荷蘭IHC-S280液壓錘的使用與效益

1、荷蘭IHC-S280液壓錘的使用與效益李望東 文琳（中港第一航務(wù)工程局天津 300042）內(nèi)容概述：由于我國水工事業(yè)的快速發(fā)展，原有的一些船舶施工設(shè)備已無法 承攬工程，必須更新改造。具有先進技術(shù)的S280液壓打樁錘替代了 過去的柴油錘；但在使用中卻遇到了許多新難題。邀請了荷蘭制造廠 專家現(xiàn)場指導(dǎo)，并進行了技術(shù)培訓(xùn)，提高了技術(shù)水平，合理使用，正 確保養(yǎng)，使之發(fā)揮越來越明顯的效益，提高了企業(yè)的聲譽與競爭力。關(guān)鍵詞：液壓雙作用能量 效益近幾年我國迅速與國際接軌，外貿(mào)運輸事業(yè)飛速發(fā)展，大大促進 了各地港口規(guī)模的擴大，并逐步向外海深水域發(fā)展，以適應(yīng)第四代、 第五代大型集裝箱運輸船舶的?？颗c裝卸需要。作為

2、國際大都市一一 上海市計劃發(fā)展成為國際港口貨物集散中心，已在臨海的大、小洋山 島建設(shè)集裝箱深水碼頭；與之相配套的大型工程是一座三十二公里長 的東海大橋建設(shè)項目。我局作為國內(nèi)最大的水工建筑企業(yè)，為適應(yīng)經(jīng)濟建設(shè)的新局面， 與時俱進，開拓進取，投入了大量資金，不僅將過去的一些舊設(shè)備更 新改造，提高其施工性能，而且還購置與新造了一大批技術(shù)先進的大 型船舶施工機械。其中，最為顯著的成效就是從日本購買了一艘國際最先進的700噸全旋轉(zhuǎn)式多功能工程船舶一一天威號；并及時地投入了上海市重點工程一一東海大橋項目施工。如圖1所示。T圖1天威7001全旋轉(zhuǎn)式多功能工程船舶該船不僅集中了世界上許多先進國家的新技術(shù)、新材

3、料、新設(shè)備，而 且適用于最嚴酷的海況，施工能力最強，作業(yè)效率最快，實屬于第二 代最先進的打樁兼起重船。其中，施工專用設(shè)備可配置各種規(guī)格型號 的液壓打樁錘，如表1所示。“天威”可配置液壓打樁錘表1型號荷蘭IHC日本車輛性能S-200S-280S-400NH-150B最大打擊能量：KJ/擊200280400235最小打擊能量：KJ/擊10102030打擊頻率：擊/分鐘4545451953沖擊活塞重量：t1013.52015打樁錘重量：t24.5294733.5動力站功率：KW4354501100過去我們打樁作業(yè)采用柴油打樁錘，并且，隨著碼頭建設(shè)規(guī)模的 不斷擴大，我們所使用的錘也從小能量發(fā)展至最大能

4、量的D-125型柴 油錘。由于長年使用，積累了許多經(jīng)驗，并且完善了柴油打樁錘的操 作規(guī)程和維修保養(yǎng)辦法，可以隨時自修，消除柴油錘的各種故障和隱 患，保證施工有序進行。然而，發(fā)展至今日，海上工程的項目越來越 大，柴油打樁錘的能量已滿足不了樁基承載力的需要，必須更新?lián)Q代， 利用更大能量的液壓打樁錘才能適應(yīng)現(xiàn)代大型工程建設(shè)的局面。為 此，我們必須再學(xué)習(xí)，了解液壓錘的性能與構(gòu)造，提高技術(shù)業(yè)務(wù)水平。 前兩年，我局曾先后組織了多次技術(shù)講座，聘請了六家國際著名的液 壓打樁錘生產(chǎn)與施工企業(yè)來我局進行技術(shù)交流，充分了解當今液壓錘 的發(fā)展新技術(shù)。其中，荷蘭IHC公司制造的液壓打樁錘最具競爭力， 我們在“天威”打樁

5、船上就采用了該廠生產(chǎn)的S280型液壓錘。在東海大橋工程施工的前期，我們首先利用的是D-125型柴油打 樁錘，其橋墩基礎(chǔ)的樁長為58米鋼管樁，打樁過程中，甲方委托某 質(zhì)量檢測中心進行動測試驗，其試驗結(jié)果如表2所示。東海大橋G組樁高應(yīng)變動測（初打）試驗結(jié)果表2D-125柴油打樁錘試驗樁 號設(shè)計樁 號樁長 (m)樁尖標高(m)最終貫入 度(m m/擊)總錘擊數(shù)(擊)最大錘 擊力 (KN)靜土阻 力(KN)樁身完 整性系 數(shù)(%)S11058-53.531.284042139001140080S21158-53.02.633375133001110080M1158-53.463.85304912800

