桩工机械

预制桩沉桩方法采用打入法、振动法和静压 法三种方法施工。所用的机械：打入法主要用落 锤、柴油锤、液压锤等；振动法用振动锤；各种 桩锤和桩架合起来称为打桩机（静压法则用静力 压桩机）。
灌注桩的成孔方法主要有挤土成孔和取土成 孔两种。挤土成孔可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；取土成孔可以用 螺旋钻孔机、回转斗钻孔机、潜水钻孔机、全套 管钻机等成孔机械。
• 长螺旋钻机如图所示
1一电动机;2一减速器; 3一钻杆;4一钻头; 5一钻架; 6一无缝钢管; 7一钻头接头;8一刀板; 9一定心尖;10一切削刃
（2）工作原理：
• 回转和旋转：
回转时，前后支腿支起，步履 靴离地，回转液压缸伸缩使下 转盘与步履靴顺时针或逆时针 旋转。
如果前后支腿回缩，支腿离地， 步履靴支撑整机，回转液压缸 伸缩带动平台整体顺时针或逆 时针旋转。
• 移位和行走：
下转盘底面安装有行走滚轮，滚轮与步履靴相连接。 滚轮能在步履靴内滚动。
1-钻机部分； 2电缆卷筒； 3臂架； 4-斜撑; 5-起架夜压缸; 6操纵室； 7-卷扬机； 8-液压系统; 9-平台; 10-后支腿; 11-步履靴; 12-下转盘； 13上转盘； 14-前支腿
步履式桩架包括：
平台9、下转盘12、步履靴11、 前支腿14、后支腿10、卷扬机 构7、操作室6、电缆卷筒2、 电气系统和液压系统8组成。 下转盘上有回转滚道，上转盘 的滚轮可在上面滚动，回转中 心轴一端与下转盘中心相连， 另一端与平台下部上转盘中心 相连。
一、螺旋钻孔机
螺旋钻孔适用于地下水位以上的施工，所用 的螺旋钻孔机包括长螺旋钻孔机(连续排土，一次 完成钻进探度)、短螺旋钻孔机(周期性钻进、排 土)和螺旋钻扩机(施工扩底桩)。长螺旋钻孔机应 用最广。
1、长螺旋钻机
（1）长螺旋钻孔机组成： 长螺旋钻孔机由钻架和钻具等组成。
其中，钻具由电动机、立式行星减速器、钻杆、 钻头及稳杆器、导向圈等组成。
第二节 钻 孔 机
在施工灌注桩和钻孔打入预制桩时，首先要 在地基上成孔。机械成孔的方法主要有挤土成孔 和取土成孔。
挤土成孔适于沉管灌注桩，是采用打桩机将 工具式钢管桩(桩尖为活瓣或桩靴)沉入地基土中 而成桩孔，一般孔径不大于0.5m。
取土成孔是利用钻孔机把桩位上的土取出成 孔。常用的钻孔机有螺旋钻孔机、潜水钻孔机、 全套管钻孔机和回转斗钻孔机等。
它不仅可以向超大型发展，可以打斜桩 甚至打水平桩，而且还能水下打桩，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。
• 组成：
如图所示为一种自动操纵
的单动式蒸汽锤（冲击体靠蒸 气驱动上升，靠自落冲击沉桩） 示意图。锤体主要部分相当于 一个双杆单作用活塞缸。
上活塞杆3为空心杆，与汽 缸上腔连通，兼作进排汽管， 进排汽的控制则由其顶部的配 汽阀1完成。配汽阀由阀体和阀 芯组成，阀芯上部通过一杠杆 与拉簧5连接，拉簧的另一端则 与汽缸连接。汽缸8是冲击体， 工作时沿上、下活塞杆作往复 运动，下活塞杆下端固定有桩 帽11，桩帽的作用主要是保持 桩位和保护桩头。
5、振动锤
振动锤是利用振动能量 沉桩和拔桩。其类型主要有 振动式和振动冲击式两种， 分别称为振动锤和振动冲击 锤。
(1)振动锤
振动锤由吸振器1、原动机2、 振动器3和夹桩器4等组成。
振动锤的特点是：用途广， 可沉可拔，预制桩、灌注桩 均可施工，效率高，使用方 便；无废气污染；超高频振 动锤对土体扰动范围小，振 动、噪声小；不损伤桩头； 但对地基土的适应性较差； 不能打斜桩。
(7)扫气过程 (图g) 上活塞的动能全部转化为势能后，又再 次下降，一部分的新鲜空气与残余废气的混合气由排气 口排出直至重复喷油过程，柴油锤便周而复始地工作。
4、液压锤
液压锤是近20年来发展起来的一种较理想的 打桩锤。它利用液体压力能驱动冲击体升降。
