灌注樁基礎(chǔ)施工履帶式鉆吊一體機(jī)的研制

高歌 ，劉強(qiáng) ，舒邦京 ，邵騰飛 ，郭越紅

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州供電分公司，江蘇 徐州 221005；2.徐州送變電有限公司，江蘇 徐州221006；3.北京聚智成科技有限公司，北京 100083）

1 輸電線路灌注樁基礎(chǔ)施工的特點(diǎn)及對(duì)施工裝備的要求

輸電線路一般延續(xù)幾十公里，沿線有多種地形地質(zhì)條件；塔基多分布遠(yuǎn)離公路主干道處，間隔幾百米，要求施工機(jī)械具有適應(yīng)性強(qiáng)、移動(dòng)性好、多功能等特點(diǎn),也應(yīng)考慮具體工藝特點(diǎn)。

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)因樁基承載力高、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)等優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛應(yīng)用，其施工包括鉆孔、吊裝鋼筋籠、澆筑混凝土等工序。在地下水位較高的地區(qū)需要泥漿護(hù)壁，防止蹋孔。常用灌注樁鉆孔機(jī)械有回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)等。回轉(zhuǎn)鉆機(jī)占地面積小、輕便易運(yùn)輸、泥漿護(hù)壁效果好，但鉆進(jìn)速度慢，機(jī)械化水平低，成孔質(zhì)量一般；潛水鉆機(jī)成孔質(zhì)量較好，但鉆進(jìn)速度較慢，需要搭設(shè)、拆除平臺(tái)轉(zhuǎn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)場(chǎng)速度較慢，對(duì)農(nóng)田等軟弱地基，采用輕型卡車運(yùn)輸不具備進(jìn)場(chǎng)條件。旋挖鉆機(jī)為新型施工裝備，鉆進(jìn)速度快、成孔質(zhì)量好、機(jī)械化程度高；但價(jià)格昂貴，自重較大，進(jìn)場(chǎng)受限于鄉(xiāng)村道路地基承載力和橋梁限重，需要修建大量臨時(shí)道路，塔位間轉(zhuǎn)場(chǎng)慢，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。它們利用三腳架、龍門(mén)架等進(jìn)行吊裝，效率低，安全性較差。

因此，必需要研制移動(dòng)性好、機(jī)械化程度高、集鉆孔和吊裝鋼筋籠一體的多功能履帶式鉆吊一體機(jī)，以提高施工效率和安全性[1]。

2 履帶式鉆吊一體機(jī)的結(jié)構(gòu)方案

2.1 鉆孔裝置

選用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)作為本鉆吊一體機(jī)的鉆機(jī)型式（見(jiàn)圖1），它體積重量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風(fēng)化巖層。

根據(jù)最大鉆孔深度30m、最大鉆孔直徑2.2m、地層地質(zhì)條件等參數(shù)，確定鉆孔動(dòng)力頭輸出扭矩應(yīng)高于20kN·m。為此，動(dòng)力頭采用2×22kW無(wú)極變速控制雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)、3級(jí)齒輪減速的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)副少，保證鉆機(jī)性能參數(shù)有較寬適應(yīng)范圍，滿足鉆進(jìn)工藝要求。

鉆孔動(dòng)力頭連接鉆具和鉆頭，依靠其自重施加軸向壓力，使鉆頭吃入巖土。使用升降機(jī)構(gòu)來(lái)升降動(dòng)力頭。

2.2 排渣裝置

使用正循環(huán)法排渣時(shí)，通過(guò)泥漿泵將沖洗液經(jīng)鉆桿中心孔泵到孔底，沖洗鉆頭、攜帶鉆屑沿鉆桿與孔壁間的環(huán)空間隙返回地面泥漿池，泥漿上返速度低，排渣能力差，但不易造成蹋孔。使用反循環(huán)法排渣時(shí)，泥漿池里的液體依靠重力經(jīng)鉆桿與孔壁間的環(huán)空間隙自流到孔底，渣漿借助泵吸、氣舉等方式經(jīng)由鉆桿孔排出孔外，排渣能力強(qiáng)，適合大孔徑鉆孔，但易造成塌孔。

