基础工程施工机械的技术革新.pdf

'第38卷第10期建筑技术开发Vo1．38。No．102011年lO月BuildingTechniqueDevelopment0ct．2O11基础工程施工机械的技术革新朱航征编译通过多年的技术开发，基础工程施工机械及其1．2可变超高频振动锤相关的施工方法获得了飞快地发展和普及，在诸多可变超高频振动锤有利于减小环境负荷，表1施工机械的扩大利用中，现就振动锤的低公害技术为打人桩的话塞型和打拔桩的摆动型两者的性能与钻土机扩底掘削技术两项介绍于后。比较。1振动锤施工之方法中的可变超高频技术表1可变超高频振动锤的比较1．1摆式振动的基本构造和起振原理摆式振动锤的驱动方式，有电动和液压之分，其基本构造如图1所示。摆式起振机由安装在主动轴和从动轴上容量左右对称的偏心锤与同步齿轮构成。同步齿轮带轮从动轴图1摆式起振机的内部构造摆式起振机的振动原理如图2所示。分别安装在主动轴和从动轴上的偏心重锤，通过同步齿轮以同相位相对反转，在主、从轴上发生10～40Hz离心通过ZERO起动和ZERO停止装置的开发，力的组合振动力(起振力、振幅振动加速度)。消除了起动和停止时起重机大臂和地基发生的共振现象以及噪声等二次公害问题的发生，而且筋◎◎◎⑩振幅和频率为20—60Hz(通常为20～40Hz)，同变换较广，因而可以城市土木工程为中心，广为普及。lI。IJl一心力。1．2．1活塞式可变超高频振动锤～活塞式可变超高频振动锤的基本构造如图3所示。它由加掘机、反力配重、伺服阀、液压缸控制阀等部件构成。活塞式的振动原理是：加振机的加振图2摆式振动的起振原理液压缸活塞通过三通伺服阀交相输入高压油，使活塞上下运动产生了振动。加振频率为20～60Hz，81 第l0期朱航征：基础工程施工机械的技术革新第38卷通过向伺服阀发出的指令进行控制。振幅则有赖于1．3作为打桩机构的振动锤及其特征附加在三通伺服阀的差动变压装置以及向伺服阀的1)由于普及率高，通用性高，因而便于进行机反馈，由三通伺服阀通过对加振液压缸进行流量调械布置和施工计划的制定。整。此外，由于加振油缸通常在加振机中心附近振2)打入桩的施工速度快，施T性和经济性好。动，因而在与活塞一体的定位液压缸组装进了定位3)适于钢板桩、钢桩、混凝土桩等进行施工。阀，即所谓方向控制阀。LL~"I-，还可适应大口径长尺寸细管桩和细管板桩的施T。4)以起重机为基础机械，便于配置相应的机种。5)可进行打、拔作业。6)进行基础钢管桩施工，其承载力已在实现标定准化。7)可变转矩型，作为标准机种，可消除与地基和起重机吊臂发生共振，有利于在低噪声、低振动条3活塞式加振机的内部构造件下施工，因而可减小环境负荷。1．4振动锤的扩大利用1．2．2摆式可变超高频振动锤以下为振动锤扩大利用的实例：摆式可变超高频振动锤的振动原理如图4所1)多柱基础施工法：采用振动锤打设钢管桩，示，主要是由相对可动偏心体的控制产生的。可变进行大口径、长尺寸桩的施T(例：大桥桥墩基偏心体采用了液压式非触型叶片方式，不仅是超高础)。频，而且还是螺旋键槽式。2)预制钢板桩格形围堰施T法，采用吊车吊下①起动时钢圈由多数振动锤把持直线型锤板桩，贯入围堰。在一个轴上，固定偏心体与例：工业已废物处理现场护岸等)。可动偏心体相对180。开始回转(o8动)。达到所定回转3)大型桩的打、拔施工法，采用机械式连动大数，机械本身未完全起动。型振动锤(150kW×2)对钢管板桩(4,1320．8×长48．