灌注樁基礎施工履帶式鉆吊一體機的研制

高歌 ，劉強 ，舒邦京 ，邵騰飛 ，郭越紅

（1.國網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施工的特點及對施工裝備的要求

輸電線路一般延續幾十公里，沿線有多種地形地質條件；塔基多分布遠離公路主干道處，間隔幾百米，要求施工機械具有適應性強、移動性好、多功能等特點,也應考慮具體工藝特點。

鉆孔灌注樁基礎因樁基承載力高、易實現機械化作業等優勢而得到了廣泛應用，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需要泥漿護壁，防止蹋孔。常用灌注樁鉆孔機械有回轉鉆機、潛水鉆機、旋挖鉆機等。回轉鉆機占地面積小、輕便易運輸、泥漿護壁效果好，但鉆進速度慢，機械化水平低，成孔質量一般；潛水鉆機成孔質量較好，但鉆進速度較慢，需要搭設、拆除平臺轉場，轉場速度較慢，對農田等軟弱地基，采用輕型卡車運輸不具備進場條件。旋挖鉆機為新型施工裝備，鉆進速度快、成孔質量好、機械化程度高；但價格昂貴，自重較大，進場受限于鄉村道路地基承載力和橋梁限重，需要修建大量臨時道路，塔位間轉場慢，準備時間長。它們利用三腳架、龍門架等進行吊裝，效率低，安全性較差。

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

2 履帶式鉆吊一體機的結構方案

2.1 鉆孔裝置

選用回轉鉆機作為本鉆吊一體機的鉆機型式（見圖1），它體積重量小，結構簡單，適合用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風化巖層。

根據最大鉆孔深度30m、最大鉆孔直徑2.2m、地層地質條件等參數，確定鉆孔動力頭輸出扭矩應高于20kN·m。為此，動力頭采用2×22kW無極變速控制雙電機同步驅動、3級齒輪減速的結構形式，結構緊湊、傳動鏈短、傳動副少，保證鉆機性能參數有較寬適應范圍，滿足鉆進工藝要求。

鉆孔動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。使用升降機構來升降動力頭。

2.2 排渣裝置

使用正循環法排渣時，通過泥漿泵將沖洗液經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。使用反循環法排渣時，泥漿池里的液體依靠重力經鉆桿與孔壁間的環空間隙自流到孔底，渣漿借助泵吸、氣舉等方式經由鉆桿孔排出孔外，排渣能力強，適合大孔徑鉆孔，但易造成塌孔。

為了適應各種施工現場地質條件的需要，鉆吊一體機選用正/反循環兼顧的方案，配備22kW潛污泵為正循環泵，37kW雙葉輪渣漿泵為反循環泵，通過液壓管道閥門可隨時進行正/反循環切換[2]。

圖1 履帶式鉆吊一體機簡圖

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，采用安裝在回轉臺的伸縮吊臂。回轉臺由轉臺架和回轉支撐組成，回轉支撐是大尺寸外齒軸承，伸縮吊臂組件與內圈相連，直徑1.2m外圈與底架相連，經25MPa壓力BM3-400型液壓馬達驅動，實現360°旋轉。

伸縮吊臂由4節4m組成，高強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物質的要求。

吊裝使用液壓動力，設3個內壁油缸保證吊臂伸縮，單臺油缸行程3.2m，缸徑100mm，50kN（5t）推力。設2個變幅油缸保證吊臂俯仰，行程1.3m，缸徑125mm，80kN（8t）推力。液壓馬達驅動主臂卷揚機實現重物上下移動。

為了實現鉆吊一體化，鉆孔裝置動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度，即作為鉆孔時的支架提供反作用力，又是動力頭上下滑動導軌的支撐。主臂頂部安設3道滑輪組電動絞車來升降總質量接近3t的動力頭，以保證其可靠性。

2.4 支腿裝置、履帶底盤和行走裝置

鉆孔、排渣置、吊裝等裝置安裝在車架上，為保證鉆孔時的垂直度，保證鉆孔、排渣、吊裝工作穩定性，防止傾覆，使用4個H型液壓支腿，其中，靠近動力頭側的2個支腿可沿旋轉鉸接機構轉到車身側方。H型支腿調平快速便捷，對地面適應能力強，各支腿受液壓驅動并設液壓鎖，保證撐起車身至水平位置，與履帶分擔受力。

使用承載12t質量的鋼制履帶底盤，由2臺壓力16MPa、流量46L/min的液壓馬達同步驅動，保證吊鉆一體機在松軟地面上行走，最高速度5km/h。

2.5 動力

液壓系統由30kW電機驅動三聯油泵提供動力，工作壓力16MPa，保證吊裝裝置、支腿、履帶行走裝置工作。

配備150kW發電機組，除自身需要外，可給現場電焊機、水泵、照明器具等供電，滿足野外施工需求[3]。

3 應用效果和結論

以該結構方案試制了新型履帶式鉆吊一體機，完善了用其進行灌注樁基礎施工的工法。工程試點應用表明，它能降低修建臨時道路的時間和費用，減少塔基施工點間轉場時間；從就位到準備好工作的時間降低到0.5h，鉆孔效率高，鉆孔速度可調，正/反循環排渣可隨時切換，適應性強；具有吊裝鋼筋籠、水泵、混凝土導管等設備的功能，提高了吊裝效率和安全性，降低對其他專用吊具的需求。因此，可降低灌注樁基礎施工成本，提高安全性，經濟效益顯著，值得在輸電線路、橋梁建設等領域推廣。