橋梁樁基礎(chǔ)施工機(jī)械的分類及工作原理

1、橋梁樁基礎(chǔ)施工機(jī)械的分類及工作原理現(xiàn)在建設(shè)橋的樁基礎(chǔ)有兩種類型：預(yù)制樁和灌注樁。前者是用各種樁工機(jī)械將樁埋入土壤的下層，以提高基礎(chǔ)的承載;而后者則是用鉆孔機(jī)在土層上鉆出深孔，以供灌注混凝土。所以樁工機(jī)械也分為預(yù)制樁施工機(jī)械和灌注樁施工機(jī)械兩大類。1、 樁工機(jī)械的分類1.1 按樁基礎(chǔ)類型分類1.1.1 預(yù)制樁施工機(jī)械預(yù)制樁施工主要有四種方法：打入法、振入法、射水法和壓入法，不同的施工方法對應(yīng)不同的施工機(jī)械。（1）打入法即利用沖擊能量沖擊樁頭，把樁打入土中，使用的機(jī)械是各類錘。（2）振入法是利用高頻振動器在樁頭上施振，使樁在自重和振動器沖擊力的作用下貫入土中。所采用的機(jī)械是振動錘。（ 3） 射水法

2、是利用高壓水泵通過射水管沿樁身沖擊其周圍的土壤，減少土壤對樁身的摩擦阻力，樁靠自重沉入土中。（ 4） 壓入法是給樁頭施加強(qiáng)大的靜壓力，把樁壓入土中。這種施工方法噪音極小，樁頭不受損壞。但使用的壓樁機(jī)非常笨重，組裝遷移都比較困難。1.1.2 灌注樁的施工機(jī)械灌注樁的施工關(guān)鍵在成孔，成孔的方法有擠土成孔法和取土成孔法，不同的施工方法對應(yīng)不同的施工機(jī)械。(1)擠土成孔法是把一根鋼管打入土中，至設(shè)計(jì)深度后將鋼管拔出，即可成孔。這種施工方法常用振動錘。(2)取土成孔法可分為沖擊成孔、沖抓成孔和回轉(zhuǎn)鉆削成孔等。采用的機(jī)械主要有：沖擊式鉆孔機(jī)、循環(huán)式鉆孔機(jī)和螺旋鉆孔機(jī)等。1. 2按驅(qū)動的方法分類按驅(qū)動的方法

3、分有落錘、氣錘、柴油錘和電動錘四種。1.1.1 落錘它是將一個(gè)重鐵塊，懸掛在樁架頂端定滑輪的鋼絲繩上，由于其提升到一定的高度后再讓它自由落下，靠錘的自重沖擊樁頭。這是一種古老的設(shè)備，由于其效率過低，勞動強(qiáng)度大，故目前基本上不在使用。1.1.2 氣錘它是利用蒸汽或者壓縮空氣的能量，使氣缸中的活塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動而沖擊樁頭。前者稱蒸汽錘，使用歷史比較悠久；后者是隨著制備壓縮空氣技術(shù)的發(fā)展而采用的。兩者的結(jié)構(gòu)和工作原理相同。1.1.3 柴油錘它的基本部分為一個(gè)特制的二沖程柴油機(jī)，它依靠柴油機(jī)在氣缸內(nèi)燃燒膨脹時(shí)所作的功，將沖擊錘頭提升到一定的高度，然后再自由落下沖擊樁頭。它與氣錘相比，效率高，使用方便，易

4、于遷移，故目前使用較廣泛。1.1.4 電動錘它是利用電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)振動器，使之在垂直方向產(chǎn)生振動，然后將激振力傳給樁頭使之下沉，故它又稱為振動樁錘。它也適用拔樁。1. 3按錘頭的沖擊動能分類按錘頭的沖擊動能分，有單作用式和雙作用式兩種。1.1 .1單作用式錘頭的沖擊動能，僅僅是依靠錘頭的自重在自由下落時(shí)沖擊樁頭產(chǎn)生。如落錘、單動氣錘及柴油錘都屬于這種型式1.2 .2雙作用式錘頭的沖擊動能，是由其自重及附加沖擊力兩種動能之和產(chǎn)生。如雙動氣錘的沖擊錘頭升降都是靠氣力，錘頭下落沖擊樁頭時(shí)，其沖擊動能不但有錘頭的自重，而且還有作用于錘頭的氣力所致。因此，它比單作用式?jīng)_擊動能大，生產(chǎn)效率高。1.4 按操

