HKZ—600夯擴樁機的研制與應用

盧兆會

摘要：HKZ-600夯擴樁機是建筑樁基礎施工中的一種用來完成具有節能減排功能的復合載體夯擴樁的施工設備。該樁機的研制填補了國內夯擴樁機的技術空白，性能明顯優于普通的夯擴樁機，其技術與經濟優勢明顯。與同類樁機相比，具有施工效率高、成樁質量好、成本低、節能環保等優點，是一種新型環保的樁工機械產品，達到了節能減排的效果，是國家推廣的節能減排樁理想的施工設備，前景廣闊。

關鍵詞：夯擴樁機；振動頭；變頻調幅；變頻調速；單排繩雙出繩

中圖分類號TU7 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0145-02

《復合載體夯擴樁設計規程》是中華人民共和國建設部在2001年12月1日開始施行的。復合載體夯擴樁是由干硬性混凝土和填充料等經夯擴錘夯擴形成的復合載體和鋼筋混凝土樁身組成，它具有擠密地基及擴大樁端面積的雙重作用。為了防止夯擴形成的樁孔縮徑、流塑巖層進入，夯擴錘外配有薄壁護筒，護筒內壁與夯擴錘外徑間留有2cm～3cm間隙。在這10多年期間，夯擴樁以單樁承載力高、材料用量少、造價低、設備投資小、無排土等優點，得到了廣大建筑開發單位的認可，是一種典型的節能減排樁基礎。普通的夯擴樁機無振動頭，配兩臺單卷筒定速卷揚機，一臺用來控制夯擴錘的升降，另一臺用來控制護筒的加壓和提升，鋼筋籠的吊裝由人工來完成，施工的效率低。護筒的沉入力不足，導致夯擴錘經常被夾住。提升過程中樁容易出現浮籠、離析、空洞等現象，混凝土利用人工振搗，成樁質量差，樁的質量不可控。成樁直徑在300mm～500mm之間，隨著建筑樁基礎的要求，大承載力的大徑樁越來越受到青睞。由此看來：提高施工效率、保證成樁質量、加大成樁直徑是夯擴樁施工單位急需解決的問題。

東煤田地質局一二八勘探隊經過多年的現場實地考察，廣泛征求建筑開發單位和建筑樁基礎施工單位的建議，同時得到夯擴樁發明人王繼忠的寶貴建議。本著提高施工效率、提高樁質量、提高單樁承載力、降低勞動強度的原則，根據用戶需要，2010年研制出HKZ600夯擴樁機。

1.主要結構特點

1.1結構組成（如圖1所示）

1.2工作原理

啟動副卷揚機，提起夯擴錘到一定高度，快速釋放夯擴錘，做快速落地運動，夯擊地面成孔。啟動振動頭，同時啟動主卷揚機，共同沉護筒，將護筒沉到設計標高后，夯擴錘擊出護筒底一定深度，分批向孔內投入填充料和干硬性混凝土，用夯擴錘反復夯實、擠密，在樁端形成復合載體。利用副卷揚提起夯擴錘出護筒外一定高度以上，然后放置鋼筋籠，灌注混凝土到標高后，啟動振動頭，同時啟動主卷揚機，提升振動頭及護筒，邊振動邊把護筒提出直到出地面，完成夯擴樁的成樁。

1.3主要結構特點

該樁機利用液壓步履式行走，電動卷揚機提升鋼筋籠，采用電動變頻調幅振動頭和手動變頻調速單卷筒單排雙出繩卷揚機，實現護筒振動變速的沉入和提升，加快了護筒的沉入速度，也大大降低了夯擴錘提升時的阻力。根據不同的巖土層調整不同的激振力和護筒下降速度，節約了能源，杜絕了夯擴錘夾錘的現象；提升過程中同時啟動振動頭進行振搗護筒內混凝土，杜絕了樁的離析、空洞等缺陷；根據不同巖土層采用不同提升速度，杜絕了斷樁、縮徑等缺陷，避免了因人工振搗帶來的質量缺陷。通過在現場的施工實踐，針對復雜地層的樁基礎施工，顯示出巨大的優勢。具體結構特點如下。

