《工程船舶施工技术》第二章打桩船PPT

中交第四航务局工程局有限公司2012年6月13至16日工程船舶施工技术非自航船员培训课程：主讲：陈楚生主要内容第二章打桩船第一章工程船舶概述第三章砂桩船第四章起重船第二章打桩船第五章挖泥船第六章混凝土搅拌船第七章软体排铺设船第八章半潜驳第九章整平船第十章甲板驳工程船舶施工技术第二章打桩船第二章打桩船◆打桩船是水上施工的主要工程船舶，主要从事高桩码头的水上打桩施工。◆打桩船也可作为起重船用来吊运货物、安装构件、安装设备等等。第二章打桩船打桩船主要内容（1）打桩船的类型（2）打桩船的主要设备、桩架、结构与性能（3）桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求（4）打桩船的替打、替打垫、桩垫和附属设备（5）桩基的基本知识（6）沉桩施工前的准备和抛锚（7）沉桩一般工艺（8）沉桩常见故障或问题及其处理方法（9）特殊沉桩技术（10）拔桩技术（11）沉桩质量控制（12）沉桩安全技术措施（13）打桩船通过跨江河建筑物的技术措施第二章打桩船打桩船的类型1◆按桩架形式分◆按船舶动力装置分◆按桩架高度分打桩船的类型变幅桩架打桩船1旋转桩架打桩船2吊龙口打桩船3按桩架形式分摆动式打桩船平台式打桩船45打桩船的类型按桩架形式分特点：●变幅桩架打桩船：桩架采用三角型桁架结构，后弦杆下端一般设置液压油缸，液压缸伸缩可以实现桩架的仰俯动作，施打仰俯桩。●旋转桩架打桩船：桩架除了可以仰俯外，还可以进行水平旋转，适合在施打集群的桩基时使用。打桩船的类型按桩架形式分特点：●吊龙口式打桩船：龙口在桩架顶有铰点联接，下端可以用改变下支撑的长度对桩架进行控制，适应各种仰、俯角度的打桩施工。适用于打桩船定位困难的浅滩、岸沿打桩或在群桩中补桩。●摆动式打桩船：桩架既可以前后仰俯，也可以左右摆动。摆动式打桩船桩架的主副架之间在上部设有绞点，下部装有弧板，用于控制、固定龙口的摆动。●平台式打桩船：具有多种打桩性能，可以在平台首部或旁边安设桩架，通过变幅进行仰俯打桩、也可以通过起重船吊龙口打桩，也有利用导管架固定桩位的方式打桩。平台式打桩船的抗风能力比较强，其缺点是受海底地形、土质的影响较大。打桩船的类型电站式打桩船1液压泵站式打桩船2按船舶动力装置分打桩船的类型按船舶动力装置分特点：●电站式打桩船：船舶动力为柴油发电机组，利用电动机带动各种机械设备，进行船舶的操纵移位和打桩施工。●液压泵站式打桩船：由柴油机直接带动液压油泵，利用液压传动进行船舶的操纵移位和打桩施工。打桩船的类型小型打桩船：50m以下1中型打桩船：50m至80m2按桩架高度分大型打桩船：80m以上3第二章打桩船打桩船的主要设备、桩架、结构与性能2◆打桩设备和结构◆甲板设备和布置◆船舶动力装置打桩船的主要设备、桩架、结构与性能◆打桩设备和结构打桩设备包括及其所备置的桩锤、替打、背板、抱桩器、吊钩等。桩架打桩船的主要设备、桩架、结构与性能⑴桩架◆打桩船的桩架高度、结构形式、性能特点是决定该打桩船的施工性能、施工效率、施工区域的主要因素。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架组成：桩架由主架、龙口、底座、变幅机构等组成，附属设备有吊钩、背板、抱桩器、升降机等。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架结构形式：桩架的结构形式可分为“方型桁架式”与“三角桁架式”两种。桩架特点：由于打桩架要求在不同角度下承担吊锤、吊桩、打桩以及安装等作业，其承受的载荷较大，尤其是冲击和振动载荷。因此桩架本身就要建造的非常结实，桩架的自重也很大。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架结构▲塔架▲龙口：塔架正前方中心平面上，设置供桩锤上下运动的导轨，俗称龙口。▲吊锤平台：位于架顶。▲吊桩平台：位于吊锤平台下方。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架结构实例粤工桩8船：93米打桩船打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架的主要性能包括：桩架高度、仰俯角度、单钩吊重能力和合吊能力（桩架吊重能力）、吊钩数量、龙口的形式和尺寸、吊龙口距离等。