高頻液壓振動錘的研制與應(yīng)用

高頻液壓振動錘的研制與應(yīng)用

高熱效率錘是一種發(fā)展于20世紀80年代、90年代的新型機械化機械。它依賴于強大的動力，利用低頻振動來穩(wěn)定樁并支撐樁。高頻液壓振動錘在德國、美國、意大利、荷蘭等西方發(fā)達國家,已是技術(shù)非常成熟的一種環(huán)保、高效的工程機械,已廣泛應(yīng)用于社會建設(shè)的諸多領(lǐng)域,社會效益和經(jīng)濟效益顯著。具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的系列高頻液壓振動錘由武漢中鐵工程機械研究設(shè)計院研制成功,我國大噸位高頻液壓振動錘的研制成功,標志其關(guān)鍵技術(shù)——高頻大振幅減振技術(shù)、高速重載軸承、振動狀態(tài)下高速齒輪傳動、潤滑冷卻及密封和其他相關(guān)技術(shù)已完全掌握,打破了西方發(fā)達國家對此技術(shù)的壟斷,填補了國內(nèi)空白。中鐵工程機械研究設(shè)計院研制成功的系列高頻液壓振動錘經(jīng)過三年時間的不同地質(zhì)工程施工檢驗,各項技術(shù)參數(shù)完全符合性能要求,其生產(chǎn)的機械設(shè)備已具備進入市場施工的一切技術(shù)條件。高頻振動錘的六個特點1.噪聲相對較小高頻液壓振動錘與電動錘、柴油錘相比,它施工時振感小,噪聲小,不擾民,如果配備降噪動力箱,工作時幾乎無噪聲,非常適合市區(qū)、人群較集中的地方和對周圍有較嚴格限制的地方施工。2.振動沉樁技術(shù)特點一般來說,高頻液壓振動錘的施工效率是普通樁工機械的10倍,振動沉樁速度一般在4～7m/min,在非淤泥地質(zhì)最快速度達到12m/min,若與振動專用樁架配套使用,則可縮短對樁時間,提高工作效率。3.高頻液壓振動錘的施工與靜壓樁機相比,在相同工況條件下,高頻液壓振動錘全部工作質(zhì)量只有靜力壓樁機的1/20,整套設(shè)備運輸只需兩輛中型卡車,施工時轉(zhuǎn)場非常方便。4.進口數(shù)量有限國外在中國市場銷售的高頻液壓振動錘,價格非常昂貴,其銷售價格是國產(chǎn)價格的兩倍多,再加上售后服務(wù)等因素,我國進口數(shù)量非常有限。而由中鐵工程機械研究設(shè)計院研制成功、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)高頻液壓振動錘的銷售價盡管比電動錘、柴油錘售價高,但相對于靜壓樁機和旋挖鉆機來說,在完成相同工作的前提下,高頻液壓振動錘價格更便宜,不及進口產(chǎn)品售價的一半。5.高頻液壓振動錘的應(yīng)用和選擇高頻液壓振動錘分常規(guī)型、高頻型、無共振型三大系列,根據(jù)地質(zhì)情況和工程需要可選用不同系列、不同激振力的高頻液壓振動錘做為施工機械,高頻液壓振動錘穿透卵石層、沙層、建筑垃圾等地質(zhì)層的能力很強,除了不能入巖,其他任何地質(zhì)條件它都能適應(yīng)。6.灌注筒、筒樁成樁高頻液壓振動錘不僅可以沉拔混凝土預(yù)制管樁(PHC樁)、各類型鋼板樁和鋼護筒,還可作振動沉管灌注樁、薄壁防滲墻、地表壓實和深層壓實工程的施工,筒樁是目前在樁基礎(chǔ)領(lǐng)域中,非常具有應(yīng)用和推廣前景的一種新型成樁工藝。用高頻液壓振動錘作筒樁施工,是當(dāng)前一種經(jīng)濟、高效、環(huán)保的成樁工藝,它比當(dāng)前旋挖鉆機成孔的灌注樁更高效、更環(huán)保、更節(jié)能。高頻液壓振動錘振動錘按動力源可分為電動振動錘和液壓振動錘兩種。