《建筑施工機(jī)械》土方機(jī)械

1123410 土方機(jī)械與樁工機(jī)械土方機(jī)械與樁工機(jī)械目目 錄錄 2【知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)】掌握推土機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)的類型、特點(diǎn)和工作過程；了解推土機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)的構(gòu)造、工作原理和使用場(chǎng)合?！灸芰δ繕?biāo)能力目標(biāo)】能夠在土方工程施工過程中選擇采用推土機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)；能組織土方機(jī)械施工；能計(jì)算機(jī)械生產(chǎn)率。10 土方機(jī)械土方機(jī)械 3土方工程施工過程中使用的機(jī)械稱為土方機(jī)械。土方工程的施工過程主要有土方開挖、運(yùn)輸、填筑和壓實(shí)等。土方施工機(jī)械主要有鏟土運(yùn)輸機(jī)械、挖掘機(jī)械、壓實(shí)機(jī)械、水力土方機(jī)械和準(zhǔn)備作業(yè)機(jī)械等。土方機(jī)械根據(jù)行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為輪胎式和履帶式兩種。土方機(jī)械一般由動(dòng)力裝置（大部分為柴油機(jī)）、傳動(dòng)裝置、行走裝置和工作裝置等組成。土方工程施工中主要根據(jù)作業(yè)對(duì)象和作業(yè)要求選用土方機(jī)械。10 土方機(jī)械土方機(jī)械 41鏟土運(yùn)輸機(jī)械鏟土運(yùn)輸機(jī)械鏟土運(yùn)輸機(jī)械主要用于鏟運(yùn)、推運(yùn)或平整場(chǎng)地。根據(jù)用途又分為推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、裝載機(jī)、平地機(jī)等。選用鏟土運(yùn)輸機(jī)械應(yīng)考慮運(yùn)料距離。例如，推土機(jī)沿地面推運(yùn)物料時(shí)適應(yīng)于3060m的距離；自行式鏟運(yùn)機(jī)能自裝、自運(yùn)、自卸地面物料，適應(yīng)于1802000m的長(zhǎng)運(yùn)距；單斗裝載機(jī)與自卸汽車配套使用時(shí)適于300m以上的運(yùn)距；平地機(jī)適于大面積場(chǎng)地的平整作業(yè)等。10 土方機(jī)械土方機(jī)械 52挖掘機(jī)械挖掘機(jī)械挖掘機(jī)械用于挖掘高于或低于承機(jī)面的物料（包括土壤、煤、泥沙及經(jīng)過預(yù)松后的巖土和礦石等），并將其裝入運(yùn)輸車輛或卸至堆料場(chǎng)。它又分為單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī)兩類。3壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)機(jī)械利用靜壓、振動(dòng)或夯擊原理，密實(shí)地基土壤和道路鋪砌層，使其密度增大，承載能力提高。常用的壓實(shí)機(jī)械有羊足碾、光輪壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、蛙式夯和內(nèi)燃打夯機(jī)等。10 土方機(jī)械土方機(jī)械 64水力土方機(jī)械水力土方機(jī)械水力土方機(jī)械是利用高速水射流沖擊土壤或巖體進(jìn)行開挖，然后將泥漿（或巖漿）輸送到指定地點(diǎn)的土方機(jī)械。常用的有水泵、水槍、吸泥泵等。它能綜合完成挖掘、輸送、填筑等作業(yè)，利用刀形或斗形工作裝置切削土壤，效率較高，但消耗水電量大，應(yīng)用有局限性。5準(zhǔn)備作業(yè)機(jī)械準(zhǔn)備作業(yè)機(jī)械準(zhǔn)備作業(yè)機(jī)械包括松土機(jī)和除荊機(jī)等。10 土方機(jī)械土方機(jī)械 710.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī)10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 8挖掘機(jī)有循環(huán)作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式兩大類，即單斗挖掘機(jī)和多斗挖掘機(jī)。單斗挖掘機(jī)是土方工程中的一種主要施工機(jī)械，它可以單獨(dú)進(jìn)行基坑的挖掘作業(yè)或配合汽車等運(yùn)輸工具進(jìn)行遠(yuǎn)距離的土的運(yùn)移，目前已被廣泛應(yīng)用于建筑施工、交通運(yùn)輸、水利電力、礦山采掘以及軍事工程等。10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 9單斗挖掘機(jī)的種類很多，按傳動(dòng)方式不同分為機(jī)械式和液壓式兩類。