第十講樁工機(jī)械ppt課件

1、建筑施工機(jī)械,第十講 樁工機(jī)械,1,本章主要內(nèi)容：,第一節(jié) 打樁機(jī) 第二節(jié) 鉆孔機(jī),2,樁工機(jī)械是進(jìn)行樁基礎(chǔ)工程施工的各種機(jī)械設(shè)備的總稱。 樁基礎(chǔ)由樁和承臺(tái)組成，施工的關(guān)鍵在于成樁。樁按施工方法的不同，分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類。 預(yù)制樁施工是將預(yù)制好的樁沉入設(shè)計(jì)要求的深度；灌注樁施工是先在地基上按設(shè)計(jì)要求的位置、尺寸成孔，然后在孔內(nèi)置筋、灌注混凝土而成樁。,3,預(yù)制樁沉樁方法采用打入法、振動(dòng)法和靜壓法三種方法施工。所用的機(jī)械：打入法主要用落錘、柴油錘、液壓錘等；振動(dòng)法用振動(dòng)錘；各種樁錘和樁架合起來稱為打樁機(jī)（靜壓法則用靜力壓樁機(jī)）。 灌注樁的成孔方法主要有擠土成孔和取土成孔兩種。擠土成孔可用打

2、入法或振動(dòng)法將一端封閉的鋼管沉入土層中，然后拔出鋼管，即可成孔，它不適用于較大直徑的灌注樁；取土成孔可以用螺旋鉆孔機(jī)、回轉(zhuǎn)斗鉆孔機(jī)、潛水鉆孔機(jī)、全套管鉆機(jī)等成孔機(jī)械。 以下介紹打樁機(jī)和鉆孔機(jī)兩大類機(jī)械。,4,第一節(jié) 打樁機(jī),一、樁錘 樁錘是打樁機(jī)的工作裝置，提供沉樁能量。 樁錘可分為落錘、蒸汽錘、柴油錘、液壓錘和振動(dòng)錘，前4種靠打入法沉樁，后一種靠振動(dòng)法沉樁。 樁錘除用于沉預(yù)制樁外，還可配以鋼樁管，施工沉管灌注樁。,5,1、落錘 落錘沖擊體靠卷?yè)P(yáng)機(jī)提升，在自重作用下落下施打。 其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，生產(chǎn)效率低，貫人能量小，對(duì)樁的損傷大。 一般錘重為1-30kN，每分鐘錘擊次數(shù)小于12次，

3、僅在小規(guī)模的工程中采用。,6,2、蒸汽錘 以蒸氣為動(dòng)力，需配備一套鍋爐設(shè)備，效率低(一般為2%-3%)，使用不方便，曾一度被柴油錘所取代。后因大型樁基及打45斜樁的需要，蒸汽錘又得以發(fā)展。 它不僅可以向超大型發(fā)展，可以打斜樁甚至打水平樁，而且還能水下打樁，對(duì)樁的損傷小，工作性能不受土層軟硬和工作時(shí)間長(zhǎng)短的影響，無廢氣污染。,7,組成： 如圖所示為一種自動(dòng)操縱的單動(dòng)式蒸汽錘（沖擊體靠蒸氣驅(qū)動(dòng)上升，靠自落沖擊沉樁）示意圖。錘體主要部分相當(dāng)于一個(gè)雙桿單作用活塞缸。 上活塞桿3為空心桿，與汽缸上腔連通，兼作進(jìn)排汽管，進(jìn)排汽的控制則由其頂部的配汽閥1完成。配汽閥由閥體和閥芯組成，閥芯上部通過一杠桿與拉簧

