桩工机械
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4
（a）扫气、喷油 （b）压缩 （c）冲击 （d）爆发 （e）排气 （f）吸气 （g）降落
5
导杆式柴油锤工作原理图
6
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。
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。
18
§12—2 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
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。桩下沉的主要参数。
A
mrf 2
f 2 k Mf 2 2
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A
mrf 2
f 2 k Mf 2 2
β-阻力系数 k-土壤的刚度系数 M-振动体的质量
f-振动锤的振动频率 m-偏心块的质量 r-偏心块的偏心距
3
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：
n 60 H
8
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：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Hale Waihona Puke Baidu， 桩锤在自重作用下落下冲击桩头进行打桩。
r-偏心块质心至回转中心的 距离，m
ω-偏心块转动的角速度，rad/s
振动器工作原理
14
垂直方向的离心力叠加为：
P 2mr2 sin
φ-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
振动器工作原理
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。
13
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
每个偏心块产生的离心力：
F mr2
m-偏心块质量，kg
(a)刚性式振动打桩机-振动器与原动机刚性连接
构造简单，原动机寿命短
(b)柔性式振动打桩机-振动器与原动机用减震弹簧分开 构造复杂，原动机寿命长
15
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。
适合于粘土层或硬土层 上打桩
9
10
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。
11
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。
12
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1kN30kN，打击次数每分钟 10-12次，打桩效率较低， 贯入能量小。
1
桩基础施工的关键在于成桩 桩按施工方法分：预制桩、灌注桩
桩工机械主要有预制桩施工机械和灌注 桩施工机械两类。
§12—1 预制桩施工机械
§12—2 灌注桩成孔机械
2
2
§12—1 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。
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。
▪ 灌注桩成孔机械分两大类：挤土成孔和取土成孔机
械。
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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。
16
3、振动打桩机的主要性能参数
（1）偏心力矩M(N•m)-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 M Wr 。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）
柴油锤的缺点：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
7
（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（kg•m)
E=1.2WH （4）每分钟冲击次数n
（a）扫气、喷油 （b）压缩 （c）冲击 （d）爆发 （e）排气 （f）吸气 （g）降落
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导杆式柴油锤工作原理图
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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。
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。
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§12—2 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
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。桩下沉的主要参数。
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mrf 2
f 2 k Mf 2 2
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mrf 2
f 2 k Mf 2 2
β-阻力系数 k-土壤的刚度系数 M-振动体的质量
f-振动锤的振动频率 m-偏心块的质量 r-偏心块的偏心距
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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：
n 60 H
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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：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Hale Waihona Puke Baidu， 桩锤在自重作用下落下冲击桩头进行打桩。
r-偏心块质心至回转中心的 距离，m
ω-偏心块转动的角速度，rad/s
振动器工作原理
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垂直方向的离心力叠加为：
P 2mr2 sin
φ-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
振动器工作原理
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。
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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
每个偏心块产生的离心力：
F mr2
m-偏心块质量，kg
(a)刚性式振动打桩机-振动器与原动机刚性连接
构造简单，原动机寿命短
(b)柔性式振动打桩机-振动器与原动机用减震弹簧分开 构造复杂，原动机寿命长
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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。
适合于粘土层或硬土层 上打桩
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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。
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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。
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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1kN30kN，打击次数每分钟 10-12次，打桩效率较低， 贯入能量小。
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桩基础施工的关键在于成桩 桩按施工方法分：预制桩、灌注桩
桩工机械主要有预制桩施工机械和灌注 桩施工机械两类。
§12—1 预制桩施工机械
§12—2 灌注桩成孔机械
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§12—1 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。
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。
▪ 灌注桩成孔机械分两大类：挤土成孔和取土成孔机
械。
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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。
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3、振动打桩机的主要性能参数
（1）偏心力矩M(N•m)-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 M Wr 。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）
柴油锤的缺点：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
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（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（kg•m)
E=1.2WH （4）每分钟冲击次数n