内河高频液压振动打桩船的应用

摘   要：目前对专用打桩船的需求越来越大，本文论述了内河高频液压振动打桩船的概况、主要技术参数、操作施工原理、船舶特性、存在问题及改进建议。 关键词：内河  打桩船     浙江省目前内河专用打桩船很少，内河高频液压振动打桩船几乎为空白。浙江是水运大省，随着京杭运河浙江段由四级航道改为三级航道工程的全面启动，对专用打桩船的需求将变得越来越大。在此形势下，笔者所在单位利用原“浙杭州002”挖泥船船体，通过加长、加宽及加固，改建了内河高频液压振动打桩船1艘，为京杭运河的航运业发挥了重要作用。 船舶概况     内河高频液压振动打桩船主要用于内河B级航区航道护岸工程、码头工程、桥梁工程的沉、拔桩。     打桩船船体为箱型、单底、单甲板、横骨架式、全钢质、全电焊结构型式，是非自航打桩船。打桩设备由沃尔沃液压挖掘机（母机）和汉欣利高频液压振动打桩机装配而成，置于船首甲板上；发电设备采用三相异步发电机组，置于甲板下机舱内; 3台绞车均采用起重卷扬机，其中1台置于船中甲板上，2台置于甲板下机舱内。     打桩设备动力由置于挖掘机后背箱内的发动机产生。机舱内发电设备所发电主要用于绞车、消防设备、信号设备和照明设备等。甲板下机舱内2台绞车用来升降船舶定位桩，船中甲板上1台绞车用来抛、起锚。     船舶定位主要靠船中左右两侧定位桩。船舶移位时，定位桩往上拉离河床；沉、拔桩时，定位往下伸入河床。同时，用以大抓力锚进行配合作业。     船舶拖航，进行长距离移位时，由拖轮拖带；作业过程中，短距离移位时，由绞车和大抓力锚配合完成。 主要技术参数     1.船舶主尺度     总长26.15M，甲板长26.00M，水线长26.00M，型宽8.80M，总宽8.95M，型深2.10M，吃水1.00M。     2.打桩设备      液压挖掘机（打桩设备母机）型号沃尔沃EC360BLC，发动机总功率198KW，主油泵最大流量2×280L/MIN,工作液压回路溢流阀设定值350 KG/CM2。     高频液压振动打桩机型号汉欣利V-350A，振频2200次数/分钟，激振力38T，油压系统操作压力300KG/ CM2，油压系统流量需求150L/MIN，夹嘴油缸夹持力量42T，往上起吊能力8T，夹嘴下端离水面最大高度9.3M。     3.发电设备      柴油机型号K4100D，功率33KW，转速1500RPM。     三相交流发电机型号30GF，功率30KW，电压400/230V，电流54.1A。     4.绞车     三相异步电动机型号Y160-4，功率11KW，电压380V，转速1460R/MIN。     卷扬机型号JM20，钢丝绳额定拉力20KN，钢丝绳额定速度16M/MIN。     5.定位桩     定位桩2根，截面尺寸480MM×480MM×16 MM，高9.5M。 操作原理     打桩设备的发动机安装于挖掘机后背箱内，发动机带动油泵，各种动作全部由液压进行传动。     高频液压振动打桩机内置两只偏心轴，由液压马达驱动，产生高速旋转及垂直激振力，透过减振橡胶后，维持38MM的振幅，能够应付各种类型的土质与打桩要求。 施工原理     振动式沉拔桩锤是利用其高频振动,以高加速度振动桩身,将机械产生的垂直振动传给桩体，导致桩周围的土体结构因振动发生变化强度降低，桩身周围土体液化，减少桩侧与土体的磨擦阻力，然后以挖机下压力，振动沉拔锤与桩身自重将桩沉入土中。拔桩时，在一边振动的情况下，以挖机上提力将桩拔起。