等。
CZ-22型冲击钻机传动系统示意图 1-电动机; 2-主轴; 3-冲击机构; 4-工具卷筒; 5-抽筒卷筒; 6-辅助卷筒
CZ-22型冲击钻机外貌
1-电动机; 2-冲击连杆; 3-主轴; 4-压轮; 5-钻机天轮; 6-桅杆; 7-钢丝绳; 8-抽筒天轮
3.5.2 灌浆设备 1、灌浆设备的组成
灌浆机具主要包括灌浆泵、制浆和储浆设备、灌 浆塞等。
（6）提升、卷扬及旋摆设备。提升、卷扬及旋摆 设备包括卷扬机、提升台车、旋摆机构，用于控 制喷射流运动，以形成要求性状的凝结体。