4、5連接，拉簧的另一端則與汽缸連接。汽缸8是沖擊體，工作時(shí)沿上、下活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，下活塞桿下端固定有樁帽11，樁帽的作用主要是保持樁位和保護(hù)樁頭。,8,主要工作過程。 啟動(dòng)時(shí)，汽缸落于樁帽上，閥芯處于低位，其中心通道被封閉。蒸氣由進(jìn)汽口經(jīng)進(jìn)排汽管進(jìn)入汽缸上腔，汽缸在蒸氣壓力作用下上升(圖a）。 當(dāng)汽缸上升到預(yù)定高度時(shí)，彈簧經(jīng)杠桿作用在閥芯上的力減小到小于閥芯上所受的蒸氣壓力時(shí)，閥芯便上移，關(guān)閉進(jìn)汽口，打開排汽口，使汽缸上腔經(jīng)進(jìn)排汽管和閥芯中心通道與大氣連通。汽缸在自重作用下下落沖擊樁帽(圖b)。 其沖擊能量經(jīng)樁帽和樁墊傳給樁，使樁克服土的阻力及自身的慣性而下沉。與此同時(shí)，閥芯下移至低位，封閉排

5、汽口，打開進(jìn)汽口，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。,9,3、柴油錘 柴油打樁錘是利用柴油燃燒釋放的能量提升沖擊體進(jìn)行打樁的。 與蒸汽錘比較，柴油錘具有自帶動(dòng)力，使用方便，能耗低，生產(chǎn)效率高，能根據(jù)沉樁阻力的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)沖擊力等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪聲大，廢氣污染嚴(yán)重，在軟土及低溫條件下啟動(dòng)困難，不能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作。因受自重、公害及性能的制約，難以向超大型發(fā)展。 目前世界上最大的柴油錘沖擊體重量為150kN，沖擊能量為414kNm，而最大的蒸汽錘沖擊體重量為 1250kN，沖擊能量為21875kNm。,10,這里介紹筒式柴油錘的構(gòu)造和工作原理。 (1)構(gòu)造 筒式柴油錘主要由錘體、燃油供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及起落架

6、等組成。 錘體 錘體是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換及打樁的直接部分，它由上汽缸2、下汽缸9、上活塞4(即沖擊體)、下活塞11及緩沖、導(dǎo)向裝置等組成。,11,燃油供給系統(tǒng) 由燃油箱5、濾油器6、輸油管7及燃油泵8等組成。 燃油泵多為低壓柱塞泵，工作時(shí)供給液狀柴油，靠上、下活塞的沖擊使柴油霧化。這種沖擊霧化方式存在霧化不安全，軟土起動(dòng)性能差等弱點(diǎn)。所以有些機(jī)型采用高壓霧化供油方式。 潤(rùn)滑系統(tǒng) 其作用是潤(rùn)滑上、下活塞與汽缸體之間的摩擦表面，以減小磨損。,12,冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)有水冷卻與空氣冷卻兩種形式。水冷式柴油錘在下汽缸的中下部裝有冷卻水箱（圖中24、10），靠水的蒸發(fā)散熱來冷卻錘體；空冷式柴油錘的下汽缸外壁帶

7、有散熱片，靠強(qiáng)烈的掃氣與增大汽缸外表面積來保證冷卻。 起落架 起落架（圖中29 ）用來啟動(dòng)和提升樁錘。,13,（2）工作原理 單從能量轉(zhuǎn)換的角度講，筒式柴油錘實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)二沖程柴油機(jī)。 柴油錘起動(dòng)時(shí)，由樁架卷?yè)P(yáng)機(jī)將起落架吊升，起落架鉤住上活塞提升到一定高度，脫鉤后上活塞靠自重落下，柴油錘即可起動(dòng)。 筒式柴油錘工作循環(huán)過程是：(上活塞下降時(shí))掃氣-噴油-壓縮-沖擊、霧化(沉樁)-燃燒爆發(fā)(沉樁，上活塞上升)-排氣-吸油-吸氣(上活塞至最高點(diǎn))。,14,(1)噴油過程(圖a) 上活塞被起落架吊起，新鮮空氣進(jìn)入氣缸，燃油泵進(jìn)行吸油。上活塞提升到一定高度后自動(dòng)脫鉤掉落，上活塞下降。當(dāng)下降的活塞碰到油

