全液压静力压桩机及其液压系统的设计解读

第 25卷第 6期水利电力机械

Vol. 25 No. 6 2003年 12月 W ATER C ONSERVANCY &E LECTRIC POWER M ACHI NERY

Dec. 2003

全液压静力压桩机及其液压系统的设计

Design of the hydraulic static pneumatic pilling machine and its hydraulic system

夏卿坤 1, 刘磊 2, 谢立辉 1, 刘煜 1

(1. 长沙大学机械工程系 , 湖南长沙 410003; 2. 武汉 430034

摘要 :、实施途径。关键词 :全液压静力压桩机 ; 中图分类号 :TU67:B

文章编号 :1006-6446(2003 06-0028-03

收稿日期 :2002-08-24

作者简介 :夏卿坤 (1963- , 男 , 福建福清人 , 长沙大学机械工程系教授级高级工程师 , 从事材料成型与控制方面的教学和研究工作。

0引言

全液压静力压桩机是利用高压油产生的强大静压力 , 平稳、安静地将预制桩快速沉入地基的一种新

型桩基机械 , 具有操作简便、工作效率高、无噪声和气体污染、压桩时对桩周的土体扰动范围和程度小、便于操作时控制、施工质量好等特点 , 已广泛用于我国许多城市 , 特别是沿海城市建设和旧城改造的桩基础施工。

全液压静力压桩机的压桩工作机理是静压预制桩主要用于软土地基 , 当预制桩在垂直静压力作用下沉入土中时 , 桩周围土体发生急速而激烈的挤压 , 土中孔隙水压力急剧上升 , 土的抗剪强度大大降低 , 这时桩身很容易往下沉 , 压桩的阻力主要来自桩尖向下穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力 , 压桩阻力并不一定随桩的入土深度的增加而累计增大 , 而是随着桩尖处土体的软硬程度等因素 , 即桩尖土体的抗冲剪阻力大小而波动 , 这说明此时桩侧摩擦阻力非常小 , 但这是一种暂时的现象。一旦压桩终止 , 随着时间的推移 , 桩周土体中孔隙水压力逐渐消散 , 土体发生固结 , 土的抗剪强度也可随桩侧摩擦力逐渐恢复和提高 , 从而使静压预制桩获得较大的承载力 , 在某些土体固结系数较高的软弱地基 , 静压预制桩获得单桩极限承载力可比最终压桩力高出二、三倍。

全液压静力压桩机静压预制桩的施工 , 一般情

况下采用分段压入、逐段接长的方法。其程序为 :测量定位→ 压桩机就位→ 吊桩喂桩→ 桩身对中调直→ 压桩→ 接桩→

再压桩→ 送桩→ 终止压桩→ 截 (接桩头。

全液压静力压桩机具有如下显著特点。 (1 在施工中具有无振动、无噪音、无污染等特点 , 是实施城市环境保护法的一种理想的文明施工机械。在城市居民区、学校教育区、医院疗养区、宾馆、科研楼、精密车间等区域施工均具有独特的适应性和优越性。

(2 供压压桩机的桩身混凝士强度 , 一般能达到起模、吊运要求即可 , 故比锤击桩节省钢材和降低混凝士标号 , 且可消除因锤击而造成的桩头破损和桩身断裂 , 从而降低了工程成本。经统计 , 压桩与打桩相比可节约钢材 47%, 节约水泥12%。

(3 压桩可避免锤击灌注桩调换桩管长度等不利因素 , 还可避免灌注桩施工时一般容易发生的混凝士缩颈蜂窝又断桩的。压桩所引起的桩周土体隆起和水平位移比打桩要小 , 也就表明压桩对土体结构的破坏程度和破坏范围比打桩小得多。

(4 由于压桩机的工作高度不高 , 重心低 , 所以桩机的施工操作和保养较为方便 , 并可避免高空作业中的不安全因素。桩机作业人员少 , 劳动强度低 , 施工文明 , 整机的拆、运、装十分方便。

(5 适宜于覆土层不厚的岩溶地区。此类地区采

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用钻孔桩很难钻进 ; 采用冲孔桩 , 容易卡锤 ; 采用打入式桩容易打碎 , 只有静压桩是慢慢地压入并且显

示压桩阻力 , 可收到较好的技术经济效果。

(6 压桩施工速度快。

1 QY Z 600型静力压桩机机构和工作原理

1. 1压桩机的组成部分

压桩机的主要组成部分如图 1

所示。

图 1全液压静力压桩机示意图

1. 2主要部件机构和工作原理 1.

2. 1长船行走机构

长船行走机构主要由船体、行走台车、油缸等组

成。油缸的活塞杆球头与船体联接 , 缸体通过铰耳与主动行走台车联接 , 行走台车与底盘支腿上的顶升油缸铰接。其动作过程是顶升油缸使长船落地 , 短船离地 , 然后长船油缸伸缩推动行走台车 , 使桩机沿长船轨道前后移动 , 顶升油缸回程使长船离地 , 短船落地 , 短船油缸动作时 , 长船船体悬挂在桩机上移动 , 上述动作作往复交替 , 即实现了桩机的横向行走。 1. 2. 2短船行走机构及回转机构

短船行走机构及回转机构由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、油缸、回转轴、滑块等组成。桩机回转动作是 :长船接触地面 , 短船离地 , 两个短船油缸各伸出 1/2行程 , 然后短船接触地面 , 长船离地 , 此时使两个短船油缸的活塞一

个作伸出动作 , 一个作缩回动作 , 桩机此时通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑动 , 油缸行程走满 , 桩机可回转 15°, 重复上述动作 , 桩机可回转 360°。

1. 2. 3平台

平台是桩机的主体结构 , 通过 4只顶升油缸与

长船联接 , 由 4条主腿与两短船联接 , 中部装有导向立柱和压桩门架 , 主、辅油缸各两对成组对称分置于门架中心并以螺栓连接 , 压桩油缸与夹持机构铰接 , 通过压桩油缸活塞杆的往复位移 , 实现压桩和拔桩。 1. 2. 4夹持机构与导向压桩架该部分由夹持横梁、夹持油缸、导向压桩架和压桩油缸等组成 , 压桩 , , , 使夹持机构在导向压 , 带动桩段挤入土中 , 压桩油缸行程走满 , 夹持油缸回程 , 然后压桩油缸也作回程动作。上述运动往复交替 , 即可实现桩机的压桩工作。 1. 2. 5液压系统

液压系统分主机液压系统和吊机液压系统。主机液压系统由双联齿轮泵、单向阀、溢流阀、多路换向阀、手动换向阀、液控单向阀等控制元件和执行机构组成 , 主机采用 2台双联齿轮泵 C BZ2055/080作为液压的能源泵 , 分别由 2台 55kW 电动机作动力 , 其额定工作压力为 p =25MPa 。由于压桩机的吨位

较大 , 压桩系统的主要执行元件压桩油缸由单缸改

为双缸 , 由一个双作用主液压缸和一个柱塞缸辅助缸组成。其液压系统原理见图 2。

吊机采用 1台单联齿轮泵 C BZ2050作为液压的能源泵 , 由 1台 30kW 电动机作动力 , 其额定工作压力为 p =21MPa 。 1. 3专用配套工作吊机

为了满足不同截面 (3~13m 的预制桩起吊及桩机的装拆、检修、预制桩的转场等作业。吊机起重臂分为基本臂、伸缩臂 , 伸缩臂的伸缩通过基本臂上的伸缩油缸活塞的运动完成。伸缩完成后 , 用插销将伸缩臂固定在基本臂上 , 配有专门