灌注樁成孔機械新技術新結構及發(fā)展趨勢淺析

喬華山

摘 要 本文從樁工機械最常用的成孔鉆機的現狀分析入手，介紹了我國旋挖鉆機和回轉鉆機的發(fā)展。對灌注樁成孔機械新技術和新結構進行了分析，并根據目前鉆機行業(yè)的發(fā)展情況對我國鉆機今后的發(fā)展趨勢進行了預測并提出了應對的措施，希望能夠有助于我國灌注樁成孔機械今后的發(fā)展。

關鍵詞 鉆機；新技術；新結構；發(fā)展趨勢

中圖分類號 TU67 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0071-02

在土木建筑中，樁基礎是最常用的基礎形式。隨著我國基礎建設和城鎮(zhèn)化建設的不斷發(fā)展，樁基礎的施工方法和施工機械也有了巨大的發(fā)展。近幾十年來，灌注樁得到了飛速發(fā)展，灌注樁的成孔機械也隨之出現了許多的新技術和新結構。對于這些新技術和新結構進行研究能夠有助于我國樁工機械的發(fā)展，促進我國樁工機械向國際水平看齊。同時也充分發(fā)揮樁工機械在基礎工程尤其深大基礎工程建設中的巨大作用，推動我國基礎機械化施工進入一個新的發(fā)展時代。

1 灌注樁成孔機械概述

樁的類型大體可分為兩大類：預制樁和就地灌注樁。預制樁一般采用錘擊方法將其打入土中。隨著高層、超高層建筑越來越多，城市地下空間的開發(fā)，預制樁已不能滿足深、大直徑樁基礎的要求。灌注樁已成為樁基礎的主要形式。灌注樁成孔機械已為樁工機械最重要的組成部分和最常見的機械。灌注樁成孔機械在樁基礎施工中，用來成孔施工等。灌注樁成孔機械主要有兩個特點：1）具有較強的專業(yè)性，設備制造、施工操作要求相對高；2）施工地區(qū)對設備特點針對性強，生產的批量相對小。因為這兩個特點，我國灌注樁成孔機械的研究與制造在短短60多年之中，獲得了飛速的發(fā)展。灌注樁成孔機械行業(yè)的發(fā)展過程是一個由弱變強的過程。德國寶峨、日本三菱重工等一統天下的局面已經被打破，我國樁工機械行業(yè)已邁入世界先進水平行列。樁工機械行業(yè)的發(fā)展得益于我國施工技術的發(fā)展，而樁工機械發(fā)展又助推了施工技術的進步與快速成長。

2 我國灌注樁成孔機械的發(fā)展

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，我國工程機械行業(yè)也隨之得以進步。根據相關的數據統計表示，在2010年我國的樁工機械銷售額已經成功的突破80億元，產品的銷售量達到了5 000余臺。60%以上為灌注樁成孔機械，旋挖鉆機和長螺旋鉆機占了半壁江山。雖然我國的樁工機械產值還不能夠和國外相比，但是我國在數量上已經趕超國外了。

2.1 旋挖鉆機的發(fā)展

旋挖鉆機是近十多年發(fā)展起來的灌注樁成孔專用施工設備。它具有成孔效率高、質量好、對周邊環(huán)境影響小、機動性、適應性強等特點。國外早在60年代已開始使用，是灌注樁施工成孔的最主要設備。

我國旋挖鉆機的生產和應用是從20世紀80年代開始的。1988年北京的城建工程機械廠開發(fā)了旋挖鉆機，此后對于旋挖鉆機的相關生產和探索一直沒有停過。20世紀90年代，我國引進了英國履帶式旋挖鉆機的生產技術，進行研發(fā)國產化的旋挖鉆機，但是，由于當時生產設備、技術等條件的限制，沒有形成批量的生產。我國真正意義上的第一臺旋挖鉆機的開發(fā)也是在1988年，是由徐工集團開發(fā)成功的。同樣由于受到了生產技術、系統配套能力等限制，也沒有形成批量生產。21世紀初，我國當時的旋挖鉆機主要是采用進口的方式，因此價格較高，對推廣旋挖成孔施工技術起到了阻礙作用。隨著青藏鐵路的建設，越來越多的生產廠家意識到了旋挖鉆機的發(fā)展空間，也了解到了其特點。因此，國內許多的生產廠家紛紛的研發(fā)旋挖鉆機，從而打破了我國旋挖鉆機依靠進口的局面。經過10多年不斷的創(chuàng)新和研究、發(fā)展，我國徐工、三一重工等生產的旋挖鉆機性能已經達到了世界先進水平。

