桥梁施工机械

第五章 桥梁施工机械

第一节 桩工机械

一、桩工机械的用途与分类

桩工机械是用于各种桩基础、地基改良加固、地下挡土连续墙、地下防渗连续墙施工及其他特殊地基基础等工程施工的机械设备,其作用是将各式桩埋入土中,以提高基础的承载能力。

现代建桥用的基础桩有两种基本类型:预制桩和灌注桩。前者用各种打桩机将其沉入土中,后者用钻孔机钻出深孔以灌注混凝土。

根据预制桩和灌注桩的施工,可把桩工机械分为预制桩施工机械和灌注桩施工机械两大类。

1.预制桩施工机械

(1)打桩机 打桩机由桩锤和桩架组成,靠桩锤冲击桩头,使桩在冲击力的作用下贯入土中,故又称冲击式打桩机。

根据桩锤驱动方式不同,可分为蒸汽、柴油和液压三种打桩机。

(2)振动沉拔桩机 振动沉拔桩机由振动桩锤和桩架组成。振动桩锤利用机械振动法使桩沉入或拔出。

(3)静力压拔桩机 静力压拔桩机采用机械或液压方式产生静压力,使桩在持续静压力作用下被压入或拔出。

(4)桩架 桩架是打桩机的配套设备,桩架应能承受自重、桩锤重、桩及辅助设备等重量。由于工作环境的差异,桩架可分为陆上桩架和船上桩架两种。由于作业性能的差异,桩架有简易桩架和多能桩架(或称万能桩架)。简易桩架具有桩锤或钻具提升设备,一般只能打直桩;多能桩架具有多种功能,即可提升桩、桩锤或钻具,使立柱倾斜一定角度,平台回转360°,自动行走等。多能桩架适用于打各种类型桩。由于行走机构不同,桩架可分为滚管式、轨道式、轮胎式、汽车式、履带式和步履式等。

2.灌注桩施工机械

灌注桩的施工关键在于成孔,其施工方法和配套的施工机械有以下几种: (1)全套管施工法 即贝诺特法(Benoto),使用设备有全套管钻机。 (2)旋转钻施工法 采用的设备是旋转钻机。 (3)回转斗钻孔法 使用回转斗钻机。 (4)冲击钻孔法 使用冲击钻机。

(5)螺旋钻孔法 常使用长螺旋钻机和短螺旋钻机。

二、桩工机械的组成及工作原理

1.柴油打桩机

柴油打桩机由柴油桩锤和桩架两部分组成。桩架有专用的,也有利用挖掘机或起重机上的长臂吊杆加装龙门架改装而成。柴油桩锤按其动作特点分导杆式和筒式两种。导杆式桩锤冲击体为气缸,它构造简单,但打桩能量小;筒式桩锤冲击体为活塞,打击能量大,施工效

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率高,是目前使用较广泛的一种打桩设备。下面以筒式桩锤为例介绍柴油桩锤的构造及工作原理。

筒式柴油桩锤依靠活塞上下跳动来锤击桩,其构造如图5-1-1所示。它由锤体、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统等组成。

图5-1-1 D72型筒式柴油桩锤构造

1-上活塞;2-燃油泵;3-活塞环;4-外端环;5-缓冲垫;6-橡胶环导向;7-燃油进口;8-燃油箱;9-燃油排放旋塞;10-燃油阀;11-上活塞保险螺栓;12-冷却水箱;13-燃油和润滑油泵;14-下活塞;15-燃油进口;16-上气缸;17-导向缸;18-润滑油阀;19-起落架;20-导向卡;21-下气缸;22-下气缸导向卡爪;23-铜套;24-下活塞保险卡;25-顶盖

锤体主要由上气缸16、导向缸17、下气缸21、上活塞1、下活塞14和缓冲垫5等组成。导向缸17在打斜桩时为上活塞引导方向,还可防止上活塞跳出锤体。上气缸是上活塞的导向装置。下气缸是工作气缸,它与上、下活塞一起组成燃烧室,是柴油桩锤爆炸冲击工作的场所。上、下气缸用高强度螺栓连接。在上气缸外部附有燃油箱及润滑油箱,通过附在缸壁上的油管将燃油与润滑油送至下气缸上的燃油泵与润滑油泵。上活塞和下活塞都是工作活塞,上活塞又称自由活塞,不工作时位于上气缸的下部,工作时可在上、下气缸内跳动,上、下活塞都靠活塞环密封,并承受很大的冲击力和高温高压作用。

在下气缸底部外端环与活塞冲头之间装有一个缓冲垫5(橡胶圈)

。它的主要作用是缓冲

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打桩时下活塞对下气缸的冲击。这个橡胶圈强度高、耐油性强。

在下气缸四周,分布着斜向布置的进、排气管,供进气和排气用。

柴油桩锤起动时,由桩架卷扬机将起落架吊升,起落架钩住上活塞提升到一定高度,吊钩碰到碰块,上活塞脱离起落架,靠自重落下,柴油桩锤即可起动。

筒式柴油桩锤的工作原理及其循环如图5-1-2所示。

(1)喷油过程(5-1-2a) 上活塞被起落架吊起,新鲜空气进入气缸,燃油泵进行吸油。上活塞提升到一定高度后自动脱钩掉落,上活塞下降。当下降的活塞碰到燃油泵的压油曲臂时,即把一定量的燃油喷入下活塞的凹面。

(2)压缩过程(图5-1-2b) 上活塞继续下降,吸、排气口被上活塞挡住而关闭,气缸内的空气被压缩,空气的压力和温度均升高,为燃烧爆炸创造条件。

(3)冲击、雾化过程(图5-1-2c) 当上活塞快与下活塞相撞时,燃烧室内的气压迅速增大。当上、下活塞碰撞时,下活塞冲击面的燃油受到冲击而雾化。上、下活塞撞击产生强大的冲击力,大约有50%左右的冲击机械能传递给下活塞,通过桩帽,使桩下沉。被称为“第一次打击”。

(4)燃烧爆炸过程(图5-1-2d) 雾化后的混合气体,由于受高温和高压的作用,立刻燃烧爆炸,产生巨大的能量。通过下活塞对桩再次冲击(即第二次打击),同时使上活塞跳起。 (5)排气过程(图5-1-2e) 上跳的活塞通过排气口后,燃烧过的废气便从排气口排出。上活塞上升越过燃油泵的压油曲臂后,曲臂在弹簧作用下,回复到原位,同时吸入一定量的燃油,为下次喷油作准备。

(6)吸气过程(图5-1-2f) 上活塞在惯性力作用下,继续上升,这时气缸内产生负压,新鲜空气被吸入气缸内。活塞跳得越高,所吸入的新鲜空气越多。

(7)活塞下行并排气过程(图5-1-2g) 上活塞的动能全部转化为势能后,又再次下降,一部分的新鲜空气与残余废气的混合气由排气口排出直至重复喷油过程,柴油桩锤便周而复始地工作。

图5-1-2筒式柴油桩锤工作原理

a)喷油;b)压缩;c)冲击、雾化;d)燃爆;e)排气;f)吸气;g)活塞下行并排气

1-气缸;2-上活塞;3-燃油泵;4-下活塞

2.液压打桩机

液压打桩机由液压桩锤和桩架两部分组成。液压桩锤利用液压能将锤体提升到一定高度,锤体依靠自重或自重加液压能下降,进行锤击。从打桩原理上可分为单作用式和双作用式两种。单作用式即自由下落式,冲击能量较小,但结构比较简单。双作用式液压桩锤在锤体被

举起的同时,向蓄能器内注入高压油,锤体下落时,液压泵和蓄能器内的高压油同时给液压

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图5-1-3 液压桩锤总体构造

1-锤体部分;2-液压系统;3-电气控制系统

(3)上壳体 保护液压桩锤上部的液压元件、液压油管和电气装置,同时连接起吊装置和壳体。上壳体还用作配重使用,可以缓解和减少工作时锤体不规则的抖动或反弹,提高工作性能。

(4)锤体 液压桩锤通过锤体下降打击桩帽,将能量传给桩,实现桩的下沉。锤体的上部与液压油缸活塞杆头部通过法兰连接。

(5)壳体 壳体把上壳体和下壳体连在一起,在它外侧安装着导向装置、无触点开关、液压油管和控制电缆的夹板等。液压油缸的缸筒与壳体连接,锤体上下运动锤击沉桩的全过程均在壳体内完成。

(6)下壳体 下壳体将桩帽罩在其中,上部与

壳体的下部相连,下部支

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桩锤提供动力,促使锤体加速下落,使锤体下落的加速度超过自由落体加速度。双作用式液压桩锤冲击能量大,结构紧凑,但液压油路比单作用式液压桩锤要复杂些。

液压桩锤由锤体部分1、液压系统2和电气控制系统3等组成,如图5-1-3所示。图5-1-4所示为锤体部分的结构简图。 (1)起吊装置 起吊装置1主要由滑轮架、滑轮组与钢丝绳组成,通过桩架顶部的滑轮组与卷扬机相连。利用卷扬机的动力,液压桩锤可在桩架的导向轨上上下滑动。 (2)导向装置 导向装置14与柴油桩锤的导向卡基本相似,它用螺栓将导向装置与壳体和桩帽相连,使其与桩架导轨的滑道相配合,锤体可沿导轨上下滑动。

图5-1-4 液压桩锤结构简图

1-起吊装置;2-液压油缸;3-蓄能器;4-液压控制装置;5-油管;

