MHU2400S液壓打樁錘在孟加拉Padma大橋施工中的應(yīng)用

王效知

摘要：MHU2400S液壓打樁錘由德國MENCK公司生產(chǎn)，是中鐵大橋局集團(tuán)公司為孟加拉Padma大橋量身定制的大型液壓打樁錘，本文結(jié)合液壓錘在Padma大橋施工過程中的情況，對設(shè)備構(gòu)造、電氣液壓系統(tǒng)、以及打樁施工過程管理等進(jìn)行了介紹。

Abstract： MHU2400S hydraulic piling hammer is produced by German MENCK company. It is a large-scale hydraulic piling hammer tailored by China Railway Bridge Bureau Group for the Padma Bridge in Bangladesh. In this paper， combined with the situation of hydraulic hammer in the construction process of Padma Bridge， the equipment structure， electric hydraulic system， and piling construction process management were introduced.

關(guān)鍵詞：液壓打樁錘;結(jié)構(gòu);液壓系統(tǒng);電氣系統(tǒng);保養(yǎng)

Key words： hydraulic pile hammer;structure;hydraulic system;electrical system;maintenance

中圖分類號：U445 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0144-04

1 ?工程概況

孟加拉國Padma多用途橋梁，位于首都達(dá)卡偏西南約40km處，橫跨Padma河（恒河），距印度洋入海口直線距離約150km，是連接Mawa與JanJiRa的主要交通要道。主橋共42墩，其中有40個(gè)水中墩，每墩有6根外徑為Φ3.0m的鋼斜樁，沿圓周均勻分布，斜度1：6，壁厚60mm，40個(gè)水中墩中有22墩在中心設(shè)有一根直樁，樁徑為Φ3.0m，壁厚60mm;全橋共有鋼管樁262根，樁長101-125m。

2 ?MHU2400S液壓打樁錘

為滿足鋼管樁插打施工工作需求，中鐵大橋局集團(tuán)有限公司花重資在全球知名的打樁錘制造廠家MENCK公司量身打造了一套MHU2400S液壓打樁錘。該錘為Padma大橋的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著6根試樁在內(nèi)的267根鋼管樁的插打工作，相比傳統(tǒng)的柴油打樁錘，該錘具有噪聲小、污染少、結(jié)構(gòu)簡單、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 MHU2400S液壓打樁錘基本構(gòu)造及主要技術(shù)參數(shù)

該錘主要由驅(qū)動單元、控制單元、懸掛單元、錘心、減震器、替打、錘套等部件組成（詳見圖1）。

MHU2400S液壓打樁錘主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.2 MHU2400S 液壓打樁錘工作原理

該液壓錘是雙動液壓錘：利用加壓液壓油，通過錘芯自由下落和有效的向下加速度獲得錘擊能量。

2.2.1 錘芯提升

如圖2所示，控制單元11被激活，油缸的上氣室13與回油管理路T連通，油缸的下氣室14與供油管路P連通。泵4將液壓油箱5中的油輸送到供油管P中。供油管管P內(nèi)的壓力會持續(xù)升高，直到錘芯15向上移動。油缸的上氣室13中的液壓油通過控制單元11排到回油管T中。

2.2.2 錘芯下放

如圖3所示，控制單元11被停用，油缸的上氣室13與供油管P連通。油缸的兩個(gè)氣室現(xiàn)在都與供油管P連通。液壓泵4仍將液壓油輸送到供油管管P中。由于活塞兩個(gè)面S1和S2上的壓強(qiáng)相同，但S1面積大于面S2面積，所以上氣室的壓力會大于下氣室的壓力，從而產(chǎn)生向下方向的液壓力。液壓力和錘芯自身重力使錘芯15向下加速運(yùn)動。