2.2 回轉成孔鉆機的發(fā)展

用鉆孔法打井在我國已有久遠的歷史。但回轉成孔過程中塌孔等是一施工難題。20世紀50年代，德國人通過研究，只要在回轉成孔過程中，始終能保持孔內0.02MPa的水頭壓差，就可以解決塌孔問題。此后鉆孔樁才開始普及，隨之轉盤式鉆機開始研制與批量生產。20世紀60年代，第一代轉盤鉆機——紅星鉆機，采用正循環(huán)方式施工。近10年來，大直徑的回轉鉆機有了重大發(fā)展，鄭勘機械廠、洛礦等制造的回轉鉆機水平均達到或接近國際的先進水平。

在直徑較小，深度比較淺的灌注柱成孔中，大多數都是采用的長螺旋鉆機。該類鉆機大多適用于北方地區(qū)，但是隨著CFG樁后植入鋼筋籠的技術，長螺旋鉆機已經被廣泛的應用到了多個地區(qū)，不僅僅限制于北方地區(qū)。長螺旋鉆機的發(fā)展，一直比較穩(wěn)定，并且我國相關的生產廠家比較多，同質化競爭激烈。我國目前用的長螺旋鉆機施工總體上有很大的發(fā)展空間，但施工技術和生產制造模式比較單一。

3 灌注樁成孔機械新技術新結構分析

工程機械需要以科學的合理結構作為基礎，這樣才能滿足在實際使用中的需要。同時，工程機械最大最重要的特點是適應各種惡劣的施工環(huán)境的考驗。上述兩個例子分析了我國灌注樁成孔機械的發(fā)展，可以看出我國的灌注樁成孔機械一直在不斷的改進和發(fā)展。為了能夠更好地研究目前我國灌注樁成孔機械行業(yè)的發(fā)展情況，以旋挖鉆機作為例子，介紹其新技術和新結構。

3.1 采用鎖定式伸縮鉆桿

傳統的鉆機在短螺旋鉆進或者鉆頭鉆進時，很容易造成鉆具擺脫拆卸。針對這一問題，為了減少人員的擰接，新型鉆機都是選用的鎖定式的伸縮鉆桿。這種鉆桿比較靈活，不會出現鉆具擺脫拆卸的情況。國外的新型鉆機均是內鎖定伸縮鉆桿，這樣不僅能夠保證鉆桿力的傳遞，又能方便鉆桿的拆接。進口的鉆機都是選用的這種新結構。國內也有廠商在應用。

3.2 定做鉆桿原材料

制造商更加注重對鉆桿材料的選用以及制造的工藝。目前大多數的鉆桿原材料都是根據鉆桿的使用情況和需要定制的。這種方法能夠更加保證鉆桿的質量，保證鉆桿的工作性能。目前鉆桿制造商其鉆桿材料，都是根據工程地質特點選用強度相配匹的材料，制造工藝尤其焊接工藝也與材料相配匹。

3.3 鉆進動力系統新結構

在大直徑孔進行施工時，對鉆機的要求也比較高，需要其鉆進力相對較大。一些新型鉆機對于鉆進系統設計出了新的結構。1）利用油缸拉進作為鉆進動力。利用油缸拉進作為鉆進動力經常運用在短螺旋、鉆頭等配用伸縮式主動鉆桿的樁機中。現大型鉆機中采用油缸同步拉進動力系統鉆進取得明顯的效果。2）鋼繩拉壓鉆桿作為鉆進動力。用鋼繩拉壓鉆桿作為鉆進動力，結構簡單、可靠。一些比較輕型的鉆機都主要采用鋼繩拉壓鉆桿作為鉆進動力。現旋挖鉆機大部分均采用無極繩拉壓鉆桿作為鉆進動力。3）采用齒條傳動作為鉆進動力。在樁架或鉆機桅桿安裝齒條傳動機構，作為鉆桿鉆進動力。對樁架設計、制造要求較高。結構緊湊，設備整體簡潔，鉆進傳動可靠。但是制造成本高。

3.4 樁架采用分段結構

樁架或桅桿采用分段式的結構可以滿足目前樁孔施工工藝的一些特殊要求。但是，這種結構對于桅架的高度有著要求。國外的桅桿設計一般都要充分的考慮運輸狀態(tài)樁機的不解體，國內和國外有很大的區(qū)別，國內一般都是將桅桿等一系列進行拆下來，然后進行運輸。使用時重新對其進行拼裝。

3.5 發(fā)動機及其整機采用自動化控制系統

隨著科學技術的不斷發(fā)展，目前，樁工鉆機的發(fā)動機采用自動化控制系統。根據外載荷的大小自動的控制其功率和運轉速度。減少鉆機的燃料消耗，減少噪音。采用自動化控制系統的整機帶有自動監(jiān)測、檢測等功能。對設備維護、檢修，保證設備及操作安全有著重要作用。

