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教育部职业教育与成人教育司推荐教材高等职业技术教育教材1主编：高文安杨庚副主编：陈建军马晋芳贾瑜8桩工机械建筑施工机械（第2版）JIANZHUSHIGONGJIXIE【知识目标】了解桩工机械的类型和施工方法；熟悉预制桩和灌注桩的施工机械和施工过程；掌握打桩机、柴油锤、气动锤、液压锤、振动沉拔桩机、静力压拔桩机、螺旋钻孔机、钻扩机、桩架的类型和特点；了解打桩机、柴油锤、气动锤、液压锤、振动沉拔桩机、静力压拔桩机、螺旋钻孔机、钻扩机、桩架的构造、工作原理和使用场合。【能力目标】能够在工程施工过程中正确选择使用打桩机、振动沉拔桩机、静力压拔桩机、螺旋钻孔机、钻扩机等桩工机械。8桩工机械在建筑工地、港口、码头、公路和铁路桥梁以及海底石油开采等工程中，桩基础是最常用的基础形式。桩基础以承载力大、施工周期短、成本低等优点而被广泛应用。在桩基础施工中所采用的各种机械，通称为桩工机械。桩工机械按其工作原理分为冲击式、振动式、静压式和成孔灌注式四类，常用的有柴油打桩机、液压打桩机、振动打桩机、静力压桩机、各种成孔机、连续墙挖槽机以及与桩锤配套使用的各种桩架等。8.1概述桩的类型可分为预制桩和就地灌注桩两大类。预制桩有预应力钢筋混凝土方桩、管桩、钢管桩和H型钢桩等。灌注桩需要在桩位的地层中先做出孔，然后在孔中浇灌混凝土(或在孔内先放置钢筋笼，再浇灌混凝土)形成灌注桩。预制桩采用打入法、振动法和静压法三种方法施工。所用的机械：打入法用柴油锤、液压锤等；振动法用振动锤；静压法用静力压桩机。将预制桩从地层中拔出的机械称为拔桩机。灌注桩的成孔方法主要有挤土成孔和取土成孔两种。8.1概述挤土成孔法用打入法或振动法将一端封闭的钢管沉入土层中，然后拔出钢管即可成孔，它不适用于较大直径的灌注桩，桩径一般不超过500mm。取土成孔可以用冲抓斗、抓斗、成孔机、螺旋钻孔机、回转斗钻孔机和潜水钻机等机械。地下连续墙可以看做成排的灌注桩，它是先在地层中挖成沟槽，再放置钢筋笼，然后浇灌混凝土形成墙体。地下连续墙可以是基础的一部分，或者只作挡土墙或截水墙用。挖槽的机械有双轮滚切成槽机、垂直轴多头钻机、连续墙抓斗挖槽机等。8.1概述施工预制桩主要有三种方法，即打入法、振动法和压入法。1．打入法打入法施工的设备是打桩机。它是靠桩锤冲击桩头，在冲击瞬间桩头受到一个很大的力，使桩贯入土中。打桩机由桩锤和桩架组成。打入法的桩锤有四种形式：（1）落锤它是最古老的桩工机械，构造简单，使用方便，但贯入力低，生产效率低，对桩的损伤较大。8.1.1预制桩施工机械8.1概述（2）柴油桩锤其工作原理类似柴油机，是目前最常用的打桩设备，但公害(噪声及其他污染)较为严重。（3）气动桩锤过去以蒸汽为动力，当柴油桩锤发展起来后被逐渐淘汰，现在以压缩空气为动力又获新生，而且向大型化方向发展，以满足许多大型基础施工的要求。（4）液压桩锤它是一种新型打桩机械，由液压缸提升或驱动锤体产生冲击力沉桩。它具有冲击频率高、冲击能量大、公害少等优点，但构造复杂，造价高。8.1概述打桩锤的优点是工艺简单，桩的承载能力大。其缺点是噪声大，锤击时易产生振动，对周围建筑物有不同程度的影响；同一桩长有时不能适应土层变化的需要，有发生截桩的可能。