【摘要】ZLG22米折塔式履帶螺桿樁機(jī)是螺桿樁的成樁設(shè)備，該樁機(jī)具有動(dòng)力頭扭矩大，主卷揚(yáng)拉力大，同步控制性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，主要用于超硬和復(fù)雜巖土地層的成樁，簡化了成樁工藝，提高了單樁承載力，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。本文主要介紹了該樁機(jī)成樁原理、樁機(jī)組成、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)及實(shí)際應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】超大扭矩；單排雙出繩；同步控制；螺桿樁

1.概述

螺桿樁是一種高性能、低造價(jià)、短周期的新型樁，具有無噪音、無污染、無取土、對(duì)周邊建筑無影響的綠色環(huán)保的特點(diǎn)。可以說螺桿樁無論是工程實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性還是環(huán)保性上都具有顯而易見的優(yōu)點(diǎn)和不可限量的前景。但現(xiàn)有的螺桿樁成樁設(shè)備JUS120履帶螺桿樁機(jī)（第一代螺桿樁機(jī)）存在動(dòng)力頭扭矩小、同步穩(wěn)定性差、施工效率低等缺點(diǎn)。為了解決這些問題，我們研制了ZLG22米折塔式螺桿樁機(jī)，它是東北煤田地質(zhì)局一二八勘探隊(duì)的第二代螺桿樁機(jī)，主要結(jié)構(gòu)采用折疊塔、收縮行走履帶，拆裝搬運(yùn)方便，施工效率高，成樁質(zhì)量好，單樁承載力高等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備螺桿樁、螺旋擠土樁（即SDS樁）、長螺旋大孔徑硬巖樁的施工。施工過程中采用泵送混凝土由樁底向上灌注，施工效率高，成樁質(zhì)量好。適應(yīng)于淤泥質(zhì)黏土、粉土、砂土、含礫石黏性土、黃土、強(qiáng)風(fēng)化土、中風(fēng)化土等?，F(xiàn)已廣泛用于交通、工業(yè)與民用建筑工程領(lǐng)域中。

2.成樁原理

螺桿樁是上部位圓柱型、下部為螺絲型的變截面異形樁。動(dòng)力頭在直流電機(jī)控制下帶動(dòng)螺桿鉆具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在主卷揚(yáng)繩的拉力下沿主塔軌道做豎直上下移動(dòng)。鉆進(jìn)過程中，動(dòng)力頭正轉(zhuǎn)，主卷揚(yáng)加壓；提升過程中，動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)，主卷揚(yáng)提升，通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速與主卷揚(yáng)加壓、提升過程完全同步化，連續(xù)提升鉆桿至地面，在提鉆同時(shí)管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁，最后放鋼筋籠，滿足螺桿樁施工要求。同時(shí)動(dòng)力頭和主卷揚(yáng)具有單獨(dú)操作功能，滿足SDS樁和大孔徑硬巖樁施工。

3.主要結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示。1.頂部滑輪組；2.主塔；3.斜支桿；4.電氣系統(tǒng)；5.塔支座；6.配重；7.主卷揚(yáng)機(jī)；8.液壓支腿；9.駕駛室；10.液壓系統(tǒng)；11.工具卷揚(yáng)機(jī)；12.履帶底盤；13.主平臺(tái)；14.加壓滑輪組；15. 護(hù)筒；16.鉆具；17.動(dòng)力頭

4.主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4.1動(dòng)力頭部分

現(xiàn)有的設(shè)備動(dòng)力頭采用三環(huán)減速器，由雙75kw直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸出扭矩小，只有250KN.m。局限性：不能滿足硬巖及復(fù)雜地層的螺桿樁、螺SDS樁、大徑硬巖樁的施工。而且三環(huán)減速器要增加速比，會(huì)使體積增大，重量增加，這樣影響樁機(jī)行走和工作時(shí)的穩(wěn)定性。

該樁機(jī)動(dòng)力頭采用電機(jī)直流調(diào)速控制，雙硬齒面二級(jí)行星減速，同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)硬齒面斜齒減速器輸出，帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，同時(shí)硬齒面減速器采用水冷方式。主要部件型號(hào)及技術(shù)參數(shù)：直流電機(jī)Z4—250—21，90kw，2臺(tái)，轉(zhuǎn)速0～2250r/min；二級(jí)行星減速器HJC1100D.54—01，速比54，2臺(tái)；硬齒面斜齒減速器ZZCD710—04，速比4，1臺(tái)；經(jīng)計(jì)算得出動(dòng)力頭額定輸出轉(zhuǎn)矩為450KN.m，國內(nèi)同類機(jī)型相比最高，輸出轉(zhuǎn)速為0～12r/min。特點(diǎn)：采用變頻調(diào)速控制，超大扭矩輸出，滿足了不同巖層及復(fù)雜地層的成孔成樁。

