本发明涉及用于在冲击式打桩装置中支撑钢桩的构造、冲击式打桩装置、冲击式打桩机器、以及用于在冲击式打桩装置中布置桩的支撑的方法。
背景技术：
使用打桩来作为对建筑物和构筑物打地基的方法在近年来变得广泛，例如因为建筑用地在许多大城市附近正变得稀少，并且甚至在因为土壤承载能力低而以其他方式不可能进行建造的区域，仍可使用将桩打入地面来提供牢固的地基。此外，用于打桩的更高效打桩机器的发展、以及该机器的打桩装置的发展、还有由打桩导致的成本降低已经使得基于打桩的地基相比替代的地基解决方案成本更低，并且由此更具竞争力。
常见限制打桩的使用的因素在于，通过锤击将桩打入地面导致相对大的噪音，该相对大的噪音被认为对周围环境（例如，对住宅区域）带来干扰。在对冲击式打桩装置的噪音调查中已经发现噪音在如下时刻产生在冲击式打桩装置的夯锤中：当关于夯锤（hammerram）的框架往复移动的大质量部分（即锤块（block））撞击放置在桩顶部的桩帽时，这将把冲击传递到将被打入地面的桩，由此在桩的壁中发生集中的瞬时变形，特别是在钢桩的情况下。这种突然的变形将向环境发出明显的压力变化，即噪音。如果没有噪音保护，在桩被冲击式打入地面（特别是钢桩的情况下）期间，冲击式打桩装置附近的噪音水平会超过100分贝。这个缺点限制了冲击式打桩的使用，特别是在噪音具有非常有害影响的地方，例如在人口密集的居民区。自然地，使用冲击式打桩装置期间的高噪音水平对冲击式打桩装置的操作人员以及在施工场地工作的其他人员也是有害的。因为噪音，冲击式打桩经常被如下的其他打桩方法替代，所述其它打桩方法效率较低且成本较高，并且对环境施加的负担较重。
当打混凝土桩时，在现有技术的打桩装置中使用桩缓冲器来保护桩头免受损坏。这些也对桩的振动产生一些影响，并因此产生噪音。
为了降低噪音水平，已经开发出用于冲击式打桩装置的各种噪音抑制解决方案。目的是使夯锤的结构尽可能地抑制噪音，并且已经开发了降噪装置，所述降噪装置安装在将被打入地面的桩的周围，用于抑制由桩导致的噪音。根据申请人进行的测试和实验，针对夯锤开发的解决方案效果有限。使用安装在桩周围的降噪装置进而包括如下缺点：桩在降噪装置内保持不可见，由此无法可视地跟踪打桩操作。而且，使用这样的降噪装置需要每次在开始将新的桩冲击式打入地面之前将该装置安装在桩的周围。这自然使得整个打桩过程变得更慢且更复杂。
技术实现要素：
本发明的目的正是提出一种用于在冲击式打桩装置中特别地支撑钢桩的新的构造，由此可以采用比现有技术的噪音抑制解决方案明显更简单且更有利的方式来降低由将钢桩冲击式打入地面时导致的噪音。本发明的目的还在于提出配备有这样的支撑构造的一种冲击式打桩装置和一种冲击式打桩机器，以及一种用于在冲击式打桩装置中布置桩的支撑的方法。
本发明的目的通过根据本发明的支撑构造来实现，因为支撑表面中的邻接钢桩的吸收表面被实施成使得：由冲击式打入的作用，吸收表面使桩的壁的端部和/或其自身成形，以使得吸收表面和桩的壁在整个区域之上成形成抵靠彼此，在该区域中，桩的壁的端部延伸到吸收表面。因此，吸收表面防止桩的壁沿横向于打桩方向的方向移动，其中，其降低了由冲击式打桩所导致的壁上的类冲击负载发出的横向振动，并且由此降低了所产生的噪音。更准确地说，根据本发明的用于在冲击式打桩装置中支撑桩的构造的特征在于在权利要求1和2中呈现出的内容；冲击式打桩装置的特征在于权利要求12中呈现出的内容，根据本发明的冲击式打桩机器的特征在于权利要求13中呈现出的内容，以及用于在冲击式打桩装置中布置用于桩的支撑的方法的特征在于权利要求14和15中呈现出的内容。从属权利要求3-11和16呈现出根据本发明的构造和方法的一些有利的实施例。
