[机械设计自动化精品] 滑轨式柴油打桩机设计 毕业设计

1、毕业设计说明书滑轨式柴油打桩机设计学生姓名： 学号： 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及自动化 指导教师： 教授 2011年 6 月滑轨式柴油打桩机设计摘 要本文介绍了一种滑轨式柴油打桩机打桩机的工作原理及组成结构，阐述了滑轨式柴油打桩机的设计要点，给出了柴油桩锤具体设计方案，并且介绍滑轨式柴油打桩机的整体结构及部分的计算。打桩机共有三大部分组成：桩架、柴油桩锤、卷扬机。本设计说明书主要介绍了桩架和柴油桩锤的设计过程、液压缸的结构设计、计算、各部件的强度校核。本设计采用人工进行控制，其突出的特点是：体积小、重量轻、搬运方便，能在恶劣的建筑施工环境中可靠工作，性能价格比高。

2、 该装置具有自动化程度高、操作调节简便、工作可靠、快速、安全的优点，对于提高建筑工程的质量及生产率有着重要的意义。关键词：滑轨式，柴油，导杆式，打桩机 abstract this paper presents a rail-type diesel pile hammers working principle and the structure of the slide described the design of diesel hammers points, given the specific design of diesel pile hammers and diesel hammers

3、 introduction slideand part of the overall structure of the calculation.there are three major components pile: pile holder, diesel pile hammer, hoist.the design specification describes the aircraft and diesel pile hammer pile design process, the structure of the hydraulic cylinder design, calculatio

4、n, checking the strength of the various components. the design of artificial control, and its outstanding features are: small size, light weight, easy handling, in harsh environments and reliable construction work, high cost performance. the device has a high degree of automation, operational adjust

5、ments simple, reliable, fast and secure advantages for improving the quality and productivity of construction projects of great significance.keywords: slide-type, diesel, guide rod, pile 目 录1 绪 论11.1 概述11.2 打桩机的发展背景21.3 打桩机的定义及工作原理21.4 打桩机的种类41.5 打桩机设计的目的及意义51.6 国内外发展现状及发展趋势52 总体方案设计62.1 设计内容62.2 打桩

6、机的主要性能和参数72.3 打桩机的组成及特点72.4 导杆式柴油打桩机的工作模型82.5 滑轨式柴油打桩机的工作原理92.6 柴油打桩锤的抉择102.7 抉择柴油锤主要考虑的问题112.8 柴油锤的型号根据高应变动测法配合测试113 施打管桩注重事项113.1 合理选锤113.2 打桩收锤标准154. 打桩机的总体结构的设计164.1 桩架的设计174.2 顶部滑轮组的设计174.3 柴油桩锤底部的构造设计194.4 柴油桩锤的气缸的设计204.5 柴油打桩机顶座结构设计204.6 柴油桩锤的油泵机构设计214.7 柴油打桩机的卷扬机的结构设计225 大型导杆式柴油打桩机汽缸动应力解析计算2

7、25.2 汽缸将沿危险截面处疲劳断裂235.3 现代桩锤动力学计算研究现状235.4 用解析法计算导杆式柴油打桩锤汽缸动应力245.5 导杆式柴油打桩锤汽缸动应力解析计算25结 论28参考文献29致 谢311 绪 论1.1 概述本设计介绍了一种滑轨式柴油打桩机的工作原理及组成结构，阐述了该种打桩机的设计要点，给出了滑轨式柴油打桩机的工作原理图及主要零件的结构图，并且介绍滑轨式柴油打桩机的设计过程及主要部分的计算。滑轨式柴油打桩机的主要功能就是完成打桩施工。滑轨式柴油打桩机正是能够完成各种要求的打桩机。打桩机共有四大部分组成：滑轨、桩架、柴油桩锤、控制系统1。本设计说明书主要介绍了滑轨式柴油打桩

8、机的设计过程、桩锤的结构设计、计算、各部件的强度校核。为实现打桩机组装和拆卸的方便，其桩架本身是由槽钢和角钢等型材用螺栓连接而成，为了使它移动方便采用了由槽钢和枕木组成的简单滑轨机构，防止整机在移动时倾覆，设计了两个夹紧液压缸可以实现整机在导轨上的自动夹紧与松开。另外为了实现不同高度的打桩要求，本打桩机可以实现对桩锤和打桩机滑架的任意调整。1.2 打桩机的发展背景近年来,随着我国国民经济的逐步增强,国内各大城市的高层建筑、立交桥、海港码头、铁路公路桥梁等基本建设项目急剧猛增, 建筑业迅速发展，大口径基础桩工程得到广泛应用。工业与民用建筑大量采用桩基础，打桩施工越来越普遍，桩机的发展越来越快，广

9、泛使用与城市建筑的各种桩基础工程、深基坑支护工程以及防洪工程中的防渗坝工程等各类工业与民用建筑施工3。由于现代化的高层建筑、大型桥梁和港口码头等结构复杂,负荷十分巨大,对基础的承载能力和防止沉陷方面的要求较高。根据建设部门的资料,对高层建筑基础的处理,通常是采用箱式、地下连续墙、桩等形式作为基础。1.3 打桩机的定义及工作原理打桩机是利用冲击力将桩贯入地层的桩工机械。由桩锤、桩架及附属设备等组成。具有贯入力强，噪声小，沉桩质量好，使用方便，适用于各种不同的工作环境，操作容易，机动性高，可水下作业，同时设备还具有广阔的推广应用前景、节约投资、施工速度快、防护效果好等优点，具有较好的社会效益和经济