5In)进行打、拔作业(例防波堤、工业废料处理②运转时(最大能力)现场护岸等)。4)埋人式钢板围堰法施工：采用多部大型振动超过与地基的共振区的回转数，可动偏心体即自动变换锤(电动机输出功率150kWX8)进行连结，并用射发生振动振幅水法埋人钢板围堰(例：工业区防冲填方程)，可参见图5。③运转时(任意变化)在运转中，通过操作度盘，偏心体与振幅即任意可变，振动能量由0至最大，可任意调整。堙④停止时与起动时情况相同，使可动偏心体相对呈180。，振幅为0即停止(O停止)，与地基及起重吊臂不发生共振，即静停图5射水与埋入式钢板围堰法施T5)挡水钢板桩打入法：采用液压式水下振动锤图40(ZERO)起动、0(ZERO)停止原理打人钢板桩(例：发电厂煤炭护壁丁程)。82 第38卷朱航征：基础工程施工机械的技术革新第10期6)城市土木工程：采用液压式可变超高频1)防止扩底铲斗中心发生振动：对策是采用稳ZERO起动、ZERO停止振动锤进行城市土木工程进定板，铲斗底部形状为带圆尖头的倒锥形。行降低环境负荷的施工(参见图6)。2)在同一深度稳定地进行扩底掘削：对策是设2大直径钻孔扩底掘削技术置掘削深度计。目前，利用就地灌注桩进行扩底法施工，已在建3)防止扩底铲斗向垂直刀向掘削：对策是扩大筑基础中推广，但对于钻孔灌注桩，桩尖要扩大，桩翼下部与中心筒底部都具有刮土功能。底面积须加大，从而可有效利用地基反力。与要求4)扩大翼的开闭量由地面检测：对策是设置扩相同反力的直桩相比，有些节约垂直部分的混凝土大翼开闭量的检测装置。量，降低掘削土砂排量，进而使工期缩短。5)保持扩底面呈一平面。对策是扩大翼与孔扩底桩施工法在日本于1981年开发，最初称为底面进行平行移动。反循环法随之又开发了钻孔扩底掘削机，目前扩底6)防止扩大翼过度掘削对策是：在操作室设置桩施工法在实际施工中占70％。由于垂直桩身部扩大量指示计；扩大翼开闭同步。分与扩底部分采用一台机械进行掘削，因而提高了7)除去孔底的掘削土：对策是与扩大翼连动开施工效率，并适于在狭窄工地施工。闭强制土砂；设置用于收取的刮土装置；使底部与杯形清底抓斗具有相同的功能。2．2．2扩底铲斗的构造与功能扩底铲斗的构造参见图7和图8。表2为开发时的扩底铲斗的技术规格。器图6在城市土木工程中采用液压式司变’A高频0起动、0停止振动锤施工实况图7扩底铲斗示意扩底桩的开发与泥水循环、连续排土的反循环钻孔法不同，掘削的土砂如何集中排出是一项大的课题，也是促进扩底桩飞跃发展的关键技术。2．1扩底桩施工法一扩底桩的施工程序如下：1)设置桩心；2)开始掘削；3)表层套管就位；4)垂直桩身部分掘削结束；5)掘削扩底部分；6)钢筋导管就位；7)一次扩底处理；8)二次孔底处理；9)浇注混凝土；10)拔出套管。2．2扩底铲斗的开发2．2．1开发课题与具体对策开发要点主要是：1)正确稳定的扩底形状的掘图8扩底掘削机削；2)确实将掘削土收取入铲斗的中心筒内。具体研究事项和对策如下：83 第10期朱航征：基础工程施工机械的技术革新第38卷表2开发时扩底铲斗的技术规格捕捞板将其收取人中心筒，因而可将泥浆切实除去。直桩底部倾斜平面建起底面倾扩大翼与刮土装置的工作状况如图l0所示。单型式桩径扩径高度部分高度深度斜角手扒搂泥水，泥水从右侧溢出，如用两手扒搂到掌d／(6ram)D／(4,mm)h，／mmb／mmh／ramh3／ram0／(。)下，泥水即被封闭，将土砂集中于两手掌下，其情况lO161．O0H01．6o01．