根据对冲击式打桩装置进行的噪音测量，通过由上面所描述的原理形成的根据本发明的构造与通过如下的冲击式打桩装置相比实现了显著更低的噪音水平，所述冲击式打桩装置配备有支撑构造，在支撑构造中，钢桩的壁的端部或支撑表面上的吸收表面不成形为使得钢桩的端部以上面所描述的方式被支撑到支撑表面。在对配备有根据本发明的支撑构造的冲击式打桩装置进行的噪音测量中，在打桩期间发出到环境的声压降低了多达大约18db。相比借助于例如配合在钢桩和夯锤周围的柔性降噪装置或由安装在夯锤中的被动隔音解决方案来实现的声压水平的降低，这是更大的声压水平的降低。
值得注意的是，在本专利申请中，将由冲击式打桩装置打入地面的桩是所谓的钢桩，其通常由具有封闭或开放截面轮廓的钢板型材（profile）制成。因此，本申请中提到的钢桩可以是由具有圆形、矩形或另一截面的管来形成的桩，或者是由具有板状结构的开放式型材形成的桩，例如i、l、t、z或h形型材。此外，本申请中提到的钢桩可以是由所谓的板桩（sheetpiling）型材形成的具有薄壁的钢桩。在本申请中，术语“钢桩”指的是由钢板材料制成的桩，钢板材料可以是例如热轧或冷轧钢板。此外，钢桩不受桩的壁的厚度的任何形式的限制，尽管此处的钢桩指的是如下的桩：内部中空并且具有相对于桩的外尺寸（例如直径）常常相当小的壁的厚度。
附图说明
下面将参考附图更加详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了冲击式打桩装置中的缓冲元件的竖直截面，所述冲击式打桩装置配备有根据本发明的构造，桩被支撑到缓冲元件；
图2示出了第二冲击式打桩装置中的缓冲元件的竖直截面，所述第二冲击式打桩装置配备有根据本发明的构造，桩被支撑到缓冲元件；
图3示出了第三冲击式打桩装置中的缓冲元件的竖直截面，所述第三冲击式打桩装置配备有根据本发明的构造，桩被支撑到缓冲元件；
图4示出了第四冲击式打桩装置中的缓冲元件的竖直截面，所述第四冲击式打桩装置配备有根据本发明的构造，桩被支撑到缓冲元件。
具体实施方式
在根据图1的实施例中，缓冲元件设置在冲击式打桩装置中，冲击式打桩装置安装在通常配备有履带（crawlertrack）或轮子的移动机器上。通常且在本专利申请中也是如此，冲击式打桩装置和将冲击式打桩装置移动到用于将桩打入地面的所期望的位置的机器被统称为冲击式打桩机器。因此，在本申请中，术语打桩装置主要是指实际实施将桩打入地面的集合体;换句话说，当打桩装置被安装在机器上时，该组合被称为冲击式打桩机器，在冲击式打桩机器中，所述机器因此构成所谓的基础机器。
示出在图1中的用于冲击式打桩装置的缓冲元件1例如是金属件，金属件具有冲击表面2、侧表面3和支撑表面4。冲击表面2是缓冲元件被锤块撞击的那个表面，在冲击式打桩期间锤块在夯锤内以例如液压或机械地方式往复移动。侧表面3通常是缓冲元件的邻接夯锤下部分中的缓冲元件的帽的侧壁的那个表面。支撑表面4进而是被放置成抵靠将被打入地面的桩的顶部的表面。