5、縱情況分類按操縱情況分,有人工操縱，半自動化操縱和自動化操縱三種。1.5 .1人工操縱式錘頭的升降都是靠人工控制的，如落錘的升降是利用人工通過絞車來控制的。因其勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，故目前基本上不再使用。1.4.2半自動化操縱式錘頭的升降是靠人工控制的，而下落則自動控制。單動氣錘就是屬于半自動化操縱。氣缸的上升是由于人工控制氣體從空心活塞桿進(jìn)入氣缸上腔，推動氣缸上移。氣缸下落則靠操縱機(jī)構(gòu)自動切斷進(jìn)氣通路，并打開氣缸上腔的排氣道，使缸內(nèi)的氣體排入大氣，于是氣缸就自行下落而沖擊樁頭。1.6 .3自動化操縱式錘頭在工作中，其上下運(yùn)動靠本身機(jī)構(gòu)自動控制的。也就是說啟動時(shí)只要將錘頭升起，然后使其落下，

6、啟動后的錘頭升降就可以自動控制了。如雙動氣錘頭在上下運(yùn)動中，是通過配氣機(jī)構(gòu)自動配氣的，不再需要人工操縱。以上所介紹的各種樁工機(jī)械樁錘都是安裝在打樁架上時(shí)打樁作業(yè)的。打樁架有專用的，也有利用挖掘機(jī)、起重機(jī)的長臂吊桿加裝一個(gè)龍門架改裝而成。后者移動方便，使用比較廣泛。2、預(yù)制樁施工機(jī)械2. 1柴油樁錘的構(gòu)造及工作原理氣錘雖然經(jīng)過一些改進(jìn)，有良好的技術(shù)性能。但由于其本身很笨重，加之在工作時(shí)還需要配備笨重的鍋爐或者空氣壓縮機(jī)，因此移動很不方便。為了快速移動和迅速開工，常采用柴油樁錘。柴油樁錘的工作原理和二沖程柴油機(jī)大致相同，它不是依靠外來的能量來工作，而是利用柴油機(jī)在氣缸內(nèi)燃燒的爆炸力來抬升錘頭，然后

7、自由落下沖擊樁頭。2.2振動樁錘的構(gòu)造及工作原理振動沉樁法和沖擊沉樁法相比，其效率比較高，設(shè)備簡單、費(fèi)用比較低、體積小、質(zhì)量輕、搬運(yùn)方便、不容易損壞、沉樁時(shí)橫向位移小。還可用于拔樁。振動樁錘按其作用原理的不同，有振動錘和振動沖擊錘兩種。2.2.1 振動錘振動錘的構(gòu)造及工作原理與振搗器基本相同。不過將振搗扳改為打樁用的樁帽而已。它由振動器、電動機(jī)、樁帽以及三角皮帶或鏈傳動等主要部分組成。簡單的振動器的電動機(jī)螺栓，直接固定在振動器的外殼的上端面上，電動機(jī)通過三角皮帶或鏈傳動將其動力傳至振動器的兩根偏心軸上，使兩偏心軸反向同步回轉(zhuǎn)。這樣，振動器就沿著樁的軸線作定向運(yùn)動，使樁體周圍上層的摩擦阻力明顯的

8、下降，于是樁體借其自重而下沉。具有彈簧支撐的振動錘，其電動機(jī)與振動器之間裝有螺旋彈簧，以作減震裝置。裝有減震裝置的振動錘稱為柔性振動錘，而不裝減震裝置的振動錘稱為剛性振動錘。柔性振動錘不容易損壞?？刹捎酶鼡Q傳動皮帶輪的辦法調(diào)整振動頻率。也有把偏心塊做成可調(diào)的，以適應(yīng)在不同的土壤上打不同樁對激振力不同的要求。2.2.2 振動沖擊錘振動沖擊錘所產(chǎn)生的振動，不是直接傳到樁體上，而是通過沖擊板作用在樁體上。它沉樁入土既靠振動，又靠沖擊，故沉樁效率比振動錘高。適用于粘性土壤和堅(jiān)硬的土層上打樁和拔樁。它由殼體、電動機(jī)、偏心塊、沖擊板以及懸掛裝置等部分組成。振動器和沖擊板經(jīng)彈簧用螺栓相連。當(dāng)兩臺電動機(jī)帶著偏

