ZLG22型折塔式履帶螺桿樁機(jī)的研制

郭海艷/GUO Hai-yan

（東北煤田地質(zhì)局沈陽鉆探機(jī)械研制中心，遼寧 沈陽 110122）

1 概 述

針對不同地域、不同巖層的施工，特別是硬巖地層和復(fù)雜巖土地層，一般的樁基礎(chǔ)設(shè)備難以施工，或施工效率很低，施工成本高。螺桿樁和SDS擠土樁是國家推廣的節(jié)能減排樁型，它具有單樁承載力高，能實現(xiàn)一柱一樁，節(jié)材大約30%～35%。目前國內(nèi)螺桿樁機(jī)的動力頭輸出扭矩普遍不足（在300kNm以下），同時動力頭與主卷揚(yáng)的同步性存在問題。在施工過程中存在樁螺牙土體擾動現(xiàn)象，減少了土體的承載力，沒有形成真正的螺桿樁。通過與樁基礎(chǔ)設(shè)計專業(yè)人士溝通，參照我公司研制的第一代螺桿樁機(jī)的現(xiàn)場施工記錄，根據(jù)不同巖土的物理性質(zhì)指標(biāo)，決定研制ZLG22型機(jī)電液一體化折塔式履帶螺桿樁機(jī)，動力頭扭矩額定值為450kNm，采用直流調(diào)速控制。主卷揚(yáng)提升和加壓均為700kN，采用交流變頻控制，提升、加壓繩采用同一卷筒單排正反雙出繩。通過控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)在空中形成螺紋軌跡同步控制，同時動力頭和主卷揚(yáng)能單獨(dú)控制，動力頭電機(jī)和主卷揚(yáng)電機(jī)采用系統(tǒng)限流保護(hù)措施。行走履帶采用電動控制，折塔、起塔及履帶伸縮采用液壓控制，便于拆裝搬運(yùn)。

2 結(jié)構(gòu)組成

ZLG22型折塔機(jī)履帶螺桿樁機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 性能參數(shù)

塔高（m） 28

鉆孔深度（m） 22

圖1 ZLG22型折塔螺桿樁機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

動力頭輸出扭矩（kNm） 450

最大提力升（kN） 700

整機(jī)質(zhì)量（t） 95

4 結(jié)構(gòu)特點

1）動力頭采用雙直流電機(jī)調(diào)速控制輸入，中空軸輸出。動力頭減速器采用雙硬齒面行星減速器，同時驅(qū)動一個硬齒面斜齒減速器輸出，雙硬齒面行星減速器采用水冷裝置。雙直流電機(jī)采用主從調(diào)速控制方式，實現(xiàn)同一轉(zhuǎn)速。動力頭額定輸出轉(zhuǎn)矩為450kNm，輸出轉(zhuǎn)速為0～12r/min。

2）主卷揚(yáng)機(jī)采用交流變頻調(diào)速控制，結(jié)構(gòu)為內(nèi)藏減速器大直徑卷筒單排雙出繩式。單繩額定拉力為175kN，繩速0～20m/min.

3）動力頭與主卷揚(yáng)同步控制。施工工作時，動力頭在直流電機(jī)控制下帶動螺桿鉆具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時在主卷揚(yáng)繩的拉動下沿主塔軌道做豎直上下移動。動力頭裝置上面和下面分別有2組滑輪，主卷揚(yáng)卷筒的雙出繩分別通過樁架兩組固定滑輪組纏繞動力頭上下兩組滑輪，形成牽引動力頭裝置向上運(yùn)動和向下運(yùn)動的鋼絲繩都是4根繩，這樣同一卷筒上雙出繩的繩速都相同，無論動力頭裝置向上、向下移動，2根鋼絲繩均處拉緊狀態(tài)。通過電氣控制裝置，參照螺桿鉆具直徑和螺距的技術(shù)要求，設(shè)定程序調(diào)整控制電機(jī)達(dá)到動力頭正轉(zhuǎn)并同步下移，動力頭反轉(zhuǎn)并同步上移，螺桿鉆具都在同一軌跡中運(yùn)行。根據(jù)巖土的地耐力值調(diào)整動力頭的轉(zhuǎn)速及主卷揚(yáng)的轉(zhuǎn)速，提高施工效率。

4）動力頭與主卷揚(yáng)單動控制。為了實現(xiàn)一機(jī)多能，本樁機(jī)增加了大孔徑硬巖成樁和SDS樁的施工功能。大孔徑硬巖成樁要求施工設(shè)備動力頭必須有足夠的輸出轉(zhuǎn)矩。同時采用低速大扭矩擠壓排土方式，鉆進(jìn)過程中有一部分巖土被鉆具擠壓到孔壁，其余部分被排到孔外。SDS樁是螺旋擠土樁，要求動力頭轉(zhuǎn)矩足夠大。兩種樁型都對動力頭轉(zhuǎn)矩有要求。根據(jù)巖土勘察報告，選擇動力頭的轉(zhuǎn)速，對主卷揚(yáng)的提升速度沒有特殊要求，鉆進(jìn)過程中保證動力頭電機(jī)不過流；提升過程中保證混凝土灌注不縮徑、不斷樁、不堵管就可以了。針對這兩種樁的施工工藝要求，動力頭與主卷揚(yáng)分別能單獨(dú)操作。

5）折塔樁架的設(shè)計。在滿足JG/T 5006——92樁架技術(shù)條件前提下，采用BS700MC高強(qiáng)度板料，利用專業(yè)折彎成型和自動焊接設(shè)備，制造成矩形截面主塔，塔高28m，經(jīng)3次折疊滿足運(yùn)輸要求，利用液壓起塔、落塔、折疊，履帶行走采用電動控制，行走平穩(wěn)。為了滿足搬運(yùn)要求，履帶采用液壓伸縮裝置，施工時履帶展寬達(dá)4.6m，運(yùn)輸時縮寬達(dá)3.3m。

5 結(jié) 語

我公司現(xiàn)已出廠十幾臺ZLG22型折塔式履帶螺桿樁機(jī)，通過2年多的現(xiàn)場施工反饋，螺桿樁合格率100%，SDS樁合格率100%。該樁機(jī)在樁基礎(chǔ)施工行業(yè)中具有絕對的優(yōu)勢，改變了原有的螺桿樁機(jī)在施工中效率低、樁質(zhì)量不可靠等不足，同時擴(kuò)展了硬巖大孔徑樁的施工，為用戶提供了一機(jī)多能的樁基礎(chǔ)施工設(shè)備。該樁機(jī)為樁機(jī)開發(fā)制造方和建筑基礎(chǔ)施工方都帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為在建筑基礎(chǔ)行業(yè)推廣節(jié)能減排起到了很大的推進(jìn)作用。

[1]樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.

[2]孫 鳴.鋼筋混凝土螺旋樁可行分析[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報，2001，(7)：39-42.

[3]劉 鐘，張 義，李志毅，等.新型螺旋擠土樁（SDSP）技術(shù)[A].第十屆全國地基處理學(xué)術(shù)討論會論文集——地基處理理論與技術(shù)進(jìn)展[C].南京：東南大學(xué)出版社，2008.

[4]劉 鐘，李志毅，盧!春.短螺旋擠土灌注樁（SDS樁）施工新技術(shù)[A].第九屆全國樁基工程學(xué)術(shù)會議論文集——樁基工程技術(shù)進(jìn)展[C].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[5]沈保漢，張鳳良.螺桿灌注樁施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2010，41(5)：32-34.