【正文】 在此過程中，我不僅學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，更多地認(rèn)識(shí)到怎樣才能把一件事情做好。具體計(jì)算時(shí)必須考慮應(yīng)力集中的影響，同時(shí)考慮汽缸和下活塞材料不同帶來(lái)的影響，進(jìn)行強(qiáng)度校核，并在設(shè)計(jì)時(shí)采取工藝措施以減少應(yīng)力集中的危害。 當(dāng) 24lltaa?? 時(shí)，在 xl? 處的最大應(yīng)力為： ? ?2m a x 1 mvEea? ???拉 (7) 沖擊端產(chǎn)生拉應(yīng)力意味著汽缸已和沖擊體分開。這種計(jì)算模型方法可以有效地計(jì)算長(zhǎng)樁樁尖錘擊貫入持力層的過程，可以對(duì)計(jì)算模型度作適當(dāng)改進(jìn)以減小數(shù)學(xué)模型 結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果之間的誤差。 現(xiàn)代樁錘動(dòng)力學(xué)計(jì)算研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng)的樁錘設(shè)計(jì)基于牛頓碰撞力學(xué)的理論已有很大的局限性，因?yàn)樗荒芎芎玫亟忉屪饔迷跇扼w或錘體內(nèi)的交變應(yīng)力問題。 在打樁過程內(nèi)，有兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，即將燃料的熱能轉(zhuǎn)換為沖擊部分的機(jī)械能 (其中少部分可直接作功使樁貫入 )，以及將沖擊部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榈鼗恋淖冃喂Χ箻敦炄胪翆?。運(yùn)用能量守恒原理推導(dǎo)了汽缸、下活塞沖擊后沖擊面上的速度，分析了應(yīng)力波的傳遞過程，并運(yùn)用波動(dòng)理論解析計(jì)算了大型柴油樁錘汽缸的動(dòng)應(yīng)力，指出了汽缸的主要破壞形式及改進(jìn)方法。 在吊錘掛鉤脫鉤臂的一端有孔，可以穿上繩子是脫鉤臂會(huì)轉(zhuǎn)至水平位置，這時(shí)吊錘掛鉤被轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使連接鉤的下端脫開，汽缸借本身重量自由下落，如果繼續(xù)拉下脫鉤臂至下垂位置，則鉤架也就與橫梁脫開了。 汽缸的上部有槽，穿有小軸為頂座的掛鉤掛住汽缸之用，并可在裝車時(shí)作為固定之用。這樣連接的特點(diǎn)，是當(dāng)樁錘和樁身的中心線彼此稍有偏差時(shí)，錘頭仍可錘擊在樁帽的中心上。 柴油樁錘底部的構(gòu)造設(shè)計(jì) 柴油樁錘底部的構(gòu)造見下圖，活塞是中空的圓柱體，由四根直筋和底座鑄在一起，活塞中部有兩個(gè)空氣冷卻門，活塞的上端還有四條活塞環(huán)槽，在活塞中間有油道，油道的頂端裝有噴油嘴，油道底端通至油泵，油泵的下端則與油箱相連。增速滑輪組主要用于液壓今兒氣力驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)中，如叉車的起升機(jī)構(gòu)。熱軋滑輪重量輕、強(qiáng)度好、精度高、繩槽表面硬度較高。 （ 1）鑄造滑輪，有鑄鐵和鑄鋼兩類。主要是負(fù)責(zé)舉樁、升降柴油樁錘、和使用卷?yè)P(yáng)機(jī)。如果要一直開到四檔才能將樁沉到設(shè)計(jì)持力層，那么按“重錘低擊”的原則，不如抉擇一個(gè)大一級(jí)的柴油錘采用開 2~3 檔油門的運(yùn)作法來(lái)打樁，其效果要好的多 [19]。 現(xiàn)行《基樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)檢測(cè)預(yù)制樁承載力時(shí)，從設(shè)樁到檢測(cè)（或復(fù)打）的最小休止時(shí)間，砂士七天，非飽和粘土十五天。 