CG300液壓錘在碼頭樁基工程中的應(yīng)用

張延峰

一、工程概況

由中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)港航公司承建的努瓦迪布新礦石碼頭工程，位于毛里塔尼亞努瓦迪布市現(xiàn)有港口的區(qū)域范圍內(nèi)，工程內(nèi)容為新建一個(gè)由792.8m長(zhǎng)的引橋、402.6m長(zhǎng)的碼頭、11個(gè)靠船墩、4個(gè)系纜墩等組成的可接納5～25萬(wàn)噸級(jí)輪船的礦石碼頭。引橋樁基有93根直徑分別為1067mm和1420mm的鋼管樁，碼頭有213根直徑為1420mm的鋼管樁，靠船墩有66根直徑為1420mm的鋼管樁，系纜墩有16根直徑為1420mm的鋼管樁，系泊棧橋樁6根，樁的長(zhǎng)度從8～42m不等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，引橋樁垂向極限承載力為8000KN,碼頭樁垂向極限承載力為14600KN。

二、液壓打樁錘

1.樁錘的選擇

在沉樁中，選錘是比較復(fù)雜的，既要考慮沉入的可能性和沉樁效率，又要防止樁頂和樁身因承受過(guò)大的打樁應(yīng)力而破壞。

選擇樁錘應(yīng)充分考慮樁型、樁重、樁長(zhǎng)、入土深度、地質(zhì)條件、極限承載力、樁錘的錘擊能量等因素,但更為重要的是錘擊傳遞的有效能量是樁貫入的決定因素。

根據(jù)樁的特點(diǎn)、地質(zhì)分布、樁基垂向極限承載力和試樁結(jié)果進(jìn)行分析，直接用柴油打樁錘打樁，樁端很難達(dá)到設(shè)計(jì)的高程，而且在長(zhǎng)時(shí)間的、高能量的錘擊下，樁身很可能損壞。并且柴油錘打樁效率不高，文獻(xiàn)中提到通過(guò)液壓錘與柴油錘有效動(dòng)能的比較，結(jié)果表明，液壓錘的動(dòng)能傳遞效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油錘，平均值前者是后者的2倍以上。

項(xiàng)目部也通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)兩種錘沉樁的效果進(jìn)行對(duì)比，在地質(zhì)情況基本一樣的情況下，在沉樁到同一地層深度（-29.5m）時(shí)，柴油錘跳高3檔，跳高基本為2m，柴油錘錘重10t，能量約為200KJ，貫入度為3mm/10擊；液壓錘錘重20t，跳高為50cm，能量約為100KJ，貫入度為6mm/10擊。液壓錘還能繼續(xù)沉樁，而柴油錘已無(wú)法繼續(xù)錘擊。

項(xiàng)目部一開始計(jì)劃采用D100型柴油錘進(jìn)行打樁，經(jīng)過(guò)綜合比較和現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)，使用D100柴油錘打樁無(wú)法穿透致密的膠結(jié)狀態(tài)的砂層，因此也就無(wú)法到達(dá)設(shè)計(jì)的高程，給下一步施工帶來(lái)影響。

2. 錘的性能

液壓錘是彈性碰撞性的沖擊和壓相結(jié)合的錘。錘擊力一般不超過(guò)樁所能承受的沖擊力，而且作用于樁頂?shù)臅r(shí)間比較長(zhǎng)。其結(jié)果是錘擊能利用率大，沉樁效率高，樁頂不易破損。

液壓錘具有可靠性高、可控性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)能力強(qiáng)、錘擊能量大和無(wú)污染的特點(diǎn)，可手動(dòng)控制錘擊也可自動(dòng)控制錘擊；可以隨意調(diào)節(jié)錘頭的行程和錘擊頻率；可以控制錘頭和樁的作用時(shí)間，避免損傷樁；還可以記錄液壓錘的作業(yè)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦并打印出來(lái)，使用液壓錘打樁可以優(yōu)化作業(yè)程序，提高生產(chǎn)效率。