6-控制电缆;7-无触点开关;8-锤体;9-壳体;10-下壳体;11-下锤体; 12-桩帽;13-上壳体;14-导向装置;15、16-缓冲垫

在桩帽上。

(7)下锤体 下锤体上部有两层缓冲垫,与柴油桩锤下活塞的缓冲垫作用一样,防止过

大的冲击力打击桩头。

(8)桩帽及缓冲垫 打桩时桩帽套在钢板桩或混凝土预制桩的顶部,除起导向作用外,与缓冲垫一起既保护桩头不受损坏,也使锤体及液压缸的冲击荷载大为减小。在打桩作业时,应注意经常更换缓冲垫。

3.振动沉拔桩机

振动沉拔桩机由振动桩锤(图5-1-5)和通用桩架组成。振动桩锤是利用机械振动法使桩沉入或拔出。按振动频率可分为低、中、高和超高频四种型式;按作用原理可分为振动式和振动冲击式两种;按动力装置与振动器的连接方式可分为刚性式和柔性式两种;按动力源可分为电动式和液压式两种。 (1)振动桩锤工作原理

振动桩锤主要装置为振动器,利用振动器所产生的激振力,使桩身产生高频振动。这时桩在其自重或很小

图5-1-5 振动桩锤的构造 的附加压力作用下沉入土中,或是在较小的提升力作用1-悬挂装置;2-电动机;3-减振装置;

下被拔出。 4-传动机构;5-振动器;6-夹桩器

振动器都是采用机械式振动器,由两根装有偏心块

的轴组成(图5-1-6)。这两根轴上装有相同的偏心块,但两根轴相向转动。这时两根轴上的偏心块所产生的离心力,在水平方向上的分力互相抵消,而其垂直方向上的分力则迭加起来。其合力为

P2mr2sin (N)

式中:m——偏心块的质量,kg;

——角速度,1/s;

r——偏心块质心至回转中心的距离,m。

合力P一般称为“激振力”。就是在这一激振力的作用下,桩身产生沿其纵向轴线的强迫振动。

5-1-6 振动原理图

(2)电动式振动沉拔桩机

电动式振动沉拔桩机是将振动器产生的振动,

通过与振动器联成一体的夹桩器传给桩体,

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在桩帽上。

(7)下锤体 下锤体上部有两层缓冲垫,与柴油桩锤下活塞的缓冲垫作用一样,防止过

大的冲击力打击桩头。

(8)桩帽及缓冲垫 打桩时桩帽套在钢板桩或混凝土预制桩的顶部,除起导向作用外,与缓冲垫一起既保护桩头不受损坏,也使锤体及液压缸的冲击荷载大为减小。在打桩作业时,应注意经常更换缓冲垫。

3.振动沉拔桩机

振动沉拔桩机由振动桩锤(图5-1-5)和通用桩架组成。振动桩锤是利用机械振动法使桩沉入或拔出。按振动频率可分为低、中、高和超高频四种型式;按作用原理可分为振动式和振动冲击式两种;按动力装置与振动器的连接方式可分为刚性式和柔性式两种;按动力源可分为电动式和液压式两种。 (1)振动桩锤工作原理

振动桩锤主要装置为振动器,利用振动器所产生的激振力,使桩身产生高频振动。这时桩在其自重或很小

图5-1-5 振动桩锤的构造 的附加压力作用下沉入土中,或是在较小的提升力作用1-悬挂装置;2-电动机;3-减振装置;

下被拔出。 4-传动机构;5-振动器;6-夹桩器

振动器都是采用机械式振动器,由两根装有偏心块

的轴组成(图5-1-6)。这两根轴上装有相同的偏心块,但两根轴相向转动。这时两根轴上的偏心块所产生的离心力,在水平方向上的分力互相抵消,而其垂直方向上的分力则迭加起来。其合力为

P2mr2sin (N)

式中:m——偏心块的质量,kg;

——角速度,1/s;

r——偏心块质心至回转中心的距离,m。

合力P一般称为“激振力”。就是在这一激振力的作用下,桩身产生沿其纵向轴线的强迫振动。

5-1-6 振动原理图

(2)电动式振动沉拔桩机

电动式振动沉拔桩机是将振动器产生的振动,

通过与振动器联成一体的夹桩器传给桩体,

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使桩体产生振动。桩体周围的土壤由于受到振动作用,摩擦阻力显著下降,桩就在振动沉拔桩机和自重的作用下沉入土中。在拔桩时,振动可使拔桩阻力显著减小,只需较小的提升力就能把桩拔出。

电动式振动沉拔桩机由振动器、夹桩器、电动机等组成。电动机1与振动器3刚性连接的,称为刚性振动锤(图5-1-7a);电动机5与振动器1之间装有螺旋弹簧的,则称为柔性振动锤(图5-1-7b)。

振动器的偏心块可以用电动机以三角皮带驱动,振动频率可调节,以适应不同土壤打不同桩对激振力的不同要求。

夹桩器用来联接桩锤和桩。分液压式、气压式、手动(杠杆或液压)式和直接(销接或圆锥)式等。

图5-1-7c所示为振动冲击式振动锤。沉桩时既靠振动又靠冲击。振动器和桩帽经由弹簧相连。两个偏心块在电动机带动下,同步反向旋转时,在振动器1作垂直方向振动的同时,给予冲击凸块以快速的冲击,使桩迅速下沉。

图5-1-7 振动锤的型式

a)刚性振动锤: 1-电动机;2-传动机构;3-振动器;4-夹桩器

b)柔性振动锤:1-振动器;2-弹簧;3-电机底座;4-皮带;5-电动机 c)振动冲击式振动锤:1-振动器;2-弹簧; 3-冲击凸块;4-桩帽

这种振动冲击式桩锤,具有很大的振幅和冲击力,其功率消耗也较少,适用于在粘性土壤或坚硬的土层中打桩。其缺点是冲击时噪音大,电动机受到频繁的冲击作用易损坏。 (3)液压式振动沉拔桩机

液压式振动沉拔桩机采用液压马达驱动。液压马达驱动能无级调节振动频率,还有启动力矩小、外形尺寸小、质量轻、不需要电源等优点。但其传动效率低,结构复杂,维修困难,价格高。

4.静力压拔桩机

依靠持续作用静压力,将桩压入或拔出的桩工机械,称为静力压拔桩机。

静力压拔桩机分为机械式和液压式两种。机械式压拔桩机由机械方式传递静压力,液压

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式用液压油缸产生的静压力来压桩或拔桩。

图5-1-8所示为液压静力压桩机的结构组成图,主要由驾驶室1、起重机2、液压系统3、电器系统4、支腿5、导向压桩架7、横移机构8、夹持机构10、纵移机构11等组成。

由支腿5实现纵移机构11、横移机构8的离地、接地和机身的调平,为压桩作准备。导向压桩架7与夹持机构10通过四个夹桩油缸、一对主压桩油缸及一对副压桩油缸实现夹桩与压桩功能。起重机2用于吊桩和其它辅助吊运工作。

液压静力压桩机工作时噪声低、振动小、无污染,与冲击式施工方式比较,桩身不受冲击应力,不易损坏,施工质量好,效率高。

5.桩架

大多数桩锤或钻具都要用桩架支持,并为之导向,桩架的形式很多,这里主要介绍通用桩架,即那些能适用于多种桩锤或钻具的桩架。目前通用桩架有两种基本形式:一种是沿轨道行驶的万能桩架,另一种是装在履带式底盘上的桩架。沿轨道行驶的万能桩架因其要

图5-1-8 液压静力压桩机结构组成图

在预先铺好的水平轨道上工作,机构庞1-驾驶室;2-起重机;3-液压系统;4-电器系统;5-支腿;大,占用场地大,组装和搬运麻烦,因6-配重;7-导向压桩架;8-横移机构;9-平台机构;10-夹持

机构;11-纵移机构 而近年来已很少使用。而履带式桩架发

展较为迅速。这里仅介绍这种桩架。 (1)悬挂式履带桩架

如图5-1-9所示,悬挂式履带桩架是以履带式起重机为底盘,用吊臂2悬吊桩架立柱6,立柱6下面与机体1通过支撑杆7相连接。由于桩架、桩锤的重量较大,重心高且前移,容易使起重机失稳,所以通常要在机体上增加一些配重。立柱在吊臂端部的安装比较简单。为了能方便地调整立柱的垂直度,立柱下端与机体的连接一般都采用丝杠或液压式等伸缩可调的机构。

悬挂式桩架的缺点是横向稳定性较差,立柱的悬挂不能很好地保持垂直。这一点限制了悬挂式桩架不能用于打斜桩。 (2)三支点式履带桩架

三支点式履带桩架同样是以履带式起重机为底盘,但在使用时必须作较多的改动。首先拆除吊臂,增加两个斜撑2,斜撑2下端用球铰支持在液压支腿的横梁上使两个斜撑的下端在横向保持较大的间距,构成稳定的三点式支撑结构,如图5-1-10。

三支点式桩架在性能上是比较理想的,工作幅度小,具有良好的稳定性,另外还可通过

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斜撑的伸缩使立柱倾斜,以适应打斜桩的需要。

图5-1-10 三支点式履带桩架

图5-1-9 悬挂式履带桩架

1-机体;2-斜撑;3-桩锤;4-桩帽;5-桩;

1-机体;2-吊臂;3-桩锤;4-桩帽; 6-桩架立柱;7-立柱支撑 5-桩;6-桩架立柱;7-支撑杆

6.冲击钻机

冲击式钻机是灌注桩基础施工的一种重要钻孔机械,它能适应各种不同地质情况,特别是在卵石层中钻孔。同时,用冲击式钻机钻孔,成孔后,孔壁四周会形成一层密实的土层,对稳定孔壁,提高桩基承载能力,均有一定作用。