10、效益5。桩锤依附在桩架前部两根平行的竖直导杆（俗称龙门）之间，用提升吊钩吊升。桩架为一钢结构塔架,在其后部设有卷扬机,用以起吊桩和桩锤11。桩架前面有两根导杆组成的导向架，用以控制打桩方向，使桩按照设计方位准确地贯入地层。塔架和导向架可以一起偏斜，用以打斜桩。导向架还能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸或码头打水下桩。桩架能转动，也能移行。打桩机的基本技术参数是冲击部分重量、冲击动能和冲击频率。桩锤按运动的动力来源可分为落锤、汽锤、柴油锤、液压锤等。桩是竖向(或微斜)埋入地层中而向底层岩土深处传递载荷的一种受力杆件,钻孔灌注桩则是按成桩方法分类而定义的一种桩型。它是一种现场浇注型的钢筋混凝土桩,系指在

11、工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼,灌注混凝土而制成的桩。目前，中小型建筑施工进行基础打桩时，常用的方法有:1、开挖基础槽灌注桩法;2卷扬机打桩机打孔灌注桩法;3、静压法打桩机打孔灌注桩法;4、振动锤击法打预制桩法;5、螺旋钻打桩机钻孔灌注桩法9。下面对每一种打桩方法分别作简要介绍:1、开挖基础槽灌注桩法此种方法需先放基础线，然后按线挖至所需深度，其后用三花土(白灰与土的体积比为的混合物)填充且用电夯夯实，最后进行灌注。2、卷扬机打桩机打孔灌注桩法卷扬机打桩机由卷扬机、钢绳、滑轮组、三角架、钢桩体等组成，打桩时需先把前端为尖锥形状的钢桩体定位在

12、设计坐标上，再由卷扬机通过钢绳、滑轮组将其拉至一定高度，然后迅速放下，利用钢桩体自身产生的重力势能，使钢桩体沉入土中打出一定深度的桩孔，控制卷扬机将其拉出地面并挖出钢桩体内的土重复进行前一次的操作，经过反复多次操作将桩孔锤击至设计深度，最后用混凝土灌注桩孔。3、静压法打桩机打孔灌注桩法此种方法采用专用的夹桩机构和控制系统将桩体夹住，由夹桩箱直接将压力传给钳口，通过油缸驱动将桩体缓缓沉入土中，直至设计深度，然后用混凝土灌注桩孔。4、振动锤击法打预制桩法此种方法操作时先将预制桩吊起就位，再检查其垂直度，然后放下振动锤，使预制桩在振动锤的锤击下慢慢沉人土中，直至设计深度，最后用混凝土灌注桩孔。 5、

13、螺旋钻打桩机钻孔灌注桩法此种方法在施工时先将螺旋钻杆及钻机头由卷扬机通过钢绳、滑轮组吊起就位，检查其垂直度后缓缓将其放下，通过钻杆与钻机头的自重和螺旋钻的轴向压力，使螺旋钻杆慢慢钻入土中，直至钻到设计深度，然后由卷扬机将其拉出地面，再用混凝土进行灌注。以上各种打桩方法中，开挖基础槽灌注桩法费工费时;卷扬机打桩机打孔灌注桩法施工速度慢、效率低;静压法打桩机打孔灌注桩法桩机由于机身自重大，对施工场地要求较高，不适宜在较狭窄或建筑物较多的地区施工，因此这种打桩机不适用于中小型建筑打桩，适用范围窄;振动锤击法打预制桩法对土层结构和预制桩都有一定要求，适宜在较软土层中施工，而对于致密的砂层与结构较松散的

14、细砂层或较硬的土层来说，施工难度大，而且容易损伤预制桩，因此适用范围窄;螺旋钻打桩机钻孔灌注桩法和其他几种打桩方法仅能打某一种类型的桩，功能单一3。1.4 打桩机的种类（1）蒸汽锤打桩机。桩锤由锤头和锤座组成，以蒸汽或压缩空气为动力，有单动汽锤和双动汽锤两种。单动汽锤以柱塞或汽缸作为锤头，蒸汽驱动锤头上升，而后任其沿锤座的导杆下落而打桩。双动汽锤一般是由加重的柱塞作为锤头，以汽缸作为锤座，蒸汽驱动锤头上升，再驱动锤头向下冲击打桩。上下往复的速度快,频率高,使桩贯入地层时发生振动，可以减少摩擦阻力，打桩效果好。双向不等作用力的差动汽锤，其锤座重量轻，有效冲击重量可相对增大，性能更好。汽锤的进排汽

15、旋阀的换向可由人工控制，也可由装在锤头一侧并随锤头升降的凸缘操纵杆自动控制，两种方式都可以调节汽锤的冲击行程。（2）柴油锤打桩机。主体也是由汽缸和柱塞组成，其工作原理和单缸二冲程柴油机相似，利用喷入汽缸燃烧室内的雾化柴油受高压高温后燃爆所产生的强大压力驱动锤头工作。柴油锤按其构造形式分导杆式和筒式。导杆式柴油锤以柱塞为锤座压在桩帽上，以汽缸为锤头沿两根导杆升降。打桩时，先将桩吊到桩架龙门中就位，再将柴油锤搁在桩顶，降下吊钩将汽缸吊起，又脱开吊钩让汽缸下落套入柱塞，将封闭在汽缸内的空气进行压缩，汽缸继续下落，直到缸体外的压销推压锤座上燃油泵的摇杆时，燃油泵就将油雾喷入缸内，油雾遇到燃点以上的高温

16、气体，当即发生燃爆，爆发力向下冲击使桩下沉，向上顶推，使汽缸回升，待汽缸重新沿导杆坠落时，又开始第二次冲击循环。筒式柴油锤以汽缸作为锤座，并直接用加长了的缸筒内壁导向，省去了两根导杆，柱塞是锤头，可在汽缸中上下运动。打桩时，将锤座下部的桩帽压在桩顶上，用吊钩提升柱塞，然后脱钩往下冲击，压缩封闭在汽缸中的空气。 并进行喷油、 爆发、冲击、换气等工作过程。柴油锤的工作是靠压燃柴油来启动的，因此必须保证汽缸内的封闭气体达到一定的压缩比，有时在软土地层上打桩时,往往由于反作用力过小,压缩量不够而无法引燃起爆，就需要用吊钩多次吊起锤头脱钩冲击，才能起动。柴油锤的锤座上附有燃油喷射泵、油箱、冷却水箱及桩帽

