HKZ—600夯扩桩机的研制与应用

卢兆会

摘要：HKZ-600夯扩桩机是建筑桩基础施工中的一种用来完成具有节能减排功能的复合载体夯扩桩的施工设备。该桩机的研制填补了国内夯扩桩机的技术空白，性能明显优于普通的夯扩桩机，其技术与经济优势明显。与同类桩机相比，具有施工效率高、成桩质量好、成本低、节能环保等优点，是一种新型环保的桩工机械产品，达到了节能减排的效果，是国家推广的节能减排桩理想的施工设备，前景广阔。

关键词：夯扩桩机；振动头；变频调幅；变频调速；单排绳双出绳

中图分类号TU7 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0145-02

《复合载体夯扩桩设计规程》是中华人民共和国建设部在2001年12月1日开始施行的。复合载体夯扩桩是由干硬性混凝土和填充料等经夯扩锤夯扩形成的复合载体和钢筋混凝土桩身组成，它具有挤密地基及扩大桩端面积的双重作用。为了防止夯扩形成的桩孔缩径、流塑岩层进入，夯扩锤外配有薄壁护筒，护筒内壁与夯扩锤外径间留有2cm～3cm间隙。在这10多年期间，夯扩桩以单桩承载力高、材料用量少、造价低、设备投资小、无排土等优点，得到了广大建筑开发单位的认可，是一种典型的节能减排桩基础。普通的夯扩桩机无振动头，配两台单卷筒定速卷扬机，一台用来控制夯扩锤的升降，另一台用来控制护筒的加压和提升，钢筋笼的吊装由人工来完成，施工的效率低。护筒的沉入力不足，导致夯扩锤经常被夹住。提升过程中桩容易出现浮笼、离析、空洞等现象，混凝土利用人工振捣，成桩质量差，桩的质量不可控。成桩直径在300mm～500mm之间，随着建筑桩基础的要求，大承载力的大径桩越来越受到青睐。由此看来：提高施工效率、保证成桩质量、加大成桩直径是夯扩桩施工单位急需解决的问题。

东煤田地质局一二八勘探队经过多年的现场实地考察，广泛征求建筑开发单位和建筑桩基础施工单位的建议，同时得到夯扩桩发明人王继忠的宝贵建议。本着提高施工效率、提高桩质量、提高单桩承载力、降低劳动强度的原则，根据用户需要，2010年研制出HKZ600夯扩桩机。

1.主要结构特点

1.1结构组成（如图1所示）

1.2工作原理

启动副卷扬机，提起夯扩锤到一定高度，快速释放夯扩锤，做快速落地运动，夯击地面成孔。启动振动头，同时启动主卷扬机，共同沉护筒，将护筒沉到设计标高后，夯扩锤击出护筒底一定深度，分批向孔内投入填充料和干硬性混凝土，用夯扩锤反复夯实、挤密，在桩端形成复合载体。利用副卷扬提起夯扩锤出护筒外一定高度以上，然后放置钢筋笼，灌注混凝土到标高后，启动振动头，同时启动主卷扬机，提升振动头及护筒，边振动边把护筒提出直到出地面，完成夯扩桩的成桩。

1.3主要结构特点

该桩机利用液压步履式行走，电动卷扬机提升钢筋笼，采用电动变频调幅振动头和手动变频调速单卷筒单排双出绳卷扬机，实现护筒振动变速的沉入和提升，加快了护筒的沉入速度，也大大降低了夯扩锤提升时的阻力。根据不同的岩土层调整不同的激振力和护筒下降速度，节约了能源，杜绝了夯扩锤夹锤的现象；提升过程中同时启动振动头进行振捣护筒内混凝土，杜绝了桩的离析、空洞等缺陷；根据不同岩土层采用不同提升速度，杜绝了断桩、缩径等缺陷，避免了因人工振捣带来的质量缺陷。通过在现场的施工实践，针对复杂地层的桩基础施工，显示出巨大的优势。具体结构特点如下。