目前常用的冲击钻机有CZ系列(表5-1-1),其所有部件均装在拖车上,包括电动机、传动机构、卷扬机和桅杆等。冲击钻孔是利用钻机的曲柄连杆机构,将动力的回转运动变为往复运动,通过钢丝绳带动冲锤上下运动。通过冲锤自由下落的冲击作用,将卵石或岩石破碎,钻渣随泥浆(或用掏渣筒)排出。

CZ

型冲击钻机主要技术性能 表5-1-1

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冲锤(图5-1-11)有各种形状,但它们的冲刃大多是十字形的。

由于冲击式钻机的钻进是将岩石破碎成粉粒状钻渣,功率消耗大,钻进效率低。因此,除在卵石层中钻孔时采用外,其它地层的钻孔已被其它型式的钻机所取代。

7.全套管钻机

全套管施工法是由法国贝诺特公司(Benoto)发明的一种施工方法,也称为贝诺特施工法。配合这种施工工艺的设备称为全套管设备或全套管钻机,它主要用于桥梁等大型建筑基础灌注桩的施工。施工时在成孔过程中一面下沉钢质套管,一面在钢管中抓挖粘土或砂石,直至钢管下沉至设计深度,成孔后灌注混凝土,同时逐步将钢管拔出,以便重复使用。 (1)全套管钻机的分类及总体结构

全套管钻机按结构形式可分为两大类,即整机式和分体式。

图5-1-12 整机式全套管钻机 图5-1-11 冲锤形式及尺寸

1-主机;2-钻机;3-套管;4-锤式抓斗;5-钻架

整机式采用履带式或步履式底盘,其上装有动力系统、钻机作业系统等。其结构如图5-1-12所示,由主机1、钻机2、套管3、锤式抓斗4、钻架5等组成。主机主要由驱动全套管钻机短距离移动的底盘和动力系统、卷扬系统等组成。钻机主要由压拔管、晃管、夹管机构组成,包括压拔管、晃管、夹管油缸和液压系统及相应的管路控制系统等组成。套管是一种标准的钢质套管,套管采用螺栓连接,要求有严格的互换性。锤式抓斗由单绳控制,靠自由落体冲击落入孔内取土,再提上地面卸

图5-1-13 分体式全套管钻机

1-起重机;2-锤式抓斗;3-导向口;4-套管;5-钻机 土。钻架主要为锤式抓斗取土服务,设置

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有卸土外摆机构和配合锤式抓斗卸土的开启锤式抓斗机构。

分体式全套管钻机是以压拔管机构做为一个独立系统,施工时必须配备其它形式的机架(如履带式起重机),才能进行钻孔作业,其结构如图5-1-13所示。分体式全套管钻机主要由起重机1、锤式抓斗2、锤式抓斗导向口3、套管4、钻机5等组成。起重机为通用起重机,锤式抓斗、导向口、套管均与整机式全套管钻机的相应机构相同,钻机是整套机构中的工作机,它由导向及纠偏机构、晃管装置、压拔管液压缸、摆动臂和底架等组成。 (2)全套管钻机的工作原理

全套管钻机一般均装有液压驱动的抱管、晃管、压拔管机构。成孔过程是将套管边晃边压,进入土壤之中,并使用锤式抓斗在套管中取土。抓斗利用自重插入土中,用钢绳收拢抓瓣。这一特殊的单索抓斗可在提升过程中完成向外摆动、开瓣卸土、复位、开瓣下落等过程。成孔后,在灌注混凝土的同时逐节拔出并拆除套管,最后将套管全部取出(如图5-1-14所示)。

图5-1-14 全套管施工法原理

a)用套管工作装置将套管一面沿圆周方向往复晃动,一面压入地层中;b)用锤式抓斗取土; c)接长套管;d)当套管达到预定标高后,清孔并插入钢筋笼及混凝土导管; e)灌注混凝土,灌注的同时拔出套管直到灌注完毕。

8.旋转钻机

旋转钻机如图5-1-15所示,由带转盘的基础车1(履带式或轮胎式)、钻杆回转机构4、钻架2、工作装置(钻杆5和钻头6)等组成。

旋转钻机是利用旋转的工作装置切下土壤,使之混入泥浆中排出孔外。根据排出渣浆的方式不同,施转钻机分为正循环和反循环两类。常用反循环钻机。

正循环钻机的工作原理如图5-1-16所示。钻机由电动机驱动转盘带动钻杆、钻头旋转钻孔,同时开动泥浆泵对泥浆池中的泥浆施加压力使其通过胶管、提水龙头、空心钻杆,最后从钻头下部喷出,冲刷孔底,并把与泥浆混合在一起的钻渣沿孔壁上升经孔口排出,流入沉淀池。钻渣沉积下来后,较干净的泥浆又流回泥浆池,如此形成一个工作循环。

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图5-1-15 旋转钻机示意图 1-基础车;2-钻架;3-提水龙头; 4-钻杆回转机构;5-钻杆;6-钻头

图5-1-16 正循环钻机工作原理图 a)水或泥浆排渣;b)空气或泡沫排渣

1-泥浆泵;2-胶管;3-提水龙头;4-钻杆;5-钻头;6-沉淀池;7-泥浆池; 8-空压机;9-泡沫喷射管;10-空气或泡沫;11-排渣管道

反循环钻机的工作原理如图5-1-17所示。这类钻机工作泥浆循环与正循环方向相反,夹带杂渣的泥浆经钻头、空心钻杆、提水龙头、胶管进入泥浆泵,再从泵的闸阀排出流入泥浆池中,而后泥浆经沉淀后再流入孔内。

图5-1-17 反循环钻机工作原理图

a)泵吸反循环;b)空气反循环;c)射流反循环

1-真空泵;2-泥浆泵;3-钻渣;4、5、9-清水;6-气泡;7-高压空气进气口;8-高压水进口;10-水泵

9.螺旋钻孔机

螺旋钻孔机是灌注桩施工机械的主要机种。其原理与麻花钻相似,钻头的下部有切削刃,切下来的土沿钻杆上的螺旋叶片上升,排至地面上。螺旋钻孔机钻孔直径范围为150~2000mm,一次钻孔深度可达15~20m。

目前,各国使用的螺旋钻孔机主要有长螺旋钻孔机、短螺旋钻孔机、振动螺旋钻孔机、加压螺旋钻孔机、多轴螺旋钻孔机、凿岩螺旋钻孔机、套管螺旋钻孔机、锚杆螺旋钻孔机等。这里主要介绍长螺旋钻孔机与短螺旋钻孔机。

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(1)长螺旋钻机

长螺旋钻机如图5-1-18所示,通常由钻具和底盘桩架两部分组成。钻具的驱动可用电动

机、内燃机或液压马达。钻杆3的全长上都有螺旋叶片,底盘桩架有汽车式、履带式和步履式。采用履带式打桩机时,和柴油桩锤等配合使用,在立柱上同时挂有柴油桩锤和螺旋钻具,通过立柱旋转,先钻孔,后用柴油桩锤将预制桩打入土中,这样可以降低噪声,提高施工进度,同时又能保证桩基质量。

用长螺旋钻机钻孔时,钻具的中空轴允许加注水、膨润土或其他液体进入孔中,并可防止提升螺旋时由于真空作用而塌孔和防止泥浆附在螺旋上。

(2)短螺旋钻机

短螺旋钻机(如图5-1-19所示),其钻具与长螺旋的钻具相似,但钻杆上只有一段叶片(约为2~6个导程)。工作时,短螺旋不能象长螺旋那样直接把土输送到地面上来,而是采用断续工作方式,即钻进一段,提出钻具卸土,然后再钻进。此种钻孔机也可分为汽车式底盘

图5-1-18 长螺旋钻机

和履带式底盘两种。 1-电动机;2-减速器;3-钻杆;4-钻头;5-钻架 短螺旋钻机由于一次取土量少,因

此在工作时整机稳定性好。但进钻时由于钻具重量轻,进钻较困难。短螺旋钻机的钻杆有整体式和伸缩式两种。前者钻深可达20m,后者钻深可达30~40m。

短螺旋钻机有3种卸土方式。一种方式是高速甩土(图5-1-20a),即低速钻进,高速提钻卸土,土块在离心力作用下被甩掉。这种方式虽然出土迅速,但因甩土范围大,对环境有影响。第二种方式为刮土器卸土(图5-1-20b),即当钻具提升至地面后,将刮土器的刮土板插入顶部螺旋叶片中间,螺旋一边旋转,一边定速提升,使刮土板沿螺旋刮土,清完土后,将刮土器抬离螺旋,再进行钻孔。另一种方式为开裂式螺旋卸图5-1-19 履带式液压短螺旋钻机 土(图5-1-20c),即在钻杆底端设有铰1-钻杆;2-加压油缸;3-变速箱;4-发动机;5-钻头

销,当螺旋被提升至底盘定位板处时,

开裂式螺旋上端的顶推杆与定位板相碰,开裂式螺旋即被压开,使土从中部卸出,如一次未能卸净,可反复进行几次。

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图5-1-20 短螺旋钻机卸土原理图

a)高速甩土;b)刮土器卸土;c)开裂式螺旋卸土

三、桩工机械的使用技术

1.柴油打桩机的应用

柴油桩锤构造简单,使用方便,它不像振动桩锤需要外接电源,它所需要的燃料就装在它的气缸外面的一个油箱里。因此,柴油桩锤成为目前广泛采用的打桩设备。我国已制定了柴油桩锤系列标准(表5-1-2)。