17、。柱塞和缸筒之间的活动间隙用弹性柱塞环密封。（3）振动锤打桩机。利用桩锤的机械振动力，使桩沉入地下，适用于承载较小的预制混凝土桩、钢板桩等。（4）静力压桩机。 利用机械卷扬机或液压系统产生的压力，使桩在持续静压力的作用下压入土中，使用于一般承载力的各类预制桩。（5）低空间落锤式液压自动打桩机。在打桩的现场根据桩位的布局预先用枕木和槽钢铺设一段简易导轨，并将打桩机组装在导轨上，使自动夹紧装置处松开状，然后用人力将整机移至需要打桩的位置由于整机的重量较轻，采用人力就能较轻松地移动，在移动过程中松开的夹紧装置仍能起保护作用，防止整机移动过程中可能出现的倾翻现象，当将打桩机准确地移动到需要打桩的新桩位

18、时，通过液压控制系统，使夹紧装置将打桩机紧紧地固定在导轨上以保证打桩机能正常工作4。1.5 打桩机设计的目的及意义 柴油锤桩架采用滑轨式移动，自动化程度高，可自行装卸车，自由行走，可360度全回转，配有最好最大的四条液压油缸支腿，在恶劣的施工环境中展现其独特的有事，增加施工时的整机稳定性，可整机进行转运。塔架为可折叠式箱型立柱，法兰连接方式，塔架采用独有的两块高强度锰板并且用大型折弯机折弯技术制造而成，同时立柱内部加焊加强筋固定，增加立柱抗扭抗弯性6。1.6 国内外发展现状及发展趋势 由于打桩机的液压控制系统及电气控制系统方面已经比较成熟，国内外打桩机的发展主要体现在控制系统方面，微电子技术的

19、飞速发展，为改进打桩机的性能、提高稳定性、加工效率方面提供了可能。想比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏高技术含量的机型。在国内外打桩机中，按控制系统分类可分为三种：第一种是以继电器为主控元件的传统型打桩机，第二种是采用可编程控制器（plc）控制的打桩机，第三种是应用高级微处理器的高性能打桩机。在英国、美国、瑞典、荷兰等发达国家，各类打桩机设备发展迅速，我国的打桩机主要采用可编程控制器（plc）控制的液压机，但是与它们还存在较大差距。所以我们要尽快研制出满足国家需要的高效、低噪声、无污染的打桩机。国内外打桩机的发展趋势明显，具体体现在：1、 高速化、智能化、低能耗，提高打桩机的

20、工作效率，降低生产成本。2、 机电液一体化。充分合理利用机械、液压、电子方面的先进技术，促进这个系统的完善。3、 自动化、智能化。微电子技术的高速发展为打桩机的自动化、智能化提供了条件，能够对系统实现自动诊断和调整，具有故障预处理功能。4、 液压元件集成化、标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效的防止泄漏和污染，标准化的元件为维修带来方便7。2 总体方案设计2.1 设计内容本次设计主要任务有机械结构、主要零部件的设计。打桩机的桩架部分要求能够承受一定的载荷与冲击，满足强度和刚度的同时还应该节省材料，降低生产成本，提高其经济效益。柴油锤爆发力强，锤击能量大，工效高，锤击作用时间比自由落锤作用

21、时间长，因此锤击应力相对低一些，冲击体冲击距离（落距）随沉桩阻力的大小而自动调整，比拟适合于管桩的施打。为了使打桩机操纵简单可靠，减轻工人的劳动强度，本打桩机的电气控制系统采用plc控制，满足打桩机自动打桩的要求，提高工作效率。目前打桩机有多种形式，其行走机构分履带式、轮胎式、轨道式等多种结构，为了满足高效率、打桩方便、便于拆卸等要求，其行走机构选用轨道式。2.2 打桩机的主要性能和参数 1、桩锤重量 2700kg 2、锤头重量 1200kg 3、汽缸直径 988mm 4、冲程 2010mm 5、压缩比 1:15 6、最大提升高度 17900mm7、最大锤击能力 756.13kg8、每分钟锤击

22、次数 559、油泵的柱塞直径 120mm10、柱塞的最大行程17.511、油箱容量 30l12、油料消耗量 2kg/h13、机体外形尺寸 长 10551mm 宽 2300mm 高 36100mm2.3 打桩机的组成及特点 柴油锤打桩机特点如下： 1该柴油打桩机油耗低,灵敏可靠地层愈硬,桩锤跳的愈高广泛使用于水泥管桩、木桩、金属桩、混凝土预制桩、灌注桩、夯扩桩、灰土挤密桩等桩种施工，适用性非常广泛，性价比极高，一机多用； 2柴油锤桩架为两条液压变幅油缸支撑，可自行起落主架，行走、回转、对位准确、可靠，施工效率高，劳动强度低，另有两根高强度的斜撑杆，保持塔架的绝对稳定。3桩机采用装卸与运输安装相结

23、合的方式，整体性强，场地转移方便，费用低，适合野外施工，可免去租吊机的费用。 4整机的电气、液压、操纵、监视仪表均集中在司机室内，司钻人员操作简单方便，视野开阔。滑轨式柴油打桩机示意图如下： 2.4 导杆式柴油打桩机的工作模型柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成，气缸与活塞间有柴油与空气的混合物。在重锤与桩碰撞的过程中，通过压缩使混合物燃烧，产生高温高压气体，从而使桩向下运动，锤向上运动。现把柴油打桩机和打桩过程简化如下：锤m锤m桩m桩mhh反跳后的最高位置l桩帽泥土图1图2 柴油打桩机重锤的质量为m，锤在桩帽以上高度为 h处（如图1）从静止开始沿竖直轨道自由落下，打在质量为m（包括桩帽