8、泵的壓油曲臂時(shí)，把一定量的燃油噴入下活塞的凹面。 (2)壓縮過程 (圖b) 上活塞繼續(xù)下降，吸、排氣口被上活塞擋住而關(guān)閉，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮，空氣的壓力和溫度均升高為燃燒爆發(fā)創(chuàng)造條件。,15,(3)沖擊、霧化過程 (圖c ） 當(dāng)上活塞快與下活塞相撞時(shí)，燃燒室內(nèi)的氣壓迅速增大。當(dāng)上、下活塞碰撞時(shí)，下活塞沖擊面的燃油受到?jīng)_擊而霧化。上、下活塞撞擊產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，大約有50%左右的沖擊機(jī)械能傳遞給下活塞，通過樁帽，使樁下沉。被稱為第一次打擊。 (4)燃燒爆發(fā)過程 (圖d) 霧化后的混合氣體，由于受高溫和高壓的作用，立刻燃燒爆炸，產(chǎn)生巨大的能量。通過下活塞對(duì)樁再次沖擊 (即第二打擊)，同時(shí)使上活塞跳

9、起。,16,(5)排氣、吸油過程 (圖e) 上跳的活塞通過排氣口后，燃燒過的廢氣便從排氣口排出。上活塞上升越過燃油泵的壓油曲臂后，曲臂在彈簧作用下復(fù)位，同時(shí)帶動(dòng)燃油泵柱塞上提而吸入一定量的燃油，為下次噴油作準(zhǔn)備。 (6)吸氣過程 (圖f) 上活塞在慣性作用下，繼續(xù)上升，這時(shí)氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，新鮮空氣被吸入氣缸內(nèi)?；钊迷礁?，所吸入的新鮮空氣越多。 (7)掃氣過程 (圖g) 上活塞的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為勢(shì)能后，又再次下降，一部分的新鮮空氣與殘余廢氣的混合氣由排氣口排出直至重復(fù)噴油過程，柴油錘便周而復(fù)始地工作。,17,4、液壓錘 液壓錘是近20年來發(fā)展起來的一種較理想的打樁錘。它利用液體壓力能驅(qū)動(dòng)沖擊體

10、升降。 其優(yōu)點(diǎn)是：沉樁力作用時(shí)間長(zhǎng)，有效貫入能量大；沖擊力的大小可調(diào)節(jié)，不易打壞樁頭并且能適應(yīng)各種土壤；無廢氣污染及噪聲、振動(dòng)等公害；能用于水下打樁、打斜樁；便于檢查樁的承載力等。不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。目前液壓錘的應(yīng)用還不甚廣泛。,18,5、振動(dòng)錘 振動(dòng)錘是利用振動(dòng)能量沉樁和拔樁。其類型主要有振動(dòng)式和振動(dòng)沖擊式兩種，分別稱為振動(dòng)錘和振動(dòng)沖擊錘。 (1)振動(dòng)錘 振動(dòng)錘由吸振器1、原動(dòng)機(jī)2、振動(dòng)器3和夾樁器4等組成。 振動(dòng)錘的特點(diǎn)是：用途廣，可沉可拔，預(yù)制樁、灌注樁均可施工，效率高，使用方便；無廢氣污染；超高頻振動(dòng)錘對(duì)土體擾動(dòng)范圍小，振動(dòng)、噪聲?。徊粨p傷樁頭；但對(duì)地基土的適應(yīng)性較差；不能