為了適應(yīng)各種施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的需要，鉆吊一體機(jī)選用正/反循環(huán)兼顧的方案，配備22kW潛污泵為正循環(huán)泵，37kW雙葉輪渣漿泵為反循環(huán)泵，通過(guò)液壓管道閥門(mén)可隨時(shí)進(jìn)行正/反循環(huán)切換[2]。

圖1 履帶式鉆吊一體機(jī)簡(jiǎn)圖

2.3 吊裝裝置

吊裝裝置用于施工工地吊裝鋼筋籠、工器具等，采用安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)的伸縮吊臂。回轉(zhuǎn)臺(tái)由轉(zhuǎn)臺(tái)架和回轉(zhuǎn)支撐組成，回轉(zhuǎn)支撐是大尺寸外齒軸承，伸縮吊臂組件與內(nèi)圈相連，直徑1.2m外圈與底架相連，經(jīng)25MPa壓力BM3-400型液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

伸縮吊臂由4節(jié)4m組成，高強(qiáng)700mm錳板主臂截面300mm×480mm，滿足俯仰角 20°～ 90°、幅度 4～11m 下吊裝0.5～5t物質(zhì)的要求。

吊裝使用液壓動(dòng)力，設(shè)3個(gè)內(nèi)壁油缸保證吊臂伸縮，單臺(tái)油缸行程3.2m，缸徑100mm，50kN（5t）推力。設(shè)2個(gè)變幅油缸保證吊臂俯仰，行程1.3m，缸徑125mm，80kN（8t）推力。液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主臂卷?yè)P(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)重物上下移動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)鉆吊一體化，鉆孔裝置動(dòng)力頭安裝在吊裝裝置伸縮臂主臂上，主臂使用焊接形式以保證強(qiáng)度，即作為鉆孔時(shí)的支架提供反作用力，又是動(dòng)力頭上下滑動(dòng)導(dǎo)軌的支撐。主臂頂部安設(shè)3道滑輪組電動(dòng)絞車來(lái)升降總質(zhì)量接近3t的動(dòng)力頭，以保證其可靠性。

2.4 支腿裝置、履帶底盤(pán)和行走裝置

鉆孔、排渣置、吊裝等裝置安裝在車架上，為保證鉆孔時(shí)的垂直度，保證鉆孔、排渣、吊裝工作穩(wěn)定性，防止傾覆，使用4個(gè)H型液壓支腿，其中，靠近動(dòng)力頭側(cè)的2個(gè)支腿可沿旋轉(zhuǎn)鉸接機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到車身側(cè)方。H型支腿調(diào)平快速便捷，對(duì)地面適應(yīng)能力強(qiáng)，各支腿受液壓驅(qū)動(dòng)并設(shè)液壓鎖，保證撐起車身至水平位置，與履帶分擔(dān)受力。

使用承載12t質(zhì)量的鋼制履帶底盤(pán)，由2臺(tái)壓力16MPa、流量46L/min的液壓馬達(dá)同步驅(qū)動(dòng)，保證吊鉆一體機(jī)在松軟地面上行走，最高速度5km/h。

2.5 動(dòng)力

液壓系統(tǒng)由30kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)三聯(lián)油泵提供動(dòng)力，工作壓力16MPa，保證吊裝裝置、支腿、履帶行走裝置工作。

配備150kW發(fā)電機(jī)組，除自身需要外，可給現(xiàn)場(chǎng)電焊機(jī)、水泵、照明器具等供電，滿足野外施工需求[3]。

3 應(yīng)用效果和結(jié)論

以該結(jié)構(gòu)方案試制了新型履帶式鉆吊一體機(jī)，完善了用其進(jìn)行灌注樁基礎(chǔ)施工的工法。工程試點(diǎn)應(yīng)用表明，它能降低修建臨時(shí)道路的時(shí)間和費(fèi)用，減少塔基施工點(diǎn)間轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間；從就位到準(zhǔn)備好工作的時(shí)間降低到0.5h，鉆孔效率高，鉆孔速度可調(diào)，正/反循環(huán)排渣可隨時(shí)切換，適應(yīng)性強(qiáng)；具有吊裝鋼筋籠、水泵、混凝土導(dǎo)管等設(shè)備的功能，提高了吊裝效率和安全性，降低對(duì)其他專用吊具的需求。因此，可降低灌注樁基礎(chǔ)施工成本，提高安全性，經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得在輸電線路、橋梁建設(shè)等領(lǐng)域推廣。