24、）的钢筋混凝土桩上。同时，柴油燃烧，产生猛烈推力，锤和桩分离，这一过程的时间极短。随后，桩在泥土中向下移动一距离l。已知锤反跳后到达最高点时，锤与已停下的桩帽之间的距离也为h（如图2）。已知m1.0103kg，m2.0103kg，h2.0m，l0.20m，重力加速度g10m/s2，混合物的质量不计。设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力f是恒力，求此力的大小。 2.5 滑轨式柴油打桩机的工作原理柴油打桩机的柴油桩锤的工作原理与普通的二行程的柴油内燃机相似，所不同的于柴油内燃机的，在柴油机中汽缸是固定的，活塞在汽缸中的运动；但在柴油桩锤中则恰恰相反，运动的是汽缸而不是活塞。 滑轨式柴油打桩机工作原

25、理示意图柴油打桩机的工作过程是这样的：当我们扯动吊锤挂钩脱钩臂而使气缸沿导杆落到活塞上时，活塞头上与汽缸底之间就积存了相当量的空气，随着气缸的继续下落，这部分空气开始被压缩，空气的温度因受压缩而急剧上升，在平均压缩比15:1时，空气温度已经升得很高(约400-500摄氏度）；同时，汽缸外的压销压使油泵的柱塞下行，柴油途径油管而从喷油嘴喷入燃烧室内，碰着温度很高的空气，立刻开始燃烧爆发，推使汽缸上升。这时，汽缸里的反作废气也就自行排除。同时，由于爆发气体抛上汽缸时产生的反作用力，把活塞推向下面，这个力量经过活塞传到活塞底部、桩帽，而最后打到桩上，使桩木受压深入土中5。上升的汽缸再升到相当高度后，

26、上升的动能消失，汽缸又因自身的重量而再行下落，自动的进入下一个循环，重复打桩机的工作。2.6 柴油打桩锤的抉择柴油锤爆发力强，锤击能量大，工效高，锤击作用时间比自由落锤作用时间长，因此锤击应力相对低一些，冲击体冲击距离（落距）随沉桩阻力的大小而自动调整，比拟适合于管桩的施打。柴油锤是利用芯（上活塞或冲击体）往复运动进行锤击打桩；一般供油油门分4档，1档最小，4档最大，打桩时一般启用23档，操作者轻易把握，捶击能量也比拟容易估算15。 1打桩锤的抉择是个复杂的问题，需要考虑多方面的因素。衡量打桩锤抉择的合理性，主要标记是： 2. 能保证装的承载力满意设计要求； 3.能顺利或基本顺利地将桩下沉到设

27、计深度； 4.打桩的破损率能控制在1%左右，最多不超过3%； 5.满足设计要求的最后贯入度最好为2040mm/10击； 6.每根桩的锤击数宜在1500击以内，最多不超过20002500击。 国外有实验结果表明：28天强度为49mpa的混凝土，当锤击压应力为混凝土强度的75%（37mpa）时，锤击819次破坏；当锤击应力为混凝土强度的45%57%（2228mpa），时锤击2400次破坏；当锤击应力为35%50%（1724mpa）时，锤击2670次破坏；当锤击应力为27%33%（1316mpa）时，锤击3400次破坏。实际打桩时，一般要求打桩压盈利控制在混凝土极限强度的50%以内，锤击1500次左

28、右不会发生疲惫破坏，超过2500次就有可能发生疲劳破坏，所以打桩时锤击次数不宜超过2000（pc桩）2500（phc桩）次。同样的理由，对最后贯入度控制值也不能认为越小越好。贯入度定的太小，锤击数必然增多，还会降低柴油锤的使用寿命。实践表明：达到设计承载力的最后贯入度控制值为2040mm/10击时，桩锤的抉择是比拟理想的。一般来说，假如最后贯入度控制值超过60mm/10击就能达到设计承载力的要求说明选用的柴油锤过大17。2.7 抉择柴油锤主要考虑的问题 1.要保证单桩承载力能达到设计要求； 2.要考虑桩的入土深度即桩桩自重大小； 3.要根据土质、岩性和布桩状况来抉择锤型； 4.要保证冲击压应力

29、不超过桩身混凝土极限强度的50%。 根据各地经验，每个型号的柴油锤，其最大的成桩能力（单桩竖向极限承载力）约为100倍的型号数（kn），如d45柴油锤，最多可打继承承载力4500kn的桩。所以要打设极限承载力为4000kn的500mm预应力管桩，首先可排除d25和d35柴油锤，只有d40及d40以上的柴油锤可以考虑选用。但d40以上的柴油锤型号是多种的，有d45、d50、d60（62）、d80等，此时有的工程师凭经验按锤重与桩重的比例来进一步选锤：一般土质情况下，柴油锤冲击体重量与成桩桩重之比可取0.5，若软土较厚，可取0.4。如估计500mm壁厚100的管桩入土深度肯达32m，则桩重约为wp

30、=3.33kn/m32m=106kn则锤重应0.5wp=0.5106=53kn故应采用d60或d62型柴油锤16。2.8 柴油锤的型号根据高应变动测法配合测试 1.根据经验方法初步选定柴油锤型号作为试打桩时采用的柴油锤； 2.现场试打桩，用高应变动测法配合测试，获得各种需要的打桩信息，如最大的锤击压应力、拉应力、每米沉桩锤击数、总锤击数、单桩竖向极限承载力、达到极限承载力时的贯入度、桩尖持力层及进入持力层深度等； 3.根据试打桩时获得的打桩信息，再根据本节上例标记，分析初选打桩锤是否合理，必要时可适当调整18。3 施打管桩注重事项3.1合理选锤 1. 要重视桩帽及垫层的设置 桩帽的结构、尺寸以

