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第五章 桥梁施工机械 第一节 桩工机械 一、桩工机械的用途与分类 桩工机械是用于各种桩基础、地基改良加固、地下挡土连续墙、地下防渗连续墙施工及其他特殊地基基础等工程施工的机械设备，其作用是将各式桩埋入土中，以提高基础的承载能力。 现代建桥用的基础桩有两种基本类型：预制桩和灌注桩。前者用各种打桩机将其沉入土中，后者用钻孔机钻出深孔以灌注混凝土。 根据预制桩和灌注桩的施工，可把桩工机械分为预制桩施工机械和灌注桩施工机械两大类。 1．预制桩施工机械 （1）打桩机 打桩机由桩锤和桩架组成，靠桩锤冲击桩头，使桩在冲击力的作用下贯入土中，故又称冲击式打桩机。 根据桩锤驱动方式不同，可分为蒸汽、柴油和液压三种打桩机。 （2）振动沉拔桩机 振动沉拔桩机由振动桩锤和桩架组成。振动桩锤利用机械振动法使桩沉入或拔出。 （3）静力压拔桩机 静力压拔桩机采用机械或液压方式产生静压力，使桩在持续静压力作用下被压入或拔出。 （4）桩架 桩架是打桩机的配套设备，桩架应能承受自重、桩锤重、桩及辅助设备等重量。由于工作环境的差异，桩架可分为陆上桩架和船上桩架两种。由于作业性能的差异，桩架有简易桩架和多能桩架（或称万能桩架）。简易桩架具有桩锤或钻具提升设备，一般只能打直桩；多能桩架具有多种功能，即可提升桩、桩锤或钻具，使立柱倾斜一定角度，平台回转360°，自动行走等。多能桩架适用于打各种类型桩。由于行走机构不同，桩架可分为滚管式、轨道式、轮胎式、汽车式、履带式和步履式等。 2．灌注桩施工机械 灌注桩的施工关键在于成孔，其施工方法和配套的施工机械有以下几种： （1）全套管施工法 即贝诺特法（Benoto），使用设备有全套管钻机。 （2）旋转钻施工法 采用的设备是旋转钻机。 （3）回转斗钻孔法 使用回转斗钻机。 （4）冲击钻孔法 使用冲击钻机。 （5）螺旋钻孔法 常使用长螺旋钻机和短螺旋钻机。 二、桩工机械的组成及工作原理 1．柴油打桩机 柴油打桩机由柴油桩锤和桩架两部分组成。桩架有专用的，也有利用挖掘机或起重机上的长臂吊杆加装龙门架改装而成。柴油桩锤按其动作特点分导杆式和筒式两种。导杆式桩锤冲击体为气缸，它构造简单，但打桩能量小；筒式桩锤冲击体为活塞，打击能量大，施工效率高，是目前使用较广泛的一种打桩设备。下面以筒式桩锤为例介绍柴油桩锤的构造及工作原理。 筒式柴油桩锤依靠活塞上下跳动来锤击桩，其构造如图5-1-1所示。它由锤体、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统等组成。 图5-1-1 D72型筒式柴油桩锤构造 1-上活塞；2-燃油泵；3-活塞环；4-外端环；5-缓冲垫；6-橡胶环导向；7-燃油进口；8-燃油箱；9-燃油排放旋塞；10-燃油阀；11-上活塞保险螺栓；12-冷却水箱；13-燃油和润滑油泵；14-下活塞；15-燃油进口；16-上气缸；17-导向缸；18-润滑油阀；19-起落架；20-导向卡；21-下气缸；22-下气缸导向卡爪；23-铜套；24-下活塞保险卡；25-顶盖 锤体主要由上气缸16、导向缸17、下气缸21、上活塞1、下活塞14和缓冲垫5等组成。导向缸17在打斜桩时为上活塞引导方向，还可防止上活塞跳出锤体。上气缸是上活塞的导向装置。下气缸是工作气缸，它与上、下活塞一起组成燃烧室，是柴油桩锤爆炸冲击工作的场所。上、下气缸用高强度螺栓连接。在上气缸外部附有燃油箱及润滑油箱，通过附在缸壁上的油管将燃油与润滑油送至下气缸上的燃油泵与润滑油泵。上活塞和下活塞都是工作活塞，上活塞又称自由活塞，不工作时位于上气缸的下部，工作时可在上、下气缸内跳动，上、下活塞都靠活塞环密封，并承受很大的冲击力和高温高压作用。 在下气缸底部外端环与活塞冲头之间装有一个缓冲垫5（橡胶圈）。它的主要作用是缓冲打桩时下活塞对下气缸的冲击。这个橡胶圈强度高、耐油性强。 在下气缸四周，分布着斜向布置的进、排气管，供进气和排气用。 柴油桩锤起动时，由桩架卷扬机将起落架吊升，起落架钩住上活塞提升到一定高度，吊钩碰到碰块，上活塞脱离起落架，靠自重落下，柴油桩锤即可起动。 筒式柴油桩锤的工作原理及其循环如图5-1-2所示。 （1）喷油过程（5-1-2a） 上活塞被起落架吊起，新鲜空气进入气缸，燃油泵进行吸油。上活塞提升到一定高度后自动脱钩掉落，上活塞下降。当下降的活塞碰到燃油泵的压油曲臂时，即把一定量的燃油喷入下活塞的凹面。 （2）压缩过程（图5-1-2b） 上活塞继续下降，吸、排气口被上活塞挡住而关闭，气缸内的空气被压缩，空气的压力和温度均升高，为燃烧爆炸创造条件。 （3）冲击、雾化过程（图5-1-2c） 当上活塞快与下活塞相撞时，燃烧室内的气压迅速增大。当上、下活塞碰撞时，下活塞冲击面的燃油受到冲击而雾化。上、下活塞撞击产生强大的冲击力，大约