2.3 MHU2400S 液壓打樁錘電氣控制系統(tǒng)

2.3.1 電氣控制系統(tǒng)簡介

如圖4所示，CS為卸扣傳感器，該傳感器主要感應(yīng)卸扣狀態(tài)，只有感應(yīng)到卸扣處于平放狀態(tài)時(shí)，才允許啟動打樁錘，當(dāng)卸扣像圖示豎直時(shí)，打樁錘將自動停止運(yùn)行;其作用主要是防止地質(zhì)松軟致鋼樁下沉過快或打樁過程中吊鉤沒有及時(shí)跟進(jìn)下放，此時(shí)如操作人員沒有及時(shí)停止，打樁錘會進(jìn)行空擊，會對吊裝設(shè)備及打樁錘造成嚴(yán)重?fù)p壞。HH11是電動液壓旁路閥，由圖2可以看出，當(dāng)該液壓閥打開時(shí)，高壓管路與低壓管路導(dǎo)通，高壓側(cè)液壓油會通過該液壓閥經(jīng)低壓管路而返回油箱。HP22是壓力傳感器，主要用于檢測設(shè)備運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)工作壓力，并將檢測結(jié)果反饋至控制系統(tǒng)。HD11是控制單元（主閥），該閥塊作用主要是控制油缸伸縮缸并控制錘芯提升和下降。HK11為檢測水壓或者回油壓力傳感器，因Padma項(xiàng)目沒有水下樁，該傳感器主要用來檢測回油管路壓力。HJ21是壓差傳感器，當(dāng)插打水下樁時(shí)，可用來檢測打樁錘錘室內(nèi)氣壓與外部水壓的壓力差。N是錘體上各個(gè)元器件（如傳感器、電磁閥）和控制系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站并有存儲功能。MH11/MH12/MH21/MH22是接近傳感器，主要是用于沖程高度測量和計(jì)算錘芯運(yùn)行速度，并將數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)來計(jì)算打樁錘實(shí)際擊打所用的能量。CH也是一個(gè)接近傳感器，主要功能是檢測替打是否與鋼樁接觸，如果替打沒有完全和鋼管樁接觸，錘芯會擊打打樁錘室的底部，會對打樁錘造成嚴(yán)重?fù)p壞;同時(shí)如果在打樁過程中，如該傳感器故障或感應(yīng)到替打沒有接觸鋼樁，系統(tǒng)也將自動停止打樁作業(yè)。

2.3.2 電氣控制系統(tǒng)工作流程

控制系統(tǒng)工作流程主要分以下幾個(gè)步驟：

①系統(tǒng)自檢，檢查各傳感器（位置傳感器、壓力傳感器等）、線路是否正常;

②用戶根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)定所需打樁能量;

③系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)定的能量計(jì)算出錘芯所需提升的高度;

④控制系統(tǒng)通過控制控主閥動作，控制油缸伸縮缸，從而實(shí)現(xiàn)錘芯的提升和下降;

⑤系統(tǒng)在運(yùn)行同時(shí)，會實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)運(yùn)行情況（系統(tǒng)壓力、實(shí)際擊打能量、擊打頻率等）及動力站內(nèi)參數(shù)（如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、液壓油及冷卻液溫度、室內(nèi)溫度等），如設(shè)備運(yùn)行過程中檢測到異常，系統(tǒng)會自動停止打樁作業(yè)。

上述行為除第二項(xiàng)為手動操作外，其余三項(xiàng)均為控制系統(tǒng)自動行為。具體工作流程圖如圖5。

3 ?MENCK2400S打樁錘插打大斜度鋼管樁施工工序

由于Padma大橋主橋鋼管樁樁長長，斜度大，為提高鋼管樁插打效率及插打精度，該項(xiàng)目將單根鋼管樁分兩節(jié)插打，并采用固定式固定式平臺及導(dǎo)向架實(shí)現(xiàn)對鋼管樁傾斜度精度的控制。具體插打施工工序如下：

3.1 安裝打樁平臺

鋼管樁插打平臺采用固定式平臺及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。平臺采用6根定位樁支承，定位樁與平臺通過抱箍連為一體。運(yùn)輸駁船將固定平臺運(yùn)輸至待施工墩位并用三向調(diào)整裝置精確調(diào)整定位后，使用APE600B打樁錘逐根插打6根定位樁，并將定位平臺錨固在定位樁上。

3.2 安裝導(dǎo)向架

利用浮吊吊裝導(dǎo)向架，并將導(dǎo)向架與定位平臺固定。

導(dǎo)向架由鋼管架平臺和導(dǎo)向架架體及上、下可調(diào)導(dǎo)向裝置（即抱箍）組成。導(dǎo)向架高25m、寬10.8m。為了插打不同位置的鋼樁，導(dǎo)向架與固定平臺采用軸銷連接，導(dǎo)向架可繞平臺中心旋轉(zhuǎn)。