9、心塊作反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，殼體便作垂直方向的振動。它給予沖擊板一連串快速的沖擊，于是激振力和沖擊力通過沖擊板下面的樁帽傳給樁體，使樁體以較快的速度下沉。振動沖擊錘具有較大的振幅和沖擊力，功率消耗小。缺點(diǎn)是沖擊時(shí)噪音大，電動機(jī)由于受頻繁的沖擊作用容易損壞。3、 灌注樁施工機(jī)械隨著基礎(chǔ)工程向大型化的發(fā)展，采用現(xiàn)場鉆孔灌注混凝土的施工技術(shù)應(yīng)用越廣泛。鉆孔灌注樁所用的機(jī)械越來越先進(jìn)。鉆孔法灌注混凝土施工包括下套管（或者管柱）、除套管內(nèi)土壤、（鋼筋）混凝土灌注、拔套管等過程，所用的機(jī)械比較多。下面僅介紹鉆孔（成孔）機(jī)械。鉆孔的方法一般有沖抓成孔、沖擊成孔和回轉(zhuǎn)鉆削成孔三種。3.1 沖抓成孔沖抓成孔是利用一個(gè)懸掛

10、在鉆架上的沖抓斗，直接抓取套管內(nèi)已沖擊的土石料，然后升起卸于孔外。它的構(gòu)造和工作原理與抓斗挖掘機(jī)相似。這種沖抓斗可用來沖抓任何種類的土壤和夾有鵝卵石的地層。它配合下套管施工時(shí)，可在套管中央一直向下沖挖，套管內(nèi)壁的土石料不斷向中央塌落，故套管能順利地向下壓。根據(jù)土質(zhì)的不同，常用的沖抓斗有雙瓣式和四瓣式兩種。瓣片有長有短，如沖抓軟土可用長的雙瓣，而沖抓含砂，礫石的土質(zhì)則可采用短雙瓣。3. 2沖擊成孔沖擊成孔是在起重機(jī)的長臂吊桿上懸掛一個(gè)沖錐，利用沖錐上下往復(fù)的沖擊動能，將孔中的土石料沖碎，再由泥漿泵向孔內(nèi)灌入泥漿，使沖碎的料渣浮起。然后用挖渣筒將漿渣掏出孔外卸之。沖擊成孔適用于粘性土，砂性土和砂礫

11、等多種土質(zhì)。它是克服堅(jiān)硬地層及多種交錯(cuò)地層行之有效的方法。所以在公路橋梁基礎(chǔ)的施工中得到了較廣泛的應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是沖錐磨損較快。從而增加了維修焊補(bǔ)的工作量。沖錐有各種不同的形狀，但其沖刃大多數(shù)為十字形。3.3回轉(zhuǎn)鉆削成孔回轉(zhuǎn)鉆削成孔是用鉆孔機(jī)驅(qū)動鉆桿和鉆頭進(jìn)行回轉(zhuǎn)，同時(shí)向下施壓，鉆頭旋轉(zhuǎn)中切下的土壤，混入泥漿中排出孔外。因此，鉆孔機(jī)的基礎(chǔ)車上必須設(shè)有驅(qū)轉(zhuǎn)鉆桿的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。鉆頭是鉆孔的主要工具，它安裝在鉆桿的下端。鉆頭視鉆孔的土質(zhì)及施工方法的不同有不同的形狀，其切削刃也有許多不同的形式，便于在鉆孔時(shí)合理選用。在回轉(zhuǎn)鉆孔的作業(yè)中，需要將孔中的渣漿不斷排出孔外。根據(jù)鉆孔時(shí)泥漿循環(huán)運(yùn)動方向的不同，可分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種方法。3.3.1 正循環(huán)施工泥漿流動的方向順著鉆孔的方向形成正向循環(huán)。即將清水從膠管順著鉆桿和鉆頭的中心孔送向孔底。沖起的渣漿沿孔壁向孔口溢出，然后流進(jìn)沉淀池。沉淀后的清水再用水泵吸出，送入鉆桿和鉆頭的中心孔。泥漿就這樣順著鉆孔方向形成反復(fù)的正向循環(huán)。3.3.2 反循環(huán)施工泥漿流動的方向逆于鉆孔方向，即水從泥漿池經(jīng)流槽流進(jìn)鉆桿外面的鉆