其优点是：沉桩力作用时间长，有效贯入能 量大；冲击力的大小可调节，不易打坏桩头并且 能适应各种土壤；无废气污染及噪声、振动等公 害；能用于水下打桩、打斜桩；便于检查桩的承 载力等。不足之处在于结构复杂，价格昂贵。目 前液压锤的应用还不甚广泛。
以下介绍打桩机和钻孔机两大类机械。
第一节 打桩机
一、桩锤
桩锤是打桩机的工作装置，提供沉桩能 量。
桩锤可分为落锤、蒸汽锤、柴油锤、液 压锤和振动锤，前4种靠打入法沉桩，后一 种靠振动法沉桩。
桩锤除用于沉预制桩外，还可配以钢桩 管，施工沉管灌注桩。
1、落锤
落锤冲击体靠卷扬机提升，在自重作用 下落下施打。
柴油锤起动时，由桩架卷扬机将起落架吊升， 起落架钩住上活塞提升到一定高度，脱钩后上活 塞靠自重落下，柴油锤即可起动。
筒式柴油锤工作循环过程是：(上活塞下降时) 扫气-喷油-压缩-冲击、雾化(沉桩)-燃烧爆发(沉桩， 上活塞上升)-排气-吸油-吸气(上活塞至最高点)。
(1)喷油过程(图a) 上活塞被起落架吊起，新鲜空气进入气缸， 燃油泵进行吸油。上活塞提升到一定高度后自动脱钩掉落， 上活塞下降。当下降的活塞碰到油泵的压油曲臂时，把一 定量的燃油喷入下活塞的凹面。
移位时靠液压缸伸缩使步履靴前后移动。
行走时，前后支腿液压缸收缩，支腿离地，步履靴支 撑整机，钻架整个工作重量落在步履靴上，行走液压缸伸 缩使整机前或后行走一步。
然后让支腿液压缸伸出，步履靴离地，行走液压缸伸 缩使步履靴回复到原来位置。
重复上述动作可使整个钻机行走到指定位置。
• 臂架的起落：
臂架3的起落由液压缸5完成。在施工现场整机移动对 位时，不用落下钻架。转移施工场地时，可以将钻架放下， 安上行走轮胎。
• 主要工作过程。
启动时，汽缸落于桩帽上， 阀芯处于低位，其中心通道被封 闭。蒸气由进汽口经进排汽管进 入汽缸上腔，汽缸在蒸气压力作 用下上升(图a）。
当汽缸上升到预定高度时， 弹簧经杠杆作用在阀芯上的力减 小到小于阀芯上所受的蒸气压力 时，阀芯便上移，关闭进汽口， 打开排汽口，使汽缸上腔经进排 汽管和阀芯中心通道与大气连通。 汽缸在自重作用下下落冲击桩帽 (图b)。
④冷却系统
冷却系统有水冷却 与空气冷却两种形式。 水冷式柴油锤在下汽缸 的中下部装有冷却水箱 （图中24、10），靠 水的蒸发散热来冷却锤 体；空冷式柴油锤的下 汽缸外壁带有散热片， 靠强烈的扫气与增大汽 缸外表面积来保证冷却 。
⑤起落架
起落架（图中29 ）用来启动和提升桩锤 。
（2）工作原理
单从能量转换的角度讲，筒式柴油锤实质上 就是一台二冲程柴油机。
二、桩架
桩架是桩工机械的重要组成部分，用来悬挂 桩锤、吊桩就位和沉桩导向的。它还可用来安装 各种成孔装置，为成孔装置导向。
桩架种类很多。
按桩架移动方式，有履带式、轮胎式、轨道 式、步履式等。履带式使用最方便、应用最广、 发展最快；
按桩架结构形式，有三点支承式、悬挂式等。
1、三支点式履带 桩架：
以履带起重机的 车体作为主体，立柱 靠下部的托架7和上部 左右分开的两个斜撑2 支持，故此得名。
为了增加立柱侧向 稳定性，要求两个斜 撑的下支座有较大的 间距，所以在车体后 方设一横梁，并在横 梁端部各装一个液压 支腿8，作为斜撑的下 支座。
斜撑下都是超长油缸，用于调整立柱的 垂直度或倾斜角。
立柱上有用于沉桩导向的导轨。为提高 立柱的利用率，一些立柱有内、外双层导轨， 间距分别为600mm和330mm。这样便可悬 挂各种级重的桩锤。
②燃油供给系统
由燃油箱5、滤油器 6、输油管7及燃油泵8 等组成。
燃油泵多为低压柱 塞泵，工作时供给液状 柴油，靠上、下活塞的 冲击使柴油雾化。这种 冲击雾化方式存在雾化 不安全，软土起动性能 差等弱点。所以有些机 型采用高压雾化供油方 式。
③润滑系统 其作用是润 滑上、下活塞与汽缸体 之间的摩擦表面，以减 小磨损。
由于这类桩架的侧向稳定 性主要由起重机下部的支撑杆 保证，侧向稳定性较差，只能 用于小桩的施工。
3、步履式桩架
步履式桩架是国内 应用较为普遍的桩架， 在步履式桩架上可配 用长、短螺旋钻孔器、 柴油锤、液压锤和振 动桩锤等设备进行钻 孔和打桩作业。