3.3 鋼管樁插打

單根鋼管樁分二節(jié)插打，底節(jié)長度約70m，頂節(jié)長度為總樁長減去底節(jié)長度。

3.3.1 鋼管樁起吊

主橋鋼管樁直徑3.0m，壁厚60mm，首節(jié)70m重量約305t。鋼管樁起吊采用1000t浮吊，兩個(gè)吊鉤對準(zhǔn)鋼管樁上的兩個(gè)吊耳，同時(shí)起吊，通過鋼絲繩來調(diào)節(jié)鋼管樁的角度，并調(diào)整導(dǎo)向架上的導(dǎo)向裝置，使之符合鋼管樁插打要求，鋼管樁在自重作用入土約5m。

3.3.2 錘擊沉樁

吊裝MHU-2400S打樁錘讓樁在打樁錘自重作用再次下沉，然后開動打樁錘錘擊鋼管樁。打樁時(shí)，測量人員隨時(shí)用全站儀觀測鋼管樁的傾斜和位置，技術(shù)人員做好打樁記錄。

3.4 接樁及二次插打

當(dāng)首節(jié)鋼管樁插打完成后，將打樁錘吊至駁船上，起吊頂節(jié)鋼管樁與底節(jié)鋼樁進(jìn)行對接，對好位置穩(wěn)定后，在鋼管樁外圍開始焊接鋼管樁。焊接完成后，對焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測，合格后方可進(jìn)行下步工序施工。

二次插打：吊裝MHU2400S打樁錘對頂節(jié)鋼樁進(jìn)行插打，直至到設(shè)計(jì)標(biāo)高處。

3.5 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向架，重復(fù)步驟1-4，完成平臺剩余鋼樁插打。

3.6 拆除導(dǎo)向架，拔出定位平臺定位樁，進(jìn)行下一墩位鋼樁施工。

4 ?鋼管樁插打過程中的卡控管理

鋼管樁插打作業(yè)是以液壓打樁錘的運(yùn)行為中心來實(shí)施的，其運(yùn)行質(zhì)量可以決定鋼管樁插打作業(yè)的效率和安全，因此加強(qiáng)打樁錘在現(xiàn)場的使用管理尤為重要。現(xiàn)場一般插打一根底節(jié)鋼管樁（貫入度約55m）需時(shí)約4-5個(gè)小時(shí)，插打一根頂節(jié)鋼管樁約15-20個(gè)小時(shí)，另外斜樁對位難度較大，起吊一次打樁錘需時(shí)約3個(gè)小時(shí)。為保證鋼管樁插打過程安全順利，我們必須在打樁前進(jìn)行嚴(yán)格的檢查程序，打樁過程中對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡查，打樁作業(yè)后進(jìn)行嚴(yán)格的維保程序。

4.1 打樁作業(yè)前

打樁作業(yè)前應(yīng)嚴(yán)格對以下項(xiàng)目進(jìn)行檢查簽證。

①吊裝系統(tǒng)：吊機(jī)封鉤器完好;吊裝用鋼絲繩無變形、斷絲、散股、無損傷;吊裝用卸扣無變形、無裂縫，卸扣銷軸安全銷及螺母無松動;分配梁結(jié)構(gòu)無變形、無裂縫，分配梁的連接螺栓無斷裂且緊固;錘體吊耳無變形、無裂縫。②錘體結(jié)構(gòu)：錘體連接螺栓全部緊固、無松動，導(dǎo)向塊無損壞、連接螺栓無松動，內(nèi)側(cè)支撐條無裂紋及斷裂現(xiàn)象;錘身及錘頭外部結(jié)構(gòu)無損壞及裂紋。③動力系統(tǒng)：動力站安裝牢靠;液壓油、燃油、機(jī)油、冷卻液液位正常;各傳感器指示正常;發(fā)動機(jī)電氣線路及燃油管路排列整齊、各卡箍緊固牢靠，油管無漏油現(xiàn)象;蓄電池電量正常，無虧損;動力柜內(nèi)部通風(fēng)性能良好，無漏油和積水、積液現(xiàn)象。④液壓系統(tǒng)：各閥門處于工作位置;各傳感器指示正常;動力站內(nèi)液壓閥組和液壓油管排列整齊有序;錘頭手動旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài);油管接頭緊固、無松動。⑤電氣系統(tǒng)：卸扣傳感器、位置傳感器、壓力傳感器顯示正常，無損壞;個(gè)按鈕開關(guān)無損壞，靈敏有效;各指示燈能正常工作且顯示狀態(tài)正常;電氣線路排列整齊，無破損。⑥外冷卻系統(tǒng)：四臺水泵工作正常;冷卻管無破損，無堵塞、無漏水現(xiàn)象;導(dǎo)向塊處冷卻水噴頭無堵塞且安裝緊固;冷卻器工作正常，無漏水漏油現(xiàn)象。

