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南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 41010224 丁龍建
摘 要
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)的設(shè)計(jì),我完成靜壓樁機(jī)壓樁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。我首先實(shí)地參考，根據(jù)壓樁機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，確定液壓缸的型號(hào)，然后確定壓樁液壓缸與立柱的連接方式。最后對(duì)連接螺栓和立柱的焊縫強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算校核。
關(guān)鍵詞：壓樁機(jī) 液壓缸 校核
Abstract
The task of graduate design will design a pile driver of statics YZY400 include hydraulic pressure. I will finish landscape orientation and circumgyrate framework of this pile driver . First of all , I reference tower crane and base tread framework’s parameter , then make sure model number of fluid cylinder , secondly , I make sure all dimension of tread part and chose parts , lastly , I finish to cheak all dimension and intensity.
Keywords : pile driver fluid cylinder check
1． 緒論
壓樁機(jī)移動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)場(chǎng)方便、施工效率高，因此，壓樁機(jī)已經(jīng)占絕對(duì)主導(dǎo)地位。本文所述液壓靜力壓樁機(jī)主要是指抱壓式液壓靜力壓樁機(jī)。
20世紀(jì)90年代末期以來，舊城改造在土木工程施工過程中，首先要進(jìn)行的是基礎(chǔ)施工。樁基礎(chǔ)是建筑施工特別是高層建筑施工中最為常見的基礎(chǔ)形式。樁的種類及其施工方法因上部建筑物或載荷情況不同而多種多樣。其中，將預(yù)制樁完全依靠靜載平穩(wěn)、安靜地壓入軟弱地基，是一種新型的樁基礎(chǔ)施工方法--靜壓樁工法。與錘擊式打樁相比，靜壓樁工法由于具有非常明顯的環(huán)保性，十幾年來從廣東珠江三角洲開始由南向北得到了迅速推廣。液壓靜力壓樁機(jī)就是實(shí)施靜壓樁工法的關(guān)鍵施工設(shè)備。與錘擊式打樁機(jī)相比，這種設(shè)備施工時(shí)具有無震動(dòng)、無噪聲、無油污飛濺等環(huán)境污染的特點(diǎn)，施工質(zhì)量好、使用費(fèi)用低，同時(shí)，靜力壓樁機(jī)也是具有中國特色的環(huán)保型樁工機(jī)械。
液壓靜力壓樁機(jī)分為"抱壓式液壓靜力壓樁機(jī)"和"頂壓式液壓靜力壓樁機(jī)"(對(duì)樁頂部施壓進(jìn)行壓樁)兩種。抱壓式液壓靜力壓樁機(jī)壓樁過程是通過夾持機(jī)構(gòu)"抱"住樁身側(cè)面，由此產(chǎn)生摩擦傳力來實(shí)現(xiàn)的；而頂壓式液壓靜力壓樁機(jī)則是從預(yù)制樁的頂端施壓，將其壓入地基的。由于施壓傳力方式不同，這兩種樁機(jī)結(jié)構(gòu)形式、性能特點(diǎn)、適用范圍也有顯著不同。其核心是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其配置，它直接影響整機(jī)的技術(shù)性能及節(jié)能效果。而壓樁機(jī)構(gòu)是樁機(jī)的主要工作裝置，是這種壓樁機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響樁機(jī)的壓樁能力和成樁質(zhì)量。其中，抱壓式樁機(jī)主要由壓樁系統(tǒng)和夾樁機(jī)構(gòu)組成，而頂壓式樁機(jī)主要由壓樁系統(tǒng)和樁帽組成。頂壓式樁機(jī)除壓樁機(jī)構(gòu)中沒有夾樁機(jī)構(gòu)外，一般不帶起重機(jī)，但增加了一套卷揚(yáng)吊樁系統(tǒng)。
常規(guī)的頂壓式壓樁機(jī)由于其結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)，使其工作重心較高、安全性較差，并且存在壓樁力較小、壓入樁的垂直度保障能力差等問題，因而其應(yīng)用受到限制；而抱壓式壓樁機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、工作重心低、造以及基坑開挖后所出現(xiàn)的大量的離障礙物很近的"邊樁"和靠角的"角樁"，對(duì)產(chǎn)品提出了一機(jī)多能的要求；同時(shí)，靜壓樁的樁型不斷多樣化，單樁承載力大幅度提高，特別是高承載力管樁、薄壁管樁的廣泛應(yīng)用和H型鋼樁的出現(xiàn)，要求大噸位抱壓樁機(jī)既要夾持可靠，又不破損樁，這對(duì)夾樁技術(shù)及相應(yīng)裝置是很大的挑戰(zhàn)。這些工程中的實(shí)際問題已成為抱壓式靜力壓樁機(jī)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的桎梏。傳統(tǒng)壓樁機(jī)普遍只具有壓"中樁"能力，或者雖能壓"邊樁"，但其"邊樁"距離較大且不兼有壓"角樁"功能，導(dǎo)致同一工地需多機(jī)種作業(yè)，給工程管理帶來極大不便；同時(shí)，夾樁可靠性問題始終沒有從根本上得到解決，工程適應(yīng)能力差，嚴(yán)重制約了靜壓樁技術(shù)的推廣。
全液壓靜力壓樁機(jī) YZY400
產(chǎn)品型號(hào)
YZY400?
額定壓樁力(KN)
4000?
