螺杆桩是建筑桩基础行业中大力推广的桩型，它具有承载力高，无排土，沉降量低等优点。但现有螺杆桩设备，存在动力头转矩小、同步控制技术稳定差、施工效率低、故障率高等缺点。基于现况，我单位成功研制了一种新型折塔式履带螺杆桩机。

 

　　1螺杆桩机的成桩原理

 

　　动力头在直流电机控制下带动螺杆钻具作旋转运动，同时在主卷扬绳的拉力下沿主塔轨道做竖直上下移动。下钻时，动力头正钻，主卷扬加压，采用非同步技术，通过电气控制系统实现动力头转速与主卷扬加压非同步控制，挤压土体形成螺杆桩圆柱段至设计标高。随后采用正向同步技术，通过电气控制系统实现动力头转速与主卷扬加压同步控制，使土体形成螺纹段孔至设计深度。提钻时，动力头反转，主卷扬提升，采用同步技术，通过电气控制系统实现动力头转速与主卷扬加压、提升过程完全同步化，连续提升钻杆至地面，在提钻同时管内泵压混凝土灌注成桩，最后放钢筋笼。

 

　　2主要技术参数

 

　　根据目前市场上现有的螺杆桩机应用情况，经过多次的市场调研和分析，并根据我单位第一代螺杆桩机投放市场后的反馈情况和优化改进，最终确定了第二代新型折塔式履带螺杆桩机的主要技术参数：

 

　　主塔高度30m，动力头输出额定转矩为450kN·m，电机功率2×90kW，动力头输出转速0～12r/min，主提升力800kN，主加压力400kN，最大钻孔深度23m，螺旋挤土桩、螺杆桩最大钻孔直径φ700mm，长螺旋桩最大钻孔直径φ1500mm，整体重量95t。

 

　　3主要结构组成

 

　　如图1。

 

　　1.顶部滑轮组；2.主塔；3.斜支杆；4.电气系统；5.塔支座；6.配重；7.主卷扬机；8.液压支腿；9.驾驶室；10.液压系统；11.工具卷扬机；12.履带底盘；13.主平台；14.加压滑轮组；15.护筒；16.钻具；17.动力头。

 

　　4主要性能特点

 

　　针对目前现有螺杆桩机在施工过程中存在的技术问题，该新型折塔式履带螺杆桩机在第一代螺杆桩机基础上作了相应的改进。

 

　　4.1动力头部分

 

　　现在的螺杆桩设备所用的动力头一是采用一级行星减速与三环齿减速相结合，输出扭矩在250kN·m之内，二是采用二级行星减速与斜齿轮减速相结合，输出扭矩在350KM·m之内，对软地层小桩径（如Φ400-Φ500）螺杆桩的施工能基本满足要求，在较硬及复杂地层（如硬夹层）的施工及大桩径（如Φ600-Φ700）的施工很难完成。三环齿减速和斜齿轮减速的输出扭矩如果增大，势必造成减速器体积的增大，整个动力头质量的增大。由于在桩基础施工过程中，动力头是悬挂在桩机主塔上，动力头质量直接影响桩机的行走稳定性和安全性。

 

　　改进方案：动力头采用调速电动机带动三级硬齿面行星减速器，三级硬齿面行星减速器带动圆弧齿轮减速器输出，从而带动钻具旋转。

 

　　主要结构如图2所示。1.调速电动机；2.三级硬齿面行星减速器；3.圆弧齿轮减速器；4.减速器连接架；5.混凝土注入器。

 

　　改进效果：

 

　　经过改进的动力头，体积小，重量轻，传动比大，噪音低。其中三级硬齿面减速器与圆弧齿轮减速器采用渐开线花键联接，传动扭矩大，拆装维修方便。圆弧齿轮减速器采用双输入单输出结构，两组输入轴的齿轮与中心圆弧齿轮为圆弧齿轮啮合，同时给中心主轴传输力，产生的扭矩大，在实际施工中，对于较硬地层条件，复杂型（含硬夹层等）地质条件施工，大径（Φ600-Φ700）螺杆桩质量都得到了良好的效果。

 

　　4.2加压和提升部分

 