（1）组成： 如图为DZBl500型
液压步履式钻孔机组 成示意图，wk.baidu.com由短螺 旋钻孔器和步履式桩 架组成。
其冲击能量经桩帽和桩垫传 给桩，使桩克服土的阻力及自身 的惯性而下沉。与此同时，阀芯 下移至低位，封闭排汽口，打开 进汽口，进行下一个循环。
3、柴油锤
柴油打桩锤是利用柴油燃烧释放的能量 提升冲击体进行打桩的。
与蒸汽锤比较，柴油锤具有自带动力， 使用方便，能耗低，生产效率高，能根据沉 桩阻力的大小自动调节冲击力等优点。缺点 是噪声大，废气污染严重，在软土及低温条 件下启动困难，不能长时间持续工作。因受 自重、公害及性能的制约，难以向超大型发 展。
(5)排气、吸油过程 (图e) 上跳的活塞通过排气口后，燃烧 过的废气便从排气口排出。上活塞上升越过燃油泵的压 油曲臂后，曲臂在弹簧作用下复位，同时带动燃油泵柱 塞上提而吸入一定量的燃油，为下次喷油作准备。
(6)吸气过程 (图f) 上活塞在惯性作用下，继续上升，这时 气缸内产生负压，新鲜空气被吸入气缸内。活塞跳得越 高，所吸入的新鲜空气越多。
其特点是构造简单，费用低廉，生产效 率低，贯人能量小，对桩的损伤大。
一般锤重为1-30kN，每分钟锤击次数 小于12次，仅在小规模的工程中采用。
2、蒸汽锤
以蒸气为动力，需配备一套锅炉设备， 效率低(一般为2%-3%)，使用不方便，曾一 度被柴油锤所取代。后因大型桩基及打 45°斜桩的需要，蒸汽锤又得以发展。
建筑施工机械
第 十 讲 桩 工 机 械
本章主要内容：
第一节 打桩机 第二节 钻孔机
桩工机械是进行桩基础工程施工的各种 机械设备的总称。
桩基础由桩和承台组成，施工的关键在 于成桩。桩按施工方法的不同，分为预制桩 和灌注桩两大类。
预制桩施工是将预制好的桩沉入设计要 求的深度；灌注桩施工是先在地基上按设计 要求的位置、尺寸成孔，然后在孔内置筋、 灌注混凝土而成桩。
(2)振动冲击锤
其构造简图如图所示。 电动机l经V带传动驱动 振动器2，振动器的振动 不直接作用在桩上，而 是通过上锤砧3和下锤砧 4间的冲击，把作用时间 短，但频率很高的冲击 力传给桩身，达到沉桩 的目的。
适于在粘土或硬土
层打桩。由于受材料性 能的制约，振动冲击锤 的发展比振动锤困难和 缓慢，应用也不广。
为适应钻孔打入法施工的需求，发展了 双面型立柱，即将两种不同间距的导轨隔开 90°焊接在主管上，可同时悬挂长螺旋钻孔 机和柴油桩锤。
2、悬挂式桩架：
它以通用履带起重机为底 盘，卸去吊钩，将吊臂5顶端 与桩架连接，桩架立柱底部有 支撑杆7与回转平台连接，如 图所示。
桩架立柱1可用圆筒形，也 可用方形或矩形横截面的桁架。 为了增加桩架作业时整体的稳 定性，在原有起重机底盘上， 需附加配重。底部支撑杆是可 伸缩的杆件，调整底部支撑杆 的伸缩长度，立柱就可从垂直 位置改变成倾斜位置，这样可 满足打斜桩的需要。
(2)压缩过程 (图b) 上活塞继续下降，吸、排气口被上活塞挡 住而关闭，气缸内的空气被压缩，空气的压力和温度均升 高为燃烧爆发创造条件。
(3)冲击、雾化过程 (图c ） 当上活塞快与下活塞相撞时， 燃烧室内的气压迅速增大。当上、下活塞碰撞时，下活塞 冲击面的燃油受到冲击而雾化。上、下活塞撞击产生强大 的冲击力，大约有50%左右的冲击机械能传递给下活塞， 通过桩帽，使桩下沉。被称为"第一次打击"。 (4)燃烧爆发过程 (图d) 雾化后的混合气体，由于受高温和 高压的作用，立刻燃烧爆炸，产生巨大的能量。通过下活 塞对桩再次冲击 (即第二打击)，同时使上活塞跳起。
目前世界上最大的柴油锤冲击体重量为 150kN，冲击能量为414kN·m，而最大的蒸 汽锤冲击体重量为 1250kN，冲击能量为 2187·5kN·m。
这里介绍筒式柴油锤的 构造和工作原理。
(1)构造
筒式柴油锤主要由 锤体、燃油供给系统、 润滑系统、冷却系统及 起落架等组成。
①锤体
锤体是实现能量转 换及打桩的直接部分， 它由上汽缸2、下汽缸 9、上活塞4(即冲击体) 、下活塞11及缓冲、 导向装置等组成。