在中、小型單斗挖掘機(jī)中主要采用液壓式。按工作裝置的不同，液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)有反鏟、正鏟、抓鏟和拉鏟四種主要形式。反鏟用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，其工作靈活，使用較多，是液壓挖掘機(jī)的一種主要工作裝置形式。正鏟主要用于挖掘停機(jī)面以上的土壤，大面積開挖時(shí)采用此形式。抓鏟則主要用于小面積深挖，如挖井、深坑等。拉鏟主要用于大面積開挖。10.1.1 單斗挖掘機(jī)的種類和特點(diǎn)單斗挖掘機(jī)的種類和特點(diǎn)10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 10以上幾種工作裝置的主要形式如圖10.6所示。圖圖6.6 單斗挖掘機(jī)工作簡(jiǎn)圖單斗挖掘機(jī)工作簡(jiǎn)圖（a）正鏟挖掘機(jī)；(b)反鏟挖掘機(jī)；(c)拉鏟挖掘機(jī)；(d)抓鏟挖掘機(jī) 10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 11按行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式和拖式等形式。履帶式具有良好的通過性，輪胎式具有良好的越野性，而后三種直接采用汽車或拖拉機(jī)底盤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。按動(dòng)力裝置的不同，挖掘機(jī)可分為電驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和復(fù)合驅(qū)動(dòng)等形式。單斗液壓挖掘機(jī)采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。6.3 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 12單斗液壓挖掘機(jī)主要由工作裝置、回轉(zhuǎn)平臺(tái)和行走機(jī)構(gòu)三大部分組成，工作裝置又包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗以及它們的油缸，如圖6.7所示。發(fā)動(dòng)機(jī)（常用柴油機(jī)）驅(qū)動(dòng)兩個(gè)液壓泵，把高壓油輸入到兩個(gè)換向閥組。操縱換向閥，將高壓油送往有關(guān)執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。圖10.7所示為液壓挖掘機(jī)最常用的反鏟工作裝置工作情況。10.1.2 單斗液壓挖掘機(jī)的基本組成及傳動(dòng)單斗液壓挖掘機(jī)的基本組成及傳動(dòng)10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 13圖圖10.7 液壓挖掘液壓挖掘機(jī)基本組成及機(jī)基本組成及傳動(dòng)示意圖傳動(dòng)示意圖 1鏟斗；2斗桿；3動(dòng)臂；4連桿；5，6，7油缸；挖掘裝置；回轉(zhuǎn)裝置；行走裝置 10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 14工作時(shí)，操縱換向閥，接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)。同時(shí)操縱換向閥，使動(dòng)臂油缸5回縮，動(dòng)臂下降至鏟斗接觸工作面。然后再操縱換向閥，使斗桿油缸6和鏟斗油缸7伸出，鏟斗向下旋轉(zhuǎn)挖掘。斗滿后，操縱換向閥，將油缸6和7關(guān)閉，動(dòng)臂油缸5伸出，動(dòng)臂上升離開工作面，然后操縱換向閥接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使鏟斗轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn)，再操縱換向閥使油缸6和7回縮，鏟斗反轉(zhuǎn)卸土。卸完后再進(jìn)行第二次循環(huán)挖掘工作。10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 15挖掘機(jī)生產(chǎn)率（m3/h）可按下式計(jì)算：式中q鏟斗的幾何容量，m3；T每一工作循環(huán)持續(xù)時(shí)間，s；K1土的松散系數(shù)，取K1=1.11.4；K2鏟斗的充盈系數(shù)，取K2=0.81.1；K3時(shí)間利用系數(shù)，取K3=0.70.9。