振動樁錘是基礎(chǔ)施工中應(yīng)用廣泛的一種沉樁設(shè)備。沉樁工作時，利用振動樁錘產(chǎn)生的周期性激振力，使樁周邊的土壤液化，減小了土壤對樁的摩阻力，達(dá)到使樁下沉的目的。振動錘不但可以沉預(yù)制樁，也可作灌注樁施工。它既可用于沉樁，也可用于拔樁。
圖2-14 振動錘
1.分類及表示方法
振動樁錘按工作原理可分為振動式和振動沖擊式；按動力裝置與振動器連接方式可分成剛性振錘與柔性振錘；按振動頻率可分成低頻（１５～２０Ｈｚ），中頻（２０～６０Ｈｚ），高頻（１００～１５０Ｈｚ）與超高頻（１５００Ｈｚ以上）；若按原動機(jī)還可分成電動式、氣動式與液壓式。按構(gòu)造分為振動式和中心孔振動式。振動錘的型號編號用字母ＤＺ表示，后面的數(shù)值表示振動錘的功率（ｋＷ）。
2.基本構(gòu)造
（1）電動式振動樁錘的構(gòu)造
ＤＺ３０型振動錘，主要由扁擔(dān)梁１、電動機(jī)２、減振器３、傳動裝置４、激振器５、夾持器６和液壓泵站等組成。
圖2-15 ＤＺ３０振動錘的構(gòu)造
１扁擔(dān)梁；２電動機(jī)；３減振裝置；４傳動機(jī)構(gòu)；５激振器；６夾樁器
1）電動機(jī)
電動機(jī)與激振器多用剛性連接，電動機(jī)在強(qiáng)烈振動狀態(tài)下工作，為了防止電動機(jī)損壞，常用耐振電機(jī)。
2）激振器
激振器是振動錘的振源，一般均采用機(jī)械式定向激振器。常用的是兩軸激振器。大功率的振動錘也有采用四軸甚至八軸激振器。
雙軸激振器結(jié)構(gòu)(圖2-16)：箱體有兩根裝有偏心塊的軸，每個軸上裝有兩組偏心塊。每組偏心塊由一個固定塊和一個活動塊組成。兩個偏心塊的相互位置通過定位銷軸固定。調(diào)整兩者的相互位置可改變偏心力矩，也就是改變激振器所產(chǎn)生的激振力，這樣可以適應(yīng)各種沉樁和拔樁的要求。
振動樁錘的激振力與頻率有關(guān)，頻率越高，激振力越大。激振力與頻率的平方成正比。對于低頻錘（１５～２０Ｈｚ），通過強(qiáng)迫振動與土體共振達(dá)到使樁下沉的目的，主要用于鋼管樁與鋼筋混凝土管樁的下沉。中頻（２０～６０Ｈｚ）振動。激振加速度很大，但振幅較小，對黏土層，樁下沉很困難，適應(yīng)在松散的沖積層與松散砂土中沉樁。高頻（１００～１５０Ｈｚ），利用樁的彈性波對土壤進(jìn)行高能沖擊迫使樁下沉，主要用于硬土層。
圖2-16 激振器構(gòu)造圖
１ 皮帶輪；２、５、６ 固定偏心塊；３、４ 可調(diào)整活動偏心塊；７ 偏心塊傳動軸
3）夾樁器
夾樁器為振動樁錘與樁剛性連接的夾具，可以無滑動地將力傳給樁，使樁與振動錘連成一體，一起振動。夾持器有液壓式、氣動式和直接式。目前最常用的是液壓式，液壓夾樁器夾緊力大，操作方便，構(gòu)造簡單。
ＤＺ３０型振動錘的夾樁器由液壓缸１、杠桿３和夾鉗等組成(圖2-17)。液壓缸活塞向前推行時，杠桿３繞著杠桿銷軸４轉(zhuǎn)動，滑塊銷軸５將力傳給滑塊６，夾鉗將樁板夾緊。該夾樁器適用于夾持型鋼樁和板樁。
樁的形狀改變時，夾樁器就應(yīng)相應(yīng)的變換。振動樁錘用作灌注樁施工時，樁管用法蘭以螺栓和振動樁錘連接，不用夾樁器。
