CG300液壓錘在碼頭樁基工程中的應用

張延峰

一、工程概況

由中國水電建設集團港航公司承建的努瓦迪布新礦石碼頭工程，位于毛里塔尼亞努瓦迪布市現有港口的區域范圍內，工程內容為新建一個由792.8m長的引橋、402.6m長的碼頭、11個靠船墩、4個系纜墩等組成的可接納5～25萬噸級輪船的礦石碼頭。引橋樁基有93根直徑分別為1067mm和1420mm的鋼管樁，碼頭有213根直徑為1420mm的鋼管樁，靠船墩有66根直徑為1420mm的鋼管樁，系纜墩有16根直徑為1420mm的鋼管樁，系泊棧橋樁6根，樁的長度從8～42m不等。根據設計要求，引橋樁垂向極限承載力為8000KN,碼頭樁垂向極限承載力為14600KN。

二、液壓打樁錘

1.樁錘的選擇

在沉樁中，選錘是比較復雜的，既要考慮沉入的可能性和沉樁效率，又要防止樁頂和樁身因承受過大的打樁應力而破壞。

選擇樁錘應充分考慮樁型、樁重、樁長、入土深度、地質條件、極限承載力、樁錘的錘擊能量等因素,但更為重要的是錘擊傳遞的有效能量是樁貫入的決定因素。

根據樁的特點、地質分布、樁基垂向極限承載力和試樁結果進行分析，直接用柴油打樁錘打樁，樁端很難達到設計的高程，而且在長時間的、高能量的錘擊下，樁身很可能損壞。并且柴油錘打樁效率不高，文獻中提到通過液壓錘與柴油錘有效動能的比較，結果表明，液壓錘的動能傳遞效率遠遠高于柴油錘，平均值前者是后者的2倍以上。

項目部也通過現場試驗對兩種錘沉樁的效果進行對比，在地質情況基本一樣的情況下，在沉樁到同一地層深度（-29.5m）時，柴油錘跳高3檔，跳高基本為2m，柴油錘錘重10t，能量約為200KJ，貫入度為3mm/10擊；液壓錘錘重20t，跳高為50cm，能量約為100KJ，貫入度為6mm/10擊。液壓錘還能繼續沉樁，而柴油錘已無法繼續錘擊。

項目部一開始計劃采用D100型柴油錘進行打樁，經過綜合比較和現場試樁試驗，使用D100柴油錘打樁無法穿透致密的膠結狀態的砂層，因此也就無法到達設計的高程，給下一步施工帶來影響。

2. 錘的性能

液壓錘是彈性碰撞性的沖擊和壓相結合的錘。錘擊力一般不超過樁所能承受的沖擊力，而且作用于樁頂的時間比較長。其結果是錘擊能利用率大，沉樁效率高，樁頂不易破損。

液壓錘具有可靠性高、可控性強、操作簡單、適應能力強、錘擊能量大和無污染的特點，可手動控制錘擊也可自動控制錘擊；可以隨意調節錘頭的行程和錘擊頻率；可以控制錘頭和樁的作用時間，避免損傷樁；還可以記錄液壓錘的作業參數，并將數據存儲到電腦并打印出來，使用液壓錘打樁可以優化作業程序，提高生產效率。

液壓錘在減少噪聲、振動和油煙等方面也有突出的表現，工作時無油煙產生，液壓錘通過減小錘體產生的噪聲和給錘體加上全封閉的消音罩阻隔噪聲來解決噪聲問題，非常適合在城市和環保要求嚴格的區域進行施工作業。而柴油錘工作噪聲大，需要排氣管來進氣和排放油煙，因而無法全封閉錘體以減少噪聲。

液壓錘采用重錘低擊的工作方式，且錘擊沖程可以調節，保證了沖擊能量的有效傳輸，極大地減少了噪聲和振動。而柴油錘采用輕錘重擊的工作方式，沖擊能量部分轉化為聲音和振動，導致施工時噪聲和振動大。

項目部決定采用液壓打樁錘進行全部樁基的施工，采購的液壓錘為英國BSP公司生產的CG300型液壓錘。

3.結構組成

（1）液壓蓄能器系統

BSP液壓打樁錘的核心就是液壓蓄能器系統，它與沖擊錘塊連接。液壓蓄能器被電磁閥擊發后驅使高壓油加速帶動液壓油缸提升錘塊，在錘塊接近設定的沖程高度時切斷高壓油的供應，沖擊錘塊減速到達設定的沖程高度，然后自由下落沖擊樁帽。

（2）沖擊錘塊

CG系列的沖擊錘塊為模塊式結構，由聲音衰減率高的特種鑄鐵加工而成，其重量可根據施工需要自由組合，項目根據需要采用的是總計20噸的錘塊。

（3）錘體框架

錘體框架是用來支撐液壓蓄能器系統和為沖擊錘塊提供導向的，由上下兩部分組成。上部結構用來容納液壓蓄能器系統，下部結構的組成為兩條縱向弦桿作為沖擊錘塊的導桿，一個配備緩沖器的底部支撐結構確保錘體不受打樁沖擊波的損壞。