10.1.3 單斗液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)率單斗液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)率2313600qK KTKQ（10.4）10.1 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 1610.2 推土機(jī)推土機(jī)10.2 推土機(jī)推土機(jī) 17推土機(jī)是土方工程施工的主要機(jī)械之一，它是以履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)，經(jīng)必要的加固改裝而成的機(jī)械。推土板多用油壓操縱。推土機(jī)操縱靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)方便，所需工作面較小，行駛速度快，易于轉(zhuǎn)移，能爬30左右的緩坡，因此應(yīng)用范圍較廣。推土機(jī)適應(yīng)于開挖I至類土，多用于平整場(chǎng)地、回填土方、開挖深度不大的基坑、堆筑堤壩以及配合挖土機(jī)集中土方、修路開道等。圖10.1是液壓操縱的T2-100型推土機(jī)外形圖。液壓操縱推土機(jī)除了可以升降推土板外，還可調(diào)整推土板的角度，具有更大的靈活性。10.2 推土機(jī)推土機(jī) 18圖圖10.2 T2-100型推土機(jī)型推土機(jī) 10.2 推土機(jī)推土機(jī) 191.固定式推土機(jī)與萬(wàn)能式推土機(jī)固定式推土機(jī)與萬(wàn)能式推土機(jī)固定式推土機(jī)又稱為直鏟式推土機(jī)，其推土刀的安裝垂直于拖拉機(jī)縱軸方向并且與頂推架的聯(lián)接為剛性固定。這種推土機(jī)在作業(yè)時(shí)只能進(jìn)行正向前進(jìn)推土，而不能作側(cè)向移土和側(cè)向開挖。萬(wàn)能式推土機(jī)又稱為回轉(zhuǎn)式推土機(jī)，其推土刀除了可以在水平面向左或向右作傾斜2030安裝外，還可在垂直面相對(duì)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)09安裝。這種推土機(jī)既可以在前進(jìn)推土的同時(shí)作側(cè)向移土，還可以根據(jù)作業(yè)要求進(jìn)行一定深度的側(cè)向開挖。10.2.1 推土機(jī)的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用推土機(jī)的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用10.2 推土機(jī)推土機(jī) 202.機(jī)械式推土機(jī)與液壓式推土機(jī)機(jī)械式推土機(jī)與液壓式推土機(jī)機(jī)械式推土機(jī)又稱繩索式推土機(jī)，其推土刀的升降是利用裝在拖拉機(jī)后部的絞盤和鋼絲繩、滑輪組來(lái)操縱的，推土刀靠自重切入土壤。這種推土機(jī)是我國(guó)20世紀(jì)50年代的老產(chǎn)品，現(xiàn)在工程上很少使用。液壓式推土機(jī)即液壓操縱式推土機(jī)，其推土刀的升降是靠安裝在拖拉機(jī)前方兩側(cè)的雙作用油缸來(lái)操縱的。這種推土機(jī)在作業(yè)中可以隨時(shí)改變推土刀的切入深度。10.2 推土機(jī)推土機(jī) 213.履帶式推土機(jī)與輪胎式推土機(jī)履帶式推土機(jī)與輪胎式推土機(jī)履帶式推土機(jī)的行走裝置為履帶，是目前使用最普遍的一種推土機(jī)。其主要特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性大、動(dòng)作靈活、爬坡能力強(qiáng)，履帶與地面的接觸壓強(qiáng)小，可在松軟、濕地作業(yè)。其缺點(diǎn)是行駛時(shí)易損壞路面。輪胎式推土機(jī)有的采用專用底盤，也有的以輪胎式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)，經(jīng)加固改裝而成。其特點(diǎn)是行駛速度快、動(dòng)作靈活、對(duì)路面無(wú)損壞，廣泛用于搶險(xiǎn)，修筑港口、道路，構(gòu)筑軍事掩體等工程。其缺點(diǎn)是接地比壓大，在泥濘、松軟場(chǎng)地作業(yè)時(shí)易打滑、陷機(jī)。10.2 推土機(jī)推土機(jī) 22推土機(jī)的工作裝置主要由推土刀和支持架兩部分組成。推土刀分固定式和回轉(zhuǎn)式兩種，如圖6.2和圖10.3所示。如圖10.2所示為固定式推土裝置，推土鏟刀與主機(jī)軸線固定成90角。它由頂推架1、斜撐桿2、鏟刀升降油缸3、推土板4和水平撐桿6組成。推桿與推土鏟刀鉸接成一剛架裝在履帶架上。如圖10.3所示為回轉(zhuǎn)式推土裝置，它通過中間球鉸4、斜撐桿5和下?lián)螚U6與推土板3和頂推架1鉸接成一個(gè)剛架。10.2.2 推土機(jī)的工作裝置與工作過推土機(jī)的工作裝置與工作過程程10.2 推土機(jī)推土機(jī) 23圖圖10.2 固定式推土裝置固定式推土裝置1頂推架；2斜撐桿；3鏟刀升降油缸；4推土板；5球形鉸；6水平撐桿；7銷連接；8刀片10.2 推土機(jī)推土機(jī) 24圖圖10.3 回轉(zhuǎn)式推土裝置回轉(zhuǎn)式推土裝置1頂推架；2鏟刀升降油缸；3推土板；4中間球鉸；5斜撐桿；6下?lián)螚U；7鉸接；8刀片 10.2 推土機(jī)推土機(jī) 25由于斜撐桿可以根據(jù)作業(yè)的需要固定在頂推架兩邊不同位置的耳座上，所以推土鏟刀可調(diào)節(jié)成斜鏟。