41l3505OO200l2与此相同。j219l2OO1．92O1．69442O50024512l5251．5OO2．5O02．35256O5O028O12铲斗构造由结为一体的构架与收取土砂的中心筒、开闭扩大翼的液压缸、强制掘削土砂收入中心筒的刮土装置以及倒圆锥形机底等构成。扩大翼的开闭同步则采用了压力平衡环。{奎Il0收取土砂说明2．2．3土砂的收取机构2．2．4性能的确认采用钻土机进行扩底施工的要点是将掘削土砂性能试验参见图11。以日立建机公司等企业收取入中心筒内，桩底部不再存有剩土。为此，须解共同开发的ACE法为例，其中的ACE1526型扩底决的问题是：1)扩底部为水平机构；2)扩底部分须铲斗用于浇层掘削约5m，如使用稳定液掘削深层采用能使掘削土砂强制收取人中心筒内刮土装置；达22mm。漆层掘削时，经确认土砂被切实收取人3)在扩大翼与部底下设置掘削刀。扩底掘削的土中心筒内(见图12)。在深层掘削时，有关掘削效砂收取入中心筒的情况如图9所示。率，中心筒内残留土砂等情况，由超声波检定，垂直掘削精度和扩底形状，经确认均达到了开发目标。、-_．一，a)掘削中b)土砂收取状态·●～⋯土砂在转动⋯扩大翼、刮土装鼍／，。一、’-、．eo奎土砂／-／’⋯、-一＼／图11性能试验(插入掘削孑L)图9收取土砂工作示意(见图7A—A断面)1)在铲斗回转同时扩大翼的水平液压缸伸出进行掘削。图12性能试验(土砂被切实收取人筒内)2)推压掘削出的土砂，由第二刮土装置收取人日本建筑中心对扩底桩的评定和评价最初制定中心筒内。的范围是：1)扩底径在4．113以下；2)有效直径(0～3)关闭扩大翼，刮土装置随之连动关闭，扩底0．1)m；3)扩底率(有效底面积／垂直部分的断面积)部的土砂在周围无残留，均被集中收取人中心筒内。在3．2以下；4)扩底部分的上行高度在30cm以上；4)集中收取人中心筒的土砂被排出地面。此外，对积沉在底部的泥浆，由于在底部设置有(下转第86页) 第38卷第l0期建筑技术开发Vo1．38，NO102011年1O月BuildingTechniqueDevelopment0ct20l1高达22nl『而且是型钢混凝土结构，技采用了单向预应力双向配筋?昆凝土叠形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果过术人员在方案的设计上反复推敲，力求合楼盖和新型建筑空心砌块墙体，且大的形变而不能继续使用，～般不加方案有较高的针对性、实用性。主楼南有整体性好、结构和抗震性能优于传保护的钢结构的耐火极限为15min侧大厅内的斜向型钢混凝土柱施丁方统砌体结构、不支模无支撑、T厂制作左右。法获得了北京市T法。现场拼装、施T方便快捷、自重轻、_T跨国公司阿克苏诺贝尔旗下闲际期短、便于产业化生产等特点。“新型油漆品牌在中国发布lr其最新的嘭胀甘肃会展中心建筑群项目建造技术装配式整体式房屋结构体系”中所用型防火涂料解决方案——Inchar正在建设中的甘肃会展中心建筑的材料主要利用建材废渣废料进行生l120。这是首款能够保护处于火灾f1群项目，除建筑、结构、暖通、给排水、产，不仅消化了大量的建筑废渣料，节的钢结构长达2．5h的本地化生产的电气5个常规专业外，还涉及34个专能环保，与传统建材相比还有造价低水性膨胀型防火涂料，不含挥发性有机业55个专项，技术复杂，施T难度大。等优势，是一种可替代传统建材的理化合物和氯元素。