6、1100081M3358-54.06.672483131001040082M5558-53.762.632708132001100077M161658-54.04.002745133001070075M181858-53.563.333005124001080072M202058-54.05.002333130001050077從表中第一行即可看出，該錘的打樁能量已發(fā)揮至最大，其最終 貫入度僅為1.28mm/擊，最大錘擊力為 13900KN，靜土阻力為 11400KN。當施工至東海大橋港橋連接段時，基礎(chǔ)樁尺寸加大，樁長 為77米鋼管樁，重量達64噸。為了測算D125柴油打樁錘能否按要 求將這批

7、長樁打入，我們根據(jù)德國Delmag公司提供的D系列柴油錘 打樁能力的計算公式進行核算。情況如下：Hlley Formula 打樁公式 W=E乂 R + Q 2 ；S + k(c + c + c ) R + Q式中：W樁承載力單位噸E=RXh錘的打樁能量，mkg;S 最后收錘貫入度，mm；R沖擊活塞重量，kg；Q樁的重量，kg；c1-一樁帽因素，mm;c2一鋼樁因素，mm;c2-一土層因素，mm;kD系列柴油打樁錘的效率因素。我們按照設(shè)計要求，樁的承載力必須達到1200噸，并將D125 柴油錘的技術(shù)參數(shù)與樁的長度及重量值代入該公式內(nèi)，其結(jié)果計算出 S 最后收錘的貫入度為0.02mm，遠遠小于該錘

8、最小貫入度1mm 的規(guī)定。顯然說明D125柴油打樁錘因能量所限是無法完成這批長樁 的植入任務(wù)。為此，我們采用荷蘭IHC-S280液壓打樁錘進行這批樁 的施打；同樣，打樁過程中甲方亦委托了該質(zhì)量檢測中心進行動測試 驗，其報告如表3所示。作者簡介：李望東：（1946）中港第一航務(wù)工程局高級工程師 文琳：（1964）中港第一航務(wù)工程局高級工程師高應(yīng)變初打試驗速報樁號規(guī)格展大嫌擊力靜土班力堆心觀.致癱壁厚血7?2512W0江1誨77!._ a瑚一.明ns FMJt J76 CSX !5Jtm fiMX也 5TA W W 15VMX 31a噂 WK U井高應(yīng)變實測波形SRI THird Navigati

9、on 3.4；從打擊頻率比較：34.2 36。（2）D128柴油錘的打樁能量有效率=樁身所受最大能量/最大打擊能量X100%艮127+426.5=0.3=30%而從表3中又可計算S280液壓錘的打樁能量有效率為：122+160=0.76=76%；131+165=0.79=79%；重新再看表4,若再添一項性能參數(shù)一一最大有效能量，那么D128柴油錘應(yīng)填128 kNm，而S280液壓錘應(yīng)填213 kNm。從而驗證 了液壓錘的打樁能量有效率遠高于柴油錘的打樁能量有效率。為了進 一步說明其中原因，我們不妨可從兩種錘的不同工作原理去分析。柴油打樁錘的工作原理就如同單缸二沖程柴油機：當上活塞從錘 頂端自由

10、落體下降時，壓縮缸體內(nèi)的氣體，適時燃油泵噴油，發(fā)生爆 燃，加大錘擊能量，直至上活塞撞擊下活塞，將沖擊能再傳遞至砧與 樁頂使樁下沉。沉樁同時又反作用于下活塞，其反彈力再傳遞至上活 塞，使之升高至錘頂端，然后又可繼續(xù)循環(huán)作業(yè)。我們根據(jù)能量守恒 定律歸納為如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：（上活塞）勢能一*動能+燃燒熱能=樁下沉吸收的能量+上、下活 塞運動摩阻力+反彈動能一（上活塞）勢能由此可見，真正使樁下沉的有效能量所占比例較小;尤其是斜樁， 上、下活塞運動摩擦阻力更大，使得柴油錘的打樁能量有效率僅為 30%。進油側(cè)儲能器進油閥P活.塑F部空間活塞錘頂空間謎項外荒回油閥RH回油側(cè)儒胡器補匿腐平榆體荷蘭IHC液壓打樁錘

11、 的工作原理如圖2所示： 該錘僅有一個活塞，其上 升運動是由液壓能驅(qū)動活 塞至錘頂端；然后，活塞 在錘頂壓縮空氣的作用下 快速下降，最大加速度可 達2g，使該活塞直接撞擊 砧與樁頂，使樁下沉。再 下一循環(huán)又是壓力油驅(qū)動 活塞上升，不斷往復(fù)進行錘擊。根據(jù)能量守恒定律圖2液田打樁錘工作原理也可歸納為如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：液壓能一活塞勢能+壓縮氣體f動能=樁下沉吸收的能量+活塞運動摩阻力如此與柴油錘比較能量轉(zhuǎn)換有兩大區(qū)別：（1）液壓錘不需耗費自身能量，而是依靠外來的液壓能使活塞上升運動；（2）液壓錘僅有一個活塞，且潤滑狀況良好，運動摩阻力很小。所以，液壓錘使樁下沉的有效能量所占比例較大，即液壓錘的打 樁能量

