HKZ600型夯扩桩机的研制

摘要 本文主要介绍了HKZ600夯扩桩机研制的前提、主要结构、成桩过程及原理、主要技术参数、技术特点及适用范围。该桩机的技术创新点是配有振动头和大直径夯扩桩，是一种新型环保的桩工设备。同时具有贯入力强、沉桩质量好、坚固耐用 、故障少、结构紧凑、低噪音、无污染等优点。

关键词 夯扩桩；振动头；夯扩锤；承载力；大直径夯扩桩

中图分类号TU7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0061-02

1 研制的前提

在现有的建筑基础领域中，桩基础分为排土桩和非排土桩。排土桩如长螺旋CFG桩、超流态桩、冲击和回转钻正反循环桩、旋挖钻桩等等。它们共同的特点是施工过程中都有残土排放，这给施工带来了很大的麻烦，同时清理这些残土也需要很高的费用；非排土桩有螺旋挤土桩和夯扩桩。它们共同的特点是施工成孔过程中无残土排出，桩与桩间的挤土效应好，桩承载力高，成桩质量可控，施工成本低。但螺旋挤土桩需要很大转矩的动力头，设备昂贵。最大桩径可达φ700mm ，深度不大于30m。夯扩桩适应于中矮层建筑，一般最高不超过18层。它的特点是在较好的桩端持力层基础上利用自身的工法建立载体，大大提高了桩的承载力，降低了成本，得到了广泛的应用。

2007年结合市场发展和用户需求，我中心研制成功了HKZ600型夯扩桩机。该桩机不同于普通的夯扩桩机：其一是首次在夯扩桩机上配有振动头，其二是成桩直径最大可达φ600mm，基于以上两点，该桩机填补了国内夯扩桩机的技术空白，是一种新型环保的桩工机械产品。在建筑基础施工领域中具有很强的优势，并占有相当的市场份额，得到了用户的一致好评。

2 主要结构（如图）

本机由底盘、桩架、振动头、夯扩锤及护筒、卷扬机设备、回转机构、行走机构、液压系统、电气控制系统等组成。

3 成桩过程及原理

1）成桩过程：该桩机工作时通过步履行走和回转，对好孔位，开动主卷扬机，提起夯扩锤到一定高度，释放夯扩锤，做自由落体运动，夯击地面；开动副卷扬机，下放卷扬绳，当下沉护筒接触地面时，方可启动弹簧振动头，待达正常工作转速时，再下放卷扬绳，使护筒下沉保护好已夯成的孔。当护筒沉到设计标高后，夯扩锤要击出护筒底一定深度，再分批向孔内投入填充料和干硬性混凝土，填料量以锤底出护筒底40cm~60cm为依据。用夯扩锤反复夯实、挤密，在桩端形成复合载体。再启动工具卷扬放置钢筋笼，灌注桩身混凝土，最后提升副卷扬绳，使护筒边振动边拔出，这样就完成了夯扩桩；

2）成桩原理：我中心研制的HKZ600夯扩桩机是利用夯扩锤夯击成孔，并通过三击贯入度作为收锤标准，在被加固土层中形成从内到外的由于硬性混凝土、夯实填充料，挤密土体和影响土体构成的复合载体，最后放置钢筋笼，灌注桩身混凝土而形成夯扩桩。由于该机配备了振动头，所以增加振动沉护筒时的灌入力，成桩质量明显优于普通的夯扩桩机。桩身直径一般为φ400~φ600mm，扩大头直径是桩身直径的2倍以上，桩长10 m。