31、及垫层的厚薄、软硬，对打桩施工的顺利与否、工程质量的好坏关系十分密切，必须引起高度重视。 桩帽应有足够的强度、刚度和耐打性。桩帽宜做成圆筒型，套桩头用的筒体深度宜为3540cm，内径应比管桩外径大23cm，因为套筒深度太浅，桩帽容易从桩头处脱离；套筒深度太深，若桩身或桩帽稍有倾斜，套筒下沿口的铁板会磕伤桩头处的混凝土。若套筒与管桩之间的空隙太小，套筒套入装头比拟困难，特殊是当套筒套入桩头后，只要桩身有一点倾斜，桩头处混凝土就容易被挤坏；若套筒与管桩的间隙太大，桩帽中央与桩身中心不易重合，打桩时容易发生偏心锤击。所以桩帽的结构、尺寸做得是否合理，对打桩质量的影响较大。 桩帽的垫层有“桩垫”和“锤

32、垫”之分：“锤垫”设在桩帽的上部，与柴油锤的下冲击体接触，其保护柴油锤和桩头的作用，“锤垫”一般用坚纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳制作，厚度宜取1520cm。“桩垫”设在桩帽的下部套筒里面，与管桩桩顶面相接触，一般是用麻袋、硬纸板、水泥纸袋、胶合板凳材料制作。桩垫厚度应均匀，软硬相宜，经锤击压实后的厚度不宜小于12cm。软厚适宜的桩垫，可以延长锤击作用时间，降低锤击应力，起到保护桩头的作用。由于柴油锤冲击力大，桩垫很容易被打碎，所以在打桩期间应常常检查，及时更换补充。有些打桩操作工人，在桩帽中不放垫层，或者只放一层薄薄的垫层，结果桩头被打烂；有些工地，垫层长期不更换，垫层结块变形，高低不平，失去弹性

33、，庄头也很容易被打坏。 2.建筑中使用的管桩，大多数是直桩。施打直桩时，要求桩身在施打过程中自始至. 要自始至终保持桩身垂直，力戒打偏 终保持铅锤状态，这不仅是为了保证成桩的垂直度，也是防止管桩受偏心锤击而被击碎的一条重要施工控制措施，因此打桩时桩锤、桩帽和桩身中心线应重合，也就是说三体中心线保持在同一铅垂线上，如有偏差应随时纠正，特别是第一节管桩的垂直度偏差对整根桩的成桩质量起着重要作用，故要十分重视第一节桩的插设工作。规范规定，预制桩的成桩垂直度偏差不得大于1%，而第一节底桩的垂直度偏差不得大于0.5%，说明第一节底桩锤制度控制要严格，一般来说，第一节底桩沉入土中的垂直度偏差小，整根桩的垂

34、直度偏差也不会太大，同时，打桩的破损率也会减小，因为桩身一倾斜，桩顶端面与打桩锤的接触面就减少，应力集中，锤击偏心。预制方桩桩身倾斜，多数情况下，桩顶与打桩锤的接触点成一条线，而预应力管桩桩身倾斜，桩顶与打桩锤的接触仅仅是一个点，所以桩身倾斜时打桩，管桩比方桩更容易被打坏。 3. 要保证管桩接头的焊接质量 接头质量好坏关系得到整根桩质量的好坏，从我国各地生产的管桩产品来看，几乎全是电焊接桩。电焊接桩时，可用手工电弧焊或粉芯焊丝自保护板自动焊，目前我国极大多数工地的管桩焊接采用手工电弧焊。选用焊条直径应能满足焊透坡口根部的要求，焊接坡口根部时应选用3.2焊条，其余部分可选用45焊条。焊接时电流强

35、度应与所用的焊机和焊条向匹配，施焊应对称，分层、均匀、连续进行，焊缝应连续饱满。若在大风天和雨天施工，应有可靠的防风、防雨措施。在冬季0以下天气中施工，应采取防风和预热措施，预热可用氧乙炔火焰均匀烘烤的方法，使母材温度达到36以上才进行施焊。焊接后应进行外观检查，焊缝不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹渣、裂缝等表明缺陷。焊接结束后，焊缝应自然冷却后，才能继续打桩，自然冷却时间一般不宜少于8分钟，严禁用水冷却或焊好即打，这是因为焊好即打，高温的焊缝遇到地下水会冒白烟，犹如淬火一样，焊缝容易变脆而被打裂。当管桩较密集且桩街头有较大裂缝时，打桩引起的土体上涌，有可能将桩接头拉断，造成严峻的质量事故11。 4

36、. 在较厚的粘土、粉质粘土层中施打多节管桩，每根桩宜连续施打，一次性完成。 因为这类土层中打桩，桩周土体迅速破坏，空隙水压力剧烈上升，土的抗剪强度大大降低，桩身的贯入相称容易，但若中间停歇下来，土中空隙水压力逐渐消散，桩周土体发生固结，停歇时间越久，固结力越大，再想要打动这根桩，需要增加更多锤击次数，有的甚至桩身打不动而先将桩头或接头打烂。有些施工单位在打多节管桩的大面积群桩时，喜欢采用大流水施工作业法，即先将几十根甚至上百根群桩的底桩（第一节桩）插好并打至地面，然后再一起将第二节桩接上去，再将第二节桩打至地面，再一起接上第三节，如此反复直至全部桩打至持力层。这种大流水作业法的长处是施工速度快