YZY系列全液壓靜力壓樁機(jī)采用全液壓步履行走裝置實(shí)現(xiàn)縱向、橫向、轉(zhuǎn)向及平臺(tái)升降調(diào)整動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)靈活可靠。最大壓樁力2400~5000KN,可承壓截面350x350~600x600mm正方形或直徑600mm園柱形混凝土預(yù)制樁。尤其適用于空心的園柱形混凝土預(yù)制樁。該系列樁機(jī)運(yùn)行時(shí)能直接從壓力表取得壓樁力數(shù)據(jù)，不用試樁，可計(jì)算出單樁承載力。施工無震動(dòng)、低噪音、無污染，符合國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)，適用于大中城市樁基礎(chǔ)施工的需要。
YZY400液壓靜力壓樁機(jī)是一種新型基礎(chǔ)施工設(shè)備，具有無震動(dòng)、無噪聲、高效節(jié)能、壓樁速度快、成本質(zhì)量高等特點(diǎn)，符合環(huán)保施工的潮流，代表樁工機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。
1．1其設(shè)備性能如下：
1.獨(dú)特設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，降低能耗40%，壓樁速度提高15%壓樁力提高40%
2.獨(dú)創(chuàng)的“邊樁、角樁”處理裝置，最小邊樁距離0.45~0.7M
3.新型步履式行走機(jī)構(gòu)，移動(dòng)簡(jiǎn)便，對(duì)樁靈活
4.精心設(shè)計(jì)的夾樁機(jī)構(gòu)，夾持牢靠，并大大降低樁身受損，夾持厚可達(dá)50MM
5.機(jī)身寬度同比最小，減小壓時(shí)的邊樁距離
6.折裝容易，運(yùn)輸方便
該機(jī)能獨(dú)立完成吊、壓、拔樁作業(yè)，不僅可以壓方樁也可以壓管樁。具有縱橫向行走、360度回轉(zhuǎn)、機(jī)身調(diào)平等功能，全部動(dòng)作作為液壓驅(qū)動(dòng)。其部件均可以公路、鐵路運(yùn)輸。
該機(jī)能通過儀表直接反饋貫樁力，具有其他類型樁工機(jī)械不可比的優(yōu)越性。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型抱夾混凝土預(yù)制管樁段的裝置，已不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的夾樁器。具有夾樁力大、夾樁面積大，能全浮動(dòng)自適應(yīng)吻合于管樁表面，可大大降低管樁破損率，其最大抱夾管樁直徑600mm。該裝置可抱夾薄壁管樁而不損樁。
1．2、其施工過程的質(zhì)量管理
1.2.1壓樁前的準(zhǔn)備工作
? 1. 施工隊(duì)資質(zhì)審查
?必須對(duì)施工隊(duì)（壓樁隊(duì)伍）的資質(zhì)材料進(jìn)行審查與管理，了解施工隊(duì)的技術(shù)力量及壓?樁水平；審查施工組織設(shè)計(jì)、施工壓樁路線、施工進(jìn)度計(jì)劃，評(píng)價(jià)其可行性；要求施工隊(duì)每個(gè)技術(shù)人員，包括施工技術(shù)員、焊工、記錄員、開機(jī)員等都必須具有相應(yīng)技術(shù)資格證和上崗證。
2. 樁機(jī)的選擇
? 必須根據(jù)具體工程的地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)的單樁承載力要求，準(zhǔn)確地選擇壓樁機(jī)。如果?壓樁機(jī)噸位過小，可能出現(xiàn)樁壓不下的情況，因而無法達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求；反之，如果壓樁機(jī)噸位過大，易發(fā)生陷機(jī)情況。所以應(yīng)該會(huì)同各有關(guān)部門合理地選擇樁機(jī)，盡量采用超載施工。一般情況下，樁機(jī)的壓樁力應(yīng)不小于單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍。
?3.施工放線與定樁位
?由于放線的準(zhǔn)確與否直接影響建筑物的位置是否符合“規(guī)劃”要求，而樁位的準(zhǔn)確與否又直接影響著整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)，因此，這兩個(gè)工序的重要性不容忽視。項(xiàng)目技術(shù)管理人員應(yīng)該對(duì)已定好的軸線位進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)建筑物與結(jié)構(gòu)樁位圖逐位校核，發(fā)現(xiàn)不符合要求的及時(shí)糾正。
?4.樁尖、樁身質(zhì)量檢查
首先必須對(duì)樁尖進(jìn)行查驗(yàn)、測(cè)量，按照管樁有關(guān)規(guī)范對(duì)于樁尖的構(gòu)造要求和設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)所有到場(chǎng)的樁尖進(jìn)行測(cè)量，不滿足設(shè)計(jì)和管樁規(guī)范要求的，責(zé)令其更換；對(duì)所有到場(chǎng)的管樁進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真地查驗(yàn)，測(cè)量管樁的外徑、壁厚、樁身、長(zhǎng)度、樁身彎曲度等有關(guān)尺寸，并詳細(xì)記錄。特別是管壁厚不夠很容易把樁夾碎。同時(shí)應(yīng)對(duì)樁身外觀質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)地查驗(yàn)，檢查樁身是否粘皮麻面、內(nèi)外表面是否露筋、表面是否有裂縫、是否斷頭脫頭、樁套箍是否凹陷、表面砼是否坍落等情況，不符合管理樁規(guī)范要求的，責(zé)令廠家退回。