12、有效率在76%以上。這就是液壓打樁錘的最大優(yōu)勢;換句話說， 在打樁錘重量相似的情況下，液壓錘打至樁體上的有效能量遠大于柴 油錘的有效能量，這也是我們“天威”打樁船配置S280液壓錘的根 本原因，也代表著施工設(shè)備的先進性。我們“天威”船在使用S280液壓錘進行外海打樁作業(yè)時，也有 一個逐漸摸索、不斷提高的過程。液壓打樁錘與柴油錘使用中比較， 最大的問題就是液壓錘有四根軟管（油管、氣管與電纜）從動力站連 至錘頂上，打樁作業(yè)時懸掛的軟管很容易碰傷損壞，必須十分小心操 作。我們使用了幾個月后，發(fā)現(xiàn)打樁時軟管抖動越來越嚴重，而且錘 擊能量也在下降。當我們認真研究該錘使用說明書時，發(fā)現(xiàn)有許多維 護保養(yǎng)項目

13、是在購船過程中，日本船東沒有交代過的，甚至日方“誤 導(dǎo)”，所教的方法還有與使用說明書相矛盾的。為此，我局領(lǐng)導(dǎo)及時 邀請荷蘭IHC液壓錘制造廠的專家來我們施工現(xiàn)場進行技術(shù)培訓(xùn)， 并幫助我們?nèi)鏅z查保養(yǎng)液壓錘，及時消除了許多故障或隱患。例如， 打樁過程中液壓軟管抖動的原因主要是錘體內(nèi)儲能器的氮氣壓力過 低，起不到吸收并緩沖液壓撞擊力的作用。經(jīng)過實際測試，我們使用 的液壓錘回油側(cè)的儲能器內(nèi)已無氮氣。荷蘭專家?guī)椭覀?，按?guī)定要 求的壓力充氮；結(jié)果很理想，開錘擊樁后液壓軟管就不再抖動了。由 此，我們在制訂日常保養(yǎng)的項目時就增加了該項內(nèi)容：定期測試儲能 器內(nèi)的氮氣壓力，不足時應(yīng)按要求壓力及時補充。從而更加

14、完善了液 壓打樁錘的維護保養(yǎng)管理制度。使用液壓錘，操作很簡單，但其內(nèi)部 結(jié)構(gòu)卻很復(fù)雜。荷蘭IHC液壓錘屬于雙作用式打樁錘，它不僅依靠 活塞的自由下落沖擊樁體，而且錘頂還有壓縮空氣增加活塞下降的沖 擊力。因此，這種錘不僅有一套液壓系統(tǒng)，而且還有一套氣動系統(tǒng)， 并且這兩套系統(tǒng)的動作又靠電氣控制來操作。所以，液壓、氣動、電 氣三大系統(tǒng)互為一體，缺一不可。這也是液壓錘打樁時出現(xiàn)意外很難 判斷清楚、排除故障比較復(fù)雜的原因所在。前階段打樁時，液壓錘的 能量無法調(diào)至最大值。經(jīng)過荷蘭專家的培訓(xùn)，我們才知道：當初在接 船交涉中，日本船東僅告訴我們一個辦法，只教我們通過柴油機的增 速來加大液壓泵排量與壓力，以此增

15、加液壓錘的打樁能量。這僅僅是 一個方面調(diào)整措施；另一方面措施：還需增高壓縮空氣的壓力，從 20bar可升至25bar；空氣壓力增高，作用在活塞下降時的力也增大， 這樣打擊力也就進一步加大。通過兩方面的共同調(diào)節(jié)才能使液壓錘的 打擊能量達到最大值。經(jīng)過實際操作，我們使用的S280液壓錘，其 最大打擊能量可達282Kj，相當288t.m，完全達到該型號液壓錘的極 限參數(shù)值，打樁能力很強。杭州灣跨海大橋的樁基工程，最長的鋼管樁為88米，樁重72噸， 什么樣型號的打樁錘才能勝任此項任務(wù)，這是眾人所關(guān)注的重大疑 問。我們可通過S280液壓錘的打樁能力計算來說明該錘的作用。根據(jù)國外廣泛用于液壓打樁錘樁基工程

16、測試的海利公式演算：R= Whef x 1u S + C/2 1 + p / W式中：Ru=樁最大承載力，單位：t； W=錘芯（沖擊體）重量，t； h=沖擊行程，mm；S=收錘時最小貫入度，mm ；。=反彈總量=Cc+Cp+Cq mm； TOC o 1-5 h z Cc=砧的反彈量mm；Cp =樁體的反彈量mm；Cq=土壤擠壓反彈量mm；P二樁重+樁帽+砧的總重量，t；e=液壓錘的效率系數(shù)；f=不同液壓錘的特性系數(shù)；（1）按此公式首先校核S280液壓錘在東海大橋打樁情況，并與當時 的動測報告（見表3）對比，其計算值與實測量誤差為2%，驗 證此公式準確適用。（2）根據(jù)杭州灣跨海大橋樁基情況（樁長88米，樁重72噸），核算