柴油桩锤系列标准 表5-1-2

柴油桩锤的另一特点是,地层愈硬,桩锤跳得愈高,这样就自动调节了冲击力。地层软时,由于贯入度(每打击一次桩的下沉量,一般用毫米表示)过大,燃油不能爆发或爆发无力,桩锤反跳不起来,而使工作循环中断。这时只好重新启动,甚至要将桩打入一定深度后,才能正常工作。所以,在软土地层使用柴油桩锤时,开始一段效率较低。若在打桩作业过程中发现桩的每次下沉量很小,而柴油桩锤又确无故障时,说明此种型号桩锤规格太小,应换大型号桩锤。过小规格的桩锤作业效率低,而用过大的油门试图增大落距和增大锤击力的作法,其生产率提高不大,而往往将桩头打坏。一般要求是重锤轻击,即锤应偏重,落距宜小,而不是轻锤重击。另外,柴油桩锤打斜桩效果较差。若打斜桩时,桩的斜度不宜大于30°。

2.振动沉拔桩机的应用

振动沉拔桩机具有结构简单、辅助设备少、工作效率高、重量轻、体积小、对桩头的作

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用力均匀使桩头不易损坏等优点,还可以用来拔桩,因此得到广泛的使用。

桥梁工程中广泛采用振动沉桩法施工来解决板桩、钢管桩、钢筋混凝土桩和管桩的施工问题。振动沉桩法的工作效率取决于振幅、离心力和静压力,振幅是决定沉桩速度的主要因素,理想的振幅是10~20mm。过大的振幅不但消耗动力多,而且机械工作不平稳。沉桩作业时,作用在桩身单位断面积上的静压力对桩的下沉也有很大的影响,只有当静压力(包括桩的自重)超过某值时才发生沉桩现象,振动沉拔桩机必须有足够的重量,必要时还应附加配重。

图5-1-21为振动沉拔桩机沉钢桩作业图 图5-1-22为振动沉拔桩机沉斜桩作业图

图5-1-22 振动沉斜桩作业图 图5-1-21 振动沉桩作业图

1-起重机;2-动力装置;3-桩;4-打桩机 1-动力装置;2-操纵杆;3-电缆;4-弹性悬挂装置;

5-隔振器;6-电动机;7-不平衡块;8-夹紧装置;9-桩

3.钻孔灌注桩施工方法

钻孔灌注桩的施工,因其所选护壁形成的不同,有泥浆护壁施工法和全套管施工法两种。 (1)泥浆护壁施工法

冲击钻孔、冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是:平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注混凝土→拔出护筒→检查质量。施工顺序如图5-1-23所示。

图5-1-23 泥浆护壁钻孔灌注桩施工顺序图

a)钻孔;b)下钢筋笼及导管;c)灌注混凝土;d)成型

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1-泥浆泵;2-钻机;3-护筒;4-钻头;5-钻杆;6-泥浆;7-沉淀泥浆;8-导管;9-钢筋笼; 10-隔水塞;11-混凝土

① 施工准备

施工准备包括:选择钻机、钻具、场地布置等。

钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。 ② 钻孔机的安装与定位

安装钻孔机的基础如果不稳固,施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固。对地层较软或有坡度的地基,可用推土机推平,再垫上钢板或枕木加固。

为防止桩位不准,施工中很重要的是定中心位置和正确地安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机本身的动力及附近的地锚,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上,以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不得大于2cm。对准桩位后,用枕木垫平钻机横梁,并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

③ 埋设护筒

钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌,甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水位,增加孔内静水压力,能稳定孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外,同时还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。

制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用,不漏水,其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm,潜水钻、冲击或冲抓钻约大40cm),每节长度约2~3m。一般常用钢护筒。

④ 泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握,泥浆太稀,排渣能力小,护壁效果差;泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。

⑤ 钻孔

钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证成孔质量。首先要注意开孔质量,为此必须对好中线及垂直度,并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用),还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时,附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔、下放钢筋笼和灌注混凝土。

⑥ 清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此,除了钻孔过程中密切观测监督外,在钻孔达到设计要求深度后,应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;当孔壁不易坍塌时,不大于20cm。对于柱桩,要求在射水或射风前,沉渣厚度不大于5cm。清孔方法视使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转钻机、真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔,所需设备不多,操作方便,清孔也较彻底,

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但在不稳定土层中应慎重使用。图5-1-24为风管吸泥清孔示意图。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。

⑦ 灌注水下混凝土

清完孔之后,就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内,定位后要加以固定,然后用导管灌注混凝土,灌注时混凝土不要中断,否则易出现断桩现象。

图5-1-24 吸泥机清孔示意图

a)内风管吸泥清孔:1-高压风管入水深;2-弯管和导管接头;3-焊在弯管上的耐磨短弯管;4-压缩空气;5-排渣软管;6-补水;7-输气软管;8-φ25钢管长度大于2m;9-孔底沉渣;

b)外风管吸泥清孔:1-水面至导管进风管口;2-钻孔水面;3-地面;4-浆渣出口;5-接在导管上的弯管;6-钻孔;7-空压机;8-小风管;9-灌注混凝土导管;10-浆渣进口

(2)全套管施工法

全套管施工法的施工顺序如图5-1-25所示。其一般的施工过程是:平整场地、铺设工作平台、安装钻机、压套管、钻进成孔、安放钢筋笼、放导管、浇注混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。

全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外,其它的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度,取决于挖掘开始阶段的5~6m深时的垂直度。因此应该随时用水准仪及

铅垂校核其垂直度。

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图5-1-25 全套管施工法施工顺序图

a)压入第一根套管;b)挖掘;c)连接第二根套管;d)插入钢筋笼;e)插入导管;f)浇注混凝土;g)拉拔套管;h)

结束就地灌注桩作业

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4.预制桩施工机械适用范围及选用

(1)预制桩施工机械的适用范围如表5-1-3所示。

预制桩施工机械适用范围 表5-1-3

(2)柴油桩锤的选用

桩锤是打桩机的核心部件,因此柴油桩锤的正确选择,对提高工作效率至关重要。选择桩锤,必须考虑桩的规格、基础规格和土质条件等因素。一般选用柴油打桩机,采用桩质量与锤质量之比约为0.7

~2.5时,则可提高工作效率。选择一般桩的适当打击次数,按表5-1-4的标准决定。采用适当质量的桩锤进行打桩,在接近打桩结束时,每次打击的贯入量应小于2mm,这样可充分发挥桩的承载力。在确保承载力的条件下,也可采用比上述限值更大一些的贯入量。

各种桩的限制打击次数 表5-1-4

5.灌注桩施工机械适用范围及选用

如前所述,灌注桩基础施工工艺过程繁多,在整个施工过程中,关键环节是钻孔。因此钻孔机械的选择尤为重要,其他工艺过程的机械随钻孔机械而进行配套。钻孔机械就是灌注桩基础施工的主导机械。

钻机的种类有:旋转式钻机、冲击式钻机、冲抓式钻机、全套管钻机等,各种钻机有其各自的工作特点和适用范围。因此钻机的选择往往是顺利完成施工的重要环节。钻机的选择根据如下原则进行。

(1)选择钻机类型时,必须根据所钻孔位的地质(土壤及土层结构)情况结合钻机的适用能力而选型,参见表5-1-5。

(2)钻机的型号应根据设计钻孔的直径和深度结合钻机钻孔能力而定。

(3)一台钻机配备有不同型式的钻头,而钻头的选择应根据地质结构情况而选择。 (4)钻机的选择还应考虑钻架设立的难易程度,钻机的运输条件及钻机安装场地的水

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文、地质,钻机钻进反力等情况,力求所选钻机结构简单,工作可靠,使用及运输方便。 (5)钻机的选择要考虑其生产率应符合工程进度要求,在保证工程质量和工作进度的前提下,生产率不宜过大。因为生产率高的钻机费用高,工程造价高。

总之,在钻机选型时,要综合考虑各种因素,力求经济实用。

各种钻孔方法适用范围 表5-1-5

第二节 水泥混凝土机械

一、混凝土输送泵

1.用途与分类

混凝土输送泵用于垂直和水平方向输送混凝土,具有效率高,质量好、机械化程度高和作业时不受现场条件限制并可减少污染等特点。

混凝土输送泵的分类方法有:

(1)按其工作原理可分为挤压式混凝土泵和液压活塞式混凝土泵。

挤压式混凝土泵主要由料斗、鼓形泵、驱动装置、真空系统和输送管等组成。主要特点有:结构简单、造价低、维修容易且工作平稳。由于输送量及泵送混凝土压力小,输送距离短,目前已很少采用。

液压活塞式混凝土泵主要由料斗、混凝土缸、分配阀、液压控制系统和输送管等组成。通过液压控制系统使分配阀交替启闭。液压缸与混凝土缸相连,通过液压缸活塞杆的往复运动以及分配阀的协同动作,使两个混凝土缸轮流交替完成吸入与排出混凝土的工作过程。目前国内外均普遍采用液压活塞式混凝土泵。 (2)按移动形式可分为:

固定式混凝土泵(HBG)——安装在固定机座上的混凝土泵。 拖式混凝土泵(HBT)——安装在可以拖行的底盘上的混凝土泵。

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车载式混凝土泵(HBC)——安装在机动车辆底盘上的混凝土泵。 (3)按其理论输送量可分为超小型(10~20m3/h)、小型(30~40m3/h)、中型(50~95m3/h)、大型(100~150m3/h)和超大型(160~200m3/h)。 (4)按其驱动方式可分为电动机驱动和柴油机驱动两种。

(5)按工作时混凝土泵出口的混凝土压力(即泵送混凝土压力)可分为低压(2.0~5.0MPa)、中压(6.0~9.5MPa)、高压(10.0~16.0MPa)和超高压(22.0~28.5MPa)。