???? 1.2.2壓樁施工過程的質(zhì)量管理
1.底樁（第一節(jié)入土的樁）的定點(diǎn)
雖然在放線與定樁位時(shí)已經(jīng)核查過，但是經(jīng)驗(yàn)不足或技術(shù)水平不高的施工技術(shù)人員往往在放底樁時(shí)偏離原定的樁位，從而導(dǎo)致成樁的偏位。建議在每個(gè)樁位處用石灰或貝灰以原定的樁心為圓心、以該樁的樁徑為直徑畫一圓圈，壓底樁時(shí)以此圓圈為準(zhǔn)，控制樁不偏離該圓圈，使成樁的偏位盡可能減小。
2.樁身垂直度的控制
?由于靜壓管樁樁機(jī)駕駛室內(nèi)一般會(huì)懸掛一吊有重錘的繩線，由開機(jī)員以此線為準(zhǔn)控制樁一個(gè)方向的垂直度，因而另一個(gè)向的垂直度必須另外控制，方法就是在垂直于樁與此繩線連接的地方（即另一正交方向）另設(shè)一吊重錘的繩線（視線要通透），以這兩條繩線來控制樁的垂直度。當(dāng)樁在兩個(gè)方向都已經(jīng)垂直的情況下方允許壓樁，而且在壓樁過程中要經(jīng)常檢查樁身垂直度。
3.接樁及焊縫控制
接樁前，應(yīng)保證上下兩節(jié)樁的順直，而且兩樁樁心的錯(cuò)位偏差不宜大于2mm（宜設(shè)置接樁導(dǎo)向箍）。管樁施工中主要采用爆接接樁法，在焊接前應(yīng)該把兩節(jié)樁的端頭板用鋼刷清刷干凈，直至坡口露出金屬光澤，而且應(yīng)該保證上節(jié)樁已經(jīng)垂直后方能焊接4～6點(diǎn)，焊接層數(shù)不少于2層，每層焊渣必須清理干凈，保證焊縫連續(xù)飽滿，自然冷卻約8～10分鐘（嚴(yán)禁用水冷卻或焊完即壓），防止高溫的焊縫遇水變脆而被壓壞。
4.壓樁過程的施工記錄
為了便于控制，終止壓樁，必須詳細(xì)記錄壓樁過程的壓力與樁入土深度，了解樁尖入持力層深度是否滿足設(shè)計(jì)要求以及樁穿過各土層時(shí)的壓力值。
5.終壓（即終止壓樁）標(biāo)準(zhǔn)及終壓的控制
終壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該以質(zhì)監(jiān)部門、設(shè)計(jì)單位、施工單位、建設(shè)單位、勘察單位及監(jiān)理單位等有關(guān)部門在試樁會(huì)議中根據(jù)試樁的實(shí)際情況確定的標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則。一般情況下，除保證樁長(zhǎng)及樁類入持力層深度應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)要求外，還要控制終壓值Q的大小。雖然終壓值Q與單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk是兩個(gè)不同的概念，但終壓值Q與單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk存在著某種比例關(guān)系，這有待于日后的工程實(shí)踐與理論研究。筆者認(rèn)為這種比例關(guān)系與工程地質(zhì)構(gòu)造情況關(guān)系較大，同時(shí)與樁的長(zhǎng)度以及所選的持力層關(guān)系也不可忽視，總結(jié)潮汕地區(qū)近幾年靜壓管樁的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，終壓值Q可以按以下原則來控制：
（1）當(dāng)樁端持力層為粘土、粉質(zhì)粘土?xí)r，主要控制樁端達(dá)到的設(shè)計(jì)深度，終壓值RQ＝（0.6～1.3）Rk。
（2）當(dāng)樁端持力層為標(biāo)貫擊數(shù)較低、中密以下的粉細(xì)砂時(shí)，以控制樁端入持力層深度為主，終壓值作參考，Q=(1.6~2.0) Rk。（3）當(dāng)樁端持力層為標(biāo)貫擊數(shù)較高，中密以上的中粗砂、礫砂時(shí)，以控制終壓值為主，Q=(1.8~2.5) Rk，長(zhǎng)樁取低值，短樁取高值；擊數(shù)低取低值，擊數(shù)高取高值。
1.2.3樁頭填芯的質(zhì)量控制
由于樁與上部結(jié)構(gòu)的連接主要通過樁的承臺(tái)，因此樁頭嵌入承臺(tái)的長(zhǎng)度不宜太短，有關(guān)管樁技術(shù)規(guī)范規(guī)定不宜小于10cm。從日本樁基的典型震害實(shí)例調(diào)查中可知，有不少是由于樁嵌入承臺(tái)長(zhǎng)度不足，抗拔不夠，因此在地震設(shè)防區(qū)有必要把樁嵌入承臺(tái)的垂度加長(zhǎng)，且樁頭的插筋長(zhǎng)度也應(yīng)加長(zhǎng)及增加配筋量，樁頭填芯砼的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)滿足規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求。這一環(huán)節(jié)的重要性顯而易見，工程有關(guān)技術(shù)管理人員應(yīng)該加強(qiáng)這一環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。
1.3成樁的質(zhì)量檢查
