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(guó)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(wú)法 承攬工程，必須更新改造。具有先進(jìn)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(qǐng)了荷蘭制造廠 專家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，并進(jìn)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(lái)越明顯的效益，提高了企業(yè)的聲譽(yù)與競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞：液壓雙作用能量 效益近幾年我國(guó)迅速與國(guó)際接軌，外貿(mào)運(yùn)輸事業(yè)飛速發(fā)展，大大促進(jìn) 了各地港口規(guī)模的擴(kuò)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(yùn)輸船舶的?？颗c裝卸需要。作為

2、國(guó)際大都市一一 上海市計(jì)劃發(fā)展成為國(guó)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(zhǎng) 的東海大橋建設(shè)項(xiàng)目。我局作為國(guó)內(nèi)最大的水工建筑企業(yè)，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的新局面， 與時(shí)俱進(jìn)，開拓進(jìn)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(gòu)置與新造了一大批技術(shù)先進(jìn)的大 型船舶施工機(jī)械。其中，最為顯著的成效就是從日本購(gòu)買了一艘國(guó)際最先進(jìn)的700噸全旋轉(zhuǎn)式多功能工程船舶一一天威號(hào)；并及時(shí)地投入了上海市重點(diǎn)工程一一東海大橋項(xiàng)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(jìn)國(guó)家的新技術(shù)、新材

3、料、新設(shè)備，而 且適用于最嚴(yán)酷的海況，施工能力最強(qiáng)，作業(yè)效率最快，實(shí)屬于第二 代最先進(jìn)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(hào) 的液壓打樁錘，如表1所示?！疤焱笨膳渲靡簤捍驑跺N表1型號(hào)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(dòng)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(kuò)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(zhǎng)年使用，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，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(shí)自修，消除柴油錘的各種故障和隱 患，保證施工有序進(jìn)行。然而，發(fā)展至今日，海上工程的項(xiàng)目越來(lái)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(qǐng)了六家國(guó)際著名的液 壓打樁錘生產(chǎn)與施工企業(yè)來(lái)我局進(jìn)行技術(shù)交流，充分了解當(dāng)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(jìng)爭(zhēng)力， 我們?cè)凇疤焱贝驑?/p>

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(zhǎng)為58米鋼管樁，打樁過程中，甲方委托某 質(zhì)量檢測(cè)中心進(jìn)行動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。東海大橋G組樁高應(yīng)變動(dòng)測(cè)（初打）試驗(yàn)結(jié)果表2D-125柴油打樁錘試驗(yàn)樁 號(hào)設(shè)計(jì)樁 號(hào)樁長(zhǎng) (m)樁尖標(biāo)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(dāng)施工至東海大橋港橋連接段時(shí)，基礎(chǔ)樁尺寸加大，樁長(zhǎng) 為77米鋼管樁，重量達(dá)64噸。為了測(cè)算D125柴油打樁錘能否按要 求將這批

7、長(zhǎng)樁打入，我們根據(jù)德國(guó)Delmag公司提供的D系列柴油錘 打樁能力的計(jì)算公式進(jìn)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(jì)要求，樁的承載力必須達(dá)到1200噸，并將D125 柴油錘的技術(shù)參數(shù)與樁的長(zhǎng)度及重量值代入該公式內(nèi)，其結(jié)果計(jì)算出 S 最后收錘的貫入度為0.02mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wú)法完成這批長(zhǎng)樁 的植入任務(wù)。為此，我們采用荷蘭IHC-S280液壓打樁錘進(jìn)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(cè)中心進(jìn)行動(dòng)測(cè)試 驗(yàn)，其報(bào)告如表3所示。作者簡(jiǎn)介：李望東：（1946）中港第一航務(wù)工程局高級(jí)工程師 文琳：（1964）中港第一航務(wù)工程局高級(jí)工程師高應(yīng)變初打試驗(yàn)速報(bào)樁號(hào)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(shí)測(cè)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(jì)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(xiàng)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(yàn)證 了液壓錘的打樁能量有效率遠(yuǎn)高于柴油錘的打樁能量有效率。為了進(jìn) 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(jī)：當(dāng)上活塞從錘 頂端自由