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架高度与桩长核算关系式H≥H1+H2+H3+H4-H5H—桩架有效高度（m），水面起算；H1—桩长（m）；H2—桩锤及替打高度（m）；H3—滑轮组高度（m）；H4—富裕高度，一般取2m；H5—施工水深（m），应考虑低潮水位、留有安全裕度在施工前根据桩长、桩径、打桩方式来选择桩架的高度。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能龙口定义：塔架正前方中心平面上，设置供桩锤上下运动的导轨，俗称龙口。作用：主要起着引导和控制桩、替打、桩锤、起落架和上背板在桩架上下运动的作用。形式：龙口有两种形式，一种是内龙口，另一种是外龙口。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能桩架“中心距”中心距：指桩中心距龙口外沿的距离，它决定了该桩架所能施工的桩的直径。中心距的确定因素：龙口位置，桩锤、背板或替打等导向脚长度，以及吊桩主钩定滑轮组和吊锤吊点在上部平台的位置等。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能⑵吊钩数量：打桩船一般设置2～3个吊桩吊钩、1～2套吊锤和启锤动、定滑轮组，特点：大型打桩船的2个主钩起重能力一般为120t，副钩为80t。副钩的起重能力理论上可按桩的重量的50%配置，但考虑到海上作业的惯性力和安全储备，一般取主钩起重能力的60%~70%为宜。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能⑶抱桩器和背板装置作用：桩身吊入桩架龙口后，对桩身进行约束，定位在桩架龙口上。约束方式：◆桩顶由替打及桩帽定位，桩身下部由抱桩器或背板定位；◆上、下背板或抱桩器联合对桩身定位。特点：大型打桩船的抱桩器为一个由五油缸和左右对称的大、小臂组成的液压机械手，设置在主甲板以上桩架下部平台位置。而上、下背板则可沿着桩架龙口上下升降。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能⑷桩架升降平台（电梯）作用：搭载操作人员上下桩架，减轻作业强度。特点：每台可承载300kg，面积约为1.20m2，电梯驱动采用电动绞车，绞车设于桩架中部平台上。从安全出发，每台电梯的上下运动，由电梯上的人员自行独立遥控。◆甲板设备和布置打桩船的主要设备、桩架、结构与性能船体主要特点：基本为箱型结构，甲板较为宽大。甲板布置：⑴艏甲板上装有桩架及桩架变幅结构，移船绞车（艏艉布置）、起重绞车、海军锚等。⑵甲板后部设有上层建筑，包括船员生活区和作业操纵室等。锚机和绞车打桩船的主要设备、桩架、结构与性能作业绞车：配置2~3台吊桩绞车，1台吊锤绞车（另1台启锤绞车），1～2台杂用绞车。锚机（移船绞车）：配置5t～30t拉力，容绳量为250m～500m的移船绞车8～10台。打桩船的锚一般采用3t～10t海军锚。海军锚特点：海军锚的“扭工字”型可适应锚拉力方向的变化而产生的啮土状态的变化，保证了其具有较好的抓力，较适应大型打桩船使用。打桩船的主要设备、桩架、结构与性能电站式打桩船1液压泵站式打桩船2◆船舶动力装置电站式打桩船打桩船的主要设备、桩架、结构与性能机舱内主要布置：主发电机、停泊发电机、各类冷却水泵、消防泵、平衡水泵、生活用水泵、空压机等。特点：主发电机为全船施工机械（移船绞车、起重绞车、变幅油缸以及其它辅助设施）提供动力源。液压站式打桩船打桩船的主要设备、桩架、结构与性能机舱内主要布置：油泵柴油机、辅发电机、停泊发电机、各类冷却水泵、消防泵、平衡水泵、生活用水泵、空压机等。特点：油泵柴油机通过高弹性摩擦离合器和齿轮分动箱直接驱动液压动力站，为全船动力设备（移船绞车、起重绞车、变幅油缸）提供动力源。辅发电机为各类冷却水泵、消防泵、平衡水泵、生活用水泵、空压机等提供动力源。第二章打桩船桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求3打桩锤的作用打桩锤的类型和性能柴油锤的结构和工作原理液压锤的结构和工作原理振动锤的结构和工作原理打桩锤的选择和停锤标准打桩锤施工操作的注意事项桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求打桩锤的作用打桩锤是产生冲击能的主要设备，沉桩施工中，主要依靠打桩锤的冲击能将桩沉入土下。桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求打桩锤的类型和性能类型：自由落锤、蒸汽锤、液压锤、振动锤、柴油锤等不同类型。航务工程主要使用柴油锤、液压锤、振动锤。