CG300液压锤在码头桩基工程中的应用

张延峰

一、工程概况

由中国水电建设集团港航公司承建的努瓦迪布新矿石码头工程，位于毛里塔尼亚努瓦迪布市现有港口的区域范围内，工程内容为新建一个由792.8m长的引桥、402.6m长的码头、11个靠船墩、4个系缆墩等组成的可接纳5～25万吨级轮船的矿石码头。引桥桩基有93根直径分别为1067mm和1420mm的钢管桩，码头有213根直径为1420mm的钢管桩，靠船墩有66根直径为1420mm的钢管桩，系缆墩有16根直径为1420mm的钢管桩，系泊栈桥桩6根，桩的长度从8～42m不等。根据设计要求，引桥桩垂向极限承载力为8000KN,码头桩垂向极限承载力为14600KN。

二、液压打桩锤

1.桩锤的选择

在沉桩中，选锤是比较复杂的，既要考虑沉入的可能性和沉桩效率，又要防止桩顶和桩身因承受过大的打桩应力而破坏。

选择桩锤应充分考虑桩型、桩重、桩长、入土深度、地质条件、极限承载力、桩锤的锤击能量等因素,但更为重要的是锤击传递的有效能量是桩贯入的决定因素。

根据桩的特点、地质分布、桩基垂向极限承载力和试桩结果进行分析，直接用柴油打桩锤打桩，桩端很难达到设计的高程，而且在长时间的、高能量的锤击下，桩身很可能损坏。并且柴油锤打桩效率不高，文献中提到通过液压锤与柴油锤有效动能的比较，结果表明，液压锤的动能传递效率远远高于柴油锤，平均值前者是后者的2倍以上。

项目部也通过现场试验对两种锤沉桩的效果进行对比，在地质情况基本一样的情况下，在沉桩到同一地层深度（-29.5m）时，柴油锤跳高3档，跳高基本为2m，柴油锤锤重10t，能量约为200KJ，贯入度为3mm/10击；液压锤锤重20t，跳高为50cm，能量约为100KJ，贯入度为6mm/10击。液压锤还能继续沉桩，而柴油锤已无法继续锤击。

项目部一开始计划采用D100型柴油锤进行打桩，经过综合比较和现场试桩试验，使用D100柴油锤打桩无法穿透致密的胶结状态的砂层，因此也就无法到达设计的高程，给下一步施工带来影响。

2. 锤的性能

液压锤是弹性碰撞性的冲击和压相结合的锤。锤击力一般不超过桩所能承受的冲击力，而且作用于桩顶的时间比较长。其结果是锤击能利用率大，沉桩效率高，桩顶不易破损。

液压锤具有可靠性高、可控性强、操作简单、适应能力强、锤击能量大和无污染的特点，可手动控制锤击也可自动控制锤击；可以随意调节锤头的行程和锤击频率；可以控制锤头和桩的作用时间，避免损伤桩；还可以记录液压锤的作业参数，并将数据存储到电脑并打印出来，使用液压锤打桩可以优化作业程序，提高生产效率。

液压锤在减少噪声、振动和油烟等方面也有突出的表现，工作时无油烟产生，液压锤通过减小锤体产生的噪声和给锤体加上全封闭的消音罩阻隔噪声来解决噪声问题，非常适合在城市和环保要求严格的区域进行施工作业。而柴油锤工作噪声大，需要排气管来进气和排放油烟，因而无法全封闭锤体以减少噪声。

液压锤采用重锤低击的工作方式，且锤击冲程可以调节，保证了冲击能量的有效传输，极大地减少了噪声和振动。而柴油锤采用轻锤重击的工作方式，冲击能量部分转化为声音和振动，导致施工时噪声和振动大。

项目部决定采用液压打桩锤进行全部桩基的施工，采购的液压锤为英国BSP公司生产的CG300型液压锤。

3.结构组成

（1）液压蓄能器系统

BSP液压打桩锤的核心就是液压蓄能器系统，它与冲击锤块连接。液压蓄能器被电磁阀击发后驱使高压油加速带动液压油缸提升锤块，在锤块接近设定的冲程高度时切断高压油的供应，冲击锤块减速到达设定的冲程高度，然后自由下落冲击桩帽。

（2）冲击锤块

CG系列的冲击锤块为模块式结构，由声音衰减率高的特种铸铁加工而成，其重量可根据施工需要自由组合，项目根据需要采用的是总计20吨的锤块。

（3）锤体框架

锤体框架是用来支撑液压蓄能器系统和为冲击锤块提供导向的，由上下两部分组成。上部结构用来容纳液压蓄能器系统，下部结构的组成为两条纵向弦杆作为冲击锤块的导杆，一个配备缓冲器的底部支撑结构确保锤体不受打桩冲击波的损坏。