當(dāng)調(diào)節(jié)兩提升缸為不同長(zhǎng)度時(shí)，便可調(diào)成側(cè)鏟。若要改變推土鏟刀切削角，只要同時(shí)調(diào)節(jié)左、右斜撐桿的長(zhǎng)度就可以實(shí)現(xiàn)。10.2 推土機(jī)推土機(jī) 261作業(yè)過程作業(yè)過程（1）切土過程在推土機(jī)前進(jìn)的同時(shí)推土板放下切入土中，從地表切削的土屑聚集在推土板前。此時(shí)推土機(jī)采用I檔行駛速度。（2）運(yùn)土過程鏟土過程結(jié)束后，推土板在運(yùn)行中提升到地面高度，將土推運(yùn)到卸土地點(diǎn)。此時(shí)可采用 檔的行駛速度，液壓操縱系統(tǒng)的換向閥處于浮動(dòng)狀態(tài)，一般運(yùn)距在100m以內(nèi)。10.2.4 推土機(jī)的作業(yè)過程和生產(chǎn)率計(jì)算推土機(jī)的作業(yè)過程和生產(chǎn)率計(jì)算10.2 推土機(jī)推土機(jī) 27（3）卸土過程卸土方法有兩種：一種是棄土法，即推土機(jī)將土運(yùn)至卸土處，將推土板提升后返回，卸掉的土壤無(wú)一定的堆放要求；另一種是按施工要求分層鋪卸土壤，此時(shí)推土機(jī)將土運(yùn)至卸土地點(diǎn)后，將推土板提升一定高度，推土機(jī)繼續(xù)前進(jìn)，土壤即從推土板下方卸掉，然后將推土板略提高一些返回。（4）返回過程即推土機(jī)由卸土地點(diǎn)以最高的速度返回鏟土地點(diǎn)。為了縮短空行程時(shí)間，在3050 m的運(yùn)距內(nèi)，應(yīng)以最高的倒擋速度退回。10.2 推土機(jī)推土機(jī) 2810.3 裝載機(jī)裝載機(jī)10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 29裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建筑工程的土石方施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路，特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)常用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外它還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它已成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 30對(duì)于常用的單斗裝載機(jī)，可按發(fā)動(dòng)機(jī)功率、傳動(dòng)形式、行走機(jī)構(gòu)、裝卸方式的不同進(jìn)行如下分類：1.發(fā)動(dòng)機(jī)功率發(fā)動(dòng)機(jī)功率（1）功率小于74kW的稱為小型裝載機(jī)；（2）功率為74147kW的稱為中型裝載機(jī)；（3）功率為147515kW的稱為大型裝載機(jī)；（4）功率大于515kW的稱為特大型裝載機(jī)。10.3.1 裝載機(jī)的種類和特點(diǎn)裝載機(jī)的種類和特點(diǎn)10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 312.傳動(dòng)形式傳動(dòng)形式（1）液力機(jī)械傳動(dòng)沖擊振動(dòng)小，傳動(dòng)件壽命長(zhǎng)，操縱方便，車速與外載間可自動(dòng)調(diào)節(jié)，一般多在大中型裝載機(jī)上采用；（2）液力傳動(dòng)可無(wú)級(jí)調(diào)速，操縱方便，但啟動(dòng)性較差，一般僅在小型裝載機(jī)上采用；（3）電力傳動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速，工作可靠，維修簡(jiǎn)單，費(fèi)用較高，一般在大型裝載機(jī)上采用。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 323.行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)（1）輪胎式質(zhì)量輕，速度快，機(jī)動(dòng)靈活，效率高，不易損壞路面，接地比壓大，通過性差，應(yīng)用廣泛。（2）履帶式接地比壓小，通過性好，重心低，穩(wěn)定性好，附著力強(qiáng)，牽引力大，比切入力大，速度低，靈活性相對(duì)較差，成本高，行走時(shí)易損壞路面。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 334.