HKZ—600夯擴(kuò)樁機(jī)的研制與應(yīng)用

盧兆會

摘要：HKZ-600夯擴(kuò)樁機(jī)是建筑樁基礎(chǔ)施工中的一種用來完成具有節(jié)能減排功能的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的施工設(shè)備。該樁機(jī)的研制填補(bǔ)了國內(nèi)夯擴(kuò)樁機(jī)的技術(shù)空白，性能明顯優(yōu)于普通的夯擴(kuò)樁機(jī)，其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。與同類樁機(jī)相比，具有施工效率高、成樁質(zhì)量好、成本低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型環(huán)保的樁工機(jī)械產(chǎn)品，達(dá)到了節(jié)能減排的效果，是國家推廣的節(jié)能減排樁理想的施工設(shè)備，前景廣闊。

關(guān)鍵詞：夯擴(kuò)樁機(jī)；振動頭；變頻調(diào)幅；變頻調(diào)速；單排繩雙出繩

中圖分類號TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0145-02

《復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計(jì)規(guī)程》是中華人民共和國建設(shè)部在2001年12月1日開始施行的。復(fù)合載體夯擴(kuò)樁是由干硬性混凝土和填充料等經(jīng)夯擴(kuò)錘夯擴(kuò)形成的復(fù)合載體和鋼筋混凝土樁身組成，它具有擠密地基及擴(kuò)大樁端面積的雙重作用。為了防止夯擴(kuò)形成的樁孔縮徑、流塑巖層進(jìn)入，夯擴(kuò)錘外配有薄壁護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)壁與夯擴(kuò)錘外徑間留有2cm～3cm間隙。在這10多年期間，夯擴(kuò)樁以單樁承載力高、材料用量少、造價低、設(shè)備投資小、無排土等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣大建筑開發(fā)單位的認(rèn)可，是一種典型的節(jié)能減排樁基礎(chǔ)。普通的夯擴(kuò)樁機(jī)無振動頭，配兩臺單卷筒定速卷揚(yáng)機(jī)，一臺用來控制夯擴(kuò)錘的升降，另一臺用來控制護(hù)筒的加壓和提升，鋼筋籠的吊裝由人工來完成，施工的效率低。護(hù)筒的沉入力不足，導(dǎo)致夯擴(kuò)錘經(jīng)常被夾住。提升過程中樁容易出現(xiàn)浮籠、離析、空洞等現(xiàn)象，混凝土利用人工振搗，成樁質(zhì)量差，樁的質(zhì)量不可控。成樁直徑在300mm～500mm之間，隨著建筑樁基礎(chǔ)的要求，大承載力的大徑樁越來越受到青睞。由此看來：提高施工效率、保證成樁質(zhì)量、加大成樁直徑是夯擴(kuò)樁施工單位急需解決的問題。

東煤田地質(zhì)局一二八勘探隊(duì)經(jīng)過多年的現(xiàn)場實(shí)地考察，廣泛征求建筑開發(fā)單位和建筑樁基礎(chǔ)施工單位的建議，同時得到夯擴(kuò)樁發(fā)明人王繼忠的寶貴建議。本著提高施工效率、提高樁質(zhì)量、提高單樁承載力、降低勞動強(qiáng)度的原則，根據(jù)用戶需要，2010年研制出HKZ600夯擴(kuò)樁機(jī)。

1.主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu)組成（如圖1所示）

1.2工作原理

啟動副卷揚(yáng)機(jī)，提起夯擴(kuò)錘到一定高度，快速釋放夯擴(kuò)錘，做快速落地運(yùn)動，夯擊地面成孔。啟動振動頭，同時啟動主卷揚(yáng)機(jī)，共同沉護(hù)筒，將護(hù)筒沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，夯擴(kuò)錘擊出護(hù)筒底一定深度，分批向孔內(nèi)投入填充料和干硬性混凝土，用夯擴(kuò)錘反復(fù)夯實(shí)、擠密，在樁端形成復(fù)合載體。利用副卷揚(yáng)提起夯擴(kuò)錘出護(hù)筒外一定高度以上，然后放置鋼筋籠，灌注混凝土到標(biāo)高后，啟動振動頭，同時啟動主卷揚(yáng)機(jī)，提升振動頭及護(hù)筒，邊振動邊把護(hù)筒提出直到出地面，完成夯擴(kuò)樁的成樁。

1.3主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該樁機(jī)利用液壓步履式行走，電動卷揚(yáng)機(jī)提升鋼筋籠，采用電動變頻調(diào)幅振動頭和手動變頻調(diào)速單卷筒單排雙出繩卷揚(yáng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)護(hù)筒振動變速的沉入和提升，加快了護(hù)筒的沉入速度，也大大降低了夯擴(kuò)錘提升時的阻力。根據(jù)不同的巖土層調(diào)整不同的激振力和護(hù)筒下降速度，節(jié)約了能源，杜絕了夯擴(kuò)錘夾錘的現(xiàn)象；提升過程中同時啟動振動頭進(jìn)行振搗護(hù)筒內(nèi)混凝土，杜絕了樁的離析、空洞等缺陷；根據(jù)不同巖土層采用不同提升速度，杜絕了斷樁、縮徑等缺陷，避免了因人工振搗帶來的質(zhì)量缺陷。通過在現(xiàn)場的施工實(shí)踐，針對復(fù)雜地層的樁基礎(chǔ)施工，顯示出巨大的優(yōu)勢。具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。