在图1中，钢桩5被放置成抵靠缓冲元件1的支撑表面4。在这种情况下，缓冲元件1和钢桩5两者都具有圆形截面。图1所示的缓冲元件1是可被用在例如配备有锤块的冲击式打桩装置中的缓冲元件，锤块在夯锤内以液压或机械的方式往复运动，其沿着吊杆（derrick）在竖直方向上运动。在将桩5打入地面期间，锤块连续若干次撞击夯锤下部分中的缓冲元件的帽中的缓冲元件的冲击表面2。原则上，图2-4所示的缓冲元件也适合于被用在例如上面所提到的类型的冲击式打桩装置中，而且还可用在具有不同操作原理的冲击式打桩装置中，例如柴油动力和气动打桩装置。
图1所示的钢桩5被放置成抵靠缓冲元件的支撑表面4，以使得其头部配合抵靠缓冲元件1的支撑表面中的吸收表面6。如在图1中看到的，桩5的壁8在这种情况下形成为在其上端部处向上弯曲。通常，壁8的端部不成形为任何形式，而是直的;然而，在一些情况下，其也可以被制成紧密地匹配吸收表面6的形状。钢桩5的壁的端部也可以具有如下的截面，所述截面使得其刚好在使钢桩5配合在适当位置之后不配合成严密地邻接吸收表面5，而是例如在壁8的端部和吸收表面6之间留有空余空间。
在该实施例中，吸收表面6是凹形的，因为在该情况下，吸收表面6由槽7的内表面形成，槽7形成在缓冲元件的支撑表面中。该槽7的内表面是如此的宽且深的，以使得至少钢桩5的壁8的弯曲部分9以及在图1的情况下还有壁8的侧表面的一部分相对于吸收表面4的其余部分完全在缓冲元件1内延伸。槽7的内壁，也就是吸收表面6，仅在短的区段上接触壁8的弯曲部分，由此当将钢桩5打入地面时，甚至在第一次冲击期间，吸收表面6就使钢桩5的壁8的端部成形，从而抵靠吸收表面6使壁开始变形。因而，在被放置成抵靠冲击式打桩装置的缓冲元件的步骤中，钢桩5的头部可沉入槽7，以使得在壁的端部和槽7的底部之间留有空余空间。因此，桩的壁8的端部将在第一次冲击期间沉入槽7的底部。这将加强壁的端部的形成，并使得桩的头部能够更紧密地填充槽7；换句话说，使得吸收表面6能够被放置成在更大的区域上抵靠壁8的侧表面，由此进一步增强吸收效果。而且，槽7的形状被设计成向下变宽。这将防止钢桩5的头部卡在槽7中，并使得钢桩5的头部能够成形为尽可能紧密地匹配槽7的轮廓。由于槽7的形状，钢桩5的壁8的端部将总是成形为与第一次冲击期间由槽7的内壁形成的吸收表面6的形状匹配，即使钢桩5的壁8的端部没有如图所示是弯曲的，而是例如以上述方式是直的。然而，遵循吸收表面的轮廓的钢桩5的壁8的端部被成形（扩展）成使得其主要仅紧密抵靠吸收表面6；换句话说，在开始冲击式打桩之前，壁8的端部与槽7之间的间隙消失，并且壁8的端部被放置成在其吸收表面6上的整个区域之上抵靠吸收表面6。
在图1所示的构造中，缓冲元件1的材料可比钢桩5的壁8的材料（例如，回火钢等）明显更硬。因此，在将钢桩打入地面时，缓冲元件1的支撑表面4中的槽7的形状没有显著变化。相反，刚好在开始将钢桩冲击式打入地面之后，在钢桩5的壁8中发生镦粗（upsetting）和变形，从而形成了壁8的头部以及抵靠吸收表面6的钢桩的邻近的壁8。作为变形的结果，在吸收表面6处的壁8的弯曲端部和其下方的直的侧表面被形成为抵靠由槽7的内表面形成的吸收表面6。因此，几乎完全防止了壁8在钢桩5的端部处沿与钢桩5的锤击方向横向的方向移动。得到的对钢桩5的性能的影响在于，钢桩5的振动和由此导致的噪音得以显著地降低。