37、，缺点是每一根桩不是一次性施打完成，每节桩之间的施打间歇时间较长，在固结力较大的粘土、粉质粘土层中，容易将桩头或接头打烂。此法另一个缺点是配桩固定，不能随地质条件的变化而及时调整配桩长度，浪费较大。20世纪80年代中期，华南某管桩工程，设计采用550管桩，根据地质勘察资料，强风化岩层顶面埋深约30m，强风化岩上面厚30m的复盖层，是可塑或硬塑的粘土、粉质粘土，施工单位采用三节10m长的管桩进行配桩，采用大流水施工法，第一节第二节都是采用45型柴油锤施打，沉桩较为顺利，但打第三节桩时，设计采用60型柴油锤施打并收锤，由于当时租用60型柴油锤较为困难，中间停歇整整一个月，结果用60型柴油锤施打第三

38、节桩时40%以上的桩头或接头被打坏，造成重大施工质量事故。当然，为适当提高打桩速度，可以采用流水打桩施工作业法，但需在本台班内将这批流水作业的桩全部打至持力层。 5. 承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度一般不宜超过2m管桩收锤后桩头（顶）高出地面是一种浪费。施工人员在收锤之前的打桩过程中，借助送桩器将桩头（顶）沉至地面以下的工序和方法，叫送桩。根据广东地区的施工经验，承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度一般不宜超过2米，否则桩头容易被打碎，桩顶偏位也较大。打桩至送桩宜连续进行，即打即送，因为间歇时间一长，桩周土体固结，送桩送不下去，也很容易将桩头击碎。由于送桩奇是套在桩头上，与桩头的连结时非刚性的，

39、锤击能量在这里的传递是不顺畅的，损失较大，所以，同一大小的冲击能量，直接作用在桩头上，测出的贯入度要打一些，装上送桩器后测出的贯入度要小一些，故送桩收锤贯入度应比不送桩收锤贯入度要小一些。据不少施工单位的经验，在一般工程地质条件下送桩，收锤贯入度可按比不送桩贯入度小5mm来控制。 要保证送桩质量，合理设置送桩器的结构构造至关重要。送桩器宜做成圆筒型，并应有足够的强度，、刚度和耐打性。送桩强度应满足送桩深度的要求。送桩器上下端面应平整，且与送桩器中心轴相垂直，如果上下端面与中心轴线不垂直，容易产生偏心锤击，将桩头击碎。送桩时，送桩器轴线必须与桩中心线一致，不得在晃动的情况下进行锤击。送桩器下端面

40、应设置排气孔，排气孔孔径不宜小于管桩内径的十分之一，目的是使管桩内腔的空气与大气相通，送桩作业时，便于管桩内腔中的水分和空气外溢，否则管桩容易产生竖向劈裂裂缝。送桩器应与管桩外径相匹配。适用于管桩的送桩器下端部有两种形式：套筒式和插梢式。套筒式送桩器下端的套筒深度宜取2530cm，外径应比管桩内径小23cm，否则送桩时容易损坏桩头混凝土。送桩作业时，送桩器与管桩桩头之间应设置12层麻袋或硬纸板作衬垫。 当桩为摩擦桩或以摩擦为主的端承摩擦桩且桩端持力层顶面埋深标高基本一致时，送桩深度可超过2m12。3.2 打桩收锤标准 收锤标准即终止打桩的控制指标，对打桩工程质量起着至关重要的作用。收锤标准定得

41、恰当，管桩承载力可满足设计要求，打桩的破损率较低甚至为零；收锤标准定得不恰当，将造成工程质量事故。 1.通过试打桩确定收锤标准试打桩应在正式开工前进行。当地质条件复杂、持力层起伏较大时，试打桩数量可适当增多。试打桩的规格、长度及地质条件应有代表性，应选在工程地质钻探孔四周，施打条件应与工程桩一致。通过试打桩，可以了解管桩的可打性，验证选锤的合理性，在保证承载力设计值的前提下提出比拟适合实际的可操作的收锤标准。用高应变动测仪器设备配合柴油锤打桩机进行现场试打桩，可以尽快地确定比拟合理的收锤标准。实践证实，当相同地质条件的动静对比资料积累较多且有经验时，用高应变动测法测出的管桩承载力可以满足工程需

42、要，而且省时省费用。 2在试打桩中采用高应变动测仪器设备配合测试时，其基本操作程序如下： （1）按地质资料提供的预估桩长加长34m作试打桩的配桩长度，使用与正式打工程桩同一型号的柴油锤并按常规施工法进行试打，作好打桩施工记录。 （2）当桩尖接近持力层时暂停锤击，在桩头处装上传感器，启动打桩分析仪的同时，重新开锤施打。 （3）用实测曲线拟合法判断桩的承载力。当打桩分析仪显示器显示瞬时阻力值为quk/a或spr/a时停止锤击，测出桩的入土深度，测绘出收锤回弹曲线，量出最后贯入度和桩土弹性压缩量cp+cq值，记录每米沉桩锤击数，以及最后一米沉桩锤击数。根据地质资料分析桩尖进入持力层深度。高应变动测仪

43、在测出承载力的同时，还应测出桩身最大压应力值。quk为单桩竖向极限承载力标准值；r为单桩竖向承载力设计值；sp为桩侧阻端阻综合抗力分项系数，取sp=1.65；a为土的时间效应系数，由当地经验确定，一般取粘性土a=1.251.35，砂性土a=0.91.1。 （4）经过24小时后进行复打，复打初时若打桩分析仪显示器显示瞬时阻力值为quk时，不用继续复打，说明这根试打的桩已达到收锤要求，按程序（3）要求初打时得到的收锤指标可作为正式打过程桩的收锤标准。 （5）当程序（4）中显示的瞬时阻力值小于quk时，说明a值估算有误，则需继续锤击，调小a值，重复（3）（4）直到满足为止。此时应按程序（5）要求复打