振动法沉桩时，如遇硬土下沉过慢，可利用大臂采取加压下沉或将桩略提高0.6-1.0米，然后重新快速振动冲下。打桩机械所需要的激振力要根据场地土层、土质、含水量及桩的种类、构造而综合确定。     振动法沉桩效率较其它工法为高，主要适用于钢板桩、钢管桩、钢轨桩、铁板、 H 钢及混凝土预制桩。这种沉桩法最适用于砂土中作业，在粘土中效果较差，要选用较大功率的机型。     振动法沉桩的施工程序是：桩就位――检查桩的垂直度――放下桩锤，使桩缓慢沉入土中一定程度（如有需要，安装桩帽）――再次检查桩位与垂直度――振动沉桩至设计深度――将桩机移至下一支桩继续沉桩。     对于粘土层，振动作用破坏了原土质结构，使土体密度改变，粘合力降低，灵敏度增加，桩体周围的阻力便会减少。     对于砂土层，振动使土体颗粒之间的结合被破坏，产生液化，使桩身周围和桩尖阻力减少，便于沉桩。但对于致密的砂层与结构较松散的细沙砂层则会因土壤特质使振动效果减弱，应谨慎选用不同振动速度因应。 船员设置     打桩船核定船员12人，其中船长1人，打桩设备操作手3人，舱面其他船员4人，轮机长1人，机舱其他船员2人，后勤1人。 船舶特性     1.因高频振动，沉桩速度较快，以京杭运河杭州塘栖段航道“四改三”工程为例，沉1支截面为500MM×30 MM长9M的混泥土预制桩只需9分钟（不包括桩定位时间），大大快于其它类型的打桩船，提高了生产效率。     2.打桩机提供了两段式振频输出，可以根据不同工作需求，调整振动力度，达到了既能满足生产，又能保护机器、节省能源、降低噪音的效果。     3.打桩夹嘴加装了保压保护装置，牢牢锁住了系统压力，保证了夹持板桩的稳定性与可靠度。     4.起吊能力高达8T，能沉、拔10米以下的钢板桩、钢管桩、钢轨桩、铁板、H钢及混泥土预制桩等，适用范围广，基本能满足目前浙江省内河水运工程打桩要求。     5.船中两侧设置船舶定位桩，有利于船舶定位，确保桩位正确度和沉入过程中的垂直度。     6.打桩设备动作灵活，操作性能好，运转平稳，噪音低，既安全，又环保。 问题及改进的建议     1.打桩设备在沉、拔桩作业受力较大时，船舶横倾角度较大。建议船舶两侧设置可拆卸式浮筒。在航道条件许可的情况下施工时，装上浮筒，以提高船舶抗倾能力；船舶拖航时，卸掉浮筒，利于拖航。     2.打桩船船体为箱形，并且较宽，在内河狭窄航段拖航操作性较差。建议船尾设置可拆卸式临时轻便舵。在拖航时将舵装上，利于航行；作业时将航卸掉，利于施工。     3.打桩船为非自航船，移位必须借助拖轮拖带，增加了施工成本。建议另建造此类船舶时，增设自航装置，这样一方面可提高船舶的作业性能，另一方面可以降低施工成本，提高经济效益。     4.船舶定位桩通过绞车升降，钢丝绳在桩上的着力点在桩的周边，增加了桩在升降过程中的偏心力，导致桩与滚筒之间的摩擦力增加。建议钢丝绳在桩上的着力点应放在桩的中心，降低桩在升降过程中的偏心力，减少桩与滚筒之间的摩擦。     5.打桩船技术先进，保养和操作对作业人员要求较高，而我单位现有作业人员年龄偏大，文化程度较低。建议加大对作业人员的培训力度，制定合利的操作规程，科学维护和使用打桩船。 结束语     内河高频液压振动打桩船在浙江还刚刚起步，随着工程建设中的实际应用，一定能积累许多宝贵的经验，相信不远的将来会有更先进、更能适应内河航道工程作业的打桩船问世。

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