（4）控制系统

液压打桩锤由电子系统远程遥控，既可进行全自动控制也可进行手动操纵。冲击锤芯的冲程高度和锤击频率可在最大值和最小值进行调整，因此对打桩能量的控制度更高以适应不同桩型和土质情况。

（5）液压动力站

液压动力站由发动机和液压系统组成，发动机驱动液压系统为液压打桩锤提供液压动力。

（6）传感器

桩锤上配置4个传感器，与控制系统上的指示灯相对应，其作用为感应重启、冲击、线缆中断和切断电源，当设备运转全部正常时，控制系统上的指示灯全部是熄灭的。

4.工作原理

（1）静止时，发动机运行且两个阀门断电时，液压油通过系统负载阀流回液压油箱内。压力无法增加，桩锤不能升起。

（2）系统负载阀通电时，压力增加，液压油向桩锤传输。压力通过释压阀进行调整，压力超过设计压力时，剩余液压油回流至液压油箱。一般情况下将释压阀压力设置为20～30bar。

（3）为提升重锤，桩锤控制阀必须通电，以运行桩锤油缸内的主滑件，并将油引入到活塞下，以提升活塞杆和重锤。

（4）使用手动模式控制锤击，系统负载阀和桩锤控制阀同时通电，油缸内的压力足以举起重锤。

（5）使用自动模式控制锤击，系统负载阀保持通电状态，而桩锤控制阀通过控制器不断执行开关动作，控制器响应桩锤上的传感器，开始周期性地提升。

三、液压锤打桩的施工工艺

1.吊锤

将钢管桩吊起通过导向架调整到设计桩位，待自沉稳定后，用吊机将液压锤缓缓吊起套入钢管桩顶部对准后缓缓落下，锤垫块与钢管桩顶紧密接触，这时钢管桩会继续下沉，待桩不再下沉时，就可启动液压锤进行打桩，此时要保证锤和钢管桩中心在一条直线上。

2.启动

经检查无异常后即可开锤打桩，操作人员通过控制器进行操作，控制器分别与液压锤和动力站进行连接，可以同时进行控制，按下控制器上的启动按钮开始打桩。初打时宜手动控制锤击，锤的冲击高度和作用时间均宜控制在最小幅度，一般锤的冲击高度控制在200mm，待桩入土稳定后，可切换到自动控制打桩，锤的冲击高度可控制在400～1000mm，通过观测桩的贯入情况，及时调整桩锤的冲击高度和作用时间，现场指挥人员也要观察锤的下落情况，指挥吊机下放钢丝绳，在整个沉桩过程中吊液压锤的钢丝绳要保持有一定的自由长度。

3.停锤

当打桩达到停锤标准时，就可以停止锤击，然后将液压锤缓慢吊起离开钢管桩，打桩过程结束。

4.注意事项

（1）对于液压锤沉桩，吊锤前应认真检查液压油管各接头螺栓是否拧紧，吊锤中应避免液压油管过度扭曲造成液压油外漏。

（2）液压锤打桩时若发生贯入异常、桩身突然下降，桩身出现较大倾斜，桩身剧烈抖动等现象，应暂停锤击待查明原因后方能继续锤击。

（3）液压锤的冲击垫片必须每天进行检查，定期进行更换。

（4）桩锤共配备了4个传感器，若桩锤控制线路连接正确，传感器正常运行，锤静止于桩上时，控制器面板上的所有指示灯都是熄灭的，若有指示灯亮，则说明出现了问题，应根据指示灯显示情况进行检修。

（5）BSP公司推荐使用MC904作为冲击垫片材料，正确使用会延长寿命和降低打桩的噪音。

（6）控制器面板上有冲程设置、压力设置和动力站流量控制按钮，为了保证设备的良好运行，在整个打桩运行期间压力应保持在300bar以下，如果压力上升则要降低流量并增加冲程提升时间。

（7）在打桩过程中，当使用超过1000mm的冲程高度连续锤击3分钟时，应停止锤击，让锤芯冷却后再继续锤击。

四、结语

通过394根钢管桩的动测数据分析，钢管桩的垂向极限承载力都超过了设计值，在努瓦迪布新矿石码头工程中使用CG300型液压锤进行桩基施工取得了成功，不仅大大加快了工程的进度，而且也保证了桩基工程的质量。项目部引进新设备和新工艺，成功掌握了液压锤的操作和使用。