10、落體下降時(shí)，壓縮缸體內(nèi)的氣體，適時(shí)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(shí)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(shì)能一*動(dòng)能+燃燒熱能=樁下沉吸收的能量+上、下活 塞運(yùn)動(dòng)摩阻力+反彈動(dòng)能一（上活塞）勢(shì)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(yùn)動(dòng)摩擦阻力更大，使得柴油錘的打樁能量有效率僅為 30%。進(jìn)油側(cè)儲(chǔ)能器進(jìn)油閥P活.塑F部空間活塞錘頂空間謎項(xiàng)外荒回油閥RH回油側(cè)儒胡器補(bǔ)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(gè)活塞，其上 升運(yùn)動(dòng)是由液壓能驅(qū)動(dòng)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(dá)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(dòng) 活塞上升，不斷往復(fù)進(jìn)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(shì)能+壓縮氣體f動(dòng)能=樁下沉吸收的能量+活塞運(yùn)動(dòng)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(fèi)自身能量，而是依靠外來(lái)的液壓能使活塞上升運(yùn)動(dòng)；（2）液壓錘僅有一個(gè)活塞，且潤(rùn)滑狀況良好，運(yùn)動(dòng)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(shì);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(yuǎn)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(jìn)性。我們“天威”船在使用S280液壓錘進(jìn)行外海打樁作業(yè)時(shí)，也有 一個(gè)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(dòng)力站連 至錘頂上，打樁作業(yè)時(shí)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(gè)月后，發(fā)現(xiàn)打樁時(shí)軟管抖動(dòng)越來(lái)越嚴(yán)重，而且錘 擊能量也在下降。當(dāng)我們認(rèn)真研究該錘使用說明書時(shí)，發(fā)現(xiàn)有許多維 護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目

13、是在購(gòu)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(shí) 邀請(qǐng)荷蘭IHC液壓錘制造廠的專家來(lái)我們施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)， 并幫助我們?nèi)鏅z查保養(yǎng)液壓錘，及時(shí)消除了許多故障或隱患。例如， 打樁過程中液壓軟管抖動(dòng)的原因主要是錘體內(nèi)儲(chǔ)能器的氮?dú)鈮毫^ 低，起不到吸收并緩沖液壓撞擊力的作用。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，我們使用 的液壓錘回油側(cè)的儲(chǔ)能器內(nèi)已無(wú)氮?dú)?。荷蘭專家?guī)椭覀儯匆?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(dòng)了。由 此，我們?cè)谥朴喨粘１ｐB(yǎng)的項(xiàng)目時(shí)就增加了該項(xiàng)內(nèi)容：定期測(cè)試儲(chǔ)能 器內(nèi)的氮?dú)鈮毫Γ蛔銜r(shí)應(yīng)按要求壓力及時(shí)補(bǔ)充。從而更加

14、完善了液 壓打樁錘的維護(hù)保養(yǎng)管理制度。使用液壓錘，操作很簡(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)， 并且這兩套系統(tǒng)的動(dòng)作又靠電氣控制來(lái)操作。所以，液壓、氣動(dòng)、電 氣三大系統(tǒng)互為一體，缺一不可。這也是液壓錘打樁時(shí)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(shí)，液壓錘的 能量無(wú)法調(diào)至最大值。經(jīng)過荷蘭專家的培訓(xùn)，我們才知道：當(dāng)初在接 船交涉中，日本船東僅告訴我們一個(gè)辦法，只教我們通過柴油機(jī)的增 速來(lái)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(gè)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(shí)的力也增大， 這樣打擊力也就進(jìn)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(dá)到最大值。經(jīng)過實(shí)際操作，我們使用的S280液壓錘，其 最大打擊能量可達(dá)282Kj，相當(dāng)288t.m，完全達(dá)到該型號(hào)液壓錘的極 限參數(shù)值，打樁能力很強(qiáng)。杭州灣跨海大橋的樁基工程，最長(zhǎng)的鋼管樁為88米，樁重72噸， 什么樣型號(hào)的打樁錘才能勝任此項(xiàng)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(jì)算來(lái)說明該錘的作用。根據(jù)國(guó)外廣泛用于液壓打樁錘樁基工程

16、測(cè)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(shí)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(dāng)時(shí) 的動(dòng)測(cè)報(bào)告（見表3）對(duì)比，其計(jì)算值與實(shí)測(cè)量誤差為2%，驗(yàn) 證此公式準(zhǔn)確適用。（2）根據(jù)杭州灣跨海大橋樁基情況（樁長(zhǎng)88米，樁重72噸），核算