2.构造及工作原理

图5-2-1所示为HBT60型混凝土输送泵,它主要由由料斗、泵送系统、液压系统、清洗系统、电气系统、电机、行走底盘等组成。

图5-2-1 HBT60型混凝土输送泵

1-分配机构;2-搅拌机构;3-料斗;4-机架;5-液压油箱;6-机罩;7-液压系统;8-冷却系统; 9-拖运桥;10-润滑系统;11-动力系统;12-工具箱;13-清洗系统;14-电机;15-电气系统; 16-软启动箱;17-支地轮;18-泵送系统

其泵送系统如图5-2-2所示。泵送机构由两只主油缸1、2,水箱3,换向机构4,两只混凝土缸5、6,两只混凝土缸活塞7、8,料斗14,分配阀12(S形阀),摆臂9,两只摆动油缸10、11和出料口13组成。

图5-2-2 泵送机构

1、2-主油缸;3-水箱;4-换向机构;5、6-混凝土缸;7、8-混凝土缸活塞; 9-摆臂;10、11-摆动油缸;12-分配阀;13-出料口;14-料斗

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混凝土缸活塞(7、8)分别与主油缸(1、2)活塞杆连接,在主油缸液压油作用下,作往复运动,一缸活塞前进,则另一缸活塞后退,混凝土缸出口与料斗连通,分配阀一端接出料口,另一端通过花键轴与摆臂联接,在摆动油缸作用下,可以左右摆动。

泵送混凝土料时,在主油缸作用下,混凝土缸活塞7前进,混凝土缸活塞8后退,同时在摆动油缸作用下,分配阀12与混凝土缸5连通,混凝土缸6与料斗连通。这样混凝土缸活塞8后退,便将料斗内的混凝土吸入混凝土缸,混凝土缸活塞7前进,则将混凝土缸内的混凝土料送入分配阀泵出。

当混凝土活塞8后退至行程终端时,触发水箱3中的换向机构4,主油缸1、2换向,同时摆动油缸10、11换向,使分配阀12与混凝土缸6连通,混凝土缸5与料斗连通,这时活塞7后退,8前进。如此循环,从而实现连续泵送。

反泵时,通过反泵操作,使处在吸入行程的混凝土缸与分配图5-2-3

a)正泵状态;b)反泵状态 阀连通,处在推送行程的混凝土

缸与料斗连通,从而将管路中的混凝土抽回料斗(如图5-2-3所示)。

泵送系统通过分配阀的转换完成混凝土的吸入与排出动作,因此分配阀是混凝土泵中的关键部件,其型式直接影响到混凝土泵的性能。

几种常见分配阀型式

(1)垂直轴蝶形阀(如图5-2-4) 在料斗、混凝土缸与混凝土泵出口之间的通道上,设置一个蝶形板,在液压缸活塞杆的推动下蝶形板翻动,使工作缸2、3得到与输送管1及集料斗不同的通道。该阀具有结构简单、体积小、混凝土流道短、换向阻力小和检修方便等特点。

图5-2-4 垂直轴蝶形阀 (2)S型阀(如图5-2-5)

1-通输送管;2、3工作缸;4-蝶形板;5-壳板

S形阀置于料斗内,一端与混凝土

泵出口接通,另一端在两个液压缸活塞杆的作用下做往复摆动,分别与两个混凝土缸A、B接通。当S形阀与混凝土缸B接通时,B缸压送混凝土,此时A缸吸入混凝土;当S

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形阀与混凝土缸A接通时,则A缸压送、B缸吸入混凝土,如此实现吸料和排料的过程。S形阀本身就是输送管的部分,流道截面形状没有变化,故泵送阻力小。S形阀与阀体之间具有磨损自动补偿系统,并设置了耐磨环和耐磨板。易损件磨损后便于维修和更换。因泵送混凝土压力大,具有输送距离远和输送高度大的特点。

图5-2-5 S形阀 (3)C形阀(如图5-2-6)

C形阀置于料斗内,一端与混凝土泵出口10接通,另一端在两个液压缸的作用下做往复摆动,分别与两个混凝土缸7接通,实现吸料和排料过程。该阀具有下列特点:清除残余混凝土容易;更换方便;耐磨板与C形阀之间的接触面可由自动密封环自动补偿磨损量;C形阀采用厚猛钢材料,耐磨;没有类似S形阀的摆轴,混凝土能直接吸入混凝土缸,吸入效率高;C形阀轴承位于混凝土区域之外,可免除经常维护;对骨料的适应性较强等。

图5-2-6 C形阀

1-集料斗;2-C形阀;3-摆动管口;4-工作缸口;5-可更换的摩擦板面; 6-缸头;7-工作缸;8-清水箱;9-主油缸;10-输送管口

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(4)斜置式闸板阀(如图5-2-7)

该阀设置在料斗1后部,这样既可以降低料斗的高度,又使泵体紧凑而且不妨碍搅拌车向料斗卸料,两个液压缸各有一个闸板阀,在液压缸2活塞杆的作用下做往复运动,完成打开或关闭混凝土的进、出料口的动作。此阀对混凝土的适应性强,但结构复杂。更换此阀时需拆下料斗,故维修不便。出料口采用Y形管,压力损失较大,故泵送混凝土压力小。

3.混凝土泵选型

(1)混凝土泵的选型应根据工程对象、特点、要求的最大输送量、最大输送距离与混凝土浇筑计划以及具体条件进行综合考虑。

(2)混凝土泵的生产率可按下式

图5-2-7 斜置式闸板阀

计算: 1-料斗;2-液压缸;3-闸板;4-混凝土工作缸;

Q=60AnsaK 5-液压缸活塞;6-输送管

式中:Q——混凝土泵的生产率,m3/h;

A——混凝土泵活塞横断面积,m2; s——混凝土泵活塞行程,m;

n——混凝土泵活塞每分种循环次数,次/min; a——混凝土泵缸数;

K——容积效率,一般取0.6~0.9。

(3)混凝土泵的最大水平输送距离,可按下列方法之一确定: ①由试验确定。

②根据混凝土泵的最大出口压力、配管情况、混凝土性能指标和输送量,按下式计算:

Lmax=pmax/p

式中:Lmax——混凝土泵的最大水平输送距离,m;

pmax——混凝土泵的最大出口压力,Pa;

p——混凝土在水平输送管内流动每米产生的换算压力损失,Pa/m(参看表5-2-2)。

混凝土泵送的换算压力损失 表5-2-2

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(4)混凝土泵的泵送能力,可根据具体施工情况按下列方法之一进行验算,同时应符合产品说明书中的有关规定。

① 按表5-2-3计算的配管整体水平换算长度,应不超过混凝土泵的最大水平输送距离Lmax。

混凝土输送管的水平换算表 表5-2-3

注:该表为一定混凝土条件下,试验测得的经验数值,并非理论数值。不同的混凝土条件,其值亦不同,因此,仅作配管之参考。

② 按换算的总压力损失,应小于混凝土泵正常工作时的最大出口压力。

(5)由于拖式混凝土泵较固定式混凝土泵可以拖行,又较车载式混凝土泵价格低,故被优先选用。

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(6)就混凝土泵理论输送量而言,50~95m/h被优先选用。

(7)在缺少电源及施工现场电网配置容量小的工地,宜选用柴油机驱动。 (8)在隧道施工时,宜选用电动机驱动。

(9)混凝土缸径主要取决于输送量及泵送混凝土压力。输送量大、输送距离短或输送高度小时,可选用大直径混凝土缸;输送量小、输送距离长或输送高度大时,可选用小直径混凝土缸。

混凝土缸径又与骨料有关,输送碎石混凝土时,缸径应不小于碎石最大粒径的3.5~4.0倍;输送卵石混凝土时,缸径应不小于卵石最大粒径的2.5~3.0倍。

(10)料斗容积应尽可能大一些,一方面可使料斗内经常保持足够的混凝土,避免吸入空气,另一方面有利于提高混凝土搅拌运输车的利用率。

(11)混凝土输送管应根据粗骨料最大粒径、混凝土泵型号、混凝土输送量和输送距离,以及输送难易程度等进行选择。输送管应具有与泵送条件相适应的强度。输送管径有100mm、125mm、150mm等三种规格,选择时主要考虑混凝土中骨料最大粒径和工程对象,管径应大于骨料最大粒径的3倍。大直径输送管可输送较大粒径粗骨料混凝土,一般多用于基础工程;小直径输送管轻巧,使用方便,混凝土泌水时在小直径输送管中产生离析的可能性小,一般多用于高层建筑。

(12)混凝土泵的台数,可根据混凝土浇筑量、单机的实际输送量和施工作业时间进行计算。对于重要工程的混凝土泵送施工,除根据计算确定外宜有1~2台的备用泵。

二、混凝土泵车

把混凝土泵和布料装置安装在汽车底盘上,既成为混凝土泵车。所以,混凝土输送泵

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车是汽车底盘、混凝土泵和布料装置组合的机械设备。混凝土泵利用汽车发动机的动力,通过分动箱将动力传给液压泵,然后带动混凝土泵进行工作。其泵送混凝土的原理和拖式泵相似。混凝土通过布料装置,可送到一定的高度与距离。它的机动性好,布料灵活,使用方便,适合于大型基础工程和零星分散工程的混凝土输送。

混凝土泵车主要由汽车底盘1、回转机构2、布料装置3、混凝土泵4和支腿5等组成,如图5-2-8所示。混凝土泵4装在汽车底盘的尾部上,以便于混凝土搅拌输送车向泵的料斗卸料,混凝土泵的结构和工作原理与拖式混凝土泵基本相同。上车装有布料装置3,臂架为“回折”形三节折叠臂。