R/a 時(shí)停止錘擊，測(cè)出樁的入土深度，測(cè)繪出收錘回彈曲線，量出最后貫入度和樁土彈性壓縮量 Cp+Cq 值，記錄每米沉樁錘擊數(shù)，以及最后一米沉樁錘擊數(shù)。試打樁的規(guī)格、長(zhǎng)度及地質(zhì)條件應(yīng)有代表性，應(yīng)選在工程地質(zhì)鉆探孔四周，施打條件應(yīng)與工程樁一致。適用于管樁的送樁器下端部有兩種形式：套筒式和插梢式。據(jù)不少施工單位的經(jīng)驗(yàn)，在一般工程地質(zhì)條件下送樁，收錘貫入度可按比不送樁貫入度小 5mm 來(lái)控制。此法另一個(gè)缺點(diǎn)是配樁固定，不能隨地質(zhì)條件的變化而及時(shí)調(diào)整配樁長(zhǎng)度，浪費(fèi)較大。在冬季 0℃以下天氣中施工，應(yīng)采取防風(fēng)和預(yù)熱措施，預(yù)熱可用氧乙炔火焰均勻烘烤的方法，使母材溫度達(dá)到 36℃以上才進(jìn)行施焊。施打直樁時(shí)，要求樁身在施打過程 中自始至 . 要自始至終保持樁身垂直，力戒打偏 終保持鉛錘狀態(tài)，這不僅是為了保證成樁的垂直度，也是防止管樁受偏心錘擊而被擊碎的一條重要施工控制措施，因此打樁時(shí)樁錘、樁帽和樁身中心線應(yīng)重合，也就是說三體中心線保持在同一鉛垂線上，如有偏差應(yīng)隨時(shí)糾正，特別是 第一 節(jié)管樁的垂直度偏差對(duì)整根樁的成樁質(zhì)量起著重要作用，故要十分重視第一節(jié)樁的插設(shè) 工作 。所以樁帽的結(jié)構(gòu)、尺寸做得是否合理，對(duì)打樁質(zhì)量的影響較大。所以要打設(shè)極限承載力為 4000KN 的Ф 500mm 預(yù)應(yīng)力管樁，首先可排除 D25和 D35 柴油錘，只有 D40 及 D40 以上的柴油錘可以考慮選用。 國(guó)外有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 28 天強(qiáng)度為 49MPa 的混凝土， 當(dāng)錘擊壓應(yīng)力為混凝土強(qiáng)度的 75%（ 37MPa）時(shí)，錘擊 819 次破壞；當(dāng)錘擊應(yīng)力為混凝土強(qiáng)度的 45%~57%（ 22~28MPa），時(shí)錘擊 2400 次破壞；當(dāng)錘擊應(yīng)力為 35%~50%（ 17~24MPa）時(shí)，錘擊 2670 次破壞；當(dāng)錘擊應(yīng)力為 27%~33%（ 13~16MPa）時(shí)，錘擊 3400 次破壞。 滑軌式柴油打樁機(jī)工作原理示意圖 錘m 錘m 樁M 樁M h h 反跳后的最高位置 l 樁帽 泥土 圖 1 圖 2 柴油打樁機(jī)的工作過程是這樣的：當(dāng)我們扯動(dòng)吊錘掛鉤脫鉤臂而使氣缸沿導(dǎo)桿落到活塞上時(shí)，活塞頭上與汽缸底之間就積存了相當(dāng)量的空氣，隨著氣缸的繼續(xù)下落，這部分空氣開始被壓縮，空氣的溫度因受壓縮而急劇上升，在平均壓縮比 15:1 時(shí)，空氣 溫度已經(jīng)升得很高 (約 400500 攝氏度）；同時(shí)，汽缸外的壓銷壓使油泵的柱塞下行，柴油途徑油管而從噴油嘴噴入燃燒室內(nèi)，碰著溫度很高的空氣，立刻開始燃燒爆發(fā)，推使汽缸上升。在重錘與樁碰撞的過程中，通過壓縮使混合物燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，從而使樁向下運(yùn)動(dòng)，錘向上運(yùn)動(dòng)。 打樁機(jī)的樁架部分要求能夠承受一定的載荷與沖擊，滿足強(qiáng)度和剛度的同時(shí)還應(yīng)該節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本，提高其經(jīng)濟(jì)效益。 國(guó)內(nèi)外打樁機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)明顯，具體體現(xiàn)在： 高速化、智能化、低能耗，提高打樁機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。