11、打斜樁。,19,(2)振動(dòng)沖擊錘 其構(gòu)造簡(jiǎn)圖如圖所示。電動(dòng)機(jī)l經(jīng)V帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器2，振動(dòng)器的振動(dòng)不直接作用在樁上，而是通過上錘砧3和下錘砧4間的沖擊，把作用時(shí)間短，但頻率很高的沖擊力傳給樁身，達(dá)到沉樁的目的。 適于在粘土或硬土層打樁。由于受材料性能的制約，振動(dòng)沖擊錘的發(fā)展比振動(dòng)錘困難和緩慢，應(yīng)用也不廣。,20,二、樁架 樁架是樁工機(jī)械的重要組成部分，用來懸掛樁錘、吊樁就位和沉樁導(dǎo)向的。它還可用來安裝各種成孔裝置，為成孔裝置導(dǎo)向。 樁架種類很多。 按樁架移動(dòng)方式，有履帶式、輪胎式、軌道式、步履式等。履帶式使用最方便、應(yīng)用最廣、發(fā)展最快； 按樁架結(jié)構(gòu)形式，有三點(diǎn)支承式、懸掛式等。,21,1、三支

12、點(diǎn)式履帶樁架： 以履帶起重機(jī)的車體作為主體，立柱靠下部的托架7和上部左右分開的兩個(gè)斜撐2支持，故此得名。 為了增加立柱側(cè)向穩(wěn)定性，要求兩個(gè)斜撐的下支座有較大的間距，所以在車體后方設(shè)一橫梁，并在橫梁端部各裝一個(gè)液壓支腿8，作為斜撐的下支座。,22,斜撐下都是超長(zhǎng)油缸，用于調(diào)整立柱的垂直度或傾斜角。 立柱上有用于沉樁導(dǎo)向的導(dǎo)軌。為提高立柱的利用率，一些立柱有內(nèi)、外雙層導(dǎo)軌，間距分別為600mm和330mm。這樣便可懸掛各種級(jí)重的樁錘。 為適應(yīng)鉆孔打入法施工的需求，發(fā)展了雙面型立柱，即將兩種不同間距的導(dǎo)軌隔開90焊接在主管上，可同時(shí)懸掛長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)和柴油樁錘。,23,2、懸掛式樁架： 它以通用履帶起

13、重機(jī)為底盤，卸去吊鉤，將吊臂5頂端與樁架連接，樁架立柱底部有支撐桿7與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，如圖所示。 樁架立柱1可用圓筒形，也可用方形或矩形橫截面的桁架。為了增加樁架作業(yè)時(shí)整體的穩(wěn)定性，在原有起重機(jī)底盤上，需附加配重。底部支撐桿是可伸縮的桿件，調(diào)整底部支撐桿的伸縮長(zhǎng)度，立柱就可從垂直位置改變成傾斜位置，這樣可滿足打斜樁的需要。 由于這類樁架的側(cè)向穩(wěn)定性主要由起重機(jī)下部的支撐桿保證，側(cè)向穩(wěn)定性較差，只能用于小樁的施工。,24,3、步履式樁架 步履式樁架是國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為普遍的樁架，在步履式樁架上可配用長(zhǎng)、短螺旋鉆孔器、柴油錘、液壓錘和振動(dòng)樁錘等設(shè)備進(jìn)行鉆孔和打樁作業(yè)。 （1）組成： 如圖為DZBl500型

14、液壓步履式鉆孔機(jī)組成示意圖，它由短螺旋鉆孔器和步履式樁架組成。,1-鉆機(jī)部分；2電纜卷筒； 3臂架； 4-斜撐; 5-起架夜壓缸; 6操縱室； 7-卷?yè)P(yáng)機(jī)； 8-液壓系統(tǒng); 9-平臺(tái); 10-后支腿; 11-步履靴; 12-下轉(zhuǎn)盤；13上轉(zhuǎn)盤；14-前支腿,25,步履式樁架包括： 平臺(tái)9、下轉(zhuǎn)盤12、步履靴11、前支腿14、后支腿10、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)7、操作室6、電纜卷筒2、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)8組成。下轉(zhuǎn)盤上有回轉(zhuǎn)滾道，上轉(zhuǎn)盤的滾輪可在上面滾動(dòng)，回轉(zhuǎn)中心軸一端與下轉(zhuǎn)盤中心相連，另一端與平臺(tái)下部上轉(zhuǎn)盤中心相連。 （2）工作原理： 回轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)： 回轉(zhuǎn)時(shí)，前后支腿支起，步履靴離地，回轉(zhuǎn)液壓缸伸縮使下轉(zhuǎn)盤與