图5-2-8 混凝土泵车外形构造

1-汽车底盘;2-回转机构;3-布料装置;4-混凝土泵;5-支腿

布料装置伸展状态如图5-2-9所示。主要由回转装置1、变幅液压缸2、第一节臂架3、第二节臂架调节液压缸4、第二节臂架5、第三节臂架调节液压缸6、第三节臂架7、软管8、输送管9、混凝土泵10和输送管11等组成。三节臂架相互铰接,各节臂架的折叠靠各自的油缸2、4、6来完成;输送管9附着在各段臂架上,拐弯处用密封可靠的回转接头连接;整个臂架安装在回转装置1的转台上,可作360°全回转。臂端软管8可摆动,可使浇灌口达到如图5-2-10所示的空间中的

图5-2-9 混凝土泵车的布料装置伸展状态与工作状态

任意位置。图5-2-11为

1-回转装置;2-变幅液压缸;3-第一节臂架;4-第二节臂架调节液压缸;

布料装置不工作时的几5-第二节臂架;6-第三节臂架调节液压缸;7-第三节臂架;8-软管;

9-输送管;10-混凝土泵;11-输送管 种收回折叠形式。

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图5-2-10 布料装置工作范围包络图

三、水泥混凝土振捣器

1.用途与分类

用混凝土浇筑构件时,必须排除其中气泡,进行捣实,使混凝土密实结合,消除混凝土的蜂窝麻面等现象,以提高其强度,保证混凝土构件的质量。混凝土振捣器就是机械化捣实混凝土的机具。

混凝土振捣器的种类较多。常用的分类方法有以下几种:

(1)按传递振动的方式分,有内部振捣器、外部振捣器和表面振捣器三种。

内部振捣器又称插入式振捣器(图5-2-12)。工作时振动头1插入混凝土内部,将其振动波直接传给混凝土。这种振捣器多用于振实厚度较大的混凝土层,如桥墩、桥台基础以及基桩等。它的优点是重量轻,移动方便,使用很广泛。

图5-2-11 臂架折叠形式 外部振捣器又称附着式振捣器(图

a)回折形;b)“Z”形;c)“S”形 5-2-13),是一台具有振动作用的电动机,在

该机的底面安装有特制的底板,工作时底板附着在模板上,振捣器产生的振动波通过底板与模板间接地传给混凝土,这种振捣器多用于薄壳构件、空心板梁、拱肋、T形梁等的施工。

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图5-2-13 外部振捣器

1-电动机;2-电机轴;3-偏心块;4-护罩; 5-固定基座

根据施工需要,外部振捣器除附着式外,还有一种振动台,它是用来振捣混凝土预制品的。装在模板内的预制品置放在与振捣器连接的台面上,振捣器产生的振动波通过台面与模板传给混凝土预制品。 图5-2-12 插入式振捣器

1-振动头;2-减振器;3-手把盘; 表面振捣器(5-2-14)是将它直接放在混凝土4-橡胶电缆;5-操纵开关

表面上,振动器2产生的振动波通过与之固定的

振捣器底板1传给混凝土。由于振动波是从混凝土表面传入,故称表面振捣器。工作时由两人握住振捣器的手柄4,根据工作需要进行拖移。它适应于厚度不大的混凝土路面和桥面等工程的施工。

(2)按振捣器的动力分,有电动式、内燃式两种,以电动式应用最广。

(3)按振捣器的振动频率分,有低频式、中频式和高频式三种。

低频式的振动频率为25~50Hz(1500~3000次/min);中频式为83~133Hz(5000~8000次/min);高频式为167Hz(1000次/min)以上。

(4)按振捣器产生振动的原理分,有偏心式和行星式两图5-2-14 平面式表面振捣器和电机振子

1-振捣器底板;2-振动器;3-缓冲弹簧;4-手柄; 种。其振动结构和工作原理如图

5-开关;6-定子;7-机壳;8-转子;9-偏心块;

5-2-15所示。

10-转轴;11-轴承

偏心式如图5-2-15a所示,

它是利用振动棒中心安装的具有偏心质量的转轴,在作高速旋转时所产生的离心力通过轴承传递给振动棒壳体,从而使振动棒产生圆周振动的。

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行星式的激振原理如图5-2-15b所示,它是利用振动棒中一端空悬的转轴,在它旋转时,其下垂端的圆锥部分沿棒壳内的圆锥面滚动,从而形成滚动体的行星运动以驱动棒体产生圆周振动。

图5-2-15 振动棒激振原理示意图

a)偏心式;b行星式)

2.结构与工作原理 (1)内部振捣器

内部振捣器由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。其工作装置是一个棒状空心圆柱体,通常称为振动棒,内部装有振动子。在动力源驱动下,振动子的振动使整个棒体产生高频低幅的机械振动。作业时,将它插入已浇好的混凝土中,通过棒体将振动能量直接传给混凝土内部各种集料,一般只需20~30s的振动时间,即可把棒体周围10倍于棒径范围的混凝土振动密实。内部振捣器主要适用于振实深度和厚度较大的混凝土构件或结构,对塑性、干硬性混凝土均可适应。

内部振捣器绝大部分采用电动机驱动,根据电动机和振动棒之间传动形式的不同,可分为软轴式和直联式两种,一般小型振捣器多采用软轴式,而大型振捣器则多采用直联式。

图5-2-16为ZP-70型中频偏心软轴插入式振捣器,它由电动机15、增速器8、软轴5、偏心轴3和振动棒外壳2等组成。在电动机轴上安装有防逆装置,以防软轴反向旋转,同时在电动机转轴9与软轴5之间设置有增速器8,以提高振动棒的振动频率。振动棒采用偏心块式振动子,依靠偏心轴回转时产生的离心力,使振动棒产生振动,振动频率一般为6000~7000次/min,适用于振捣塑性和半干硬性混凝土。

图5-2-16 ZP-70型中频偏心式振捣器

1、11-轴承;2-振动棒外壳;3-偏心轴;4、6-软管接头;5-软轴;7-软管锁紧把手;8-增速器; 9-电动机转轴;10-胀轮式防逆装置;12-增速小齿轮;13-提手;14-电源开关;15-电动机;16-底座

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(2)附着式振捣器

电动附着式振捣器依靠底部螺栓或其他锁紧装置固定在混凝土构件的模板外部,通过模板间接将振动传给混凝土使其密实。如图5-2-17所示,它由电动机、偏心块式振动子等组成,外形如一台电动机。电动机为特制铸铝外壳的三相两极电动机,机壳内除装有电动机定子和转子外,在转轴的伸出端上还装有一个扇形偏心块,振动器两端用端盖封闭。偏心块随同转轴旋转,由此离心力而产生振动。

图5-2-17 电动附着式振捣器

1-轴承座;2-轴承;3-偏心轮;4-键;5-螺钉;6-转轴;7-长螺栓;8-端盖;9-电源线; 10-接线盒;11-定子;12-转子;13-定子螺钉;14-外壳;15-地脚螺栓孔

(3)电动平板式振捣器

电动平板式振捣器又称表面振捣器,它除在振捣器底部设置一块船形底板外,其他结构和原理与附着式振捣器基本相同。

(4)混凝土振动台

混凝土振动台又称台式振动器,它是一种混凝土结构成型的机械设备。振动台的机架一般支承在弹簧上,机架下端装有激振器,机架上放置成型制品的钢模板,模板内装有混凝土混合料。工作时,在激振器的作用下,机架连同模板及混合料一起振动,从而使模板内的混凝土振实成型。

图5-2-18为ZT-1.5×6型混凝土振动台,它由台面1、下部框架2、支承弹簧4、电动机6、齿轮同步器5、振动子9等组成。两

图5-2-18 ZT-1.5×6型混凝土振动台 根对称布置的振动轴是由

1-台面;2-下部框架;3-振动轴;4-支承弹簧;5-齿轮同步器;

6对安装偏心振动子的传

6-电动机;7-弹性联轴节;8-万向联轴节;9-偏心振动子

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动轴以弹性联轴节联接而成的,并通过12对轴承安装在台面下。

第三节 起重机械与架桥设备

一、分 类

1.起重机械的分类

起重机械是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括:取物装置从取物地把物品提起,然后水平移动到指定地点降下物品,接着进行反向运动,使取物装置返回原位,以便进行下一次循环。

通常,起重机械由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、变幅机构和回转机构(使物品作水平移动),再加上金属机构,动力装置,操纵控制及必要的辅助装置组合而成。

在建桥工程中所用的起重机械,根据其构造和性能的不同,一般可分为轻小型起重设备、桥架类型起重机械和臂架类型起重机械三大类。轻小型起重设备如千斤顶、起重葫芦、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机械如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带式起重机等。

2.架桥设备的分类

架桥设备是一种将预制钢筋混凝土(或预应力混凝土)梁片(或梁段),吊装在桥梁支座上的专用施工机械。我国目前的公路架桥设备虽说形式各异,但概括起来可以分为导梁式架桥设备、缆索式架桥设备和专用架桥机三大类。

(1)导梁式架桥设备

这类架桥设备是利用贝雷架(或万能杆件、战备军用桁梁)拼装成的导梁作为承载移动支架,再配置部分起重装置与移动机具来实现架梁。

(2)缆索式架桥设备

这类架桥设备是利用万能杆件,或者圆木拼成索塔架式人字形扒杆,用架设的钢丝绳组成吊装设备和行走装置,将梁架设在墩台上,直接就位或横移就位。

(3)专用架桥机

专用架桥机是在导梁式架桥设备的基础上,通过对其结构和起吊、行走设备进行改善而发展起来的专用施工机械,按导梁形式可分为双导梁型和单导梁型两种。

双导梁型架桥机目前在公路架桥机中应用最广泛,其导梁的承载能力强,整机横向稳定性能较好。单导梁型架桥机具有结构紧凑,对曲线及斜交桥梁适应能力强,容易实现架设外边梁等特点,其横移一般靠导梁整机横移来实现移梁、落梁工序。