（4）控制系統

液壓打樁錘由電子系統遠程遙控，既可進行全自動控制也可進行手動操縱。沖擊錘芯的沖程高度和錘擊頻率可在最大值和最小值進行調整，因此對打樁能量的控制度更高以適應不同樁型和土質情況。

（5）液壓動力站

液壓動力站由發動機和液壓系統組成，發動機驅動液壓系統為液壓打樁錘提供液壓動力。

（6）傳感器

樁錘上配置4個傳感器，與控制系統上的指示燈相對應，其作用為感應重啟、沖擊、線纜中斷和切斷電源，當設備運轉全部正常時，控制系統上的指示燈全部是熄滅的。

4.工作原理

（1）靜止時，發動機運行且兩個閥門斷電時，液壓油通過系統負載閥流回液壓油箱內。壓力無法增加，樁錘不能升起。

（2）系統負載閥通電時，壓力增加，液壓油向樁錘傳輸。壓力通過釋壓閥進行調整，壓力超過設計壓力時，剩余液壓油回流至液壓油箱。一般情況下將釋壓閥壓力設置為20～30bar。

（3）為提升重錘，樁錘控制閥必須通電，以運行樁錘油缸內的主滑件，并將油引入到活塞下，以提升活塞桿和重錘。

（4）使用手動模式控制錘擊，系統負載閥和樁錘控制閥同時通電，油缸內的壓力足以舉起重錘。

（5）使用自動模式控制錘擊，系統負載閥保持通電狀態，而樁錘控制閥通過控制器不斷執行開關動作，控制器響應樁錘上的傳感器，開始周期性地提升。

三、液壓錘打樁的施工工藝

1.吊錘

將鋼管樁吊起通過導向架調整到設計樁位，待自沉穩定后，用吊機將液壓錘緩緩吊起套入鋼管樁頂部對準后緩緩落下，錘墊塊與鋼管樁頂緊密接觸，這時鋼管樁會繼續下沉，待樁不再下沉時，就可啟動液壓錘進行打樁，此時要保證錘和鋼管樁中心在一條直線上。

2.啟動

經檢查無異常后即可開錘打樁，操作人員通過控制器進行操作，控制器分別與液壓錘和動力站進行連接，可以同時進行控制，按下控制器上的啟動按鈕開始打樁。初打時宜手動控制錘擊，錘的沖擊高度和作用時間均宜控制在最小幅度，一般錘的沖擊高度控制在200mm，待樁入土穩定后，可切換到自動控制打樁，錘的沖擊高度可控制在400～1000mm，通過觀測樁的貫入情況，及時調整樁錘的沖擊高度和作用時間，現場指揮人員也要觀察錘的下落情況，指揮吊機下放鋼絲繩，在整個沉樁過程中吊液壓錘的鋼絲繩要保持有一定的自由長度。

3.停錘

當打樁達到停錘標準時，就可以停止錘擊，然后將液壓錘緩慢吊起離開鋼管樁，打樁過程結束。

4.注意事項

（1）對于液壓錘沉樁，吊錘前應認真檢查液壓油管各接頭螺栓是否擰緊，吊錘中應避免液壓油管過度扭曲造成液壓油外漏。

（2）液壓錘打樁時若發生貫入異常、樁身突然下降，樁身出現較大傾斜，樁身劇烈抖動等現象，應暫停錘擊待查明原因后方能繼續錘擊。

（3）液壓錘的沖擊墊片必須每天進行檢查，定期進行更換。

（4）樁錘共配備了4個傳感器，若樁錘控制線路連接正確，傳感器正常運行，錘靜止于樁上時，控制器面板上的所有指示燈都是熄滅的，若有指示燈亮，則說明出現了問題，應根據指示燈顯示情況進行檢修。

（5）BSP公司推薦使用MC904作為沖擊墊片材料，正確使用會延長壽命和降低打樁的噪音。

（6）控制器面板上有沖程設置、壓力設置和動力站流量控制按鈕，為了保證設備的良好運行，在整個打樁運行期間壓力應保持在300bar以下，如果壓力上升則要降低流量并增加沖程提升時間。

（7）在打樁過程中，當使用超過1000mm的沖程高度連續錘擊3分鐘時，應停止錘擊，讓錘芯冷卻后再繼續錘擊。

四、結語

通過394根鋼管樁的動測數據分析，鋼管樁的垂向極限承載力都超過了設計值，在努瓦迪布新礦石碼頭工程中使用CG300型液壓錘進行樁基施工取得了成功，不僅大大加快了工程的進度，而且也保證了樁基工程的質量。項目部引進新設備和新工藝，成功掌握了液壓錘的操作和使用。