机械工程师
MECHANICALENGINEER
全液压振动打桩机总体设计及分析
杜壮志
(江苏省有色金属华东地质勘查局，南京210007）
摘要：总结了国内外学者在振动沉桩理论方面所取得的一些成果，分析了打柱机单自由度线性振动简化模型，设计了一
种小型全液压振动打桩机，探讨了振动打机的应用不足并提出了解决方法。关键调：振动打桩机：振动沉桩：单自由度模型：总体设计
中图分类号：TU753 阜0
文献标志码：B
桩基设备在高层建筑、桥梁、港口、铁路工程建设中的作用越来越明显。尤其是最近几年高层建筑深基础施工工程量多、难度大、地质条件复杂，部分基础下面甚至有岩层，沉桩垂直度和桩位的精确度要求越来越高，人工打桩等落后的施工方法已经不能满足现今高层建筑稳定性与安全性的要求，振动打桩机沉桩施工显示出巨大的优势，但是振动打桩机有可能对相邻建筑或者结构物造成一定的损害，沉桩施工必须满足一定的施工质量要求，这对振动打桩机提出了更高的要求，因此，很有必要开发一种高效的振动打桩机来提高作业效率与作业质量。
1振动沉桩建模研究现状 1.1国外研究现状
振动打桩机的研究始于苏联，1934年苏联研究了振动参数的变化对土壤阻力的影响，并诞生了第一台“巴尔堪"型振动打桩机，其后发展了多种型号，打桩深度和贯人速度都得到了很大提升，在工程建设中发挥了巨大的优势。美国、西欧及日本等国家在1959年前后相继开发了振动打桩机。由于早期的打桩机故障率高，引起了研究机构的高度重视，对振动打桩机展开了相关理论研究，其中影响最大的是巴尔坎教授提出了报动打桩机单自由度线性模型，早期的研究都建立在单自由度模型基础上，振动打桩机分析采用桩或土壤的离散能量公式表示。1956年 AYRE、RS对土壤振动切削试验及桩土相互作用过程进行了研究，GRLWEAP等人发展了波动方程分析法和非线性振动分析法，CHUA、KM采用波动方程方法描述了振动打桩机的工作过程。1992年Massarsch对桩-土共振进行过大量的研究，为了正确预估土的共振效应，同时考虑了土的质量和硬度特性等因素，Smart、Viking等人研究了振动锤振动频率及最优极限惯人速度的问题， GHAHARMANI对振动打桩机的渗透和承截能力进行了分析。国外比较有代表性的振动沉桩建模主要有：1960年 Smart等人提出的波动方程模型（如图1）高效解决了桩侧、桩端阻尼力的间题。1989年Raushce等人研究的Case 建模法主要解决了沉桩过程瞬态地基阻力问题；1996年 Holeyman等人提出的板桩模型（如图2)求得桩上下运动的速度，Viking于2002年后提出Vipere桩土壤模型（如图
文章编号：1002-2333(2016)12-0245-03
3)，首次用积分法解决了刚性桩的加速度，瞬时穿越速率
等间题-]。/整架 0
桩锤
WwN MOOMO 土境椎
图1
波动方程模型
1.2国内研究现状
激报力F(r)=m,F"sin(T)
桩-土自镇摩擦力
侧阻力桩娱醒力
图2Holeyman等人提出
的板桩模型
国内在振动沉理论方面的研究较晚，取得的实用理论较少。中南大学的何清华等人采用拉格朗日定律和土壤力学特性的一些基本理论，尝试性研究了液压振动桩锤工作系统力学模型，建立了系统动力学方程，并对方程的解进行了分析和讨
论，可为桩锤主要参数的选取和计算提供一定的理论依据。兰州建筑通用机械总厂的贾学武对振动打桩机沉桩过程进行了分析计算，找出了打桩机振幅、频率、桩的类型及桩下沉的速度与地基土壤种类之间的关系。华北水利学院
桩端阻力
链侧阻力
图3Viking等人提出的 Vipere桩土壤模型
杨振中教授在巴尔坎单自由度线性模型的基础上建立了振动冲击式打桩机力学模型，根据其运动特征做出了运动过程的三阶段基本假设，分阶段进行了相应的动力学分析，给出了最佳冲击条件。目前国内研究开发中、低频液压振动锤的单位较少北京建机所(DZ系列)和中铁机械院有部分研究成果，高频锤(HFV系列)研究处于试制阶段。浙江振中目前正在开展液压振动锤调矩方面的研究。
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