1）振動頭部分：普通的夯擴樁機無振動頭。該樁機采用電動變頻調幅振動頭，利用離心力調整偏心力距，彈簧自動復位的偏心塊結構，通過調整耐震交流變頻電動機的頻率來控制激振力和振幅。主要結構（如圖2所示），由振動箱、耐震交流變頻電動機、減振彈簧組、加壓滑輪組、皮帶輪組等部分組成。對不同的地質條件，通過選擇不同的振動頻率來調整不同的激振力，用以實現不同巖層的振動沉拔護筒，不僅提高了施工效率，降低了能耗，而且大大降低了振動頭啟動和停止過程中對樁機的損害。采用電動變頻調幅振動頭沉拔護筒：一方面大大減小了護筒與巖層間的阻力；另一方面也充分保證了樁的質量，同時也擴大了夯擴樁在復雜地層的施工。主要部件型號及技術參數：變頻調速耐震三相異步電動機YZP30-6，30kW，轉速980r/min，2臺，最大激振力350kN，最大偏心力矩：0.128m，偏心塊總質量：160kg，振動箱總質量：2 700kg。

2）主卷揚部分：普通的夯擴樁機護筒的沉入和提升是利用一臺定速卷揚機通過人工更換動滑輪組所掛拉的u型繩來實現。該樁機采用手動變頻調速單卷筒單排繩雙出繩卷揚機主要控制振動頭及護筒的提升和加壓，是通過交流變頻電動機實現調速，通過手動控制離合，通過大徑單排繩雙出繩卷筒控制兩根繩的同速收放，實現單卷筒同時控制夯擴樁機振動頭及護筒的提升和加壓功能。主要結構（如圖3所示），由交流變頻電動機、電液制動器、減速器、卷揚總成、卷揚機底架、手動操作總成等組成。具有結構簡單，操作方便，省時、省力、省費用、效率高等優點。根據施工時護筒沉入力的大小來調整加壓力和是否使用加壓力，達到最佳節能效果。采用手動變頻調速單卷筒單排繩雙出繩卷揚機：一方面加大了護筒的沉入力，從而提高了施工效率；另一方面針對不同地層選擇不同的提升速度，從而防止了縮徑、斷樁等質量缺陷。主要部件型號及技術參數：變頻電動機YZP225S1-8，18.5kW，轉速范圍0～1 400r/min，1臺。卷筒直徑800mm，鋼絲繩繩直徑21.5mm，經計算得：鋼絲繩最大拉力：6.5T，最大繩速：20m/min。

3）普通夯擴樁機的成樁直徑300mm～500mm。該樁機成樁直徑最大可達600mm，滿足了國內大直徑夯擴樁技術的要求，單樁承載力得到了很大的提高，最大可達4 000kN，滿足了一柱一樁的設計要求。既節省樁基礎建筑材料，又縮短了施工時間。

2.主要技術參數

最大鉆孔直徑：600mm；最大沉孔深度：11m；塔高：17m；回轉角度：±180°；支腿展臂：4.25m；行走步距：1.5m；液壓系統壓力：16MPa；整機重量：33t。

3.應用情況

現已出廠20臺HKZ-600夯擴樁機，通過近幾年在遼寧的撫順、沈陽、本溪、丹東、阜新、鐵嶺；吉林的通化、梅河口、白山、靖宇；內蒙的通遼等地區的施工，夯擴樁合格率100%，施工效率提高了3倍以上，提高了單樁承載力，大大降低了施工成本，得到了建筑開發單位的認同。同時也給夯擴樁的施工單位帶來了可觀的經濟效益，加速了夯擴樁的推廣進程。HKZ-600夯擴樁機的推廣使用，帶動了建筑樁基礎節能減排的步伐，原始的樁基礎如超流態、CFG、振動沉管等樁型面臨著逐漸遠離市場。夯擴樁得到了很好的質量保障，為企業和社會帶來可觀的經濟效益。

HKZ-600夯擴樁機中電動變頻調幅振動頭、手動變頻調速卷揚機和快速溜放卷揚機的研制項目2013、2014年均獲得國家實用新型專利，專利號分別為：zL2013 2 0773877.5；ZL 2013 2 0763139.2；ZL 2014 20697499.1。