4.2主卷揚(yáng)機(jī)部分

現(xiàn)有的設(shè)備主卷揚(yáng)采用電動(dòng)恒速雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)（直流調(diào)速），完成動(dòng)力頭的提升和加壓，每個(gè)卷筒單獨(dú)操作，手動(dòng)控制離合。局限性：（1）加壓和提升換向操作不方便，要通過中間介輪來完成；（2）每個(gè)卷筒上的鋼絲繩都采用多層纏繞，收放過程中繩速隨時(shí)都在變化，很難保證動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速與其豎向移動(dòng)的同步性；（3）單繩拉力小，對(duì)復(fù)雜地層很難施工。

該樁機(jī)主卷揚(yáng)采用交流變頻控制，大直徑卷筒內(nèi)藏大速比硬齒面減速器，同時(shí)采用同一卷筒單排繩雙出繩結(jié)構(gòu)，用于牽引動(dòng)力頭沿主塔軌道豎直上下移動(dòng)，使加壓和提升動(dòng)力頭同速。卷筒直徑φ870mm，長1400mm ；鋼絲繩直徑φ26mm；主要部件型號(hào)和技術(shù)參數(shù)：電機(jī)：YVP225M—8，22kw，1臺(tái)；內(nèi)藏減速器型號(hào)：QJC1600，速比：260.3。經(jīng)計(jì)算得出：主卷揚(yáng)繩速0～20m/min，單繩拉力175KN，最大提升力可達(dá)700KN，國內(nèi)同類機(jī)型相比最高。

特點(diǎn)：（1）在交流變頻電機(jī)的帶動(dòng)下，卷筒旋轉(zhuǎn)，兩根鋼絲繩同速收放，在保證動(dòng)力頭額定輸出轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，收放鋼絲繩同步性更高。滿足了動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速與其豎向移動(dòng)的同步性要求，避免了施工中二次成螺等虛假螺紋的現(xiàn)象，提高了成樁質(zhì)量。（2）由于鋼絲繩單層纏繞，因而減少了鋼絲繩的磨損。（3）利用一個(gè)卷筒完成兩個(gè)卷筒的功能，操作簡單，提高了施工效率，同時(shí)節(jié)省了成本。

4.3塔架部分

主塔是樁機(jī)的關(guān)鍵部分，現(xiàn)有的螺桿樁機(jī)主塔采用法蘭連接，而且材質(zhì)多采用普通鋼材制造，體積大，重量大。安裝、拆卸、起落塔必須借助于吊車進(jìn)行，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、運(yùn)輸成本高，同時(shí)也給用戶帶來很大麻煩。

該樁機(jī)主塔采用高強(qiáng)度鋼材（BS700MC和42CrMo等），增加了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，同時(shí)減輕了整機(jī)的重量。塔高28m，經(jīng)三次折疊滿足運(yùn)輸要求，利用液壓起塔、落塔、折疊。主塔截面尺寸：650mm×480mm。經(jīng)計(jì)算主塔的扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度：τmax= 94.19MPa〈 [τ]=233 MPa；扭轉(zhuǎn)剛度：θ=0.291°/m〈 [θ]=0.5～1°/m。故主塔的強(qiáng)度和剛度均滿足超大扭矩動(dòng)力頭輸出扭矩450kN.m的要求。特點(diǎn)：塔架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，具有很高的安全穩(wěn)定性。采用液壓油缸控制和鋼絲繩共同完成起、落塔，操作簡單，效率高，省去組裝塔架、斜支桿、纏繞鋼絲繩等環(huán)節(jié)。折疊式塔架簡化了拆裝和運(yùn)輸，提高了施工效率。

4.4底盤部分

現(xiàn)有的設(shè)備底盤兩側(cè)履帶與回轉(zhuǎn)架體是法蘭連接，展寬不易調(diào)節(jié)，運(yùn)輸時(shí)履帶需要拆掉，操作不便。同時(shí)增大了設(shè)備轉(zhuǎn)場及運(yùn)輸?shù)睦щy，靈活性差。為了解決上述問題，該樁機(jī)采用單油缸伸縮式履帶底盤，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)輸方便，操作運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。履帶行走采用電動(dòng)控制，根據(jù)樁架設(shè)計(jì)要求：履帶行走轉(zhuǎn)矩為70000N·m，履帶行走速度4～8m/min；為了滿足施工和運(yùn)輸要求，施工時(shí)履帶展寬4.6m，運(yùn)輸時(shí)縮寬3.3m。特點(diǎn)：靈活、迅速、行走平穩(wěn)，而且相對(duì)的比其它驅(qū)動(dòng)不僅降低了制造成本和使用成本，故障率也低，操作方便。