1.樁身垂直度可以用垂球吊線的辦法來量測(cè)，對(duì)不符合規(guī)范要求，應(yīng)及時(shí)報(bào)送設(shè)計(jì)單位，由設(shè)計(jì)單位提出補(bǔ)強(qiáng)修改意見。對(duì)于配置封口樁尖的工程樁，樁身質(zhì)量的檢查可以直觀檢查，即將低壓電燈泡沉入樁內(nèi)腔檢查，正常情況下，內(nèi)腔應(yīng)該是不進(jìn)土和水的。若樁內(nèi)腔完整干燥，說明樁身基本完好、焊接質(zhì)量完好、樁類無損壞，這種情況下可不采取其他方法另行檢查；反之，應(yīng)該采取其他方法另行檢查。目前潮汕地區(qū)主要依據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，按樁總數(shù)的一定比例采取小應(yīng)變動(dòng)測(cè)的檢測(cè)方法，對(duì)樁身的完整性進(jìn)行檢測(cè)。
2.樁頂標(biāo)高及偏位情況的檢查
基礎(chǔ)開挖后，應(yīng)對(duì)樁頂標(biāo)高及樁的偏位情況進(jìn)行測(cè)量，并把記錄資料完整地整理一份
報(bào)送設(shè)計(jì)單位，由設(shè)計(jì)單位提出方案，解決那些樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高以及樁偏位超過規(guī)范要求的情況。而對(duì)于那些樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高的情況，施工單位應(yīng)用電鋸法截去多余的樁段，而不應(yīng)該用人工敲打的辦法把多余的樁段敲掉，那樣很容易把成樁敲傷。
3.單樁豎向承載力的檢測(cè)
目前主要采用靜荷載試驗(yàn)的方法來檢測(cè)成樁的單樁豎向承載力，由設(shè)計(jì)單位、質(zhì)監(jiān)部門、施工單位、建設(shè)單位及監(jiān)理單位等有關(guān)部門舉行點(diǎn)樁會(huì)議，先取較具代表性的樁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)。靜荷載檢測(cè)時(shí)一般用慢速維持荷載法，并要求工程有關(guān)技術(shù)管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，詳細(xì)記錄最終沉降量和殘余沉降量等。特別要注意檢測(cè)樁機(jī)在進(jìn)場(chǎng)、退場(chǎng)及移動(dòng)過程中不要碰撞到任何工程樁。
??1.4常見質(zhì)量問題分析與處理
1.樁傾斜
插樁初壓即有較大幅度的樁端走位和傾斜。碰到此種情況，很可能在地面下不遠(yuǎn)處有障礙物。處理的措施主要是在壓樁施工前將地面下舊建筑物基礎(chǔ)、塊石等障礙物年底清理干凈。
2.樁尖達(dá)不互設(shè)計(jì)深度
靜壓管樁施工時(shí)，若發(fā)生個(gè)別樁長(zhǎng)達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，其原因可能是：
（1）樁尖碰到了局部的較厚夾層或其他硬層。
（2）中斷沉樁時(shí)間過長(zhǎng)。由于設(shè)備故障或其他特殊原因，致使沉樁過程突然中斷，若延續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，沉樁阻力增加，使樁無法沉到設(shè)計(jì)深度。
（3）接樁時(shí)，樁尖停留在硬土層內(nèi)，若時(shí)間拖長(zhǎng)，很可能不能繼續(xù)沉樁。?發(fā)生管樁沉不下去時(shí)，應(yīng)冷靜分析原因，找出對(duì)策才能繼續(xù)施工，切不要盲目加大壓樁力強(qiáng)行沉樁。
3.基坑開挖不當(dāng)引起大面積群樁傾斜
挖土引起其樁的傾斜，直接起因是挖土方法不當(dāng)，將基坑挖得太深或?qū)⑼诔龅耐炼逊旁诨舆吰赂浇?，因而產(chǎn)生側(cè)向壓力；加上淤泥本身的流動(dòng)性以及土體中未消散的超孔隙水壓力乘機(jī)向開挖方向釋放，加劇了淤泥向開挖方向流動(dòng)，而管樁對(duì)水平力的抵抗能力小，于是隨著土體的位移而向開挖方向傾斜，造成樁頂大量位移。發(fā)生這樣的事故先要進(jìn)行調(diào)查分析，弄清哪些樁報(bào)廢，哪些樁還可以用，哪些樁應(yīng)折減其承載力，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)樁。為防止此類工程事故的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)禁邊壓樁邊開挖；開挖宜在基樁全部完成并至少隔15天后進(jìn)行，挖土宜逐層均勻進(jìn)行，樁周土體高差不宜超過1m；注意保持基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)或邊坡土體的穩(wěn)定；基坑頂部周邊不得堆土或堆放其他重物等。
4.樁身上浮
當(dāng)工程樁較短或樁較密集時(shí)較容易發(fā)生樁身上浮的情況，此時(shí)采取復(fù)壓是一較有效的被救措施。所謂復(fù)壓指的是已經(jīng)壓好的樁再進(jìn)行靜壓的一種措施。
?1.5靜壓管樁施工過程的安全管理
必須根據(jù)安全管理的有關(guān)規(guī)定建立健全項(xiàng)目的各有關(guān)管理制度，在項(xiàng)目?jī)?nèi)部落實(shí)安全管理責(zé)任制，建立考核制度，實(shí)施獎(jiǎng)罰措施，以及前面已提的樁機(jī)資質(zhì)及特種作業(yè)上崗證等必須齊全。除此之外，還必須注意以下幾個(gè)事項(xiàng)：
