35t级国产大型液压打桩锤研制及应用

摘要：液压锤在国外已有40多年的发展史，而国内大型液压打桩锤研制还处于空白。本文阐述了液压锤研制和应用层面的关键技术。本锤已投入港珠澳大桥沉桩施工，运行稳定，性能优异，标志研制成功。

关键词：国产；液压打桩锤；研制；应用技术

1.国内外液压打桩锤发展状况

上世纪70年代，西方开始研制液压打桩锤。按使用范围分：有陆用、水用、深水用三种系列；按工作原理分：有单作用和双作用两种形式。打击能量小至几十KJ最大已达3500KJ，适合施打承载力几十吨至超万吨风电基础桩等各种材质的水陆工程桩。液压打桩锤以其特有的优异性能，在欧美发达国家已取代或逐步淘汰柴油打桩锤，已成为承包商首选的大型桩基设备。目前，大型液压打桩锤的设计和制造技术为西方少数几家公司掌握，市场处于垄断地位。荷兰IHC、德国MENCK公司是全球著名的液压打桩锤生产商，两家公司垄断了全球双作用液压打桩锤市场，都已成功研发并投入市场2000kJ级以上超大型液压打桩锤；同时都成功研制了深水锤，该锤采用海水作为动力传动介质，零污染，可潜深1000米以上水深作业，适合深海工程桩基施打。深水用液压锤将推动油气工程、风电工程向深海发展，引领深海桩工设备发展潮流。英国BSP公司、荷兰永腾公司、美国APE公司等主要生产单作用液压打桩锤，这几家公司占有全球90%以上单作用液压锤市场。

国内柴油打桩锤生产厂家，进行过技术引进、技术合作或自行研发尝试，但由于国外主要生产厂家技术垄断和自身研发能力的限制，至今大部分厂家研制工作进展缓慢。广东力源液压机械有限公司在国内是最早独立进行液压锤研制的厂商，20吨（相当打击能量300kJ）以下锤型已研制成功，并已成功投放香港、澳门、澳洲、俄罗斯、印度及大陆部分地区，主要用于陆上建筑桩基市场。

2.研制国产大型液压打桩锤意义

液压打桩锤，由于其优异的打击能力、可控性和环保在西方发达国家已全部或逐步取代柴油锤作为一种新型沉桩设备；而国产化研制，是打破国外垄断，提升国内桩工设备制造水平，推动桩基施工事业发展的必然选择：

2.1.打破垄断，填补国内空白，促进国内桩工设备的良性发展；

2.2.为国内承包商提供物美价廉的桩工设备，提升装备水平；

2.3.锤炼国内研发团队，提升研制和创新能力，参与全球竞争；

2.4.保证桩基工程向深海和大型化发展；

2.5.满足日臻苛刻施工环保法律要求。

3.国产35吨大型液压打桩锤研制概述

本锤研制借鉴了20t级及以下锤型的研发经验，亦吸收了大量国外液压锤研制技术和开发经验。

3.1.主参数设计

3.1.1.锤心行程：200-1500mm。

3.1.2.锤心重量：35t（目的是满足港珠澳大桥桩基施工要求）

3.1.3.标称打击能量Q：

假设理想状况，冲击体（锤心）以g加速度下落，则

3.1.4.锤心打击次数：

设定打击频率为30-60次/分钟，行程1.5m时设定打击频率为32次。

3.1.5.最大有效功率q：

由此确定以395.54kw最大功率进行详细的液压传动及柴油机动力系统设计计算和产品选型。

3.2.锤的组成及工作原理

本锤结构上由锤体、动力站及动力站和锤体间的液压管道系统组成：锤体采用方形框架式见图1；动力站采用箱型结构。

工作原理：液压锤动力站产生压力油源，通过液压管道输送到锤体，压力油进入锤心两个提升油缸下腔，两油缸同步提升锤心到时间继电器控制的预设行程后释放，锤心以接近g的速度下落冲击铁砧，冲击力从而传递至桩帽桩顶，迫使桩下沉。

3.3.研制关键技术

3.3.1.液压系统采用大通径插装阀，最大程度减小液压损失，保证阀件换向动作的灵敏性，确保提升油缸下腔快速回油，从而使锤心以近似g的速度下落冲击铁砧。同时，锤体的进回油管道都采用并联双管2寸液压管道，最大限度减小管路阻力，降低能耗。相对国外厂家进回油单管路系统，这是创新，亦是本锤设计的关键点。

3.3.2.液压系统泵源采用电控变量带压力切断泵控方式，实现精准无级变量，依据不同的地质构造采取最有效的打击频率从而达到最好的沉桩效果。

3.3.3.锤心是主体受力件，经计算和英国BSP公司试验数据，选取了3000t冲击力负载进行有限元受力分析和结构设计，锤心选用大型整体锻件进行精加工。

3.3.4.强制式风冷技术：为保证液压油冷却效果，维持设备长期工作时油温仍在60℃以下，设计了独立的强制式液压油风冷冷却系统。

3.3.5.液压系统蓄能缓冲技术：在高压和回油管道分别并联两个容量都为12L的蓄能器。高压蓄能器用于向锤心提升油缸下腔供应高压油，使提升动作加快。低压蓄能器用于锤心下降时油液快速回流蓄能。高低压蓄能器都能吸收系统冲击能，使锤心运动更为平顺和可靠。

3.3.6.锤心双液压缸同步提升技术：采用双液压缸同步技术，两个液压缸的下腔和上腔分别设置连通管道，同时采取活塞杆动作约束机构，达到双缸同步，延长油缸使用寿命。

4.35t液压打桩锤应用关键技术

为配合港珠澳大桥青州航道桥主桥沉桩施工，35t液压打桩锤在路桥建设桩8号船上采用悬挂、导轨接入方式进行首次施工。港珠澳大桥是国际性工程，举世瞩目！国产大型液压打桩锤首次参与国内重大建设工程施工，意义重大；同时也是一次挑战。为此我们进行了大量应用层面的探索和研究：

4.1.青州航道桥主桥桩基工程量和规格

共有156根复合钢管桩：桩长达70m，重110t，外径2500mm，壁厚25mm，单桩设计承载力3000t。