上述項(xiàng)目必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢查簽證之后，方可進(jìn)行下步吊錘工作。

4.2 打樁作業(yè)過程中（含起落錘）

打樁作業(yè)過程中，應(yīng)建立檢查巡查制度，嚴(yán)格遵循安全操作規(guī)程，確保設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

①起落錘過程中應(yīng)及時(shí)調(diào)整駁船位置，確保錘體離船后無較大晃動;及時(shí)整理電纜及油管，確保電纜和油管排列整齊;

②設(shè)備運(yùn)行（錘擊）過程應(yīng)遵循下列操作規(guī)程：

1）啟動發(fā)電機(jī)，確認(rèn)電壓、相序正常后，分別啟動兩操作室動力柜控制面板和樁錘控制面板，確認(rèn)無任何報(bào)警信息后即可在動力柜控制面板上再分別啟動兩個(gè)海水泵（冷卻水泵）。2）逐臺啟動四臺發(fā)動機(jī)，并怠速運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后，再按照動力柜控制面板的提示信息完成怠速到全速的過渡。設(shè)置流量時(shí)，盡量使用旋鈕增減，避免使用數(shù)字鍵入法。3）為避免發(fā)生“溜樁”情況，鋼樁剛?cè)胪習(xí)r，應(yīng)先用小流量（最小能量60kj）進(jìn)行單擊，在貫入度超過40錘/米時(shí)，可加大能量繼續(xù)單擊;當(dāng)使用能量超過150kj且貫入度超過40錘/米，方可進(jìn)入連續(xù)擊打程序。連擊過程中，操作人員和觀察人員應(yīng)密切觀察鋼樁貫入度情況，并根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整擊打能量，以每米貫入度在40-100錘之間為宜。當(dāng)貫入度超過1000錘/米時(shí)，表示打樁困難，應(yīng)停止打樁。4）當(dāng)樁錘處于較高位置時(shí)（A導(dǎo)向開啟之前），在主控室的動力柜控制面板上啟動回油壓力開關(guān)，增加回油壓力。水面之上打樁時(shí)，需啟動揚(yáng)水泵，給鋼管樁供水冷卻;水下打樁時(shí)，待樁帽上的排氣孔開始浸入水中時(shí)，需接通氣管，啟動空壓機(jī)給樁帽內(nèi)持續(xù)供氣。5）經(jīng)常在動力柜控制面板上查看發(fā)動機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，若有異常，及時(shí)記錄，查明異常原因;在樁錘控制面板上時(shí)刻關(guān)注液壓油溫度變化，若液壓油溫度超過65攝氏度時(shí)，應(yīng)停錘冷卻液壓油;經(jīng)常查看海水進(jìn)口處壓力，若壓力超過4bar，應(yīng)檢查海水冷卻系統(tǒng)。6）打樁過程中，確立定期巡查制度（巡查重點(diǎn)包括水泵工作是否正常、導(dǎo)向塊處冷卻水噴灑是否正常、發(fā)動機(jī)冷卻液有無泄漏等），發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)記錄、及時(shí)處理。另打樁過程中應(yīng)特別注意對油管和主控電纜的維護(hù)，防止油管和電纜過度彎折或刮碰而損傷。7）打樁結(jié)束后，需將各水泵提起至安全區(qū)域;拔掉控制電纜在動力柜斷的插頭;關(guān)閉各發(fā)動機(jī)蓄電池開關(guān)。

4.3 打樁結(jié)束后

打樁結(jié)束后，除對設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)生的問題進(jìn)行處理后，還應(yīng)嚴(yán)格按下列項(xiàng)目對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)：