１液壓缸；２液壓缸銷軸；３杠桿；４杠桿銷軸；５滑塊銷軸；６滑動塊
圖2-17 液壓夾樁器
4）減振裝置
減振裝置由幾組組合彈簧與起吊扁擔(dān)構(gòu)成，防止激振器的振動傳到懸吊它的樁架或起重機(jī)上去。
除大型振動樁錘外，多數(shù)振動樁錘既可用于沉樁，也可用于拔樁。拔樁時在吊鉤與激振器之間有一組減振彈簧可大大削弱傳到吊鉤上的振動力。
（2）中孔振動樁錘的構(gòu)造
中孔振動樁錘是近幾年新開發(fā)的產(chǎn)品。在振動樁錘的中間有一個上下貫通的孔，該孔與樁管內(nèi)孔同心，可用來在灌注樁中放入鋼筋籠，也可從上面向孔中放進(jìn)落錘，落錘由卷揚機(jī)操縱。當(dāng)振動樁錘沉樁遇到地層阻力較大，無法沉入時，可從振動錘的中間孔用落錘擊打，以克服土壤端部阻力，提高樁管貫入能力。另外，當(dāng)沉樁到預(yù)定深處，可以加入一定量的干性混凝土，接著稍微提起樁管，利用落錘錘擊，使樁底部形成擴(kuò)大頭，增加灌注樁的承載能力。中孔振動錘為了便于整體布置，一般都用四個偏心軸，由兩個電動機(jī)驅(qū)動。偏心軸之間有同步齒輪連接。振動樁錘有導(dǎo)向裝置。由四只導(dǎo)向輪按一定距離對稱安裝在激振器箱體的后面。四個導(dǎo)向輪在樁架的導(dǎo)軌上滾動，起垂直導(dǎo)向作用。中孔振動錘主要用于沉樁。對于拔樁作業(yè)，中孔的作用不大。
 
１ 減振系統(tǒng)；２ 動力傳動裝置；３ 加壓滑輪；４ 激振器；５ 導(dǎo)向裝置
圖2-18 中孔震動錘（尺寸單位：ｍｍ）
（3）液壓振動樁錘的構(gòu)造
液壓振動樁錘是一種可以方便地改變振動頻率的振動樁錘。它和電動振動樁錘最主要的不同點就是將電機(jī)驅(qū)動改成了液壓馬達(dá)驅(qū)動。通過無級地改變液壓馬達(dá)的供油量，可以無級地改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到無級地改變振動頻率。
液壓振動樁錘一般由動力裝置、振動樁錘、液壓夾頭三部分組成。動力裝置與樁錘，液壓夾頭之間在工作時用液壓軟管相連接，如圖所示。
  
圖2-19液壓振動樁錘
１ 動力裝置；２ 液壓軟管；３ 軟管彈性懸掛裝置；４ 隔振器；５ 液壓馬達(dá)；６ 偏心塊；７ 振動箱；８ 液壓夾頭；９ 樁
圖2-20 液壓振動樁錘的組成
液壓振動樁錘的振動箱和電動振動樁錘的振動箱基本相同。都是由偏心軸上成對的偏心塊相對旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動；不同的是液壓振動樁錘是由液壓馬達(dá)取代電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。液壓振動樁錘的振動箱下部，一般都預(yù)留有安裝多種液壓夾頭的安裝孔，用于選裝不同的液壓夾頭。
