橋梁樁基礎(chǔ)施工機(jī)械的分類及工作原理[詳細(xì)]

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(duì)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(dòng)器在樁頭上施振,使樁在自重和振動(dòng)器沖擊力的 作用下貫入土中.所采用的 機(jī)械是振動(dòng)錘

2、.(3)射水法是利用高壓水泵通過(guò)射水管沿樁身沖擊其周圍的 土壤,減少土壤對(duì)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(duì)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(dòng)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.

3、2按驅(qū)動(dòng)的 方法分類 按驅(qū)動(dòng)的 方法分有落錘、氣錘、柴油錘和電動(dòng)錘四種. 1.2.1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(guò)低,勞動(dòng)強(qiáng)度 大,故目前基本上不在使用.1.2.2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(dòng)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.1.2.3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

4、 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,易于遷移,故目前使用較廣泛.1.2.4電動(dòng)錘它是利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)振動(dòng)器,使之在垂直方向產(chǎn)生 振動(dòng),然后將激振力傳給樁頭使之下沉,故它又稱為振動(dòng)樁錘.它也適用拔樁.1. 3按錘頭的 沖擊動(dòng)能分類 按錘頭的 沖擊動(dòng)能分,有單作用式和雙作用式兩種.1.3.1單作用式錘頭的 沖擊動(dòng)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(dòng)氣錘及柴油錘都屬于這種型式.1.3.2雙作用式錘頭的 沖擊動(dòng)能,是由其自重及附加沖擊力兩種動(dòng)能之和產(chǎn)生.如雙動(dòng)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(dòng)能不但有錘頭的 自重,而

5、且還有作用于錘頭的 氣力所致.因此,它比單作用式?jīng)_擊動(dòng)能大,生產(chǎn)效率高.1.4按操縱情況分類按操縱情況分,有人工操縱,半自動(dòng)化操縱和自動(dòng)化操縱三種.1.3. 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(guò)絞車來(lái)控制的 .因其勞動(dòng)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(dòng)化操縱式錘頭的 升降是靠人工控制的 ,而下落則自動(dòng)控制.單動(dòng)氣錘就是屬于半自動(dòng)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(dòng)氣缸上移.氣缸下落則靠操縱機(jī)構(gòu)自動(dòng)切斷進(jìn)氣通路,并打開(kāi)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.1.4. 3

6、自動(dòng)化操縱式錘頭在工作中,其上下運(yùn)動(dòng)靠本身機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制的 .也就是說(shuō)啟動(dòng)時(shí)只要將錘頭升起,然后使其落下,啟動(dòng)后的 錘頭升降就可以自動(dòng)控制了 .如雙動(dòng)氣錘頭在上下運(yùn)動(dòng)中,是通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)自動(dòng)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(zhǎng)臂吊桿加裝一個(gè)龍門(mén)架改裝而成.后者移動(dòng)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(guò)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(dòng)很不方便.為了 快速移動(dòng)和迅速開(kāi)工,常采用柴

7、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(lái)的 能量來(lái)工作,而是利用柴油機(jī)在氣缸內(nèi)燃燒的 爆炸力來(lái)抬升錘頭,然后自由落下沖擊樁頭.2.2振動(dòng)樁錘的 構(gòu)造及工作原理振動(dòng)沉樁法和沖擊沉樁法相比,其效率比較高,設(shè)備簡(jiǎn)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(dòng)樁錘按其作用原理的 不同,有振動(dòng)錘和振動(dòng)沖擊錘兩種.2.2.1振動(dòng)錘振動(dòng)錘的 構(gòu)造及工作原理與振搗器基本相同.不過(guò)將振搗扳改為打樁用的 樁帽而已.它由振動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、樁帽以及三角皮帶或鏈傳動(dòng)等主要部分組成.簡(jiǎn)單的 振動(dòng)器的 電動(dòng)機(jī)螺栓,直接固定在振動(dòng)器的 外殼的 上端面上,電動(dòng)

8、機(jī)通過(guò)三角皮帶或鏈傳動(dòng)將其動(dòng)力傳至振動(dòng)器的 兩根偏心軸上,使兩偏心軸反向同步回轉(zhuǎn).這樣,振動(dòng)器就沿著樁的 軸線作定向運(yùn)動(dòng),使樁體周圍上層的 摩擦阻力明顯的 下降,于是樁體借其自重而下沉.具有彈簧支撐的 振動(dòng)錘,其電動(dòng)機(jī)與振動(dòng)器之間裝有螺旋彈簧,以作減震裝置.裝有減震裝置的 振動(dòng)錘稱為柔性振動(dòng)錘,而不裝減震裝置的 振動(dòng)錘稱為剛性振動(dòng)錘.柔性振動(dòng)錘不容易損壞.可采用更換傳動(dòng)皮帶輪的 辦法調(diào)整振動(dòng)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(duì)激振力不同的 要求.2.2.2振動(dòng)沖擊錘振動(dòng)沖擊錘所產(chǎn)生的 振動(dòng),不是直接傳到樁體上,而是通過(guò)沖擊板作用在樁體上.它沉樁入土既靠振動(dòng),又靠沖擊

9、,故沉樁效率比振動(dòng)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(dòng)機(jī)、偏心塊、沖擊板以及懸掛裝置等部分組成.振動(dòng)器和沖擊板經(jīng)彈簧用螺栓相連.當(dāng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶著偏心塊作反向旋轉(zhuǎn)時(shí),殼體便作垂直方向的 振動(dòng).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(guò)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(lái)越先進(jìn).鉆孔法灌注混凝土施工包括下套管(或者

10、管柱)、除套管內(nèi)土壤、(鋼筋)混凝土灌注、拔套管等過(guò)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(lái)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(zhǎng)有短,如沖抓軟土可用長(zhǎng)的 雙瓣,而沖抓含砂,礫石的 土質(zhì)則可采用短雙瓣.

11、3. 2沖擊成孔沖擊成孔是在起重機(jī)的 長(zhǎng)臂吊桿上懸掛一 個(gè)沖錐,利用沖錐上下往復(fù)的 沖擊動(dòng)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(dòng)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)

12、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(dòng)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(dòng)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(dòng)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