3.6 雙動力頭結構

在新型樁工鉆機中，都是采用的雙動力頭系統。雙動力頭系統能夠分開驅動外套管和內鉆桿，有效地實現二根鉆管的同時鉆進。雙動力頭結構對于一些特殊的地層鉆進效果非常有效。例如卵礫石、軟弱土夾層等。雙動力頭需要的動力比較大，對于液壓馬達和傳動結構設計、使用等條件等要求都比較高。目前我國樁工鉆機還沒有應用雙動力頭結構。

3.7 鉆桿驅動傳動系統的動力采用星形布置

鉆桿驅動傳動系統的動力在中小功率鉆機中驅動均為單動力驅動，隨著大直徑、超深樁的增多，單驅動的動力顯然已經不能滿足結構的需要，現大多采用多動力，星形布置的形式。國內的大型旋挖鉆機、大口徑的回轉鉆機均采用多點驅動的星形布置形式的鉆桿動力傳動裝置。

4 灌注樁成孔機械的發(fā)展趨勢和相關對策建議

4.1 發(fā)展趨勢

1）實現自動化操作和半自動化操作。隨著科學技術的發(fā)展，灌注樁成孔機械將實現自動化操作或者半自動化。因而控制系統和技術創(chuàng)新是今后發(fā)展的必然趨勢。我國成孔鉆機的發(fā)展隨著城市化進程的加快，今后將會有很大的發(fā)展空間，未來10年會在自動控制、智慧操控上有新的突破。

2）利用電子和信息技術完善系統。灌注樁成孔機械會結合電子和信息技術來完善相關系統。首先，對于灌注樁成孔機械施工信息的管理，記錄設備施工過程、施工結果等基本信息，其次，是相關的故障診斷系統，并具有遠程傳輸功能。故障診斷系統的完善也是今后發(fā)展的必然趨勢，因為隨著建筑行業(yè)的不但斷發(fā)展，市場的競爭十分激烈。要想加大競爭力，企業(yè)必須提高其經濟效益。為了減少樁工機械故障，加大成本的投入，機械故障診斷系統的完善是今后發(fā)展的必然趨勢。

3）朝著環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。灌注樁成孔機械向著環(huán)保節(jié)能的方向發(fā)展也是必然的趨勢。首先是材料的選取上，今后將大多使用吸聲材料，減少噪聲污染。通過對電噴裝置進行不斷的改善，進一步降低發(fā)動機造成的尾氣排放量。同時，研制沒有污染又經濟實惠的動力裝置也是今后樁工機械的主要工作之一。

4）機、電、液一體化發(fā)展。為了能夠更符合今后施工要求，提高工作效率，灌注樁成孔機械將實現機、電、液一體化發(fā)展是今后的主要發(fā)展趨勢。要想實現機、電、液一體化發(fā)展應該進要注重提高液壓原件、傳感元件以及控制元件的可靠和靈敏性。

4.2 國產旋挖鉆機應該注意的幾點

1）開發(fā)不同檔次的旋挖鉆機。旋挖鉆機今后的發(fā)展，首先應該從我國施工的實際情況和相關要求作為出發(fā)點，研發(fā)出不同檔次的旋挖鉆機，特別是要注重對于中小型旋挖鉆機的研發(fā)。由于我國市場同質化競爭激烈，因此，降低設計、制造成本，提高設備安全可靠性、地層施工的適應性是關鍵。2）結合灌注樁施工工法進行研究。應滿足施工的需求，要學會結合工法研發(fā)出各種新型的產品。要借鑒消化國外旋挖鉆機的先進技術，忌盲目引進和抄襲國外技術。根據我國施工工藝習慣特點、操作人員技術能力等要求和現狀，積極技術創(chuàng)新，這樣才能更好的適應時代的變化的施工要求。

5 對灌注樁成孔機械適應發(fā)展的幾點思考

5.1 加強創(chuàng)新

創(chuàng)新是發(fā)展的動力，因此，為了促進我國灌注樁成孔機械行業(yè)的發(fā)展，相關生產商一定要注重對于鉆機的研究，提升傳統產品的性能，維護灌注樁成孔機械的穩(wěn)定發(fā)展。

5.2 提高核心競爭力

我國的樁工機械發(fā)展十分的迅猛，但是，整體來說產品和世界先進水平還存在較大的差距。要想打造穩(wěn)定的市場樹立品牌，企業(yè)就一定要重視產品和服務的質量，這是提高核心競爭力的基本要求。

5.3 實現共贏

企業(yè)的相關發(fā)展戰(zhàn)略要立足于我國的國情，并且要以相關利益者實現共贏作為主要發(fā)展目標。相關企業(yè)要對于樁工機械進行不斷的創(chuàng)新，這樣每個企業(yè)才會有屬于自己的特色，從而在競爭激烈的今天持續(xù)穩(wěn)定的

發(fā)展。

參考文獻

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