在图1所示的缓冲元件的支撑表面中的槽7也可以比图1所示的更窄和更低。在这样的情况下，钢桩5的壁8的上边缘处的弯曲区段9的仅一部分将延伸到缓冲元件中。槽7也可以比图1所示更深，由此在壁8的端部和槽7的底部之间可形成相比在低的槽7的情况下更大的空余空间。替代地，缓冲元件1也可以由比钢桩更软的材料制成。在这样的情况下，代替钢桩的壁或除了钢桩的壁之外，支撑表面中的槽7可以是能够由冲击而成形的。因此，刚好在对钢桩的第一次冲击之后，吸收表面6将被成形为在面向壁8的吸收表面6的部分的区域之上遵循钢桩5的壁8的轮廓，以使得钢桩5的壁8沿其横向方向不能显著移动，至少在被插入槽7的区域中不能显著移动。这样的可成形的缓冲元件的材料可以是例如一些可相对轻微成形的钢、铝或铜。此外，在这样的解决方案中，槽7可比钢桩5的端部略微更窄，以使得当钢桩5被配合在适当位置时在壁8和槽7的底部之间留有空余空间。在第一次冲击期间，缓冲元件的材料被成形为使得壁8的端部被放置成在其嵌入缓冲元件1的整个区域之上抵靠吸收表面6，由此也在这样的解决方案中，整个吸收表面6被均匀地支撑到钢桩5的壁8因此被嵌入在缓冲元件1中的那部分。
当由冲击式打桩装置（图1中仅示出了冲击式打桩装置的由硬质材料制成的缓冲元件）将钢桩5打入地面时，钢桩5被放置成抵靠冲击点处的地面并且抵靠如图1所示的缓冲元件1，以使得钢桩5的壁8的上边缘的弯曲部分9插入如图1所示的缓冲元件1的支撑表面4中的槽7。在第一次冲击期间，已经由缓冲元件中的槽7的内表面形成的吸收表面6使得钢桩5的壁8的上部分成形为遵循吸收表面6的轮廓，以使得壁的至少插入到槽7中的那部分被支撑到吸收表面6。另外，如果在安装钢桩5的步骤中，钢桩5的壁8的端部没有邻接槽7的底部，则壁8的端部被成形成使得其也将邻接槽7的底部。
在打入钢桩5的期间，从缓冲元件1传递到钢桩5的机械，脉冲在钢桩5中产生以类冲击变形脉冲（impact-likedeformationimpulse）的形式发展的弹性变形。由于钢桩5的壁8不是理想地直的和/或不具有理想地均匀厚度，所以它们也受到侧向力，这倾向于增加钢桩5的振动，并且由此增加由该振动导致的噪音。然而，壁的侧表面以上面所描述的方式成形成抵靠吸收表面6减弱了由侧向力导致的移动，因为其防止钢桩5的壁的上边缘沿钢桩5的横向方向、沿缓冲元件的支撑表面的方向、也就是沿横向于冲击方向的方向移动。以这种方式，图1所示的构造将钢桩5到缓冲元件1的支撑加固（brace），并由此降低了由将钢桩5打入地面导致的振动和噪音。
图2示出了根据本发明的构造的另一实施例。此处，缓冲元件除了如下部分在其他方面对应于图1的构造中示出的缓冲元件1：在缓冲元件10的下表面11中的凹部12中嵌入单独的辅助件13，辅助件的形成支撑表面14的下表面设置有槽15。钢桩17可被支撑到由槽15的内表面形成的吸收表面16。在这种情况下，凹部12具有辅助件13的尺寸和形状，以使得在辅助件和缓冲元件之间基本没有留有将会使得辅助件能够在凹部12内移动的间隙。因此，辅助件13可以例如通过紧配合、通过形成在辅助件13中的且在凹部12中的螺纹、通过螺钉、销或胶合物紧固在凹部12中。