在我國,電動振動錘是市場較為普及的振動錘,在樁工機械市場占有較大的份額,而大噸位高頻液壓振動錘結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,國內(nèi)一些重點工程建設(shè)使用的大噸位高頻液壓振動錘為國外進口的產(chǎn)品。1.對于土壤間摩阻力小的情況下,對于樁由于振動錘是靠減小樁和土壤間的摩阻力而達到沉樁的目的,在樁和土壤間摩阻力減小的情況下,可以用稍大于樁和錘重的力即可將樁拔起。因此,電動振動錘不僅適于沉樁,同樣適用于拔樁,沉拔樁的效率都很高。2.施工操作相對簡單電動振動錘在施工中不用設(shè)置導(dǎo)向樁架,只要用起重機吊起即可作業(yè),但需要較大功率的電源,工作時要拖著很長的電纜線。3.高頻液壓振動錘的特點電動錘施工時噪聲小,不產(chǎn)生任何有害氣體,不損樁頭,作業(yè)速度快,使用方便,維護簡單,施工費用低。電動振動錘與高頻液壓振動錘相比,電動振動錘有明顯不足,主要有:(1)施工時振感強烈,電動振動錘較為適合郊外施工。電動振動錘雖然具有噪聲小的環(huán)保優(yōu)點,相對于高頻液壓振動錘,仍有很大差距,它施工時振感強烈,對周圍建筑物、居民和工作人員有較大影響,電動振動錘在市內(nèi)施工已逐漸被禁止。(2)帶負荷起動時對附近電網(wǎng)有一定的影響。電動振動錘施工時需外牽很長的電纜線,它帶負荷起動時功率很大,對附近外接的電網(wǎng)都有一定的沖擊,影響周圍地區(qū)的正常用電;高頻液壓振動錘不需外接電源,施工時機動性很強,功率大,適應(yīng)地層地質(zhì)范圍廣,施工中對周圍沒有任何影響。(3)不能進行水下施工作業(yè)。電動振動錘需外接大功率電源啟動,錘頭不能入水,高頻液壓振動錘由柴油機提供動力,錘頭為全封閉設(shè)計,可以進行水下作業(yè),尤其適合于海洋工程和水利工程。(4)頻率低,激振動力小,適應(yīng)地層地質(zhì)有限,施工效率低。由于電動振動錘自身的局限性,適應(yīng)地層地質(zhì)較為有限,稍復(fù)雜一點的地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)對它性能的發(fā)揮制約很大,德國MGF公司研制的高頻液壓振動錘最大激振力可達8000kN,在香港沉2.8m直徑預(yù)制樁深度達108m,高頻液壓振動錘可克服電動振動錘這些方面的不足。(5)應(yīng)用領(lǐng)域有限。電動振動錘自身的性能適用于圍堰工程、基坑支護工程中的鋼板樁施工,施打“H”形鋼樁、一定長度的鋼管樁和混凝土灌注樁,在地基改良工程中還可以用于排水砂樁、塑料排水板以及砂灰樁等施工。高頻液壓振動錘除以上功能外,還可以對地層進行深層密實;進行地表壓實,應(yīng)用于公路的“白改”工程;水利工程中防滲墻的施工,鐵路公路的路基處理,可以有效地解決工后沉降;海洋工程中的圍海造地等。主要技術(shù)參數(shù)現(xiàn)階段,高頻液壓振動錘在我國的樁工機械市場發(fā)揮的作用越來越大,特別是國外的產(chǎn)品對我國市場的影響越來越大,國外公司在我國推廣應(yīng)用高頻液壓振動錘的企業(yè)主要有:美國的APE公司、ICE公司,德國的KRUPP公司、寶峨公司、MGF公司,荷蘭的PVE公司等,主要集中于我國一些領(lǐng)域的重點工程。