隔振器是用于在樁錘和懸掛它的樁架或吊車之間隔離振動的。由于液壓振動樁錘一般功率都比較大，其所允許的最大拔樁力也大，而且液壓振動樁錘振動頻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故一般金屬螺旋彈簧很難滿足隔振器的要求。國外液壓振動樁錘的隔振器大都采用橡膠塊隔振器。液壓振動樁錘的液壓夾頭用于夾持樁進(jìn)行施工，液壓夾頭的夾緊力比較大，有的高達(dá)數(shù)千千牛。對于樁錘來說，液壓夾頭的夾緊力和夾頭與樁的靜摩擦系數(shù)的乘積必須大于樁錘的最大拔樁力。否則拔樁時夾頭可能打滑或滑脫。由于樁有多種形式和規(guī)格，所以液壓夾頭也有多種不同的形式。ＰＶＥ系列液壓振動錘采用的兩種液壓夾頭結(jié)構(gòu)圖。一種采用螺栓與振動錘固定，另一種采用燕尾槽與振動錘固定。
ａ）螺栓固定式；ｂ）燕尾槽固定式
圖2-21 ＰＶＥ系列液壓振動錘兩種液壓夾頭結(jié)構(gòu)
液壓夾頭與樁錘的連接根據(jù)樁的形狀和尺寸不同有多種連接形式，圖2-22是液壓夾頭與樁錘常用的幾種連接形式。
圖2-22 液壓夾頭與樁錘連接形式
動力裝置一般由柴油發(fā)動機(jī)、液壓泵（一般有多臺液壓泵）、液壓控制閥、油箱等組成。驅(qū)動振動樁錘液壓馬達(dá)的主泵為一臺或多臺，小型樁錘一般用一臺主泵，大型樁錘則用兩臺或三臺泵并聯(lián)供油。主泵有的為定量泵，有的為變量泵。可通過改變主泵工作臺數(shù)或?qū)ψ兞勘眠M(jìn)行變量等方式改變對樁錘液壓馬達(dá)的供油量，使液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而改變樁錘的振動頻率，以取得在不同土質(zhì)條件下的最佳工作效果。
動力裝置上還有一臺小油泵專用于給液壓夾頭供油。為了防止液壓夾頭在工作中松脫，必須保證液壓夾頭的油缸維持足夠的壓力。有的樁錘上用壓力繼電器來控制，當(dāng)油缸壓力達(dá)到要求值時，壓力繼電器控制電磁換向閥動作，將油泵的壓力油排回油箱；當(dāng)油缸壓力低于某一值時，壓力繼電器又控制電磁換向閥動作，將油泵的壓力油輸往油缸。如此反復(fù)，從而將液
壓夾頭的壓力控制在一個給定的范圍內(nèi)。另外，有些樁錘也有采用溢流閥來保持液壓夾頭的壓力。這時小油泵通過換向閥持續(xù)地向液壓夾頭的油缸供油，當(dāng)壓力超過額定壓力時，溢流閥開啟，多余的壓力油從溢流閥流回油箱。
液壓振動樁錘和電動振動樁錘相比，有以下優(yōu)點：
１）液壓振動樁錘能夠在工作中隨時方便地?zé)o級調(diào)節(jié)振動頻率，使液壓振動樁錘可以在不同的土質(zhì)條件下取得最佳的沉樁和拔樁效果。如果配合無級調(diào)節(jié)偏心力矩，使這種效果更加明顯。
２）液壓振動樁錘由柴油機(jī)直接提供動力，起動方便，其柴油發(fā)動機(jī)的功率一般只略大于樁錘的功率。
３）液壓振動樁錘噪聲低。通過對振動頻率和偏心力矩的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以減輕振動和噪聲對周邊的影響，因而可以降低公害。
４）液壓振動樁錘操作使用比較方便。由于液壓振動樁錘所具有的上述優(yōu)點，國外應(yīng)用已相當(dāng)普遍。
（4）振動樁錘的技術(shù)參數(shù)
振動樁錘的主要技術(shù)參數(shù)為功率、激振力、振幅和頻率等。 |