在图2的实施例中，辅助件13可由比缓冲元件的其余部分更硬的这样的材料制成，以使得由辅助件中的槽15的内表面形成的吸收表面16使钢桩17的头部和侧壁以与图1的实施例中相同的方式成形为抵靠吸收表面，但是来自钢桩头部的压力几乎没有在吸收表面处导致任何稳定变形（stationarydeformation）。此外，辅助件13的材料有利地是非常耐受由冲击式打入钢桩导致的磨损的这样的材料。用于辅助件13的合适材料可以是例如硬且坚固的经热处理的合金钢。
类似于图2所示的辅助件的单独辅助件13具有如下优点：整个缓冲元件10不需要由与辅助件13一样硬和坚固的材料制成。这降低了缓冲元件10的制造成本，并且吸收表面16的发生磨损将不需要替换整个缓冲元件10，而作为常规的维护操作，将只要替换作为磨损部分的辅助件13就足够了。
图3示出了根据本发明的构造的第三实施例。此处，嵌入在缓冲元件的下表面中的辅助件22具有环形形状，具有圆形截面的钢桩26的壁27被放置成抵靠辅助件22。而且在这种情况下，形成在缓冲元件20中的凹部21具有与辅助件22近似相同的尺寸和形状，并且辅助件22的材料和紧固方法可与图2的实施例中的辅助件的材料和紧固方法类似。在这种情况下，形成磨损部分的辅助件22仍然比图2的实施例的辅助件小。因此，相比图2的实施例，在本实施例中，磨损部分的材料成本仍然更低。在本实施例中，辅助件的邻接钢桩的支撑表面23以及由其内的槽24的内表面形成的吸收表面25全部为环形形状。通常，支撑表面23比槽24明显更宽，以使得在槽24与辅助件的外边缘和内边缘之间形成足够厚且坚固的壁。槽24通常被放置在支撑表面23的中心处，以使得从辅助件22的内边缘到槽24的内边缘的距离以及从辅助件22的外边缘到槽24的外边缘的距离近似相等。然而，也可通过如下方式来实现例外情况：将槽24放置成使得上面所提到的距离中的两者之一略微大于另一个。
图4示出了根据本发明的构造的第四实施例。此处，缓冲元件30是与图1所示的缓冲元件类似的缓冲元件，缓冲元件30没有单独的辅助件以便形成邻接钢桩的支撑表面。而且在这种情况下，将被其打入地面的钢桩35是与上述图中所示的那些钢桩类似的钢桩。在根据本实施例的缓冲元件30中，槽被凹部32替代，凹部32形成在支撑表面31中并且具有由钢桩35的外直径确定的尺寸。凹部32的内表面构成用于使钢桩35的头部成形的吸收表面33，特别是用于使其壁36的外侧表面37成形的吸收表面33。为此，图4的缓冲元件30中的凹部32的内表面被形成为沿钢桩35的方向略微更宽，以使得凹部32的直径在支撑表面31处等于或略微大于钢桩35的外直径，但在凹部32的底部34处略微小于钢桩35的外直径。因此，将钢桩35冲击式打入地面将会已经在第一次冲击期间使钢桩35的壁36的外表面成形为遵循从支撑表面31朝向凹部32的底部34延伸的表面。这将向钢桩35提供与前述实施例中的支撑效果类似的支撑效果，从而防止其壁的端部的侧向移动。