液壓錘在減少噪聲、振動(dòng)和油煙等方面也有突出的表現(xiàn)，工作時(shí)無(wú)油煙產(chǎn)生，液壓錘通過(guò)減小錘體產(chǎn)生的噪聲和給錘體加上全封閉的消音罩阻隔噪聲來(lái)解決噪聲問(wèn)題，非常適合在城市和環(huán)保要求嚴(yán)格的區(qū)域進(jìn)行施工作業(yè)。而柴油錘工作噪聲大，需要排氣管來(lái)進(jìn)氣和排放油煙，因而無(wú)法全封閉錘體以減少噪聲。

液壓錘采用重錘低擊的工作方式，且錘擊沖程可以調(diào)節(jié)，保證了沖擊能量的有效傳輸，極大地減少了噪聲和振動(dòng)。而柴油錘采用輕錘重?fù)舻墓ぷ鞣绞?，沖擊能量部分轉(zhuǎn)化為聲音和振動(dòng)，導(dǎo)致施工時(shí)噪聲和振動(dòng)大。

項(xiàng)目部決定采用液壓打樁錘進(jìn)行全部樁基的施工，采購(gòu)的液壓錘為英國(guó)BSP公司生產(chǎn)的CG300型液壓錘。

3.結(jié)構(gòu)組成

（1）液壓蓄能器系統(tǒng)

BSP液壓打樁錘的核心就是液壓蓄能器系統(tǒng)，它與沖擊錘塊連接。液壓蓄能器被電磁閥擊發(fā)后驅(qū)使高壓油加速帶動(dòng)液壓油缸提升錘塊，在錘塊接近設(shè)定的沖程高度時(shí)切斷高壓油的供應(yīng)，沖擊錘塊減速到達(dá)設(shè)定的沖程高度，然后自由下落沖擊樁帽。

（2）沖擊錘塊

CG系列的沖擊錘塊為模塊式結(jié)構(gòu)，由聲音衰減率高的特種鑄鐵加工而成，其重量可根據(jù)施工需要自由組合，項(xiàng)目根據(jù)需要采用的是總計(jì)20噸的錘塊。

（3）錘體框架

錘體框架是用來(lái)支撐液壓蓄能器系統(tǒng)和為沖擊錘塊提供導(dǎo)向的，由上下兩部分組成。上部結(jié)構(gòu)用來(lái)容納液壓蓄能器系統(tǒng)，下部結(jié)構(gòu)的組成為兩條縱向弦桿作為沖擊錘塊的導(dǎo)桿，一個(gè)配備緩沖器的底部支撐結(jié)構(gòu)確保錘體不受打樁沖擊波的損壞。

（4）控制系統(tǒng)

液壓打樁錘由電子系統(tǒng)遠(yuǎn)程遙控，既可進(jìn)行全自動(dòng)控制也可進(jìn)行手動(dòng)操縱。沖擊錘芯的沖程高度和錘擊頻率可在最大值和最小值進(jìn)行調(diào)整，因此對(duì)打樁能量的控制度更高以適應(yīng)不同樁型和土質(zhì)情況。

（5）液壓動(dòng)力站

液壓動(dòng)力站由發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)為液壓打樁錘提供液壓動(dòng)力。

（6）傳感器

樁錘上配置4個(gè)傳感器，與控制系統(tǒng)上的指示燈相對(duì)應(yīng)，其作用為感應(yīng)重啟、沖擊、線纜中斷和切斷電源，當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)全部正常時(shí)，控制系統(tǒng)上的指示燈全部是熄滅的。

4.工作原理

（1）靜止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行且兩個(gè)閥門斷電時(shí)，液壓油通過(guò)系統(tǒng)負(fù)載閥流回液壓油箱內(nèi)。壓力無(wú)法增加，樁錘不能升起。

（2）系統(tǒng)負(fù)載閥通電時(shí)，壓力增加，液壓油向樁錘傳輸。壓力通過(guò)釋壓閥進(jìn)行調(diào)整，壓力超過(guò)設(shè)計(jì)壓力時(shí)，剩余液壓油回流至液壓油箱。一般情況下將釋壓閥壓力設(shè)置為20～30bar。

（3）為提升重錘，樁錘控制閥必須通電，以運(yùn)行樁錘油缸內(nèi)的主滑件，并將油引入到活塞下，以提升活塞桿和重錘。

（4）使用手動(dòng)模式控制錘擊，系統(tǒng)負(fù)載閥和樁錘控制閥同時(shí)通電，油缸內(nèi)的壓力足以舉起重錘。

（5）使用自動(dòng)模式控制錘擊，系統(tǒng)負(fù)載閥保持通電狀態(tài)，而樁錘控制閥通過(guò)控制器不斷執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，控制器響應(yīng)樁錘上的傳感器，開始周期性地提升。