①檢查機(jī)油、冷卻液、燃油、液壓油等油位是否正常，對油位不足的進(jìn)行補(bǔ)充。

②檢查懸掛單元螺栓有無松動、斷裂;檢查油缸底部有無滲油，活塞桿有無刮傷，并在錘室上部添加1桶（5kg）二硫化鉬潤滑脂。

③檢查各高壓蓄能器壓力，并補(bǔ)充至180bar。

④檢查減震環(huán)各減震器壓力，并補(bǔ)充至300bar。

5 ?定期大保養(yǎng)

液壓錘在鋼樁插打過程中，錘體導(dǎo)向環(huán)、油缸密封件等會有磨損，減震器、蓄能器保壓性能也有降低。如不及時(shí)對導(dǎo)向環(huán)、密封件等進(jìn)行更換，輕則影響打樁效率;重則會造成部分結(jié)構(gòu)造成損傷，如導(dǎo)向環(huán)磨損過度后，錘芯與錘室摩擦?xí)﹀N芯造成刮傷甚至出現(xiàn)裂縫;長期使用后懸掛單元螺栓也會疲勞斷裂，且斷裂的螺栓會通過氣室進(jìn)入到替打和錘芯之間對錘芯造成損傷。為保證設(shè)備狀態(tài)良好，結(jié)合MHU2400S液壓打樁錘在現(xiàn)場實(shí)際使用情況，液壓錘擊打能量每達(dá)到60萬MJ后即進(jìn)行一次大保養(yǎng)，具體如下：

5.1 每60萬MJ按下列項(xiàng)目進(jìn)行維保：

①清洗錘芯、錘室、錘腳、減振環(huán)，更換錘室潤滑脂。②將減震環(huán)旋轉(zhuǎn)180°，并更換減震環(huán)固定螺桿。③更換懸掛單元、并更換懸掛單元連接螺栓。④更換錘芯導(dǎo)向環(huán)。⑤更換油缸、蓄能器、控制單元、錘頭油管連接處等部位密封件。⑥檢查油缸缸套及活塞桿有無損傷，并根據(jù)情況判斷是否更換。⑦根據(jù)高壓蓄能器使用過程中情況判斷是否更換。⑧清洗油管管路中破損膠皮。

5.2 每120萬MJ除按5.1條所列項(xiàng)目進(jìn)行維保外，還應(yīng)按下列項(xiàng)目進(jìn)行維保：

①更換減震環(huán)。②更換控制單元。

完成一次60萬MJ大保養(yǎng)大約需要2周左右，為提高大保養(yǎng)效率，縮短保養(yǎng)所需工期，每次保養(yǎng)前應(yīng)根據(jù)保養(yǎng)內(nèi)容及現(xiàn)場設(shè)備資源等情況合理編制保養(yǎng)計(jì)劃，除此之外，大保養(yǎng)過程中還應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1）拆除驅(qū)動單元前，首先應(yīng)上移錘芯，錘芯上移完成后應(yīng)注意放空驅(qū)動單元內(nèi)液壓油。2）懸掛單元連接螺栓應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)程序、步驟進(jìn)行施擰。3）所有螺栓安裝前，應(yīng)對螺紋處進(jìn)行清潔，并涂抹二硫化鉬潤滑脂。4）導(dǎo)向環(huán)安裝完成后，應(yīng)檢測導(dǎo)向環(huán)厚度（導(dǎo)向環(huán)超出錘芯表面高度），如厚度超過3mm，應(yīng)對導(dǎo)向環(huán)進(jìn)行打磨。

6 ?結(jié)語

MHU2400S液壓打樁錘是Padma大橋項(xiàng)目主力打樁設(shè)備，目前已完成了91根底節(jié)、127根頂節(jié)鋼樁的插打，總錘擊數(shù)達(dá)190萬次，總擊打能量達(dá)350萬MJ，是Menck公司迄今為止生產(chǎn)的打樁頻率最高，工作強(qiáng)度最大的一臺打樁錘。好的設(shè)備需要我們精心維護(hù)和保養(yǎng)，我們只有熟知它的工作原理及維護(hù)保養(yǎng)方法，才能更好的養(yǎng)好設(shè)備、用好設(shè)備、管好設(shè)備，并能及時(shí)處理設(shè)備使用過程中發(fā)生的故障，保障設(shè)備安全順利運(yùn)行。

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