44、时得到的收锤指标作为正式打工程桩的收锤标准。 （6）整个场地的试打桩全部打完以后，进行综合分析：如果场地较小，地质较均匀，可提出统一的收锤控制指标；如果场地较大，地质条件多变，可根据不同区域、不同桩长规格提出不同的收锤控制指标。现行基桩高应变动力检测规程规定，当检测预制桩承载力时，从设桩到检测（或复打）的最小休止时间，砂士七天，非饱和粘土十五天。试打桩因为时间紧，一般只休息24小时可进行复打，应该说休止时间不足，测出的桩承载力还有增大的可能，这部分增大的承载力可作为安全储备，或作为检测误差的补偿。 3.用hiley（海利）打桩公式估算最后贯入度控制值香港、澳门及广东部分地区施打预应力管桩，常利

45、用hiley（海利）打桩公式估算最后贯入度控制值有较长的应用时间，已积累了一定的经验。采用锤击法沉桩时，当打桩锤锤击桩头时，就产生一个沿桩身向下传播的压缩应力波，应力波的最大强度主要取决于桩锤的锤击速度，而锤击速度与锤的落距平方根成正比，。为了防止桩受锤击时产生过大的冲击应力而使桩头打烂击碎，过去在抉择自由落锤打桩时，一般遵循“重锤低击”的原则来进行选锤。其实柴油锤也需遵循“重锤低击”的选锤原则。 近几年生产的柴油锤，供油油门分为四档。若选锤合理，柴油锤运作时，油门一般只开二档，最多开三档，这样桩不易被打碎，锤也不易损坏。如果要一直开到四档才能将桩沉到设计持力层，那么按“重锤低击”的原则，不如

46、抉择一个大一级的柴油锤采用开23档油门的运作法来打桩，其效果要好的多19。4. 打桩机的总体结构的设计柴油打桩机的三个组成部分是桩架、柴油桩锤、卷扬机。柴油打桩机的桩架全部安装在滑轨上，以便使桩架在工作时能方便灵巧地加以移动。4.1 桩架的设计桩架包括龙门、龙门顶架、滑轨和撑杆、支柱三脚架四部分组成。 目前，在人们使用的液压打桩机的一侧固定安装有立柱，立柱为整体结构，立柱的下部与液压打桩机的机体连接；中上部通过立柱斜支杆连接在液压打桩机上，立柱斜支杆通过销轴与立柱上的销轴孔铰接，立柱为两根平行的槽形钢轨道，在平行的槽形钢轨道上连接有液压锤滑板，液压锤滑板可以在槽形钢轨道上运行。龙门是用槽铁制成

47、的，中间以铁板相连，当起吊桩锤和桩子时，龙门承受垂直压力。当柴油打桩机工作时，龙门即使桩锤上下滑动的导杆。 龙门顶架上安装有滑轮组。主要是负责举桩、升降柴油桩锤、和使用卷扬机。桩架底座呈三角形由槽铁构成，下面装有为支撑而设的四个支撑柱。撑杆、支柱和三脚架都是采用钢管制成的，以螺栓与龙门和底座相连接。4.2 顶部滑轮组的设计一，滑轮的主要作用是导向和支撑，以改变钢丝绳的走向，从而改变所传递拉力的方向。也可用来平衡钢丝绳分支的拉力、或者组成滑轮组达到省力或增速的目的。根据滑轮的轴线是否运动，有定滑轮和动滑轮之分。只利用滑轮的转动来均匀钢丝绳拉力的滑轮叫做均匀滑轮。根据制造方法，滑轮有铸造滑轮、焊接

48、滑轮、热轧滑轮等。 （1）铸造滑轮，有铸铁和铸钢两类。承受负荷不大的小尺寸滑轮（d350mm），一般制成实体的滑轮，其材料为ht150铸铁，铸铁滑轮工艺性好，廉价；承受负荷大的大尺寸滑轮一般采用球铁（如qt42-10）或铸钢（如zg230-450、zg270-500或zg35mn等），铸成带筋、孔和带轮辐的结构。这种滑轮具有较高的强度和冲击韧性。 （2）焊接滑轮，目前多数焊接滑轮是先将钢板压制成绳槽形状，由数快压制成形的钢板拼成一个整圆后再与辐板焊接而成。另一种是轧制绳槽钢焊接滑轮，先由热轧机轧制出各种规格的条状绳槽钢，然后将其卷制成圆环形，再与辐板，轮毂焊接制成滑轮。这种滑轮的结构简单，强度

49、高，抗冲击能力好，材料利用率高，重量轻，特别是轧制绳槽钢滑轮，绳槽几何精度高，硬度适中，可提高钢丝绳使用寿命。 （3）热轧滑轮是国外八十年代中期出现的一种新型滑轮。热轧滑轮是旋转的圆形钢板上用火焰将其边缘加热，然后使用特殊的工艺将钢板外缘直接轧制成滑轮的绳槽，和轮毂焊接制成滑轮。热轧滑轮重量轻、强度好、精度高、绳槽表面硬度较高。热轧滑轮已在我国港口机械中大量使用，已有系列产品。 （4）带尼龙绳槽衬垫双辐板压制滑轮，这种滑轮的两片幅板采用4-6mm的普通碳素钢钢板压制成型，并用胀铆和过盈配合工艺使之与滑轮轮毂连成一体而成，滑轮轮缘绳槽装有可拆卸的绳槽衬垫。其优点自重轻，绳槽耐磨性好，无噪音。滑轮