2．振动法振动法是用振动沉拔桩机，靠振动桩锤使桩身产生高频振动，使桩尖处和桩身周围的阻力大大减小，桩在自重或稍加压力的作用下贯入土中。其沉桩效率高，费用低，不需辅助设备，桩头不易损坏。8.1概述．压入法压入法采用静力压拔桩机，对桩施加持续静压力把桩压入土中。这种施工方法噪声极小，无空气污染，桩头不受损坏。但压桩机本身比较笨重，组装、迁移都较困难。除以上几种施工方法外，还有钻孔插入法、射水沉拔法和空心桩的挖土沉桩法等。8.1概述灌注桩的施工关键在成孔。成孔方法有挤土成孔法和取土成孔法两种。1．挤土成孔法挤土成孔法是把一根钢管打入土中，至设计深度后将钢管拔出即可成孔。这种施工方法中常用振动桩锤，因为振动桩锤既可将钢管打入，还可将钢管拔出。8.1.2灌注桩施工机械8.1概述．取土成孔法取土成孔法主要采用的成孔机械有全套管钻孔机、回转斗钻孔机、反循环钻孔机、螺旋钻孔机和钻扩机等。8.1概述柴油锤同内燃机一样，是一个单缸二冲程自由活塞式发动机，它利用活塞和汽缸的相对往复运动使柴油在燃烧室内燃烧，发出能量而使桩锤得到提升，然后在具有势能之后自由落下打击桩体。柴油锤起动时需要外力，起动后便可连续打桩。柴油锤按其结构的不同可分为导杆式和筒式两种。导杆式柴油锤是用导杆为往复运动的缸体导向，活塞固定而缸体运动的柴油锤。筒式柴油锤的活塞在筒形汽缸内往复运动，汽缸固定，其结构和技术性能较为先进，国内目前广泛采用。8.2柴油锤柴油锤的特点包括：（1）构造简单，维修使用较方便。（2）安装拆卸方便，便于移动，生产效率较高。（3）有噪音和废气排出，振动较大。（4）使用中易受地层的影响，当地层较硬时，沉桩阻力较大，桩锤的反弹力越大跳起的高度越大；当地层较软时，桩下沉量大，燃油不能爆发或爆发无力，桩锤因而不能被提起，使工作停止，这时只好重新起动。（5）柴油锤的有效功率比较小，用来打桩的动能只有40%～50%，另外的50%～60%消耗在燃油压缩的过程中。8.2柴油锤筒式柴油锤依靠活塞上下跳动来锤击，其构造如图8.1所示，由锤体、燃料供给系统、冷却系统、起动系统等构成。8.2.1.1筒式柴油锤的工作过程其工作过程为如下几个阶段（见图8.1）。8.2.1简式柴油锤8.2柴油锤—汽缸；2—上活塞；3—下活塞；4—燃油泵；5—桩帽；6—桩8.2柴油锤扫气、喷油上活塞在重力作用下降落，清扫汽缸内的废气。当上活塞继续下降触碰油泵的曲臂时，燃油泵就将一定量的燃油注入下活塞。2.压缩上活塞继续下降，将吸排气口关闭，汽缸内的空气被压缩，空气的压力和温度升高。3.冲击上活塞下降，与下活塞相碰撞产生强大的冲击力使桩下沉，这是使桩下沉的主要作用力。8.2柴油锤爆发在上活塞冲击下活塞的同时，下活塞中的燃油被雾化，雾化的燃油与高温气体混合而燃烧，爆发出很大的压力，一方面使桩再次下沉，同时又使活塞向上跳起。5.排气上活塞因燃油爆发燃烧产生的压力作用而上升至一定高度时，吸气口和排气口都打开。燃烧过的废气在膨胀压力作用下由吸、排气口排出。当上活塞上升越过油泵的曲臂后，曲臂在弹簧作用下恢复原位，此时吸入一定量的燃油，为下一次喷油做好准备。8.2柴油锤吸气上活塞在惯性作用下继续向上运动，当汽缸内产生负压时，汽缸内又吸入新鲜的空气。7.降落再次下降，将上活塞的动能全部转化为势能，重复上述过程。