在打樁的現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)樁位的布局預(yù)先用枕木和槽鋼 鋪設(shè)一段簡(jiǎn)易導(dǎo)軌，并將打樁機(jī)組裝在導(dǎo)軌上，使自動(dòng)夾緊裝置處松開狀，然后用人力將整機(jī)移至需要打樁的位置由于整機(jī)的重量較輕，采用人力就能較輕松地移動(dòng)，在移動(dòng)過程中松開的夾緊裝置仍能起保護(hù)作用，防止整機(jī)移動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的傾翻現(xiàn)象，當(dāng)將打樁機(jī)準(zhǔn)確地移動(dòng)到需要打樁的新樁位時(shí)，通過液壓控制系統(tǒng)，使夾緊裝置將打樁機(jī)緊緊地固定在導(dǎo)軌上以保證打樁機(jī)能正常工作 [4]。柴油錘的工作是靠壓燃柴油來(lái)啟動(dòng)的，因此必須保證汽缸內(nèi)的封閉氣體達(dá)到一定的壓縮 比，有時(shí)在軟土地層上打樁時(shí) ,往往由于反作用力過小 ,壓縮量不夠而無(wú)法引燃起爆，就需要用吊鉤多次吊起錘頭脫鉤沖擊，才能起動(dòng)。 （ 2）柴油錘打樁機(jī)。螺旋鉆打樁機(jī)鉆孔灌注樁法和其他幾種 打樁方法僅能打某一種類型的樁，功能單一 [3]。 卷?yè)P(yáng)機(jī)打樁機(jī)打孔灌注樁法 卷?yè)P(yáng)機(jī)打樁機(jī)由卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼繩、滑輪組、三角架、鋼樁體等組成，打樁時(shí)需先把前端為尖錐形狀的鋼樁體定位在設(shè)計(jì)坐標(biāo)上，再由卷?yè)P(yáng)機(jī)通過鋼繩、滑輪組將其拉至一定高度，然后迅速放下，利用鋼樁體自身產(chǎn)生的重力勢(shì)能，使鋼樁體沉入土中打出一定深度的樁孔，控制卷?yè)P(yáng)機(jī)將其拉出地面并挖出鋼樁體內(nèi)的土重復(fù)進(jìn)行前一次的操作，經(jīng)過反復(fù)多次操作將樁孔錘擊至設(shè)計(jì)深度，最后用混凝土灌注樁孔。 樁是豎向 (或微斜 )埋入地層中而向底層巖土深 處傳遞載荷的一種受力桿件 ,鉆孔灌注樁則是按成樁方法分類而定義的一種樁型。 樁錘依附在樁架前部?jī)筛叫械呢Q直導(dǎo)桿（俗稱龍門）之間，用提升吊鉤吊升。另外為了實(shí)現(xiàn)不同高度的打樁要求，本打樁機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樁錘和打樁機(jī)滑架的任意調(diào)整 。 本設(shè)計(jì) 采用 人工 進(jìn)行控制，其突出的特點(diǎn)是：體積小、重量輕、搬運(yùn)方便，能在惡劣的建筑施工環(huán)境中可靠工作，性能價(jià)格比高。 該裝置具有自動(dòng)化程度高、操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、工作可靠、快速、安全的優(yōu)點(diǎn) ，對(duì)于提高建筑工程的質(zhì)量及生產(chǎn)率有著重要的意義。 打樁機(jī)的發(fā)展背景 近年來(lái) ,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的逐步增強(qiáng) ,國(guó)內(nèi)各大城市的高層建筑、立交橋、海港碼頭、鐵路公路橋梁等基本建設(shè)項(xiàng)目急劇猛增 , 建筑業(yè)迅速發(fā)展，大口徑基礎(chǔ)樁工程得到廣泛應(yīng)用。樁架為一鋼結(jié)構(gòu)塔架 ,在其后部設(shè)有卷?yè)P(yáng)機(jī) ,用 以 起吊樁和樁錘 [11]。它是一種現(xiàn)場(chǎng)澆注型的鋼筋混凝土樁 ,系指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔 ,并在其內(nèi)放置鋼筋籠 ,灌注混凝土而制成的樁。 