4.5螺桿鉆具部分

螺桿鉆具是螺桿樁成樁的關(guān)鍵部分。螺桿鉆具由光桿鉆具、帶螺旋葉片的螺桿鉆具和鉆頭三部分組成，鉆具內(nèi)設(shè)有泥漿管，作為輸送混凝土的通道。其中帶有葉片的螺桿鉆具部分長度一般為4～8m，這里取6m，其余部分為光桿鉆具。根據(jù)螺桿灌注樁的技術(shù)規(guī)程并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)確定螺桿鉆具中心管和葉片尺寸：

樁徑（mm） φ400 φ500 φ600 φ700

樁管直徑（mm）φ291×δ20 φ351×δ20 φ351×δ20 φ426×δ20

螺距（mm） 340 360 380 460

葉片材質(zhì)：低碳耐磨鑄造高強(qiáng)度合金鋼；鉆具接頭材質(zhì)：42CrMo。鉆頭形式采用單開門，優(yōu)點(diǎn)口不易開且吐料好。螺桿鉆具接頭采用內(nèi)、外六方插接，抗剪、抗扭強(qiáng)度好，而且對(duì)中性好。

5.與當(dāng)前國內(nèi)同類研究、同類技術(shù)的綜合比較

螺桿樁是國內(nèi)專利產(chǎn)權(quán)，是國家推廣的節(jié)能減排樁基礎(chǔ)，當(dāng)前國內(nèi)螺桿樁機(jī)生產(chǎn)共三家。分別是東北煤田地質(zhì)局一二八勘探隊(duì)、山東卓力樁機(jī)有限公司、武漢武船機(jī)電設(shè)備有限公司，其性能見下表：

螺桿樁機(jī)性能比較表

6.實(shí)際應(yīng)用情況

以遼寧省本溪市某高層建筑施工為例，該地區(qū)的土層情況如下（從上之下）：①雜填土 ②粘土 ③粉質(zhì)粘土（硬塑）④粉質(zhì)粘土（可塑）。對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，對(duì)已施工了8根樁徑為500mm試驗(yàn)樁，有效樁長20m，進(jìn)行單樁靜荷載試驗(yàn)，測試結(jié)果為：最大加載載荷為7500KN，單樁最大沉降僅為15mm。滿足了單樁承載特征值2800KN，沉降量小于36mm的要求。

ZLG22米折塔式履帶螺桿樁機(jī)自投放市場以來，先后有近5臺(tái)設(shè)備在東北三省及內(nèi)蒙多地多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了施工作業(yè)，通過現(xiàn)場施工反饋，該樁機(jī)械性能穩(wěn)定，成樁質(zhì)量好，施工效率高，與同類型的螺桿樁機(jī)相比（如山東卓力樁機(jī)有限公司生產(chǎn)的螺桿樁機(jī)），動(dòng)力頭輸出轉(zhuǎn)矩大，同步性強(qiáng)，輸出轉(zhuǎn)速高，施工效率能提高15%—20%，拆裝搬運(yùn)簡化，節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。幾年來為用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)為用戶螺桿樁的施工在社會(huì)上樹立了良好的形象，獲得了很好的聲譽(yù)。

7.結(jié)束語

ZLG22米折塔式履帶螺桿樁機(jī)的推廣使用，帶動(dòng)了建筑樁基礎(chǔ)節(jié)能減排的步伐，原始的樁基礎(chǔ)如超流態(tài)、CFG、正反循環(huán)沖擊回轉(zhuǎn)等樁型面臨著逐漸遠(yuǎn)離市場。螺桿樁、SDS樁得到了很好的質(zhì)量保障，為企業(yè)和社會(huì)帶來了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)為推廣螺桿樁、SDS樁起到積極作用，節(jié)能減排，得益于民。

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作者簡介

劉守進(jìn)（1965年4月— ），男，遼寧沈陽人，大學(xué)畢業(yè)，東北煤田地質(zhì)局一二八勘探隊(duì)副隊(duì)長，高級(jí)工程師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造工作。