　　螺杆桩的施工对其成桩设备的要求很高，它不但要求有足够大的动力头输出转矩，同时还要求动力头的输出转速与其竖向方向的移动距离保持很高的同步性。现有的卷扬机多采用双卷筒单独控制动力头在竖向的升和降，两卷筒之间通过换向齿轮实现单独工作，而且每个卷筒上的钢丝绳需要缠绕多层。这样钢丝绳在收放过程中，钢丝绳的绳速随时都在变化，特别是没有摆绳器的卷筒，钢丝绳的绳速变化幅度较大，且随机性很强，这样很难满足动力头转速与其竖向移动的同步性要求，造成施工中二次成螺等虚假螺纹现象。

 

　　改进方案：采用电动变频调速，电磁制动单卷筒单排绳正反双出绳卷扬机作为动力头的提升和加压卷扬机，来解决实际问题。

 

　　主要结构：如图3所示。

 

　　改进效果：

 

　　经过改进的卷扬机采用变频调速电动机直动，单排绳双出绳大直径卷筒及其内藏式减速器，通过启动电磁制动变频调速电动机及电磁制动器，带动卷筒旋转，实现卷筒上两根钢丝绳同速收放，操作简单，在保证动力头输出转矩的同时，收放钢丝绳同步性更高。满足动力头转速与其竖向移动的同步性要求，避免了施工中二次成螺等现象。同时该卷扬机结构紧凑，调速范围大，在各种复杂地层的施工，应用效果很好。

 

　　4.3塔架部分

 

　　现有螺杆桩机多采用法兰连接式主塔，安装和运输费时、费力、费用高。而且材质多采用普通钢材制造，体积大，质量大。

 

　　改进方案：在满足JG/T5006-92桩架技术条件前提下，主塔立柱采用BS700MC高强度板料，利用专业折弯成型和自动焊接设备，制造成矩形截面主塔，提高了强度和刚度，同时降低了桩机重量。塔高30m，经三次折叠满足运输要求，利用液压油缸控制主塔的起落、折叠，结构紧凑，减少拆装运输费用，同时提高了施工效率。

 

　　4.4底盘行走部分

 

　　以往履带底盘采用固定式，展宽不能调节，运输时履带需要拆掉，操作不便，影响施工进度。同时增大了桩机转场及运输的困难，降低了灵活性。还有履带行走采用马达驱动，故障率高，而且容易出现冬季用马达驱动履带时普通液压油凝固，造成油管堵塞，引起刹车失灵的问题。

 

　　改进方案：履带采用伸缩式，与固定式履带底盘相比，展宽可随意调节，无需拆装履带可整体运输。施工时履带展宽达4.6m，运输时缩宽达3.3m。履带采用电机驱动履带行走，灵活、迅速，行走平稳。而且相对的比其它驱动不仅降低了制造成本和使用成本，维修成本低很多，故障率也低，操作方便。

 

　　5使用情况

 

　　经过改进的新型折塔式履带螺杆桩机自2013年投放市场以来，先后有近5台设备在东北三省及内蒙多地多个项目进行了施工作业，施工螺杆桩孔径最大φ700mm，螺旋桩最大φ1500，最大孔深23米。通过现场施工反馈，螺杆桩合格率100%，SDS桩合格率100%。该桩机除了适用于淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、砂性土层等软地层外，还能满足硬塑粘土、密实粘土、粒径大于30mm，小于100mm的卵砾石层及强风化岩等地层成孔成桩。如图4现场施工情况。

 

　　6结束语

 

　　实践证明：该桩机在桩基础施工行业中具有绝对的优势，改变了原有的螺杆桩机在施工中效率低、桩质量不可靠等不足。是完成螺杆桩、螺旋挤土桩和大孔径硬岩桩的理想桩基础施工设备。同时该新型折塔式履带螺杆桩机上采用的大扭矩动力头和单排绳双出绳卷扬机装置两项均获得2014年国家实用新型

 

　　专利。

 

　　参考文献

 

　　[1]桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

 

　　[2]孙鸣.钢筋混凝土螺旋桩可行分析[J].天津城市建设学院学报，2001（7）.

 

　　[3]刘钟，张义，李志毅，赵琰飞.新型螺旋挤土桩（SDSP）技术[C].第十届全国地基处理学术讨论会论文集—地基处理理论与技术进展，南京：东南大学出版社，2008.

 

　　[4]刘钟，李志毅，卢璟春.短螺旋挤土灌注桩（SDS桩）施工新技术[C].第九届全国桩基工程学术会议论文集—桩基工程技术进展2009，北京：中国建筑工业出版社，2009.

 

　　[5]沈保汉，张凤良.螺杆灌注桩施工技术[J].建筑技术，2010，41（5）.