4主要技术参数

型号

项目 单位 HKZ600

最大夯孔直径 mm φ600

最大夯孔深度 m 10

回转角度 ° ±180

支腿臂展 m 4.25

行走步长 m 1.5

桩机重量 T 29

液压系统压力 MPa 16

总功率 kw 130

动力头功率 kw 2×22

动力头激振力 KN 210

动力头转速 r/min 1000

动力头中心管 mm φ560

工作状态外形尺寸 长m×宽m×高m 8.5×4.25×17

运输状态外形尺寸 长m×宽m×高m 13.3×2.26×2.7

5 主要技术特点

1）该桩机采用液压步履式行走机构，同时配有四个液压支腿和回转机构，自动化程度高，可自行行走及±180°回转，同时增加施工时的整机稳定性；

2）桩架采用门式折叠自行起落式臂架结构，它是由圆管焊接而成，强度高，刚性好，法兰连接方式，立柱由两条变幅液压油缸控制其起降，安装、拆卸方便；

3）由于普通的夯扩桩机没有振动头，它是利用加压方法进行下沉护筒，因而存在施工效率低，劳动力消耗大，对坚硬地层难以施工。而在该桩机上配有振动头，克服了普通无振动头夯扩桩机的诸多缺点，（如①护筒沉入困难。②地下水压高的地带成桩难。③扩大头形状很难保证与确定。）施工效率明显提高，而且成桩质量好。振动头是由双电机驱动的，经减速输出大扭矩的动力源，结构紧凑，减速比大，运转平稳，噪音小。主要结构由①振动器、②减震弹簧、③减震梁、④提升滑轮、⑤加压滑轮等组成。（如图1所示）通过驱动装置带动振动器中偏心块旋转，产生激振力。夯扩桩机工作时，振动头通过导向滑轮沿桩架导轨上下移动。当遇沉护筒困难时，可通过振动头的加压装置将桩架的部分重量加于振动头的减震梁上以增加振动沉护筒时的灌入力。当提升护筒时，可通过振动头中提升装置的作用，使护筒边上升边振动，从而增加桩身混凝土的密实度，改善成桩质量。同时可避免或减少缩颈或断桩等弊病的产生，设计桩径能够保证；

图1 振动头结构示意图

4）该桩机备有手动、电控主副卷扬机各一台，工具卷扬机一台。主卷扬机控制夯扩锤，采用手动快速溜放钢丝绳，承载、过载能力高，寿命长，钢丝绳采用不旋转钢丝绳，避免夯扩锤旋转。副卷扬机控制振动头及护筒，采用手动离合控制护筒的提升距离，可以形成更为理想的扩大头形状，桩端面积大，承载力更高，有利于减小沉降。主副卷扬在成桩过程中起着十分关键的作用，工具卷扬机起吊钢筋笼；

5）普通的夯扩桩机成桩直径最大只有φ400mm，而该桩机成桩直径最大可达φ600mm，满足了国内大直径夯扩桩技术的要求；

6）普通的夯扩桩机是用卷扬机反压沉护筒，施工效率低。该桩机使用振动头和加压装置共同沉护筒，施工效率提高3倍。

6 适用范围

该桩机是公路、桥梁、机场、多层建筑等基础施工的理想设备。适用于中低压缩性粘土、粉土、砂土、碎石土、强风化岩等。

7 结论

截止到目前为止，我中心生产的HKZ600型夯扩桩机已经推广应用了20多台，先后在梅河、通化、本溪、沈阳、抚顺等地施工。大量的现场使用证明：该桩机主要技术参数设计合理，可靠性高。而且施工机械轻便，机动灵活，适应性强，性能明显优于普通的夯扩桩机。发展前景非常好，同时为我中心和桩机用户都带来了可观的经济效益，也为在建筑基础行业推广节能减排起到了很大的推进作用。

参考文献

[1]成大先主编.机械设计手册.5版.第3卷，化学工业出版社.

[2]闻邦椿.振动机械理论应用.北京:机械工业出版社，1983.

[3]复合载体夯扩桩设计规程.JGJ/T135-2001北京：中国建筑工业出版社.1版，2001，10.

[4]建筑地基基础设计规范GB5007-2002[S].中国建筑工业出版社，2002.