1）振動頭部分：普通的夯擴(kuò)樁機(jī)無振動頭。該樁機(jī)采用電動變頻調(diào)幅振動頭，利用離心力調(diào)整偏心力距，彈簧自動復(fù)位的偏心塊結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整耐震交流變頻電動機(jī)的頻率來控制激振力和振幅。主要結(jié)構(gòu)（如圖2所示），由振動箱、耐震交流變頻電動機(jī)、減振彈簧組、加壓滑輪組、皮帶輪組等部分組成。對不同的地質(zhì)條件，通過選擇不同的振動頻率來調(diào)整不同的激振力，用以實(shí)現(xiàn)不同巖層的振動沉拔護(hù)筒，不僅提高了施工效率，降低了能耗，而且大大降低了振動頭啟動和停止過程中對樁機(jī)的損害。采用電動變頻調(diào)幅振動頭沉拔護(hù)筒：一方面大大減小了護(hù)筒與巖層間的阻力；另一方面也充分保證了樁的質(zhì)量，同時也擴(kuò)大了夯擴(kuò)樁在復(fù)雜地層的施工。主要部件型號及技術(shù)參數(shù)：變頻調(diào)速耐震三相異步電動機(jī)YZP30-6，30kW，轉(zhuǎn)速980r/min，2臺，最大激振力350kN，最大偏心力矩：0.128m，偏心塊總質(zhì)量：160kg，振動箱總質(zhì)量：2 700kg。

2）主卷揚(yáng)部分：普通的夯擴(kuò)樁機(jī)護(hù)筒的沉入和提升是利用一臺定速卷揚(yáng)機(jī)通過人工更換動滑輪組所掛拉的u型繩來實(shí)現(xiàn)。該樁機(jī)采用手動變頻調(diào)速單卷筒單排繩雙出繩卷揚(yáng)機(jī)主要控制振動頭及護(hù)筒的提升和加壓，是通過交流變頻電動機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，通過手動控制離合，通過大徑單排繩雙出繩卷筒控制兩根繩的同速收放，實(shí)現(xiàn)單卷筒同時控制夯擴(kuò)樁機(jī)振動頭及護(hù)筒的提升和加壓功能。主要結(jié)構(gòu)（如圖3所示），由交流變頻電動機(jī)、電液制動器、減速器、卷揚(yáng)總成、卷揚(yáng)機(jī)底架、手動操作總成等組成。具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，省時、省力、省費(fèi)用、效率高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)施工時護(hù)筒沉入力的大小來調(diào)整加壓力和是否使用加壓力，達(dá)到最佳節(jié)能效果。采用手動變頻調(diào)速單卷筒單排繩雙出繩卷揚(yáng)機(jī)：一方面加大了護(hù)筒的沉入力，從而提高了施工效率；另一方面針對不同地層選擇不同的提升速度，從而防止了縮徑、斷樁等質(zhì)量缺陷。主要部件型號及技術(shù)參數(shù)：變頻電動機(jī)YZP225S1-8，18.5kW，轉(zhuǎn)速范圍0～1 400r/min，1臺。卷筒直徑800mm，鋼絲繩繩直徑21.5mm，經(jīng)計(jì)算得：鋼絲繩最大拉力：6.5T，最大繩速：20m/min。

3）普通夯擴(kuò)樁機(jī)的成樁直徑300mm～500mm。該樁機(jī)成樁直徑最大可達(dá)600mm，滿足了國內(nèi)大直徑夯擴(kuò)樁技術(shù)的要求，單樁承載力得到了很大的提高，最大可達(dá)4 000kN，滿足了一柱一樁的設(shè)計(jì)要求。既節(jié)省樁基礎(chǔ)建筑材料，又縮短了施工時間。

2.主要技術(shù)參數(shù)

最大鉆孔直徑：600mm；最大沉孔深度：11m；塔高：17m；回轉(zhuǎn)角度：±180°；支腿展臂：4.25m；行走步距：1.5m；液壓系統(tǒng)壓力：16MPa；整機(jī)重量：33t。

3.應(yīng)用情況

現(xiàn)已出廠20臺HKZ-600夯擴(kuò)樁機(jī)，通過近幾年在遼寧的撫順、沈陽、本溪、丹東、阜新、鐵嶺；吉林的通化、梅河口、白山、靖宇；內(nèi)蒙的通遼等地區(qū)的施工，夯擴(kuò)樁合格率100%，施工效率提高了3倍以上，提高了單樁承載力，大大降低了施工成本，得到了建筑開發(fā)單位的認(rèn)同。同時也給夯擴(kuò)樁的施工單位帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，加速了夯擴(kuò)樁的推廣進(jìn)程。HKZ-600夯擴(kuò)樁機(jī)的推廣使用，帶動了建筑樁基礎(chǔ)節(jié)能減排的步伐，原始的樁基礎(chǔ)如超流態(tài)、CFG、振動沉管等樁型面臨著逐漸遠(yuǎn)離市場。夯擴(kuò)樁得到了很好的質(zhì)量保障，為企業(yè)和社會帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

HKZ-600夯擴(kuò)樁機(jī)中電動變頻調(diào)幅振動頭、手動變頻調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)和快速溜放卷揚(yáng)機(jī)的研制項(xiàng)目2013、2014年均獲得國家實(shí)用新型專利，專利號分別為：zL2013 2 0773877.5；ZL 2013 2 0763139.2；ZL 2014 20697499.1。