15、步履靴順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 如果前后支腿回縮，支腿離地，步履靴支撐整機(jī)，回轉(zhuǎn)液壓缸伸縮帶動(dòng)平臺(tái)整體順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。,26,移位和行走： 下轉(zhuǎn)盤底面安裝有行走滾輪，滾輪與步履靴相連接。滾輪能在步履靴內(nèi)滾動(dòng)。 移位時(shí)靠液壓缸伸縮使步履靴前后移動(dòng)。 行走時(shí)，前后支腿液壓缸收縮，支腿離地，步履靴支撐整機(jī)，鉆架整個(gè)工作重量落在步履靴上，行走液壓缸伸縮使整機(jī)前或后行走一步。 然后讓支腿液壓缸伸出，步履靴離地，行走液壓缸伸縮使步履靴回復(fù)到原來位置。 重復(fù)上述動(dòng)作可使整個(gè)鉆機(jī)行走到指定位置。 臂架的起落： 臂架3的起落由液壓缸5完成。在施工現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)移動(dòng)對(duì)位時(shí)，不用落下鉆架。轉(zhuǎn)移施工場(chǎng)地時(shí)，可以將鉆架放下，

16、安上行走輪胎。,27,第二節(jié) 鉆 孔 機(jī),在施工灌注樁和鉆孔打入預(yù)制樁時(shí)，首先要在地基上成孔。機(jī)械成孔的方法主要有擠土成孔和取土成孔。 擠土成孔適于沉管灌注樁，是采用打樁機(jī)將工具式鋼管樁(樁尖為活瓣或樁靴)沉入地基土中而成樁孔，一般孔徑不大于0.5m。 取土成孔是利用鉆孔機(jī)把樁位上的土取出成孔。常用的鉆孔機(jī)有螺旋鉆孔機(jī)、潛水鉆孔機(jī)、全套管鉆孔機(jī)和回轉(zhuǎn)斗鉆孔機(jī)等。,28,一、螺旋鉆孔機(jī),螺旋鉆孔適用于地下水位以上的施工，所用的螺旋鉆孔機(jī)包括長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)(連續(xù)排土，一次完成鉆進(jìn)探度)、短螺旋鉆孔機(jī)(周期性鉆進(jìn)、排土)和螺旋鉆擴(kuò)機(jī)(施工擴(kuò)底樁)。長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)應(yīng)用最廣。 1、長(zhǎng)螺旋鉆機(jī) （1）長(zhǎng)螺旋鉆

17、孔機(jī)組成： 長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)由鉆架和鉆具等組成。 其中，鉆具由電動(dòng)機(jī)、立式行星減速器、鉆桿、鉆頭及穩(wěn)桿器、導(dǎo)向圈等組成。,29,長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)如圖所示 1一電動(dòng)機(jī);2一減速器; 3一鉆桿;4一鉆頭; 5一鉆架; 6一無縫鋼管; 7一鉆頭接頭;8一刀板; 9一定心尖;10一切削刃 電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)減速器轉(zhuǎn)換成低速大扭矩的形式驅(qū)動(dòng)鉆桿，使鉆頭切削土并靠鉆頭、鉆桿上的螺旋葉片將土排出。,30,鉆頭有錐形、平底、耙形和筒式等多種形式。 錐形普通鉆頭適于普通土;平底式適用于松散土層；耙形鉆頭適于有磚塊瓦塊的雜填土;筒式鉆頭則用于鉆穿孤石或混凝土塊等。,31,穩(wěn)桿器和導(dǎo)向圈 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)由于鉆桿長(zhǎng)，為了使鉆桿施鉆時(shí)穩(wěn)