50、组按其作用可分为省力滑轮组和增速滑轮组。省力滑轮组如图3，通过它可以用较小的驱动力产生很大的提升力，即用较小的力吊起较重的货物。它是起重机中最常见的滑轮组。增速滑轮组如图4，它可以使被驱动的货载获得高于驱动部件的速度，驱动部件以较小的行程，可使被驱动的货载得到较大的行程。增速滑轮组主要用于液压今儿气力驱动的起升机构中，如叉车的起升机构。滑轮组根据构造又分为单联滑轮组和双联滑轮组。单联滑轮组如图5中，钢丝绳的一端固定，而另一端绕入卷筒，结构简单、质量轻，但当卷筒卷入或放出钢丝绳时，钢丝绳沿卷筒轴向移动，货物作垂直运动的同时还伴随有水平运动，用于桥式起重机时，会使货重载荷在两主梁上分配不均匀，给装

51、卸、安装作业的操作带来不便。因此单联滑轮组多用于臂架类型的起重机如图6。双联滑轮组7中，我们可以将其看作由两个单联滑轮组对称布置而成。每个单联滑轮组承受起省载荷的1/2。为了均衡两个单联滑轮组的拉力和长度，设有均衡滑轮或均衡梁。因为两根钢丝绳对称绕入卷筒，所以避免了单联滑轮组中卷筒支座收载不均和货物水平移动的缺点，但体积大，质量加重，这种滑轮组多用于桥梁类型起重机。 4.3柴油桩锤底部的构造设计 柴油桩锤底部的构造见下图，活塞是中空的圆柱体，由四根直筋和底座铸在一起，活塞中部有两个空气冷却门，活塞的上端还有四条活塞环槽，在活塞中间有油道，油道的顶端装有喷油嘴，油道底端通至油泵，油泵的下端则与油

52、箱相连。偏心小轮的上面装有调节燃烧室内的供油量大小的摇臂。偏心轴转动时，可使摇臂上端的斜面部分向汽缸上压销的作用线移开或靠拢。因而可使油泵柱塞的行程减少或增加，借以控制喷油量，偏心轴的转动可由轴上另一油门操纵杆来操纵。此调解工作可用绳子帮助进行（绳子固定在操纵杆的两头）。 活塞块底座上的两个孔是装导杆用的，底座两边各有一个钩子，是挂桩子的绳子用的，以便在吊升桩锤时把桩子的绳子挂在此桩子上，则桩身上可同时在龙门内吊升起来。底座后面有两槽，与龙门相结合。底座下端右半球型轴承座及桩帽，而用拉杆相连。这样连接的特点，是当桩锤和桩身的中心线彼此稍有偏差时，锤头仍可锤击在桩帽的中心上。拉杆靠轴固定在半球形

53、承座内，螺丝则压紧着轴，使不致松动。4.4柴油桩锤的气缸的设计汽缸由铸铁铸成。它的构造见下图。两边的孔是为了通过导杆之用。在汽缸下面为四个凸出的部分，其内面呈倾斜状，以便汽缸和活塞在工作时有正确的配合。凸出部分穿过活塞上四道直筋间的空隙，还可冲击底座。汽缸下方的一侧还铸有压销以压使摇臂推动油泵顶杆，使油泵心子下行之用。 汽缸的上部有槽，穿有小轴为顶座的挂钩挂住汽缸之用，并可在装车时作为固定之用。4.5柴油打桩机顶座结构设计 在用铁管做成导杆的顶端有一横梁，横梁两端有垂直的圆柱孔为固定导杆的上端之用。横梁后面有两个导槽，为和龙门连接之用。在横梁上有两个凸缘物，为连接构架上钩的一端之用。 钩架在横

54、梁的下方，可沿导杆上下移动。钩架上端的中央有吊轴，以供提升吊垂之用；下端有吊锤挂钩，可将汽缸挂住提升。在同一轴上，装有吊锤挂钩的脱钩臂，两个连接钩为了用来使钩架悬挂在横梁上。在两个连接钩之间装有弹簧，以保证不使他们有自由松脱的危险。在吊锤挂钩脱钩臂的一端有孔，可以穿上绳子是脱钩臂会转至水平位置，这时吊锤挂钩被转动，同时使连接钩的下端脱开，汽缸借本身重量自由下落，如果继续拉下脱钩臂至下垂位置，则钩架也就与横梁脱开了。4.6 柴油桩锤的油泵机构设计 油泵的构造如下图所示；当汽缸落下到快开始冲击的位置时，装在气缸上的压销即和摇臂上端的斜面相接触，压使摇臂回转而向下推动推杆，使油泵柱塞下行。油泵柱塞下

55、行经过进油口，并将其遮住后，就将下端阀室中的燃油压缩，达到很高的压力时，燃油从阀室经出油门压向油管，经喷油嘴喷入燃烧室中。 因汽缸内燃油爆发（即燃油发火燃烧），汽缸上行，压销离开摇臂后，柱塞和推杆在回位弹簧的作用下而上行，恢复到原来的位置，阀室内压力骤然下降，出油活门由于弹簧的作用，迅速密闭，致使阀室内形成真空，等到油泵柱塞上升，露出进油口时，燃油即从油箱经过油道进入阀室，以供下一次喷射，油泵喷油量的多少，则视柱塞的行程而定。4.7柴油打桩机的卷扬机的结构设计卷扬机是为安装（在安装时升起或落下）龙门，以及升降桩锤和移动柴油打桩机之用。卷扬机的构造图如下：电动葫芦的工作原理:电动机轴通过橡胶轮胎式弹性联轴器与减速器高速轴相连。当电动机通电旋转驱动减速器高速轴转动时，并将驱动力矩通过齿轮传递至减速器最后一级大齿轮，齿轮在通过花键与空心轴相连接，空心轴又通过花键与卷筒相连接，为此通过减速传动的力矩使卷筒旋转，再使钢丝绳缠绕或脱开卷筒而使吊钩和吊载起升或下降，来完成起升机构的功能。5 大型导杆式柴油打桩机汽缸动应力解析计算以下主要分析了柴油桩锤的工作原理及现代桩锤动力学研究现状。运用能量守恒原理推导了汽缸、下