武漢中鐵工程機械研究設(shè)計院生產(chǎn)的液壓振動錘,主要技術(shù)參數(shù)如表1,它與德國Krupp(表2)、美國ICE(表3)及法國PTC(表4)生產(chǎn)的振動錘的性能參數(shù)比較如下:同等規(guī)格的振動錘性能優(yōu)劣主要從兩個方面考慮:一是看其振幅大小,這是一個非常重要的指標,即在激振力、頻率(或系統(tǒng)功率)一定的情況下,振幅越大,沉拔樁能力越強,其技術(shù)水平越先進;二是看其軸承的使用壽命。這項指標一般不在性能表中給出,只有在用戶要求下,生產(chǎn)廠家才會給出。通常液壓振動錘的軸承壽命不少于4000h。武漢中鐵工程機械研究設(shè)計院生產(chǎn)的振動錘,軸承壽命均高于此值,尤其是已經(jīng)交付中水十一局的HFA160型振動錘,軸承設(shè)計壽命不少于6000h。從以上方面看,由武漢中鐵工程機械研究設(shè)計院生產(chǎn)的振動錘與國外同類產(chǎn)品相比并無明顯差距。到目前為止,武漢中鐵工程機械研究設(shè)計院已經(jīng)研制出了常規(guī)型液壓振動錘、無共振型及高頻型液壓振動錘,已覆蓋了液壓振動錘的所有范疇,解決了所有該解決的問題,在某些科技領(lǐng)域已達到世界一流產(chǎn)品水平,如軸承的設(shè)計壽命、錘頭的發(fā)熱控制等問題。大高頻液壓振動錘在工程中的應(yīng)用情況高頻液壓振動錘可以完全取代電動振動錘,它具有電動振動錘的優(yōu)點,同時也具有電動振動錘不具備的其他功能。國外高頻液壓振動錘在我國的一些大型工程建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。(1)1999年,國內(nèi)某大型水利工程局引進德國某公司高頻液壓振動錘,在長江干堤湖北監(jiān)利南河口段施工超薄壁防滲墻,成墻厚度7.5cm,深度15～20m,該工程主要利用高頻液壓振動錘把一根寬達800cm的H型鋼插入地基,然后一邊振動一邊上拔,邊注漿成墻。完成一根樁的施工,一般不超過10min,平均每臺可造墻1000m2以上,施工效率極高。(2)2003年,中港某大型航務(wù)局引進兩臺美國某公司320t級高頻液壓振動錘,用于我國蘇通大橋橋墩基礎(chǔ)鋼護筒施工,鋼護筒直徑3.4m,全長70余米,由兩臺高頻液壓振動錘并聯(lián)施工,至今已完工。(3)2004年,美國APE公司兩臺APE400B液壓振動錘并聯(lián),為武漢天興洲公路鐵路兩用大橋作橋基礎(chǔ)工程施工,我國多家大型施工單位的技術(shù)專家到場參觀,并進行了技術(shù)研討。(4)2005年,在溫州進行的填海工程施工中,美國進口高頻大激振力振動錘進行筒樁作業(yè),此工程原計劃設(shè)計灌注樁,需投資48億元人民幣,后改設(shè)計為用高頻液壓振動錘作筒樁(筒樁直徑1.5m,樁深33m),工程投資降為28億元人民幣。武漢中鐵工程機械研究設(shè)計院歷時近10年時間,成功研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)、不同系列的國產(chǎn)大噸位高頻液壓振動錘,它的誕生,打破了國外技術(shù)對中國市場的壟斷和封鎖。近幾年,國產(chǎn)大噸位高頻液壓振動錘在國內(nèi)工程應(yīng)用中取得了很好的社會評價和市場效益,它的應(yīng)用主要集中在一些地區(qū)性的中、小型地下工程施工中,主要有:(1)2003年,在天津市市區(qū)龍濱園作混凝土預(yù)制管樁(PHC樁)的施工,PHC樁強度為C80,樁長12m,不計夾樁時間,國產(chǎn)高頻液壓振動錘最快沉樁速度為12m/min。