三、液壓錘打樁的施工工藝

1.吊錘

將鋼管樁吊起通過(guò)導(dǎo)向架調(diào)整到設(shè)計(jì)樁位，待自沉穩(wěn)定后，用吊機(jī)將液壓錘緩緩吊起套入鋼管樁頂部對(duì)準(zhǔn)后緩緩落下，錘墊塊與鋼管樁頂緊密接觸，這時(shí)鋼管樁會(huì)繼續(xù)下沉，待樁不再下沉?xí)r，就可啟動(dòng)液壓錘進(jìn)行打樁，此時(shí)要保證錘和鋼管樁中心在一條直線上。

2.啟動(dòng)

經(jīng)檢查無(wú)異常后即可開錘打樁，操作人員通過(guò)控制器進(jìn)行操作，控制器分別與液壓錘和動(dòng)力站進(jìn)行連接，可以同時(shí)進(jìn)行控制，按下控制器上的啟動(dòng)按鈕開始打樁。初打時(shí)宜手動(dòng)控制錘擊，錘的沖擊高度和作用時(shí)間均宜控制在最小幅度，一般錘的沖擊高度控制在200mm，待樁入土穩(wěn)定后，可切換到自動(dòng)控制打樁，錘的沖擊高度可控制在400～1000mm，通過(guò)觀測(cè)樁的貫入情況，及時(shí)調(diào)整樁錘的沖擊高度和作用時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員也要觀察錘的下落情況，指揮吊機(jī)下放鋼絲繩，在整個(gè)沉樁過(guò)程中吊液壓錘的鋼絲繩要保持有一定的自由長(zhǎng)度。

3.停錘

當(dāng)打樁達(dá)到停錘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就可以停止錘擊，然后將液壓錘緩慢吊起離開鋼管樁，打樁過(guò)程結(jié)束。

4.注意事項(xiàng)

（1）對(duì)于液壓錘沉樁，吊錘前應(yīng)認(rèn)真檢查液壓油管各接頭螺栓是否擰緊，吊錘中應(yīng)避免液壓油管過(guò)度扭曲造成液壓油外漏。

（2）液壓錘打樁時(shí)若發(fā)生貫入異常、樁身突然下降，樁身出現(xiàn)較大傾斜，樁身劇烈抖動(dòng)等現(xiàn)象，應(yīng)暫停錘擊待查明原因后方能繼續(xù)錘擊。

（3）液壓錘的沖擊墊片必須每天進(jìn)行檢查，定期進(jìn)行更換。

（4）樁錘共配備了4個(gè)傳感器，若樁錘控制線路連接正確，傳感器正常運(yùn)行，錘靜止于樁上時(shí)，控制器面板上的所有指示燈都是熄滅的，若有指示燈亮，則說(shuō)明出現(xiàn)了問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)指示燈顯示情況進(jìn)行檢修。

（5）BSP公司推薦使用MC904作為沖擊墊片材料，正確使用會(huì)延長(zhǎng)壽命和降低打樁的噪音。

（6）控制器面板上有沖程設(shè)置、壓力設(shè)置和動(dòng)力站流量控制按鈕，為了保證設(shè)備的良好運(yùn)行，在整個(gè)打樁運(yùn)行期間壓力應(yīng)保持在300bar以下，如果壓力上升則要降低流量并增加沖程提升時(shí)間。

（7）在打樁過(guò)程中，當(dāng)使用超過(guò)1000mm的沖程高度連續(xù)錘擊3分鐘時(shí)，應(yīng)停止錘擊，讓錘芯冷卻后再繼續(xù)錘擊。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)394根鋼管樁的動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)分析，鋼管樁的垂向極限承載力都超過(guò)了設(shè)計(jì)值，在努瓦迪布新礦石碼頭工程中使用CG300型液壓錘進(jìn)行樁基施工取得了成功，不僅大大加快了工程的進(jìn)度，而且也保證了樁基工程的質(zhì)量。項(xiàng)目部引進(jìn)新設(shè)備和新工藝，成功掌握了液壓錘的操作和使用。