现代新型桩工机械的研发与应用

　　2014桩工协（学）会年会已于11月21日至24日在宁波隆重召开，会议期间，上海振中机械制造有限公司总经理曹荣夏向与会代表分享了《现代新型桩工机械的研发与应用》的精彩报告，以下内容由本杂志社整理报道。 　　该系列液压振动桩锤产品在我国国内当属最为先进的液压振动锤，在国际上也属前沿的，其先进性主要表现在：
　　①利用液压控制偏心力矩的变换装置，使振动锤偏心力矩在起动、　　停机及运行过程中从零至设计最大值之间无级调节，实现在启动，停机时完全没有共振，且在工作中根据实际需要可无级调节振幅或激振力；
　　②液压动力站配有变量泵，使频率在设计范围内无级调节；
　　③配有PLC逻辑控制系统和传感技术，使振动锤能保持激振力恒定条件下可对振动频率和振幅实现智能化无级调控，从而能达到最佳沉拔桩效果。
　　2.无级变矩电驱振动桩锤
　　“振中公司”在无级可调偏心力矩电驱振动锤方面，无论从产品型号规格，还是产品结构性能都不断地拔高创新。在“振中”牌原有的EP60、EP80、EP120、EP180、EP270的产品基础上，相继开发出减振结构横梁式的EP160、EP200、EP240，双电机中空式EP120KS、EP160KS、EP240KS及卧式结构的EP270、EP320、EP400、EP640、EP800等型号产品，已获多项国家专利。 　　无级变矩电驱振动桩锤优越性的主要表现为：
　　①该系列可以在无偏心力矩条件下启动，即空载启动。解决了以前大量使用的振动桩锤带偏心力矩启动即带载启动而需要大容量电源的问题。
　　②克服了带偏心力矩启动和停止产生的共振，使机器能平稳自如地启动和停止。防止了由共振产生的强烈噪声和对其它零部件产生破坏现象的发生，具有节能环保安全的效应。
　　③大型锤采用卧式结构，这种卧式结构有点：重心低，使作业更平稳、安全且噪音低，油飞溅润滑效果好；箱体内油面积大、散热好、温升低，能满足长时间连续工作。
　　④采用的新型横梁式独立结构形式的减振器，并与激振器直接连接，使整机的高度大为降低，同时避免了减振结构与电机相撞的情况出现；这种新型横梁式独立结构形式的减振器与激振器连接或拆装简单，机器运输方便。
　　⑤大功率电机（300KW以上）采用单电机双出轴，激振器前后皮带轮各安装传动皮带，使轴承受力分散、均匀，且减小了对轴承的压力，使轴承温升低，不宜损坏。
　　该系列产品技术已获国家专利，并曾被评为首届“上海市自主创新产品” “上海市高新技术成果转化项目”。
　　3.变频免共振振动桩锤
变频免共振系列振动桩锤是“振中公司”适应我国的国情而自主研发的一种性能高效、操作简单、设备价位低的新型产品。
　　①普通耐振电振动桩锤，启动与停机时的“共振”现象明显。
　　②“变频锤”仅优化启动困难问题，而停机“共振”仍无法避免。
　　③普通耐振电机在频繁变频使用会加快电机线圈老化，缩短电机寿命。
　　“振中公司”独创了一种变频免共振技术和与“天津神川电机有限公司”合作共同开发了具有自主知识产权的专用的耐振变频电机，使原力矩固定式的电驱振动锤即可实现频率在设计范围内无级调节、又能在停机时无共振现象出现。
　　由于停机时通过能量转化装置快速实现将电机转动动能转换为电能、电能又转换为热能被释放出，这过程电机无能量冲击，所以在停机过程既可避免共振现象的出现又能使电机寿命不受影响。目前国内、外还没有同类的产品，该系列产品深受用户欢迎。该系列产品技术已获国家专利。
　　4.多锤联动技术
　　大型工程如海上人工岛、海上风电等的桩基础已从几米至几十米都有，单台振动锤即使是超大型的也往往满足不了工程施工的要求。在国外，特别在日本，通常采用振动锤多台联动技术进行施工。
　　多锤联动就是通过联动技术使多台振动锤成为一个大振动系统，这就要求多台振动锤在振动时具有高度的同步性。在日本虽说同步技术非常成熟，工程案例也有很多，但所选用的振动锤都是偏心力矩固定的，其多锤联动在实际施工过程中“共振”是避免不了的。
　　用偏心力矩无级可调振动锤可完全避免“共振”,但多台无级变矩振动锤的联动关键要解决转动同步和调幅同步问题。目前在日本或欧美国家尚无利用多台力矩无级可调振动锤的联动进行施工的成功案例。
　　“振中公司”这些年里一直不断研究力矩可调振动锤的联动技术，目前已成功掌握该联动的关键技术。并已成功应用于工程施工。2014年10月18日，由“振中公司”研制双锤联动的EP1300偏心无级可调振动锤在江苏如东海上风电场100MW示范项目工程首次成功下沉风机基础钢管桩。
　　EP1300双锤联动振动锤主要技术参数：功率960kw、偏心力矩0-1160kg.m、转速680rpm、激振力0-600T。
　　风电桩参数：