靜壓法打樁機(jī)打孔灌注樁法 此種方 法采用專用的夾樁機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)將樁體夾住，由夾樁箱直接將壓力傳給鉗口，通過油缸驅(qū)動(dòng)將樁體緩緩沉入土中，直至設(shè)計(jì)深度，然后用混凝土灌注樁孔。 打樁機(jī)的種類 （ 1）蒸汽錘打樁機(jī)。主體也是由汽缸和柱塞組成，其工作原理和單缸二沖程柴油機(jī)相似，利用噴入汽缸燃燒室內(nèi)的霧化柴油受高壓高溫后燃爆所產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力驅(qū)動(dòng)錘頭工作。柴油錘的錘座上附有燃油噴射泵、油箱、冷卻水箱及樁帽。 打樁機(jī)設(shè)計(jì)的目的及意義 柴油錘樁架采用滑軌式移動(dòng)，自動(dòng)化程度高，可自行裝卸車，自由行走，可 360 度全回轉(zhuǎn)，配有最好最大的四條液壓油 缸支腿，在惡劣的施工環(huán)境中展現(xiàn)其獨(dú)特的有事，增加施工時(shí)的整機(jī)穩(wěn)定性，可整機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。 機(jī)電液 一體化。 柴油錘爆發(fā)力強(qiáng)，錘擊能量大，工效高，錘擊作用時(shí)間比自由落錘作用時(shí)間長(zhǎng)，因此錘擊應(yīng)力相對(duì)低一些，沖擊體沖擊距離（落距）隨沉樁阻力的大小而 自動(dòng) 調(diào)整，比擬適合于管樁的施打?，F(xiàn)把柴油 打樁機(jī)和打樁過程簡(jiǎn)化如下： 柴油打樁機(jī)重錘的質(zhì)量為 m，錘在樁帽以上高度為 h處（如圖 1）從靜止開始沿豎直軌道自由落下，打在質(zhì)量為 M（包括樁帽）的鋼筋混凝土樁上。這時(shí)，汽缸里的反作廢氣也就自行排除。實(shí)際打樁時(shí)，一般要求打樁壓盈利控制在混凝土極限強(qiáng)度的 50%以內(nèi)，錘擊 1500次左右不會(huì)發(fā)生疲憊破壞，超過 2500 次就有可能發(fā)生疲勞破壞，所以打樁時(shí)錘擊次數(shù)不宜超過 2020（ PC樁） ~2500（ PHC 樁）次。但 D40以上的柴油錘型號(hào)是多種的，有 D4 D50、 D60（ 62）、 D80 等，此時(shí)有的工程師憑經(jīng)驗(yàn)按錘重與樁重的比例來(lái)進(jìn)一步選錘：一般土質(zhì)情況下，柴油錘沖擊體重量與成樁樁重之比可取 ，若 軟土較厚，可取 。 樁帽的墊層有“樁墊”和“錘墊”之分：“錘墊”設(shè)在樁帽的上部，與柴油錘的下沖擊體接觸，其保護(hù)柴油錘和樁頭的作用，“錘墊”一般用堅(jiān)紋硬木或盤圓層疊的鋼絲繩制作，厚度宜取 15~20cm。規(guī)范規(guī)定，預(yù)制樁的成樁垂直度偏差不得大于 1%，而第一節(jié)底樁的垂直度偏差不得大于 %，說明第一節(jié)底樁錘制度控制要嚴(yán)格，一般來(lái)說，第一節(jié)底樁沉入土中的垂直度偏差小，整根樁的垂直度偏差也不會(huì)太大，同時(shí)，打樁的破損率也會(huì)減小，因?yàn)闃渡硪粌A斜，樁頂端面與打樁錘的接觸面就減少，應(yīng)力集中，錘擊偏心。焊接后應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，焊縫不得有凹痕、咬邊、焊瘤、夾渣、裂縫等表明缺陷。 20 世紀(jì) 80年代中期，華南某管樁工程，設(shè)計(jì)采用Φ 550 管樁，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，強(qiáng)風(fēng)化巖層頂面埋深約 30m，強(qiáng)風(fēng)化巖上面厚30m 的復(fù)蓋層，是可塑 或硬塑的粘土、粉質(zhì)粘土，施工單位采用三節(jié) 10m長(zhǎng)的管樁進(jìn)行配樁，采用大流水施工法，第一節(jié)第二節(jié)都是采用 45 型柴油錘施打，沉樁較為順利，但打第三節(jié)樁時(shí)，設(shè)計(jì)采用 60 型柴油錘施打并收錘，由于當(dāng)時(shí)租用 60 型柴油錘較為困難，中間停歇整整一個(gè)月，結(jié)果用 60型柴油錘施打第三節(jié)樁時(shí) 40%以上的樁頭或接頭被打壞，造成重大施工質(zhì)量事故。 