裝卸方式裝卸方式（1）前卸式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，視野好，適合于各種作業(yè)場(chǎng)地，應(yīng)用較廣；（2）回轉(zhuǎn)式工作裝置安裝在可回轉(zhuǎn)360的轉(zhuǎn)臺(tái)上，側(cè)面卸載不需要調(diào)頭，作業(yè)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大，成本高，側(cè)面穩(wěn)定性較差，適用于較狹小的場(chǎng)地；（3）后卸式前端裝、后端卸，作業(yè)效率高，作業(yè)的安全性欠佳。裝載機(jī)代號(hào)用“Z”表示，“Z”后面的數(shù)字為額定承載力。輪胎式裝載機(jī)用“ZL”表示。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 34單斗裝載機(jī)的工作裝置如圖10.8所示。根據(jù)鏟斗有無(wú)托架，其工作裝置可分為有托架式和無(wú)托架式兩種。有托架式的動(dòng)臂5和連桿4的前端與鏟斗托架3鉸接，其后端分別與車架支座鉸接。托架上部與鏟斗油缸2的缸體鉸接，托架下部與鏟斗1鉸接，鏟斗油缸2的活塞桿與鏟斗上另一點(diǎn)鉸接。托架、動(dòng)臂、連桿及車架支座組成平行四桿機(jī)構(gòu)。10.3.3 裝載機(jī)的工作裝置和工作過程裝載機(jī)的工作裝置和工作過程10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 35圖圖10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 的工作裝置的工作裝置（a）有托架式鏟斗；（b）無(wú)托架式鏟斗1鏟斗；2鏟斗油缸；3鏟斗托架；4連桿；5動(dòng)臂；6動(dòng)臂油缸；7搖臂 10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 36當(dāng)動(dòng)臂提升，鏟斗油缸閉鎖時(shí)，鏟斗始終保持平移，斗內(nèi)物料不會(huì)撒落。由于鏟斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)角大，所以使用靈活。托架結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但因動(dòng)臂前端裝有比較重的托架，因而減少了鏟斗的載重量。而無(wú)托架式鏟斗，當(dāng)動(dòng)臂提升時(shí)，是通過反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)以使鏟斗中物料不撒落的。無(wú)托架式鏟斗的結(jié)構(gòu)較有托架式鏟斗的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 37裝載機(jī)用于裝卸松散物料時(shí)，其作業(yè)過程主要由鏟裝、收斗提升、卸料和空車返回四個(gè)工序組成。根據(jù)物料種類不同，鏟裝作業(yè)分為一次插入鏟裝法和配合鏟裝法兩種。一次插入鏟裝法常用于鏟裝顆粒狀松散的輕物料，它是通過裝載機(jī)低速直線駛向料堆，插入深度大于鏟斗的深度，然后鏟斗上翻。這種鏟裝方法簡(jiǎn)單，操作容易，但所需功率大。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 38若鏟裝礦石和塊狀不均勻物料時(shí)可采用配合鏟裝法，即在鏟斗插入料堆不大的深度時(shí)，配合鏟斗間斷上翻或動(dòng)臂間斷提升鏟裝。這種方法使鏟斗插入阻力大大減小，所需功率相應(yīng)減小，可以縮短作業(yè)時(shí)間。實(shí)際作業(yè)時(shí)，熟練的司機(jī)在卸完料駛向料堆的過程中就放斗、變速，使鏟斗插入料堆一定深度時(shí)即轉(zhuǎn)斗、提臂，使鏟斗裝滿，后退調(diào)頭，在駛向卸料地點(diǎn)的過程中，提臂至卸料高度，并把物料卸入運(yùn)輸工具等動(dòng)作是同時(shí)連續(xù)進(jìn)行的。10.3 裝載機(jī)裝載機(jī) 3910.4 樁工樁工機(jī)械機(jī)械10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 40在建筑工地、港口、碼頭、公路和鐵路橋梁以及海底石油開采等工程中，樁基礎(chǔ)是最常用的基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)以承載力大、施工周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。在樁基礎(chǔ)施工中所采用的各種機(jī)械，通稱為樁工機(jī)械。樁工機(jī)械按其工作原理分為沖擊式、振動(dòng)式、靜壓式和成孔灌注式四類，常用的有柴油打樁機(jī)、液壓打樁機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、靜力壓樁機(jī)、各種成孔機(jī)、連續(xù)墻挖槽機(jī)以及與樁錘配套使用的各種樁架等。