螺桿樁機加壓提升裝置的設計探討

王博 付思峰

(河南省航空物探搖感中心,河南鄭州 450053)

螺桿樁機加壓提升裝置的設計探討

王博 付思峰

(河南省航空物探搖感中心,河南鄭州 450053)

本文通過對螺桿樁機加壓提升裝置的制作,對其進行了一些計算,通過在施工上驗證其能夠應用于各種工程情況,并且對其各種鉆頭的多樣化應用,能夠在各種有利或不利的地質(zhì)狀況中運行,而且工程施工質(zhì)量不錯。

螺桿樁 加壓力 提升力 制作

近些年，螺桿樁機在工程施工領域初步應用。原理上，它與沉管預制樁和鉆孔灌注樁這些樁機一致的條件下，投入資金會比較少?？墒悄壳奥輻U樁成樁的基礎設備不足加上各種復雜地理狀況，螺桿樁機的使用范圍很小。要滿足螺桿樁機基礎裝置設備，必須要讓螺桿樁機提升設置的上下速度和鉆頭旋轉(zhuǎn)運行速度相符，這樣，螺紋裝置就不會遭損壞而不能成樁運行。經(jīng)過各種試驗，螺桿樁機使用后均勻成型好，能夠很好地促進螺桿樁機工作的改進。

1 螺桿樁的形成機理

螺桿樁機由很多設備組成，包括鋼構(gòu)平臺、電控系統(tǒng)、立柱支撐、以及加壓提升、行走、動力工作設備等。螺桿樁機自帶自控裝置，其與眾不同的螺紋鉆桿被螺桿樁機依照立體豎直角度和固定好的旋轉(zhuǎn)頻率鉆探進足夠的裝置設計整體高度，然后在土方里慢慢產(chǎn)生出螺紋來。在向上提鉆時，只有螺紋桿的旋轉(zhuǎn)速度和上升速度被很好地加以控制，并且高壓混凝土泵運輸已經(jīng)制作好的混凝土，經(jīng)過空心螺紋鉆桿的連接，從鉆頭中泵出來，之后立即充滿了鉆桿縫隙。當旋轉(zhuǎn)速度和上升的速度再也不在一個頻率上時，表示出鉆桿已經(jīng)到達了相當?shù)囊恍└叨群蜕疃?。這時，螺桿不再行走原來的路線，而是選擇拿去所有上面已經(jīng)混壓成的土層，螺桿就產(chǎn)生了，之后孔中混凝土被鋼筋籠振進，螺桿樁就形成了。

2 螺桿樁機加壓提升裝置的制作

螺桿樁機加壓提升裝置的制作，應該更好地結(jié)合目前已經(jīng)產(chǎn)生時效的一些研究理論方法與實踐。螺桿樁是擠壓樁的一個組成成分。它的土層沒必要取掉，而是采用加壓同時給予鉆入并且在提升時從反面旋出之后產(chǎn)生螺紋，這類似于機加工中的有關攻絲原理。鉆頭被卷進土層中和螺牙的完好無損，甚至選擇樁機卷揚機，固定好提升力和加壓力才是重中之重。

2.1 提升力

以某工地的施工實例談談。螺桿樁機制作要求鉆孔深20m，螺紋在土層中形成的鉆頭高度要以制作標高為主，螺桿機樁反過來運行后螺紋鉆桿被提升，之后經(jīng)由高壓泵將混凝土運輸至螺紋鉆桿后從鉆頭泵出。當鉆桿被升到-9.8m時，然后加速提鉆到-7.3m，結(jié)束混凝土的輸送。這樣2.5m光桿、10.2m螺紋的螺桿樁就形成了。

2.2 加壓力

(1)豎向力；梯形螺旋葉片，將鉆頭探進土層時，鉆桿的力量被土層瓦解為軸向和切向兩個力度。只有將豎向力和合力距抵制住，鉆桿才能被旋進土層。豎向力經(jīng)由軸向分力形成，合力距經(jīng)由切向分力形成。鉆頭加壓力就是鉆頭、鉆桿、動力頭等裝置與豎向力的重力和。卷揚機的最小或最大單繩拉力即為滑輪組除加壓力的倍率。

轉(zhuǎn)矩由螺旋葉片上表面的剪應力1yτ 產(chǎn)生，1yτ 、1zτ 分別為1τ在y和z方向的分力。豎向力即1zτ 。螺旋旋轉(zhuǎn)上升的角度即 θ，

施工時的最小豎向力即

( A2即外面面積， A3即下面表面積， A4即螺桿圓柱面積， Ad即鉆頭下面表面積， qsw即樁的承接力。)

(各個截面的中心到螺桿樁的距離即ix)

(siτ 、iC、iσ 、iφ分別指的是樁測第i層土的最大抗剪度值、粘聚力、滑動法向應力、內(nèi)部摩擦角。)

其中α和設置方式、時效、樁別，土層種類等相關，硬質(zhì)土層為高標準值，軟質(zhì)土層為低標準值。siC 指土層沒有排水時剪切的強度。1skQ 指單向灌注樁的側(cè)面阻力。

根據(jù)高工地土層質(zhì)量情況α為0.8，所以，螺桿樁為5.5m長時其豎向壓力為

因此卷揚機的單繩極限提升力為

，豎向力和轉(zhuǎn)矩最小。因此，按照當?shù)貙嶋H地理情況計算鉆桿長度，以1.5米到2米為宜。

3 螺桿樁機加壓提升裝置實際試驗

將100kN拉力的傳感器安裝在加壓鋼絲繩頂端，由此，鉆頭上豎向力指數(shù)值受鉆孔卷揚機的鋼絲繩結(jié)果，能夠準確的反映裝置的制作。工程的第一第二期施工時，該樁機能夠配合兩千多的螺桿裝進行工程施工，使拉力表在0到100KN浮動。

4 結(jié)語

鉆頭受到卷揚機的鋼絲繩的最大拉力符合最大值和最小值的界限。實際的豎向力范圍小于101.52KN，所以理論和實際的計算接近一致。上海世博會工程螺桿樁機上采用了此種加壓提升設備，在軟土層的實際施工中收獲不小。以螺桿樁機有關的承接力公式的運用，制造出的螺桿樁機加壓提升設備，能夠被多種施工場合運用，對螺桿樁機設備的制作具有理論指導意義。

[1]郭海艷.JUS180履帶式螺桿樁機樁架的設計[J].建筑機械化, 2014(3):51-54.

[2]孫君.螺桿樁機的鉆具結(jié)構(gòu)分析[J].硅谷.2014,(3):147-148.

[3]江峰,朱小民,陳愷愷.螺桿樁機牽引卷揚液壓系統(tǒng)初探[J].液壓氣動與密封,2013(12):58-60.

[4]郭海艷.一種新型塔架伸縮式履帶螺桿樁機[J].中國科技縱橫. 2013(22):124.

[5]孫文,于兆水,姜超.螺桿樁機加壓提升裝置的設計[J].建筑機械:上半月,2012(11):112-116.

[6]欒進文,吳明臣,于兆水.螺桿樁機提升及加壓裝置的研究[J].建筑機械化,2013(5):64-65.