二、简单起重设备

简单起重设备一般只备有起升机构,用以起升重物。其构造简单、重量轻,便于携带,移动方便。常用的简单起重设备有液压千斤顶和卷扬机等。

1.液压千斤顶

千斤顶是一种起重高度小(小于1m)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械30

维修工作,在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。其缺点是起重高度有限,起升速度慢。液压千斤顶分为通用和专用两类。

通用液压千斤顶适用于起重高度不大的各种起重作业。它由油缸1、油泵2、储油腔3、活塞4、摇把5、回油阀6等组成,如图5-3-1所示。工作时,只要往复扳动摇把5,使手动油泵2不断向油缸1内压油,由于油缸

内油压的不断增高,就迫使活塞4及活塞

上面的重物一起向上运动。打开回油阀6,

油缸内的高压油便流回储油腔3,于是重

物与活塞也就一起下落。

专用液压千斤顶是专用的张拉机具,

在制作预应力混凝土构件时,对预应力钢

筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用

式。常用的有穿心式和锥锚式两种。

穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或

钢丝束,它主要由张拉缸、顶压缸、顶压

活塞及弹簧等部分组成。它的特点是:沿

拉伸机轴心有一穿心孔道,钢筋(或钢丝)

图5-3-1 液压千斤顶工作原理 穿入后由尾部的工具锚锚固。其工作原理1-油缸;2-油泵;3-储油腔;4-活塞;5-摇把;如图5-3-2所示。张拉时,打开前后油嘴,6-回油阀;7-油泵进油阀;8-油缸进油阀

从后油嘴向张拉工作油室内供油,张拉缸

缸体向后移动。由于钢索锚固在千斤顶尾部的工具锚上,因此千斤顶通过工具锚将钢索张拉。当钢索张拉到需要的

长度时,关闭后油嘴,从

前油嘴进油至顶压缸内,

使顶压活塞向前伸移而顶

住锚塞,并将锚塞压入锚

圈中,从而使钢索锚固。

打开后油嘴并继续从前油

嘴进油,这时张拉缸向前

移动,缸内油液回流。最

后打开前油嘴,使顶压缸

内的油液回流,顶压活塞

由于复位弹簧的作用而复图5-3-2 穿心式千斤顶工作原理示意图 还原位。 1-工作锚;2-张拉回程油室;3-顶压工作油室;4-张拉工作油室;

5-工具锚;6-钢丝;7-张拉缸;8-顶压缸;9-顶压活塞;10-弹簧; 2.卷扬机

11-后油嘴;12-前油嘴 卷扬机又称绞车,它

主要用于提升和拖曳重物。它可以单独使用,也可配合滑车作其它起重机构使用。

卷扬机实际上是由一个卷筒再配上齿轮或蜗轮减速器而组成的简单起重设备,有手动、机动和电动三种。

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电动式卷扬机(图5-3-3a)由机架1、卷筒2、减速箱3、制动器4、电动机5等部分组成。电动机的动力输出轴通过弹性联轴器和制动器4与减速箱相连。它的传动系统如图5-3-3b所示。

图5-3-3 电动式卷扬机

a)结构简图;b)传动系统图

1-机架;2-卷筒;3-减速箱;4-制动器;5-电动机

三、自行式动臂起重机

1.自行式动臂起重机的类型及特点

自行式动臂起重机是起重机中应用较广泛的一种类型,按行走装置的不同,可分为汽车式起重机、轮胎式起重机和履带式起重机三种。其产品型号的编制方法分别是:机械式汽车起重机代号为Q,液压式代号为QY;机械式轮胎起重机代号为QL,液压式为QLY;机械式履带起重机代号为QU,液压式为QUY。自行式动臂起重机由于都装有行走装置,灵活性好,因此,被广泛应用于流动性较大的路桥施工现场等作吊运、安装工作,具体特点分述如下。

汽车起重机是在通用或专用载货汽车底盘上装上起重工作装置及设备的起重机。它具有汽车的通过性好、机动灵活、行驶速度高,可快速转移,到达目的地能马上投入工作等优点。因此,它特别适用于流动性大、不固定的工作场合。由于它是在现成的汽车底盘上改装而成,故制造容易且较经济。汽车起重机因为具有上述这些特点,所以,近年来随着汽车工业的迅速发展,各国汽车起重机的品种和产量都有很大发展。但汽车起重机车身较长,转弯半径大(因受汽车底盘的限制)。

轮胎起重机是将起重工作装置和设备装设在专门设计的自行式轮胎底盘上的起重机。由于其底盘是专门设计的,因此,其轴距、轮距及外形尺寸可根据总体设计的要求合理布置。

近年来,随着起重机技术的迅速发展,汽车起重机吨位越来越大,轮胎起重机行驶速度越来越高,使两者之间的差别逐渐缩小,出现了快速越野型轮胎起重机。这种起重机采用了动力换档、全轮转向、油气弹簧悬架,从而提高了起重机的机动性、越野性及作业稳定性,很有发展前途。

履带式起重机是把起重工作装置和设备装在履带式底盘上的起重机。与轮胎起重机相比,履带对地面的平均比压小,可在松软、泥泞等恶劣的地面上作业。此外,它爬坡能力强,牵引性能好,能带载行驶,并可借助附加装置实现一机多用,所以起重量大于100t的大型履带式起重机在桥梁施工中占有重要地位,

目前世界上起重量最大的履带式起重机32

的起重量可达3000t。但履带式起重机自身质量大,行驶速度低(1~5km/h),且对公路路面有破坏作用。因此目前轻型履带式起重机(100t以下)已逐渐被快速方便的液压式汽车起重机所取代。

2.QY12型全液压汽车起重机的工作原理

汽车起重机是成批生产的系列产品,种类较多,现以QY12型全液压汽车起重机为例介绍其主要组成部分的结构及工作原理。

图5-3-4所示为QY12型汽车起重机的外形图。其主要技术参数如下:

最大起重量: 工作半径为3m时为12000kg

最大起重量力矩:385kN·m

主臂: 3节

整机重量: 13200kg

行驶性能: 最大车速70km/h,最大爬坡度为12.9°

图5-3-4 QY12型全液压汽车起重机外形图

QY12型汽车起重机为一种具有三节伸缩臂、全回转液压起重机。其取力装置位于起重机底盘变速器右侧,起重机从行驶状态转入起重作业时,在驾驶室内操纵取力操纵杆使取力装置接合之后,汽车发动机动力经过取力装置传至齿轮泵,则齿轮泵工作。齿轮泵输出的压力油通过液压系统驱动起重机的支腿和上车回转以及变幅、伸缩机构以及卷扬机构工作。

支腿为“H”型结构,前后固定腿分别焊接在车架下方,四个活动支腿分别装在前后固定腿箱形内,支腿机构为液压驱动。

活动支腿通过支腿操纵阀控制,它可以同时动作,也可以单独动作,操纵支腿一般情况是先水平支腿伸出后,再伸垂直支腿,缩回时应先垂直支腿缩回后,再是水平支腿缩回。

起重臂的主臂为三节四边箱形吊臂,伸缩机构为单级油缸加钢丝绳,其结构如图5-3-5所示。

为提高伸缩油缸的稳定性,将伸缩油缸倒置安装在伸缩臂中,活塞杆头与基本臂尾部铰接,缸筒端部与二节臂根部铰接。当伸缩油缸伸出时,活塞杆固定不动,则缸筒运动将二节臂推出,当伸缩油缸缩回时,则缸筒运动将二节臂拉回。

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图5-3-5 起重臂及伸缩机构

1-导绳器;2-伸臂钢丝绳;3-伸臂滑轮;4-导向滑轮;5-基本臂;6-侧滑块;7-二节臂;

8-三节臂;9-下滑块;10-缩臂钢丝绳;11-缩臂滑轮;12-伸缩油缸

起升机构由液压马达、双级圆柱齿轮减速器、制动器、卷筒、钢丝绳、起重钩等组成。其制动器为常闭摩擦片干式制动器,它的控制由制动油缸实现,并可在起重过程中任何位置实现重物停稳而不下滑。在起升机构液压回路中装有平衡阀,用以控制重物下降的速度。

回转机构由液压马达、蜗轮蜗杆减速器、回转支承等组成。回转机构工作时,由齿轮泵供给压力油,采用定量马达驱动,通过回转分配阀的控制可以实现正、反方向全回转。

变幅机构由吊臂、转台与一个前倾安装的双作用油缸构成,其变幅动作是通过双作用油缸的伸缩实现的,变幅机构的作用是改变吊臂的仰角,从而使吊钩与上车回转中心的距离(即幅度)得到改变。

四、缆索式架桥设备

如图5-3-6所示,缆索式架桥设备就是在两个塔架6之间张紧一根特种承重的主索1,起重小车5就在此钢索上来回移动提升重物。它的优点是跨度和起升质量较大(跨度为100~1800m,起升质量为3~50t),适用于山区丘陵地带以及有交通线或障碍物的广大施工现场作起重运输工作。特别适用于桥遂工程和水利枢纽工程。

图5-3-6 缆索式架桥设备

1-主索;2-左起重索;3-右起重索;4-牵引索;5-起重小车;6-塔架;7-地锚;8-扣索架;

