第十讲桩工机械

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。
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• 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，
(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。
(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。
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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。
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(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。
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。
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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。
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(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。
(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。
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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。
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)。
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。
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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。
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1、三支点式履带 桩架：
（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。
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)。
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(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
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。
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• 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。
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。
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。
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• 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）。
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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，它由短螺 旋钻孔器和步履式桩 架组成。
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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
以下介绍打桩机和钻孔机两大类机械。
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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。
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1、落锤
落锤冲击体靠卷扬机提升，在自重作用 下落下施打。
小磨损。
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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 。
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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。
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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。
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。
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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。
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。
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。
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(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。
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。
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。
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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。
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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）。