18、定和初鉆時(shí)插鉆的正確性，應(yīng)在鉆桿長(zhǎng)度的1/2處安裝中間穩(wěn)桿器，并在下部安裝導(dǎo)向圈。 中間穩(wěn)桿器是用鋼絲繩懸掛在鉆機(jī)的動(dòng)力頭上，并隨鉆桿動(dòng)力頭沿樁架立柱上下移動(dòng)，而導(dǎo)向圈則基本上固定在導(dǎo)桿最低處。 （2）主要參數(shù) 國(guó)產(chǎn)螺旋鉆孔機(jī)鉆孔直徑多在300-600mm，鉆孔深度小于20m。世界上最大的螺旋鉆孔機(jī)鉆孔直徑可達(dá)1.5m，最大深度60m。,32,2、短螺旋鉆孔機(jī) 短螺旋鉆機(jī)與長(zhǎng)螺旋桿鉆孔機(jī)相比差異主要在鉆桿。 短螺旋桿鉆的鉆頭一般只有2、3個(gè)螺旋葉片，葉片直徑要比長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)大得多。使用加長(zhǎng)鉆桿，鉆孔深度可大大增加。,33,工作時(shí)，動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿底部的螺旋部位正轉(zhuǎn)切土，鉆頭逐漸下鉆，當(dāng)葉

19、片中的土基本塞滿后，用卷?yè)P(yáng)機(jī)提拉動(dòng)力頭把螺旋鉆頭提出孔面，然后樁架回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，短螺旋反向旋轉(zhuǎn)，將螺旋葉片上的碎土甩到地面上。 短螺旋鉆的轉(zhuǎn)速要比長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)轉(zhuǎn)速低，鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速一般在40r/min以下。甩土?xí)r，鉆桿高速反轉(zhuǎn)。因此，短螺旋鉆機(jī)大多有兩種轉(zhuǎn)速。 由于短螺旋鉆孔機(jī)鉆孔和出土是斷續(xù)的，工作效率較低。但鉆孔的直徑和深度大，鉆孔的直徑超過2m，鉆孔深度可達(dá)100m。因此，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。,34,二、潛水工程鉆孔機(jī),潛水工程鉆孔機(jī)用于循環(huán)法鉆孔。所謂循環(huán)法鉆孔，就是將鉆頭切下來的土以漿狀排出孔外，鉆孔過程中靠泥漿(靜水壓)護(hù)壁。有正、反循環(huán)法兩種排渣方式。 國(guó)產(chǎn)KQ型潛水工程鉆機(jī)，鉆孔直徑為0.

20、5-2.2m，孔深50m。這種鉆機(jī)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)靈活、維修方便、無振動(dòng)、無噪聲、成孔精度和效率高等特點(diǎn)。適用于地下水位較高的軟、硬土層。,35,潛水工程鉆機(jī)主體由潛水鉆主機(jī)、鉆架、鉆桿、卷?yè)P(yáng)機(jī)、配電箱及電纜卷筒等組成，配以泥漿泵、空壓機(jī)(或高壓水泵、砂石泵)等護(hù)壁、排渣系統(tǒng)即可鉆孔。,l一主機(jī);2一鉆頭;3一鋼絲繩; 4一電纜和水管卷筒;5一配電箱; 6一遮陽板; 7一活動(dòng)導(dǎo)向； 8一方鉆桿; 9一進(jìn)水口; 10一枕木; 11一支腿; 12一卷?yè)P(yáng)機(jī);13一輕軌; 14一行走車輪,36,三、全套管鉆機(jī),全套管鉆機(jī)成孔，是先將鋼制套管壓入土中，再用錘式抓斗將套管內(nèi)的土取出，壓套管和取土交替