柴油锤的结构和工作原理1液压锤的结构和工作原理2打桩锤的结构和工作原理振动锤的结构和工作原理3桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求关于柴油锤的一些基本说法：柴油锤是以柴油作燃料、以爆炸压力为冲击能量的单缸式二冲程发动机。柴油锤有两种主要形式，一是导杆式柴油锤，二是筒式柴油锤。筒式柴油锤的功能可分为垂直打型式和斜打型式．垂直的虽然也可以打斜桩，但因其润滑方式不同，只限于打1°～20°范围内的斜桩，斜打的则可在0°～45°范围内打任意角度的斜桩；筒式柴油锤的冷却方式可分为水冷式和风冷式；柴油锤的结构和工作原理桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求筒式柴油锤的基本结构：主要由锤体、上活塞、冲击块（下活塞）、燃油和润滑油泵、冷却设备等部分组成。桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求筒式柴油锤的工作原理：工作循环过程有6个阶段：燃油供给、冲击雾化、燃烧爆炸、排气、吸气、降落、扫气。桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求（1）扫气、喷油：上活塞在重力作用下降落，同时进行扫气，当活塞继续下落时，它就触及油泵的曲臂，将适量的轻质柴油射入下活塞凹型球碗或环状槽内。（2）空气压缩：上活塞继续下降，把排气孔关闭，气缸内的空气被压缩，空气的压力、温度急骤升高，为燃烧爆发作好准备。（3）冲击雾化：上活塞继续下降，与下活塞相碰撞，从而产生巨大的冲击力，使桩下沉。这个冲击力是沉桩的主要作用力。（4）燃烧爆炸：上活塞冲击下活塞的瞬间，下活塞凹型球碗或环状槽内的燃油受到冲击飞溅雾化，同时雾化的油与高温高压气体混合，在冲击压力的作用下压燃爆发。爆发所产生的压力在推动上活塞跳起上行的同时，又给桩一个下沉力。（5）排气：上活塞跳起，升高到一定高度时，吸气口打开，燃烧后的废气在膨胀压力的作用下，由吸气口排出。当上活塞上升超过油泵曲臂以后，曲臂在弹簧作用下恢复原位，并吸入一定的燃油为下一次喷射做好准备。（6）吸气：上活塞继续上升，这时气缸内产生负压，从而新鲜空气被吸入缸体；（7）降落：上活塞的动能全部转化为位能以后，又再次落下，重复以上过程，周而复始，实现连续运动。（8）扫气：当上活塞上升到一定位置时开始下降，迫使汽缸内的气体向下冲，将汽缸内的残留废气扫除，直到上活塞将排气口封闭，扫气才告结束；可见，柴油锤是靠上活塞的上下往复运动产生的冲击力沉桩，而上活塞往复运动的能量来自不断定时喷入的轻质燃油，燃油的喷射由上活塞在往复运动中。桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求起落架具有两个作用：一是提升打桩锤，二是提升活塞、提供动能。起落架有3种形式：移动轴式、凸块式和抱钩式。柴油锤的起落架桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求柴油锤的主要性能：锤芯重量和总体重量、行程、每次打击能量、每分钟打击次数、最大爆炸力和外形尺寸等。柴油锤的结构和工作原理桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求液压锤的结构和工作原理桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求基本结构：液压打桩锤由液压系统、冲击块、控制箱、桩帽、壳体及导向板组成。桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求液压锤的结构液压锤的液压站和控制盒桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求液压锤的结构液压系统：主要由液压油缸、蓄能器、控制阀（液压站）等组成。冲击块：作用是提供冲击力，结构简单，一般用锻打件加工而成。壳体和导向板：壳体对冲击块起着导向作用，也是吊锤的主体结构。在壳体框架上可装置四块导向板，与桩架的导向轨道相配。控制阀组：安装在冲击体上部，通过液压阀，可以调节缸体内液压油压力，也可调节蓄能器内氮气的压力。桩锤的类型、结构、性能、工作原理和使用要求液压锤工作原理液压锤在打桩时，锤体被加压的液压缸提升，到达设定高程后，当液压缸卸压后下落，下落时锤头先接触桩顶，对桩冲击力不大。因锤筒下落，大量动能通过高压氮气紧压锤头上的活塞，迫使锤头较长时间地挤压在桩顶上。通过氮