这个过程往复进行，便是筒式柴油锤的工作循环。从中可看出，筒式柴油锤靠活塞的往复运动产生的冲击来进行沉桩，而喷入的柴油即活塞往复运动的能量来源。8.2柴油锤，它主要由锤体、燃料供给系统、冷却系统和起动系统构成。8.2柴油锤—导向缸；2—上汽缸；3—润滑油室；4—上活塞；5—燃油箱；6—燃油滤清器；7—输油管；8—燃油泵；9—下汽缸；10—下水箱；11—下活塞；12—锥头螺栓13—锥形螺母；14—月牙垫；15—半圆铜套；16—连接盘；17—缓冲胶垫；18—螺钉；19—连接套；20—卡板；21—润滑油泵；22—活塞环；23—阻挡环；24—上水箱；25—进排气管；26—盖；27—导向环；28—润滑油箱；29—起落架；30—安全螺钉；31—固定螺栓；32—圆头螺栓；33—垫圈；34—导向板；35—锥形螺母8.2柴油锤、上汽缸2、下汽缸9、上活塞4、下活塞11和缓冲胶垫17组成。导向缸在打斜桩时既可导引上活塞方向，还可防止上活塞跳出锤体。上汽缸介于导向缸和下汽缸之间，是上活塞的导向装置。下汽缸是工作汽缸。上下活塞都是工作活塞，承受较大冲击力，打桩过程中，上活塞容易断裂。缓冲胶垫装于活塞和下汽缸连接处，其作用是减少活塞对汽缸的冲击。上汽缸和上活塞之间采用惯性润滑，下活塞和下汽缸之间采用强制润滑。由润滑油泵压油，润滑油泵则由下汽缸的运动来起作用。8.2柴油锤、燃油滤清器6、输油管7、燃油泵8组成。筒式柴油锤的燃油泵有低压柱塞式和高压喷嘴式两种。燃油的供油量可用调节杠杆来调节。3.冷却系统筒式柴油锤在工作时放出大量热能，使汽缸与活塞等部件温度升高，会使润滑油黏度降低，加剧零部件的磨损，而且易产生提前点火的情况，使桩锤不能正常工作。其常设置的冷却系统有水冷和风冷两种。8.2柴油锤公司生产的筒式柴油锤都用风冷，小型桩锤也常用风冷，冷却方式是在水箱外面安装有散热片。风冷构造比水冷简单，使用也方便，但水冷冷却效果比风冷好。4.起落架筒式柴油锤的起落架有两个主要作用，一是用来提升上活塞进行启动，二是提升整个桩锤。8.2柴油锤导杆式柴油锤和筒式柴油锤不同的是：导杆式柴油锤用汽缸为锤击部分作升降运动，而筒式柴油锤则以上活塞作为锤击部分；导杆式柴油锤的燃油用高压雾化，筒式柴油锤则用冲击雾化；导杆式柴油锤的打击能量比筒式柴油锤小，一般用于小型轻质桩的施工。8.2.2导杆式柴油锤8.2柴油锤所示，缸锤是活动部分，可沿导杆上下运动。作业时，将桩就位，把柴油锤置于桩的顶部，用桩帽卡在桩上。将起落架落下，钩住桩锤，将其提升到一定高度，自动脱钩，缸锤靠自重落下，柴油锤即开始工作。8.2柴油锤—顶梁；2—吊架；3—导杆；4—缸锤；5—活塞；6—喷油嘴；7—油泵；8—燃烧室；9—桩帽8.2柴油锤（a）所示相当于工作行程开始，此时，汽缸上升到最高点，在自重的作用下降落。图8.4（b）为汽缸落下套着活塞时，封在活塞头部与汽缸间的空气被压缩，温度升高到500～700℃时，压缩结束，柴油通过喷油器以雾状喷入汽缸中。柴油与高温空气混合自行燃烧膨胀，将使汽缸沿导杆上升。图8.4（c）为汽缸脱离活塞时，废气排出进入大气，汽缸内吸入新鲜空气。当汽缸升到最高时就停止，又开始下降打击桩头，再重复以上工作过程。通过改变高压油泵的供油量，可调节汽缸行程的长短，导杆式柴油锤每分钟的冲击次数为55～60次。8.2柴油锤