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 41樁的類型可分為預(yù)制樁和就地灌注樁兩大類。預(yù)制樁有預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土方樁、管樁、鋼管樁和H型鋼樁等。灌注樁需要在樁位的地層中先做出孔，然后在孔中澆灌混凝土(或在孔內(nèi)先放置鋼筋籠，再澆灌混凝土)形成灌注樁。預(yù)制樁采用打入法、振動(dòng)法和靜壓法三種方法施工。所用的機(jī)械：打入法用柴油錘、液壓錘等；振動(dòng)法用振動(dòng)錘；靜壓法用靜力壓樁機(jī)。將預(yù)制樁從地層中拔出的機(jī)械稱為拔樁機(jī)。灌注樁的成孔方法主要有擠土成孔和取土成孔兩種。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 42擠土成孔法用打入法或振動(dòng)法將一端封閉的鋼管沉入土層中，然后拔出鋼管即可成孔，它不適用于較大直徑的灌注樁，樁徑一般不超過500mm。取土成孔可以用沖抓斗、抓斗、成孔機(jī)、螺旋鉆孔機(jī)、回轉(zhuǎn)斗鉆孔機(jī)和潛水鉆機(jī)等機(jī)械。地下連續(xù)墻可以看做成排的灌注樁，它是先在地層中挖成溝槽，再放置鋼筋籠，然后澆灌混凝土形成墻體。地下連續(xù)墻可以是基礎(chǔ)的一部分，或者只作擋土墻或截水墻用。挖槽的機(jī)械有雙輪滾切成槽機(jī)、垂直軸多頭鉆機(jī)、連續(xù)墻抓斗挖槽機(jī)等。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 43筒式柴油錘依靠活塞上下跳動(dòng)來(lái)錘擊，其構(gòu)造如圖10.1所示，由錘體、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成。10.4.1.1 筒式柴油錘的工作過程筒式柴油錘的工作過程其工作過程為如下幾個(gè)階段（見圖10.1）。10.4.1 簡(jiǎn)式柴油錘簡(jiǎn)式柴油錘10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 44圖圖10.4 筒式柴油錘工作原理筒式柴油錘工作原理1汽缸；2上活塞；3下活塞；4燃油泵；5樁帽；6樁 10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 451.掃氣、噴油掃氣、噴油上活塞在重力作用下降落，清掃汽缸內(nèi)的廢氣。當(dāng)上活塞繼續(xù)下降觸碰油泵的曲臂時(shí)，燃油泵就將一定量的燃油注入下活塞。2.壓縮壓縮上活塞繼續(xù)下降，將吸排氣口關(guān)閉，汽缸內(nèi)的空氣被壓縮，空氣的壓力和溫度升高。3.沖擊沖擊上活塞下降，與下活塞相碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力使樁下沉，這是使樁下沉的主要作用力。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 464.爆發(fā)爆發(fā)在上活塞沖擊下活塞的同時(shí)，下活塞中的燃油被霧化，霧化的燃油與高溫氣體混合而燃燒，爆發(fā)出很大的壓力，一方面使樁再次下沉，同時(shí)又使活塞向上跳起。5.排氣排氣上活塞因燃油爆發(fā)燃燒產(chǎn)生的壓力作用而上升至一定高度時(shí)，吸氣口和排氣口都打開。燃燒過的廢氣在膨脹壓力作用下由吸、排氣口排出。當(dāng)上活塞上升越過油泵的曲臂后，曲臂在彈簧作用下恢復(fù)原位，此時(shí)吸入一定量的燃油，為下一次噴油做好準(zhǔn)備。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 476.吸氣吸氣上活塞在慣性作用下繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)汽缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，汽缸內(nèi)又吸入新鮮的空氣。7.降落降落再次下降，將上活塞的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，重復(fù)上述過程。這個(gè)過程往復(fù)進(jìn)行，便是筒式柴油錘的工作循環(huán)。從中可看出，筒式柴油錘靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊來(lái)進(jìn)行沉樁，而噴入的柴油即活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 48樁架具有懸掛樁錘、吊樁和沉樁的導(dǎo)向作用。在樁基施工中常用的樁架有兩種基本形式：一種是沿軌道行駛的多能樁架；另一種是裝在履帶底盤上的打樁架。履帶底盤式打樁架又可分為懸掛式和三點(diǎn)式兩種。懸掛式履帶打樁架懸掛式履帶打樁架此打樁架是以履帶起重機(jī)為底盤，以起重吊臂作為懸吊樁架之柱，如圖10.13所示。