1.起重機(jī)作業(yè)前，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部位進(jìn)行潤滑，檢查部件緊固程度，鋼絲繩是否磨損。
2.起重臂下嚴(yán)禁站人，重物停在空中時(shí)駕駛員不得離開操作室。
? 3.起重范圍不得超過起重性能規(guī)定的指標(biāo)，起重機(jī)吊樁進(jìn)入夾持機(jī)構(gòu)，壓樁開始之前，必須在起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)放松起吊的鋼絲繩、吊鉤脫離后方可壓樁，以免拉斷鋼絲繩和拉彎起重機(jī)吊臂。
?4.接樁時(shí)焊接用的各種氣瓶應(yīng)作標(biāo)識(shí)，氣瓶要距離明火點(diǎn)10m以上，氣瓶間距必須大于5m，氣瓶必須加防震圈和防護(hù)帽，氣瓶使用和存放時(shí)嚴(yán)禁平放或倒放。
5.停止作業(yè)時(shí)，短履需運(yùn)行到樁機(jī)中間位置，停落在平整地面上，其余油缸回程縮進(jìn)。切斷電源，操作人員方可離開樁機(jī)。
?6.施工完畢的樁的樁頭上面要加蓋，以防行人或雜物等掉陷。
2.設(shè) 計(jì) 任 務(wù)
2.1設(shè)計(jì)依據(jù)
城市環(huán)境要求越來越高，故原來的柴油樁錘等樁機(jī)已經(jīng)不適用現(xiàn)代城市建設(shè)的要求，一種無震動(dòng)，無噪音的樁機(jī)：靜壓樁機(jī)在現(xiàn)代城市建設(shè)和改造中發(fā)揮了很大的作用。靜壓樁機(jī)的工作原理是在壓樁的過程中，以樁機(jī)本身的重量作為反作用力以克服壓樁過程中樁側(cè)的摩擦力和樁尖反力，而將樁體壓入土體之中。所以靜力壓樁機(jī)在施工時(shí)沒有燥音，沒有震動(dòng)，沒有空氣污染。因此用靜力壓樁機(jī)施工，被稱為“無震動(dòng)靜力壓樁法”。
用靜力壓樁機(jī)施工，不僅具有以上優(yōu)點(diǎn)，而且靜力壓樁機(jī)施工對(duì)樁身產(chǎn)生的應(yīng)力減小，可以減少混凝土預(yù)制樁的鋼筋用量，這對(duì)降低工程造價(jià)具有一定的意義。所以自從靜力壓樁機(jī)誕生以來，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到軟土地區(qū)的工業(yè)與民用建筑，港灣碼頭，水工圍堰，地鐵等工程的樁基礎(chǔ)施工。
但是，靜力壓樁機(jī)也有其一定的弱點(diǎn)，如與沖擊式打樁機(jī)相比，其效率較低，對(duì)土地的適應(yīng)性也有一定局限，一般只使用于軟弱地基和一些流體狀態(tài)的黏土或亞黏土地基上的施工。
2.2設(shè)計(jì)要求
本設(shè)計(jì)是完成一種樁基礎(chǔ)施工的設(shè)備，采用液壓靜力將預(yù)制樁分段壓入土中，完成吊樁，壓樁的施工作業(yè)。
它由機(jī)身，壓樁及夾樁機(jī)構(gòu)，起重及升降機(jī)構(gòu)，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，液壓及電器控制系統(tǒng)組成。
2.3 設(shè)計(jì)任務(wù)
說明： 本部分由壓樁油缸和立柱組成。預(yù)壓樁力（400噸）選定壓樁液壓缸，根據(jù)其尺寸設(shè)計(jì)立柱，經(jīng)過選材，計(jì)算和校核。在設(shè)計(jì)的過程中，要進(jìn)行總體考慮，與機(jī)身，液壓系統(tǒng)，夾樁機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系。中間要顧及工藝要求如粗糙度，焊接，鍛造工藝等，然后寫出說明書并以圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算書方式表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖。
2.3.1本畢業(yè)論文的主要參數(shù)
1.樁機(jī)總重400噸
2.壓樁力480噸（考慮到安全系數(shù)）
3.壓樁速度2m/min
5.回程速度6m/min
6.壓樁行程2m
7.最大樁直徑550mm×550mm
8.最小樁直徑300mm×300mm
3. 壓樁液壓缸的設(shè)計(jì)
已知：YZDY全液壓壓樁機(jī)壓樁力400 噸，采用四個(gè)液壓缸壓樁，預(yù)壓樁力 為400400
考慮到安全問題，以每個(gè)壓樁液壓缸的壓樁力為120噸
牛
設(shè)額定壓力為P=25Mp
A=N/P=1.2/25=0.048=48000
所以缸體內(nèi)徑D=
選用250mm
則活塞桿直徑為180mm,缸體外徑為299mm.
采用端部法蘭連接，速度比為
活塞桿直徑為d=D
=176.8mm
選用180mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選定壓樁液壓缸 為HSG*01-250/180AH-EE
具體參數(shù)見下表：
缸體內(nèi)徑（mm)
250
耳環(huán)厚度（mm)
缸徑外徑（mm)
299
耳環(huán)外徑（mm)
活塞桿直徑（mm)
180
液壓缸型號(hào)
HSG*01--250/180AH--EE
3.1液壓缸材料及參數(shù)
液壓缸所采用的材料均為45鋼，其力學(xué)性能如下：
[ 工作中有沖擊，取
[
規(guī)定穩(wěn)定安全系數(shù)為
3.2活塞桿強(qiáng)度
活塞桿強(qiáng)度滿足要求
3.3壓樁液壓缸的穩(wěn)定性計(jì)算
液壓缸活塞桿受到的壓力為：
N=牛
活塞桿橫截面的慣性半徑
I=d/4=22
因?yàn)榛钊麠U的固定方式為兩端固定，所以壓桿的長(zhǎng)度系數(shù)
U
所以細(xì)長(zhǎng)比
因?yàn)?