(2)2004年,應(yīng)用于湖北省武漢市循禮門地下車行通道工程施工,此工程是武漢市的一項重點市政工程,原設(shè)計為灌注樁,工程造價為2000多萬人民幣,后改設(shè)計為鋼板樁,工程造價降至1200萬人民幣,此工程一共下沉鋼板樁1400多根,鋼板長度為16m,鋼型I36a,不計夾、吊樁時間,下沉一根鋼板樁的時間僅為1.5min,工程完工后所沉鋼板樁已如數(shù)拔出。同年,武漢市桂子花園也用國產(chǎn)高頻液壓振動錘施工鋼板樁,做基坑支護工程,在很短的時間內(nèi)完成了施工任務(wù)。(3)2004年,國產(chǎn)高頻液壓振動錘在福建三明地區(qū)作混凝土預(yù)制管樁施工,此工地卵石層厚度為4m,卵石直徑為200～400mm,樁強度為C80,高頻液壓振動錘下沉管樁的直徑400mm,沉樁深度為21m,平均沉管速度為4～7m/min,一共做沉入混凝土預(yù)制管樁1000多根。(4)2005年5月,在三明明溪做導(dǎo)引孔,處理深度為5m,此地層卵石直徑為200～800mm,高頻液壓振動錘一共成孔3000多口。(5)2005年,應(yīng)用于廣東惠州東江水電站做防滲墻施工和地下深層密實處理。高頻振動錘的應(yīng)用1.幾種常見樁在基坑支護工程中,高頻液壓振動錘可以作筒樁(謝慶道教授的專利)、鋼板樁、混凝土預(yù)制樁、灌注樁等的施工,它具有自重輕、占地面積少,振感小、噪聲低、效率高、無污染、不擾民等諸多優(yōu)點。2.雙“y”形鋼構(gòu)件深層壓實就是對地層深處進行密實處理,在高頻液壓振動錘的底部聯(lián)接一個雙“Y”形鋼結(jié)構(gòu)件,以較高的頻率將此鋼結(jié)構(gòu)件沉入所需深度,調(diào)節(jié)高頻液壓振動錘的頻率,使之與土壤產(chǎn)生共振,該區(qū)域內(nèi)的土壤顆粒獲能量后繼而重新排布,并趨于密實固結(jié),一般處理深度為25m且上下密實度一致。3.振動壓路機的設(shè)備特點,主要是振動壓路機一個利用高頻液壓振動錘對地層表面進行壓實處理,主要用于振動壓路機難以處理的地面,由于高頻液壓振動錘激振力大(最大可達4000kN,是振動壓路機的十幾倍),振幅大(最大可達30多mm,是振動壓路機的幾十倍),因此對地表具有很強的破壞及壓實作用,壓實深度遠大于振動壓路機其其他設(shè)備。4.動錘施工筒樁防浪墻施工技術(shù)隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,填海及碼頭工程的量越來越多,用高頻液壓振動錘施工筒樁不僅在地面上用業(yè),還可以在水中(海水)直接施工筒樁,作防浪墻可以滿足擋土、防浪、防滲及承載等各種要求,并且具有用料省、施工效率高等突出優(yōu)點,社會效益和經(jīng)濟效益非常顯著。5.大直徑筒樁沉降的施工難點用高頻液壓振動錘施工筒樁的過程中,筒樁周圍的地基都產(chǎn)生不同程度的沉降,而且大直徑筒樁自身有很大的承載力,因此,火車或汽車在路基上行駛時就不會產(chǎn)生沉降或者只有少量的沉降,因為這一施工過程已經(jīng)使路基產(chǎn)生了預(yù)沉降,有效解決工后沉降的難題。6.“白改黑”工法的特點在高頻液壓振動錘基礎(chǔ)上研發(fā)出來的產(chǎn)品——高頻液壓振動破碎錘,應(yīng)用于公路水泥路面的“白改黑”工程,這種工法,比傳統(tǒng)的工藝進行的“白改黑”工法效率提高了若干倍,大大降了投資成本,據(jù)調(diào)查,此項技術(shù)全世界范圍內(nèi)僅美國掌握,且只承包工程施工,不外售(租)這種機械設(shè)備。7.監(jiān)利段防滲施工利用高頻液壓振動錘作薄壁防滲墻施工在國外是一種廣泛使用的工藝,相對于其他藝,該工藝具有工效高、成本低、防滲效果好等特點。在我國,曾