10.4.2 樁架的作用與分類樁架的作用與分類10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 49圖圖10.13 懸掛式懸掛式履帶打樁架履帶打樁架1打樁錘；2樁帽；3樁；4立柱；5支撐叉；6車體；7吊臂 10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 50懸掛式的特點(diǎn)是樁架立柱在起重機(jī)吊臂端部，拆裝都非常方便，樁架拆掉后可作起重機(jī)使用。其缺點(diǎn)是縱向需增加配重，橫向承載能力較弱，不能打斜樁。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 51螺旋鉆機(jī)成孔是鉆的下部有切削刀，切下來(lái)的土沿鉆桿上的螺旋葉片上升并從地面排出，其作用與麻花鉆相似，連續(xù)地切土和取土，成孔速度快。螺旋鉆孔機(jī)在我國(guó)北方使用得較多。螺旋鉆孔機(jī)包括長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)（最大鉆深可達(dá)20m）、短螺旋鉆孔機(jī)（最大鉆深可達(dá)5m）、雙螺旋鉆擴(kuò)機(jī)（鉆深可達(dá)45m，這種鉆機(jī)一般用于凍土地帶）三種。10.4.3 螺旋鉆孔機(jī)螺旋鉆孔機(jī)10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 521.長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)如圖10.17所示，長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)整體構(gòu)造不復(fù)雜，成孔效率高，在灌注樁的成孔中應(yīng)用得較多。長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)按鉆桿結(jié)構(gòu)的不同有整體式和裝配式兩種，按其行走機(jī)構(gòu)的不同有履帶式和汽車式兩種。長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)常用多能樁架和起重式樁架。在建筑工地上，常用履帶式樁架與長(zhǎng)螺旋鉆具配套，組成履帶式長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)，使用較為方便。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 53圖圖10.17 履帶式履帶式長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)1電動(dòng)機(jī)；2減速器；3鉆桿；4鉆頭；5鉆架；6履帶式起重機(jī)底盤 10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 54長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)由電動(dòng)機(jī)1、減速器2、鉆桿3和鉆頭4等組成，整套鉆孔機(jī)通過滑車組懸掛在樁架上，鉆孔機(jī)的升架、就位由樁架控制。鉆具上的電機(jī)適合于在滿載的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)具有較好的過載保護(hù)裝置。減速器大都采用立式行星減速器。為保證鉆桿鉆進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定性和初鉆時(shí)的準(zhǔn)確性，在鉆桿長(zhǎng)度的1/2處安裝有中間穩(wěn)桿器，它用鋼絲繩懸掛在鉆孔器的動(dòng)力頭上，并隨動(dòng)力頭沿樁架立柱上下移動(dòng)。在鉆桿下部裝有導(dǎo)向圈，導(dǎo)向圈固定在樁架立柱上，鉆桿是一根焊有螺旋葉片的鋼管，長(zhǎng)螺桿的鉆桿多分段制作。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械 55鉆孔時(shí)，孔底的土片沿著鉆桿的螺旋葉片上升，把土卸于鉆桿周圍的土地上，或是通過出料斗卸在翻斗車等運(yùn)輸工具中運(yùn)走。長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)鉆孔的孔徑不大于1m，為適應(yīng)不同地層的鉆孔需要，配備有各種不同的鉆頭，適用于地下水位較低的黏土及砂土層施工。國(guó)外的長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)多用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，液壓動(dòng)力由履帶樁架提供。液壓馬達(dá)自重輕，調(diào)速很方便。鉆孔機(jī)常用中空形，在鉆孔機(jī)中有上下貫通的垂直孔，可以在鉆孔完成后由孔中直接從上面澆灌混凝土，一邊澆灌一邊緩慢地提升鉆桿，這樣有利于孔壁穩(wěn)定，減少孔的坍塌，提高灌注樁的質(zhì)量。10.4 樁工機(jī)械樁工機(jī)械