由參考書目查得優(yōu)質(zhì)碳鋼的a和b分別是：
可見活塞桿的柔度
由直線公式求出臨界應(yīng)力為：
臨界壓力是：
活塞桿的工作安全系數(shù)為：
所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。
具體結(jié)構(gòu)見圖：
3.4壓樁液壓缸的流量計(jì)算
壓樁時(shí)的速度
缸的內(nèi)徑
活塞桿的直徑
則
=47。62L/min
回程時(shí)
=141.77L/min
4.導(dǎo)向壓樁小車的設(shè)計(jì)
說明：該導(dǎo)向壓樁小車用于橫梁在機(jī)架上運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向和減緩磨檫的作用。故此，采用銷軸，滾輪，擋圈，襯套等結(jié)構(gòu)與底座通過螺栓和橫粱連接。具體結(jié)構(gòu)見下圖。
5. 壓樁液壓缸周圍與橫梁連接螺栓的計(jì)算校核
5.1校核法蘭盤與立柱上蓋的連接螺栓
采用12個(gè)螺栓，金屬墊片
1）計(jì)算每個(gè)螺栓承受的最大工作載荷
2）確定螺栓的公稱直徑
取螺栓的材料為35鋼，查表得
設(shè)所用螺栓的公稱直徑為首先用簡(jiǎn)化計(jì)算法算螺栓直徑。
查表得安全系數(shù)故簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)螺栓的許用拉伸應(yīng)力為
查表得
滿足要求符合原假設(shè)故選用M32螺栓
3）計(jì)算每個(gè)螺栓所受的總拉力
4）校核最大應(yīng)力
故最大應(yīng)力校核通過。
5）校核應(yīng)力幅
查手冊(cè)得安全系數(shù)
螺紋有效應(yīng)力集中系數(shù)（因?yàn)槁菟ú牧蠟?5號(hào)鋼，查表得抗拉強(qiáng)度則
通過。
5.2壓樁液壓缸螺栓的選用
液壓缸的體積為：
所以
采用6個(gè)螺栓，金屬墊片
1）計(jì)算每個(gè)螺栓承受的最大工作載荷
2）確定螺栓的公稱直徑
取螺栓的材料為35鋼，查表得
設(shè)所用螺栓的公稱直徑為首先用簡(jiǎn)化計(jì)算法算螺栓直徑。
查表得安全系數(shù)
查表得
滿足要求符合原假設(shè)故選用M12螺栓
3）計(jì)算每個(gè)螺栓所受的總拉力
4）校核最大應(yīng)力
故最大應(yīng)力校核通過。
5）校核應(yīng)力幅
查手冊(cè)得安全系數(shù)
螺紋有效應(yīng)力集中系數(shù)（因?yàn)槁菟ú牧蠟?5號(hào)鋼，查表得抗拉強(qiáng)度則
通過。
5.3校核立柱上蓋與立柱的連接螺栓
采用24個(gè)螺栓，金屬墊片
1）計(jì)算每個(gè)螺栓承受的最大工作載荷
因?yàn)槊總€(gè)立柱下為兩個(gè)液壓缸，所以：
2）確定螺栓的公稱直徑
取螺栓的材料為35鋼，查表得
設(shè)所用螺栓的公稱直徑為首先用簡(jiǎn)化計(jì)算法算螺栓直徑。
查表得安全系數(shù)故簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)螺栓的許用拉伸應(yīng)力為
查表得
滿足要求符合原假設(shè)故選用M32螺栓
3）計(jì)算每個(gè)螺栓所受的總拉力
4）校核最大應(yīng)力
故最大應(yīng)力校核通過。
5）校核應(yīng)力幅
查手冊(cè)得安全系數(shù)
螺紋有效應(yīng)力集中系數(shù)（因?yàn)槁菟ú牧蠟?5號(hào)鋼，查表得抗拉強(qiáng)度則
通過。
5.4校核球頭座上連接螺栓。
擬每個(gè)球頭座上采用8個(gè)螺栓，金屬墊片
1）計(jì)算每個(gè)螺栓承受的最大工作載荷
因?yàn)槊總€(gè)立柱下為兩個(gè)液壓缸，所以：
2）確定螺栓的公稱直徑
取螺栓的材料為35鋼，查表得
設(shè)所用螺栓的公稱直徑為首先用簡(jiǎn)化計(jì)算法算螺栓直徑。
查表得安全系數(shù)故簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)螺栓的許用拉伸應(yīng)力為
查表得
滿足要求符合原假設(shè)故選用M36螺栓
3）計(jì)算每個(gè)螺栓所受的總拉力
4）校核最大應(yīng)力
故最大應(yīng)力校核通過。
5）校核應(yīng)力幅
查手冊(cè)得安全系數(shù)
螺紋有效應(yīng)力集中系數(shù)（因?yàn)槁菟ú牧蠟?5號(hào)鋼，查表得抗拉強(qiáng)度則
通過。
6 立柱的設(shè)計(jì)
6.1立柱的受力分析
6.2立柱的設(shè)計(jì)
取30號(hào)鋼
因?yàn)?