Interchar1120产品该项目有应用推广新技术、新工艺230想建筑材料。将纤维类火灾的预防推向了新高度。余项，展览中心、大剧院兼会议巾心、Interehar1I20采用零VOC配方，符合上海首批装配式保障房2011年内动工五星级酒店全部经过了专项超限抗震欧盟相关溶剂排放指令，经过测试，通审查。展览中心为甘肃最大的超长、一种“像造汽车一样造房子”的新过中国GB14907—2002标准英国的超宽、单层超高超限工程，建筑东两轴型绿色节能建造方式——住宅产业化BS476标准2O一21部分。该产品可降线234m，南北轴线84m，单层层高模式将在上海全面推广，首批预制装低膨胀型涂料的应用成本；可采用无气9．5iTI，并具有地震临时避难所功能；配式保障房将于年内在浦江鲁汇保障喷涂、刷涂或者辊涂等涂装方法，方便第一次采用球形减震支座，单体幕墙房基地正式开工。预制装配式建造较快捷，且具有快干特性，能满足各种钢面积最大，并具有超大金属屋面，消防传统混凝土现场浇注施工精度提高结构复杂的设计及塑型要求。这种防系统共有水幕、雨淋、智能水炮、喷淋、3～4倍，外墙强度可提高9倍，建筑垃护涂料不防止建筑物着火，而是在着火消火栓、气体灭火等6大系统，是甘肃圾减少9l％，脚手架用量减少50％，的时候能够保护钢等建筑材料，让大家省第一个单体建筑中消防系统最完善钢材节约2％，混凝土节约7％，节电能够有更多的时间逃离现场以此来抢的公用建筑。甘肃大剧院兼会议中心10％以上，节水40％以上，节能减排效救人们的生命。涉及声学、舞台机械、灯光、音响等20果相当突出。传统建筑存在的窗框漏新型蒸压加气混凝土多项专业，设计协调难度大；结构平水、保温、防噪等难题也能迎刃而解。砌块干法施工工法面、竖向不规则，轴线多，标高繁杂，采上海将大力推进住宅产业化T用钢管混凝土顶升浇注技术，混凝土作，并将于2015年内实现装配整体式湖北省黄石市神州建材有限公司顶升至156m；采用超限高层钢结构中住宅面积占据住宅开工总量的20％左新型蒸压砂加气混凝土砌块干法施T应用约束曲屈支撑系统。右，逐步实现全市新建公共租赁房和T法获得通过，并将作为湖北省首个内环线以内新建住宅全面采用装配式行业地方标准在全省推广。采用千法新型装配整体房屋体系整体住宅方式建造的目标，预制装配施工的粘结剂砌筑和薄层抹灰腻子装“新型装配整体式房屋结构体系”化率达30％以上。饰，既能保证墙体部分的低导热系数，配套技术由兰州大学周绪红课题组研又解决了以往其他普通墙材与传统抹用于钢结构建筑的发，获六项国家发明专利和五十余项灰方式无法融合而产生的质量缺陷，膨胀型防火涂料实用新型技术专利，将该技术列为甘是一种技术性能、经济效益和社会效肃省重大科技项目，并向全省推广使钢结构通常在45O℃～650℃的温益都十分显著的新型节能保温体系。用。“新型装配整体式房屋结构体系”度中就会失去承载能力，发生很大的(上接第84页)经日本建筑中心对三种类型号的扩底铲斗(见表2)5)垂直倾向角0在12。以下；6)混凝土设计标准强进行评定和评价后，实际承接的T程呈飞跃发展趋度(F)在l8MPa以上、32MPa以下。此后的译定势，直桩和扩底桩的比例已超过2／3，并相继开发了和评价范围有所扩大，如Eagle桩施工法的适用扩17种施_T二方法。此外，作为扩底施T方法的扩大用底桩径为4,0．9～4．7m，TMB法为西1．4～4．211。例，现场灌注的钢管混凝土桩已早在1992年即开始2．3实际进展实施。大直径钻孔灌注桩施工中的扩底技术，在日本86'