在根据图4的构造的实施例中，吸收表面33也可在凹部的边缘处朝向钢桩35的壁略微地弯曲。当钢桩35被放置成抵靠冲击式打桩装置的缓冲元件30时，这将有助于将钢桩的头部放置在抵靠凹部32的边缘的恰当位置中。而且，在壁36的端部在第一次冲击期间变形的过程中，凹部32的边缘的这种形状将引导钢桩35的壁36的端部延伸到凹部32中。
根据本发明的构造可以在许多方面中以与上面所描述的示例性实施例不同的方式来实施。例如，缓冲元件的截面不仅可具有圆形形状，而且还可具有四边形形状、多边形形状或不同形状。在支撑表面中形成吸收表面的槽或凹部的深度和宽度可以变化。通常，在支撑表面中形成吸收表面的槽具有钢桩的壁的厚度的至少例如30％的深度。在槽的情况下，其宽度自然取决于钢桩的壁的厚度。在一些实施例中，例如，形成吸收表面的若干环形槽可以被放置成在彼此内。因此，这样的缓冲元件适合于将不同直径的钢桩打入地面。在与图2和图3所示的实施例类似的实施例中，形成支撑表面并且在支撑表面中形成吸收表面的辅助件可具有与缓冲元件在形状上等同的截面（如在图2和图3中），或者如果按照将被打入地面的钢桩的截面形状的需要，可具有不同的截面。另外，在图2和图3的实施例中，辅助件从凹部的底部延伸到缓冲元件的下表面的水平面。然而，在一些这样的实施例中，辅助件还可以延伸超过缓冲元件的下表面或者低于凹部，以使得在辅助件和缓冲元件之间留有凹口，在开始将钢桩打入地面之前，将钢桩的端部配合在该凹口内。此外，钢桩可以以与常规钢桩不同的方式来实施。对于根据本发明的构造，钢桩可以被实施成使得该钢桩的将要邻接缓冲元件的支撑表面的端部（例如通过焊接）配备有特定的端部件，特定的端部件的将邻接缓冲元件的端部被成形为匹配支撑表面中的吸收表面。与单件式钢桩相比，这样的钢桩例如具有的优点在于，端部件可由比钢桩的其他部分更软的钢制成，由此钢桩可被制成更加耐受其受到的负载，而没有增加钢桩的壁的厚度。
如关于对图1的实施例的描述所提到的，缓冲元件或其内的辅助件也可由如下的材料制成，所述材料当钢桩的头部被放置成抵靠缓冲元件并且开始冲击式打入钢桩时被成形。在类似于图2-4的实施例中，这样的解决方案也是可能的。因此，将被安装在形成于缓冲元件的下表面中的凹部中以邻接钢桩的辅助件，或者图4所示的类型的实施例中的缓冲元件本身，由如下的材料制成，所述材料在开始冲击式打入钢桩时被成形，以使得吸收表面要么替代钢轨的壁要么与钢桩的壁一起被主要成形为如下形状，在所述形状中，钢桩的壁的端部和侧表面基本上在整个区域之上抵靠吸收表面，所述整个区域从钢桩的头部开始在槽或凹部内。在本发明的这样的实施例中，缓冲元件或嵌入在缓冲元件内的凹部中的辅助件必须由可充分成形的材料制成。这种材料可以例如是适合的金属，例如铜、铝或适合的合金。而且，这样的缓冲元件或其内的辅助件的材料有利地具有如下特性：其耐受重复的塑性变形而不会发生工件硬化和/或断裂，以使得同一缓冲元件或辅助件可优选地用于冲击式打入数十个钢桩。
根据本发明的上面所描述的构造可被用在任何冲击式打桩装置，通过该冲击式打桩装置，将被打入地面的钢桩被机械地、液压地、或以另一种方式借助于基于可移动质量（锤块）的夯锤以上面所描述的方式来打入。因此，关于该构造的结构和方法的应用，本发明不应局限于示例性实施例，而是可以在所附权利要求的范围内以各种不同的方式来实施本发明。