　　桩径1720mm、桩长50米、桩重50T。
　　振动沉桩效果：入土45米、平均用时20分钟、垂直精确度小于0.3%
　　5.振动桩锤工法研究
　 “工欲善其事，必先利其器”。但有“利器”，也往往得不到“善事”，究其何因？乃欠“工法”也！振动桩锤通过振动使土质液化、桩阻力减小，从而达到桩的沉拔目的。它由于施工成本低、效率高曾受广大施工用户的欢迎，但随着我国桩基础的超大 、超深化， 近几年从国外引进、开发了不少的桩基施工的新设备、新工法，而振动锤反而越来越不被看好，其许多的优点、功能没被认识，使之目前振动桩锤在工程施工中使用也越来越少。
　　但是“振中公司”通过研究认识到振中桩锤在打桩方面确实具有不少的优点，且这些优点往往其他设备所不具备或有所缺陷的。为使振动桩锤发挥好其优势，更好的为用户服务，“振中公司”近些年积极探索振动桩锤的新工法，相继申报了多项振动锤工法专利，现已有四个工法的专利获得授权，即“采用振动和冲击联合作用沉混凝土预制管桩的装置”“一种沉双管拔内管成孔灌注桩技术”“一种免共振沉管长螺旋潜孔锤灌注桩”“一种免共振双套管定向挤密扩底灌注桩及设备”。
　　其中 “一种沉双管拔内管成孔灌注桩技术”是用振动锤振沉内外套管，又通过内管取土成孔。可做灌注桩、埋入式桩及工法扩充可做地下连续墙和旧桩、断桩的拔出处理、定向挤密扩底桩、沉管嵌岩桩及软土超深桩等。该工法简单、环保、效率高及适应土层范围广等优点，曾有专家誉为“原创性、革命性”的工法。
　　二、新一代潜孔锤凿岩钻机
　　潜孔锤凿岩钻机是“振中公司”引进日本最新技术而开发的一种新型高效环保的凿岩钻机，该钻机特别适用于岩石层、卵石层及孤石，漂石等硬质岩层的穿透施工，可完成灌注桩、埋入式桩及地下连续墙等的施工。
　　该机利用高压空气带动潜孔锤缸筒里的活塞（冲击体）做往复运动，使潜孔锤前端的凿头在旋转的同时，产生冲击效能，从而对岩石施以粉碎破坏。
　　主要特点：
　　双重排渣方式-气举正循环+螺旋叶片输送
　　①相同的作业工况下，其空压机的气流量相对较小，施工成本较低
　　②尘土飞散程度较低，符合环保要求。整机图：
　　其具备水泥浆和稳定液的注入功能
　　①有效保护孔壁。
　　②实现提钻与水泥浆注入的同步作业，即提高施工效率，又减少另购注浆设备所带来的成本。
　　配置扩展
　　1.在特殊的土层或岩层，可选带套管的双动力钻机施工，即用下动力头为中空式钻机旋转下沉套管护壁，又用上动力头带动潜孔锤钻机凿岩施工。
　　2.利用旋挖钻机的动力和机架进行工作，即将潜孔锤配在旋挖钻机和长螺旋钻机上，使改造后的旋挖钻机和长螺旋钻机具备凿岩功能，即提供了设备的利用率，又降低了设备的投入成本。
　　三、等厚水泥土地下连续墙TRD工法机
　　等厚水泥土搅拌地下连续墙工法（简称TRD工法）于1994年在日本问世。由于该工法与SMW工法相比具有高抗渗和高工效，所以自问世以来便显出了强大的生命力，并得到迅速地推广。但直接从日本进口设备不但价格昂贵，且还不太适合我国的国情。“振中公司”经过多年努力，最终与日方达成共识，联合制造符合我国国情的“步履移动式水平切割深层搅拌水泥土地下连续墙成墙机”简称步履式TRD机。
　　该机型具有以下特征：
　　①采用步履式主机底盘，可实现优质的直线性、垂直性的高精度施工；
　　②低重心设计形式，与传统水泥土搅拌工法设备相比其机械高度大幅度降低（总高度低于13米），有优越的稳定性和可实现安全施工；
　　③无需其他工法辅助，可独立对硬质地基（砂砾，泥岩，软岩石）的成槽作业，可实现施工成本的节约和施工效率的提高；
　　④在垂直方向上实施全层纵向切割、混合搅拌工作，使水泥浆与原状地基达到充分均匀混合、搅拌，形成均一品质地下连续墙体；
　　⑤全程无缝隙高连续性墙体，拥有高抗渗性。
　　四、全液压大扭矩长螺旋钻机
　　JU110/180全液压履带式长螺旋钻孔机是“振中公司”与北京建筑机械研究院为适应国内长螺旋钻机入岩施工需要而最新开发的机、电、液一体化的重型施工设备。
　　产品技术特点：
　　1.整机性能匹配合理，一机多用，施工适应面广。
　　2.采用液压履带底盘，移位快速方便。履带宽距大，整机稳定性好。
　　3.行走、卷扬、回转机构均采用液压马达驱动，调速方便、结构紧凑，运转平稳，抗冲击性能力强。
　　4.立柱具有前后微调功能，对桩方便快捷。 装有垂直传感器，确保钻孔垂直。
　　5.配重可伸缩，增加了工作时的稳定性。
　　6.配置拔桩力限制器，达到预定拔桩力时能够及时报警，避免因超载或误操作引起的人身及安全事故。
　　7．动力头采用两个变量液压马达驱动，动力头的转速和扭矩可根据钻具受力的情况自动调节，以适应不同的地质条件，工作效率高。
　　8．带有加压装置，提高钻孔效率。