所以共四根立柱，取每一個(gè)立柱的截面為
6.3立柱的重量
6.3.1四根立柱，每根重
6.3.2根橫桿（每面各12根），每根重
6.3.3根加強(qiáng)板，每根重
所以
6.4立柱與橫梁連接的螺栓校核。
采用24個(gè)螺栓，金屬墊片
1）計(jì)算每個(gè)螺栓承受的最大工作載荷
因?yàn)槊總€(gè)立柱下為兩個(gè)液壓缸，所以：
2）確定螺栓的公稱直徑
取螺栓的材料為35鋼，查表得
設(shè)所用螺栓的公稱直徑為首先用簡(jiǎn)化計(jì)算法算螺栓直徑。
查表得安全系數(shù)故簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)螺栓的許用拉伸應(yīng)力為
查表得
滿足要求符合原假設(shè)故選用M32螺栓
3）計(jì)算每個(gè)螺栓所受的總拉力
4）校核最大應(yīng)力
故最大應(yīng)力校核通過。
5）校核應(yīng)力幅
查手冊(cè)得安全系數(shù)
螺紋有效應(yīng)力集中系數(shù)（因?yàn)槁菟ú牧蠟?5號(hào)鋼，查表得抗拉強(qiáng)度則
通過。
7．立柱上蓋的焊縫校核
說明：焊縫應(yīng)平整，美觀，焊縫質(zhì)量按等級(jí)執(zhí)行。不應(yīng)該有虛焊，脫焊及溶渣等缺陷。
焊縫除注明以外，均為雙面角焊縫
7．1加強(qiáng)筋與主板間的焊縫校核
焊縫只受拉力作用，最大壓樁力為
采用手工電弧焊，本焊縫采用角焊縫
焊縫長(zhǎng)度為
l=250mm
厚度為
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》
因?yàn)檫x用E5003型焊條
所以焊縫校核成功。
7．2主板與支承法蘭間的焊縫校核
焊縫只受拉力作用，最大壓樁力為
采用手工電弧焊，本焊縫采用角焊縫
焊縫長(zhǎng)度為
l=580mm
厚度為
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》
因?yàn)檫x用E5003型焊條
所以焊縫校核成功。
7．3槽鋼與上下面板之間焊縫的校核
兩條焊縫受壓力，最大壓力為
所以每條焊縫承受的壓力為
采用手工電弧焊，本焊縫采用角焊縫
焊縫長(zhǎng)度為
l=320mm
厚度為
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》
因?yàn)檫x用E5003型焊條
所以焊縫校核成功。
8.總結(jié)與展望
在土木建筑中，樁基礎(chǔ)是最常用的基礎(chǔ)形式。隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的飛速發(fā)展，樁基礎(chǔ)已從木樁逐漸發(fā)展為鋼筋混凝土樁或鋼樁。樁基礎(chǔ)的施工方法與施工機(jī)械也有了巨大的發(fā)展。樁的類型大體上可分為兩大類：預(yù)制樁和就地灌注樁。預(yù)制樁有預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土方樁、管樁、鋼管樁、H型鋼樁等。主要采用錘擊的方法將其打人土壤中。最早采用的打擊方法是墜錘，此后是蒸汽錘。在20世紀(jì)50年代，最大的蒸汽錘為6t，可用來錘擊Φ550mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁。20世紀(jì)60年代南京長(zhǎng)江大橋建設(shè)時(shí)，使用了6t和8t的蒸汽錘。隨著柴油錘的日臻成熟與推廣使用，蒸汽錘已基本被淘汰。近幾十年來國外柴油錘與振動(dòng)樁錘有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前國內(nèi)使用的大型進(jìn)口柴油錘主要有德國德馬克、日本三菱和神鋼的產(chǎn)品。上海工程機(jī)械廠自1992年與德馬克公司合作生產(chǎn)D—10型10t柴油錘，將國產(chǎn)柴油錘的級(jí)別與質(zhì)量提到了一個(gè)新的高度。與進(jìn)口柴油錘相比，國產(chǎn)柴油錘的質(zhì)量較差，主要反映在活塞環(huán)材質(zhì)及熱處理工藝和氣缸材質(zhì)方面，因此國產(chǎn)柴油錘的返修率較高，實(shí)際利用率較低。
在武漢大橋建設(shè)時(shí)期，我國試制了蘇制BⅡ型振動(dòng)樁錘，成為當(dāng)時(shí)激振力最大的振動(dòng)樁錘。20世紀(jì)60年代，為南京長(zhǎng)江大橋Φ3.6m預(yù)應(yīng)力混凝土管柱下沉，又研制了大型振動(dòng)樁錘中250型。激振力可達(dá)2500kN。此后許多年，國內(nèi)振動(dòng)樁錘的研制工作基本停步不前。近十多年來，由于石油工程及橋梁工程的需要，大型振動(dòng)樁錘的研制有了新的發(fā)展．最引人注目的是北京建筑機(jī)械綜合研究所與浙江振中機(jī)械廠聯(lián)合研制的DZJ系列振動(dòng)樁錘，這類振動(dòng)樁錘的最大激振力已達(dá)1800kN，電機(jī)功率為240kw。它們由于采用了偏心力矩液壓調(diào)整裝置，使起動(dòng)力矩為零，采用星-三角起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很小，深受用戶的歡迎。國外振動(dòng)樁錘主要向液壓振動(dòng)樁錘的方向發(fā)展。例如美國的ICE系列，德國的MGF系列，最大的振錘激振力已達(dá)2500KN，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為1100kw。液壓振錘由于可以改變振動(dòng)頻率，可使振錘適應(yīng)樁-土壤體系的振動(dòng)頻率，使樁與土壤產(chǎn)生共振，加大振幅，使沉樁速度加快。液壓振動(dòng)樁錘是今后大型樁錘的主要發(fā)展方向。