1）振动头部分：普通的夯扩桩机无振动头。该桩机采用电动变频调幅振动头，利用离心力调整偏心力距，弹簧自动复位的偏心块结构，通过调整耐震交流变频电动机的频率来控制激振力和振幅。主要结构（如图2所示），由振动箱、耐震交流变频电动机、减振弹簧组、加压滑轮组、皮带轮组等部分组成。对不同的地质条件，通过选择不同的振动频率来调整不同的激振力，用以实现不同岩层的振动沉拔护筒，不仅提高了施工效率，降低了能耗，而且大大降低了振动头启动和停止过程中对桩机的损害。采用电动变频调幅振动头沉拔护筒：一方面大大减小了护筒与岩层间的阻力；另一方面也充分保证了桩的质量，同时也扩大了夯扩桩在复杂地层的施工。主要部件型号及技术参数：变频调速耐震三相异步电动机YZP30-6，30kW，转速980r/min，2台，最大激振力350kN，最大偏心力矩：0.128m，偏心块总质量：160kg，振动箱总质量：2 700kg。

2）主卷扬部分：普通的夯扩桩机护筒的沉入和提升是利用一台定速卷扬机通过人工更换动滑轮组所挂拉的u型绳来实现。该桩机采用手动变频调速单卷筒单排绳双出绳卷扬机主要控制振动头及护筒的提升和加压，是通过交流变频电动机实现调速，通过手动控制离合，通过大径单排绳双出绳卷筒控制两根绳的同速收放，实现单卷筒同时控制夯扩桩机振动头及护筒的提升和加压功能。主要结构（如图3所示），由交流变频电动机、电液制动器、减速器、卷扬总成、卷扬机底架、手动操作总成等组成。具有结构简单，操作方便，省时、省力、省费用、效率高等优点。根据施工时护筒沉入力的大小来调整加压力和是否使用加压力，达到最佳节能效果。采用手动变频调速单卷筒单排绳双出绳卷扬机：一方面加大了护筒的沉入力，从而提高了施工效率；另一方面针对不同地层选择不同的提升速度，从而防止了缩径、断桩等质量缺陷。主要部件型号及技术参数：变频电动机YZP225S1-8，18.5kW，转速范围0～1 400r/min，1台。卷筒直径800mm，钢丝绳绳直径21.5mm，经计算得：钢丝绳最大拉力：6.5T，最大绳速：20m/min。

3）普通夯扩桩机的成桩直径300mm～500mm。该桩机成桩直径最大可达600mm，满足了国内大直径夯扩桩技术的要求，单桩承载力得到了很大的提高，最大可达4 000kN，满足了一柱一桩的设计要求。既节省桩基础建筑材料，又缩短了施工时间。

2.主要技术参数

最大钻孔直径：600mm；最大沉孔深度：11m；塔高：17m；回转角度：±180°；支腿展臂：4.25m；行走步距：1.5m；液压系统压力：16MPa；整机重量：33t。

3.应用情况

现已出厂20台HKZ-600夯扩桩机，通过近几年在辽宁的抚顺、沈阳、本溪、丹东、阜新、铁岭；吉林的通化、梅河口、白山、靖宇；内蒙的通辽等地区的施工，夯扩桩合格率100%，施工效率提高了3倍以上，提高了单桩承载力，大大降低了施工成本，得到了建筑开发单位的认同。同时也给夯扩桩的施工单位带来了可观的经济效益，加速了夯扩桩的推广进程。HKZ-600夯扩桩机的推广使用，带动了建筑桩基础节能减排的步伐，原始的桩基础如超流态、CFG、振动沉管等桩型面临着逐渐远离市场。夯扩桩得到了很好的质量保障，为企业和社会带来可观的经济效益。

HKZ-600夯扩桩机中电动变频调幅振动头、手动变频调速卷扬机和快速溜放卷扬机的研制项目2013、2014年均获得国家实用新型专利，专利号分别为：zL2013 2 0773877.5；ZL 2013 2 0763139.2；ZL 2014 20697499.1。