要保證送樁質(zhì)量，合理設(shè)置送樁器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造至關(guān)重要。套筒式送樁器下端的套筒深度宜取 25~30cm，外徑應(yīng)比管樁內(nèi)徑小 2~3cm，否則送樁時(shí)容易損壞樁頭混凝土。通過試打樁，可以了解管樁的可打性，驗(yàn)證選錘的合理性，在保證承載力設(shè)計(jì)值的前提下提出比擬適合實(shí)際的可操作的收錘標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地質(zhì)資料分析樁尖進(jìn)入持力層深度。試打樁因?yàn)闀r(shí)間緊，一般只休息 24 小時(shí)可進(jìn)行復(fù)打，應(yīng)該說休止時(shí)間不足，測(cè)出的樁承載力還有增大的可能，這部分增大的承載力可作為 安全 儲(chǔ)備，或作為檢測(cè)誤差的 補(bǔ)償。 柴油打樁機(jī)的三個(gè)組成部分是樁架、柴油樁錘、卷?yè)P(yáng)機(jī)。 樁架底座呈三 角形由槽鐵構(gòu)成，下面裝有為支撐而設(shè)的四個(gè)支撐柱。承受負(fù)荷不大的小尺寸滑輪（ D350mm），一般制成實(shí)體的滑輪，其材料為 HT150 鑄鐵，鑄鐵滑輪工藝性好，廉價(jià)；承受負(fù)荷大的大尺寸滑輪一般采用球鐵（如 QT4210）或鑄鋼（如 ZG230450、 ZG270500或 ZG35Mn 等），鑄成帶筋、孔和帶輪輻的結(jié)構(gòu)。熱軋滑輪已在我國(guó)港口機(jī)械中大量使用，已有系列產(chǎn)品。 滑輪組根據(jù)構(gòu)造又分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組。偏心小輪的上面裝有調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的供油量大小的搖臂。拉桿靠軸固定在半球形承座內(nèi)，螺絲則壓緊著軸，使不致松動(dòng)。 柴油打樁機(jī)頂座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在用鐵管做成導(dǎo)桿的頂端有一橫梁，橫梁兩端有垂直的圓柱孔為固定導(dǎo)桿的上端之用。 柴油樁錘的油泵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 油泵的構(gòu)造如下圖所示； 當(dāng)汽缸落下到快開始沖擊的位置時(shí)，裝在氣缸上的壓銷即和搖臂上端的斜面相接觸，壓使搖臂回轉(zhuǎn)而向下推動(dòng)推桿，使油泵柱塞下行。 柴油樁錘的工作原理 導(dǎo)桿式柴油打樁錘由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和較大的打擊能量而被廣泛應(yīng)用于樁基施工中。研究表明，當(dāng)樁的貫入阻力較小時(shí)，燃料燃燒的爆發(fā)力將成為樁貫入的主要作用；而當(dāng)樁的貫入阻力較大時(shí)，汽缸的沖擊力將成為樁貫入的主要作用?，F(xiàn)代樁錘設(shè)計(jì)的解析法大都以波動(dòng)理論為基 礎(chǔ)，計(jì)算樁體或錘體內(nèi)的動(dòng)應(yīng)力。建立了力學(xué)模型及優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 ,利用復(fù)合形法 ,以沖擊功的倒數(shù)作為目標(biāo)函數(shù) ,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì) ,并對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了沖擊功和沖擊頻率的計(jì)算 [17]。實(shí)際上，從這一瞬間開始，汽缸變成自由振動(dòng)，不發(fā)生式（ 7）表示的應(yīng)力。