9-扣索;10-起重卷场机;11-牵引卷扬机;12-收紧装置;13-预制梁段

缆索式起重机有固定式、移动式和转动式三种。

固定式缆索起重机的两个塔架是固定不动的,它结构简单,造价低,但工作面只是一个狭长的地带。

移动式缆索起重机的两个塔架下端都装有铁轮,能沿两根平行的轨道平移,故其工作34

范围为矩形面积。

转动式缆索起重机的一个塔架固定不动,另一个塔架下面装有铁轮,它可绕固定塔架

在轨道上转动,其行驶轨迹是扇形或圆。

在设置缆索式起重机时,对于塔架的强度,主索、起重索和牵引索的拉力以及有关起

重机的稳定性等问题,均需经过必要的力学计算,再经过现场试验,以达到经济合理和确

保施工安全。

五、导梁式架桥设备

目前,利用贝雷钢桁架和万能杆件拼装成的导梁式架桥设备在桥梁的上部施工中较为

常见。其中,万能杆件是用角钢制成的可拼成节间距为2m×2m的桁架杆件,因其通用性

强,可根据不同桁架形式,再配制部分自制构件,如横移机构、纵移机构、行走机构等,

就可以完成不同架设工序,提高机械化程度。下面对用万能杆件拼成的架桥设备(也称组

拼式架桥机)作一介绍。

如图5-3-7所示的架桥机主要由导梁、前支腿、前后行走台车、前后起吊天车及电气

系统组成。

图5-3-7 用万能杆件拼装的架设20m长T形梁的架桥设备(单位:m)

1-前支腿;2-前起吊天车;3-前行走台车

导梁和前支腿1由万能杆件组拼而成,导梁安装在前、后行走台车上,行走台车可在

已架设好的预应力混凝土梁上的轨道上行走。行走系统由行走台车3和牵引动力组成。起

吊系统的天车横梁可用万能杆件拼装,也可使用型钢组合而成,具体用那种形式应根据施

工现场情况、两个导梁的间距,以及起吊设备的状况等因素综合考虑。其电气系统可参见

有关资料。

六、专用架桥机

目前世界各国的架桥机品种很多,这里重点介绍国产双导梁红旗130-78型架桥机。

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图5-3-8 红旗130-78型架桥机

1-起吊天车;2-机身;3-机臂;4-人行道及栏杆;5-后门架;6-摆臂机构;7-台车;8-活动横梁;9-前支腿及油缸;10-翘头油缸; 11-后支腿辅助油缸;12-前门架;13-行走机构;14-后支腿油缸;15-后支腿下节;16-台车支腿油缸;17-前支腿下节;18-横梁

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如图5-3-8所示,红旗130型架桥机由台车7、机身2、机臂3、前门架12与前支腿

17、起吊天车1及液压系统、电气系统组成。机身2下的台车7共有两辆,每辆台车均有自行装置,可自行调速行走,两侧各设有两个支腿,在架桥机上桥对位后,使支腿支撑牢固,以保证架梁和机臂摆头的安全。

机身依靠升降机构升高或降低,以适应架梁工作的要求。

机臂3是箱形截面的焊接结构,共4片,主梁两端各两片,对称安装。机臂上焊有供起吊天车1行走的轨道,并装有人行道和栏杆;机臂在曲线上架梁时,依靠摆臂机构6的液压推动,可随线路水平转动。

红旗130型架桥机轴重轻,梁片可以直接从运梁台车上起吊,可以一次将梁片架设就位,并可以在前后方向架梁,反方向架梁时,架桥机不需要转向,简化了架梁工艺,工作效率高。

七、钢丝绳

钢丝绳是由抗拉强度为(1.4~2.0)kN/mm2的多根钢丝编绕而成。由于钢丝绳具有强度高、自重轻、柔性好、极少骤然断裂等优点,而成为起重机的重要零部件之一。在起升机构和变幅机构中用做承载绳,在运行机构和回转机构中用做牵引绳,有时还用来捆扎货物。

1.钢丝绳的构造

根据不同的使用要求,钢丝绳的结构和编绕方法各不相同,有单绕绳、双绕绳、三绕绳等型式。起重机多采用双绕绳,即先由钢丝绕成股,再由股以绳芯为中心绕成绳。

绳芯的材料有金属芯、有机物芯(麻芯、棉芯)、石棉芯三种。有机物芯的钢绳具有较大的挠性和弹性、润滑性好,但不耐高温,承受横向压力的能力较差;石棉芯钢绳性能与前者相似,但能抗高温;金属芯钢绳强度高,能承受高温和横向压力,但润滑性较差。

一般情况下,多选用有机物芯钢绳。高温工作时宜用石棉芯或金属芯钢绳。当在卷筒上多层卷绕时,钢绳之间横向压力大,宜采用金属芯钢绳。

2.钢丝绳的种类

根据钢丝绕成股与股绕成绳的相互方向不同,可分为:

(1)顺绕绳(图5-3-9a),即丝绕成股与股绕成绳的绕向相同。这种钢丝绳挠性好、寿命较长,但有弹性恢复力,容易自行松散和扭转,故只适用于牵引绳。如电梯、小车运行机构的牵引绳,在起升机构中不宜采用。

(2)交绕绳(图5-3-9b),即丝绕成股与股绕成绳的绕向相反,其挠性与使用寿命均较顺绕绳差。但由于绳与股的扭转趋势相反,克服了易扭转和易松散的缺陷,广泛用于起重钢索。

(3)混绕绳(图5-3-9c),即半数股为左旋和半数股为右旋而绕成的钢绳。它的性能介于上述两者之间,因工艺复杂,应用极少。

图5-3-9 钢丝绳的绕向

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3.纲丝绳的联接方法

钢丝绳在使用时需要与其他承载零件联接,以传递载荷。联接方法大致有下列几种:

(1)编结法(图5-3-10a) 利用心形套环,将末端与工作分支用钢丝绳扎紧。捆扎长度l=(20~25)d(d为钢丝绳的最小直径),同时不应小于300mm。

(2)换形套筒法(图5-3-10b) 用特制的钢丝绳斜楔固定,方法简便。

(3)灌铅法(图5-3-10c) 将钢丝绳端拆散,穿入锥形衬套内,并将钢丝末端弯成钩状,然后灌入溶铅,冷却后即成。此法操作复杂,较少采用。

(4)绳卡固定法(图5-3-10d) 钢丝绳套在心形套环上,用特制的钢丝绳卡头固定。固定时,将U形卡卡在钢丝绳末端的分支上,座板装在工作分支上。钢丝绳卡头数不得少于三个,并按同一方向夹紧。此法简便可靠,广泛应用。钢丝绳卡头已有标准,可查阅有关手册。

(5)铝合金压头法(图5-3-10e) 将钢丝绳端头拆散后分为六股,各股留头错开,留头最长不超过铝套长度,并切去绳芯,弯转180°后用钎子分别插入主索中。然后套入铝套,在气锤上压成椭圆形,再用压模压制成型。此法加工工艺性好,重量轻,安装方便,一般常作起重机固定拉索用。

图5-3-10 钢丝绳端固接

八、汽车起重机在桥梁施工中的应用

用预制梁吊装施工法的预制梁吊装设备有很多,因汽车起重机本身有动力、架设迅速、可缩短工期,不需要架设桥梁用的临时动力设备,不需要如其它方法架梁时所必需的技术工种,故在中小跨径预制梁的架设安装

中经常采用。

1.单汽车起重机安装

单汽车起重机安装适应条件是只

要能进入一台吊车的位置即可。与其他

方式方法相比较,比使用大型安装机械

能加快工程进度,对于安装地点分散,

安装阶段工序比较复杂的情况,单汽车

吊安装是有利的。当然,停放吊车位置图5-3-11 单汽车起重机安装示意图

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的地基应具有足够的承载能力。

其安装的步骤是:修筑运梁道路、清理停放吊车位置的场地;布置吊车;运进安装的梁,并将钢丝绳挂到梁上(钢丝绳与梁面的夹角不能太小,一般以45~60为宜,否则,应使用起重横梁);最后用吊车起吊梁,安装到支座上。图5-3-11所示为单汽车起重机安装示意图。

2.双汽车起重机安装

双汽车起重机安装是在桥墩附近布置两台起重机,把平板车运来的梁用两台起重机吊起,安装到支座上的施工方法。

与单汽车起重机安装相比,双汽车起重机安装一般是在主梁质量较大或者构件跨度较长,一台起重机架设有困难时采用。

其安装步聚与单汽车起重机安装步骤基本相同。不过要特别注意两机的互相配合,因此现场指挥特别重要。图5-3-12为双汽车起重机安装示意图。

图5-3-12 双汽车起重机安装示意图

九、导梁式架桥设备在桥梁施工中的应用

由于桥梁工程中出现的越来越大的跨径和越来越重的预制梁,一般的起重机难以达到要求,因此通过专用架桥设备架设桥梁构件比较广泛应用。

这里以用万能杆件拼装的架桥机架设钢筋混凝土公路桥梁为例,说明其工作过程。

1.移动架桥机

每孔梁架完后,必须在梁上铺好架桥机走道及标准轨距的运梁台车走道后,方可移动架桥机。移动架桥机时应先将两台起吊天车回到后部(图5-3-13a)以增加架桥机的平衡重量和稳定,再启动架桥机行走机构,使架桥机前进一定的距离,至前一个桥墩上(图5-3-13b)并对前支腿、前后轮组进行测量、调整。三点高度应基本一致,其相对高差不得大于5mm。

2.架梁

(1)梁片由制梁厂装上运梁台车,用牵引车运到桥头。

(2)当运梁线与架梁线在一个平面时,可将梁片直接运至架桥机后部。若运梁线与架梁线不在同一平面时,则在桥头设立提升站。梁片由提升站龙门式起重机自动架线提升到架梁线上的运梁台车上,再由牵引车送至架桥机的后部。

(3)用前起吊天车将梁片吊起。前进至合适位置(如图5-3-13c)。

(4)再用后起吊天车将梁片后部吊起(如图5-3-13d)。

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