用柴油錘和振動(dòng)樁錘沉樁會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的噪聲，在城市居民密集區(qū)施工時(shí)對(duì)環(huán)境影響極大，目前世界各國都在環(huán)保法中規(guī)定了噪聲污染的限度，限制在城市中心地帶使用柴油錘與振動(dòng)樁錘。為此，近年來液壓錘與靜壓樁機(jī)悄然興起。液壓錘從工作原理上說與蒸汽錘大致相仿，但速度要大于蒸汽錘。它沒有蒸汽錘排放蒸汽時(shí)產(chǎn)生的刺耳的嘯叫聲，噪聲指數(shù)較低。目前，國內(nèi)市場(chǎng)上已有上海工程機(jī)械廠與日本聯(lián)合生產(chǎn)的液壓錘。靜壓樁機(jī)使用液壓油頂，將樁壓人土壤中，工作過程基本無噪聲，最近常用于大中城市中心地區(qū)沉樁作業(yè)。國內(nèi)目前最大的靜壓樁機(jī)為上海造船廠生產(chǎn)的6000KN靜壓樁機(jī)。
隨著新技術(shù)新設(shè)備的發(fā)展，就地灌注樁最近幾十年得到了飛速發(fā)展，已成為樁基礎(chǔ)的主要形式。國外灌注樁機(jī)械的發(fā)展是從螺旋鉆開始的，隨著建筑工程不斷發(fā)展的需要，鉆孔直徑與深度的增加，新的施工方法不斷涌現(xiàn)，大口徑的鉆孔機(jī)逐步發(fā)展并成熟起來。目前，應(yīng)用較廣的有反循環(huán)鉆機(jī)、套管鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)、螺旋鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)、潛水沖擊錘等。
我國從20世紀(jì)60年代開始研制循環(huán)鉆機(jī)。第一代工程鉆機(jī)——紅星鉆機(jī)于1968年問世，首次用于沈山線遼河大橋新建工程。以后逐步發(fā)展成小通孔、大通孔、BDM-4型鉆機(jī)。隨著大型橋梁樁基礎(chǔ)的需要，像BDM-4型轉(zhuǎn)矩為80kN×m的鉆機(jī)已不能完成Φ2．5-Φ3．0m孔的鉆巖作業(yè)。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)幾家大型鉆機(jī)生產(chǎn)廠先后研制成轉(zhuǎn)矩為200kN·m的液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)，投入使用后得到好評(píng)，使我國反循環(huán)鉆機(jī)上到一個(gè)新的臺(tái)階。
另一類就地灌注樁是穩(wěn)定液施工法的就地灌注樁，這類樁的成孔機(jī)械為回轉(zhuǎn)斗與短螺旋鉆、回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)第二次世界大戰(zhàn)前首先由美國卡爾威爾特公司研制，20世紀(jì)70-80年代在日本得到快速發(fā)展。該施工法成孔速度快，但樁長(zhǎng)一般不超過40m，非常適合日本樓層低、多地震的國情。近年來，國外一些公司對(duì)回轉(zhuǎn)斗施工又配置了搖晃套管裝置，擴(kuò)大了作業(yè)范圍。在國外，回轉(zhuǎn)斗施工法已成為灌注樁的主要成孔機(jī)械。
改革開放以來，我國的建筑業(yè)得到了巨大的發(fā)展，各種建筑機(jī)械在學(xué)習(xí)、引進(jìn)、研制、改造的基礎(chǔ)上得到前所未有的進(jìn)步，目前我國的樁工機(jī)械及樁工技術(shù)已逐步趕上或接近世界先進(jìn)國家的技術(shù)水平。但縱觀全局，我國的工程機(jī)械制造業(yè)還比較落后，許多工藝、材料有待進(jìn)一步改進(jìn)與提高，因此還需業(yè)內(nèi)同行們共同努力奮斗。
9. 致謝
在大學(xué)四年期間，始終得到了院各位老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度和誨人不倦的高尚師德，學(xué)生將奉為終生楷模，謹(jǐn)此表示最誠摯的敬意和衷心的感謝。
本論文是在導(dǎo)師悉心指導(dǎo)下完成的。同時(shí)在項(xiàng)目研發(fā)期間得到了南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院鄭鳳琴教授的指導(dǎo)和幫助。鄭教授淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和不倦的求索精神，都使我受益匪淺。在此向鄭教授致謝。
同時(shí)需要感謝的還有和我同組的其他同學(xué)，感謝他們?cè)谖翼?xiàng)目遇到困難時(shí)給予我很大的幫助和鼓勵(lì)，正是在同學(xué)們的熱情鼓勵(lì)和支持下，項(xiàng)目才能得以順利完成。在此向各位同學(xué)表示深深的謝意。
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