一种低净空液压锤击打桩的施工方法及打桩机与流程

本发明涉及桩基础施工设备，尤其涉及一种低净空液压锤击打桩的施工方法及打桩机。

背景技术：

1、锤击式打桩机具有施工快捷、质量可靠、承载力大、成本低、适用地层广等优点，广泛应用于各类工程建设的桩基础工程中。

2、锤击式打桩机设备通常包括桩锤、桩架和动力装置。传统的锤击方法是在桩顶上设置桩帽，通过各类锤(落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤)锤击桩帽将桩送入既定地层中。传统锤击桩方法施工方便，原理简单，但其桩架架体高度(桩架架体高度等于单节施工桩长+锤高+锤的行程+施工作业高度)必然较大，传统的锤击式打桩机存在以下缺点：1)不能适用低净空的场地。较高的桩架限制了锤击桩的运用范围，使得在一些低净空的场景(如室内基础加固、基坑内支撑梁下方、高架桥下方、隧道内等)中无法使用锤击桩。2)设备对场地要求较高。为了防止施工过程中出现桩机倾覆，较高的桩架需要设置较大的底盘来保证桩机的稳定，而大底盘又进一步限制了锤击桩的使用范围，同时也增加了桩机的设备造价和施工成本。3)桩头容易出现爆裂问题。预制桩桩端处由于构造原因，其钢筋密集，钢筋和混凝土的弹性模量不一致，且桩端处混凝土较难以浇捣密实。桩锤锤击桩顶部产生很高的锤击压应力，同时桩锤回弹时又对桩顶部产生锤击拉应力，在连续锤击时容易出现桩顶爆裂的质量问题。

3、现有技术，申请号为cn93241680.2的一种桩锤及使用该桩锤的室内打桩机，该桩锤包括一个在底部具有孔的锤套；一个能穿在上述孔中且能滑动的桩帽，一个能控制该桩帽滑动范围的限位装置设在锤套上，该桩帽底部带有用来套接一根桩的第一个接口；一个可滑动地装于锤套内的桩帽上部且可从上到下击打所述桩帽的上部的重块；在重块上有用于确保重块作用在桩帽上的一定位装置，所述定位装置是一个用来套接桩帽上部的第二接口；一个提升重块从而可让重块落在桩帽上的液压装置；和一个用于缓冲重块对桩帽的冲击的第一缓冲垫装置和/或在桩帽与锤套之间的第二缓冲垫装置；所述的打桩机还设有控制部分、动力部分，和使桩锤倾斜以运输或直立以工作或在工作中改变高度的导架装置；所述的打桩机还设有一个安装在可以带动所述打桩机运动的牵引机上的底盘，该桩锤和其导架部分装在该底盘上；所述的打桩机还包括用于支撑和锚固的可收回锚固支腿。该现有技术虽然能够节省部分桩架的架体高度，其在施工时所需的最小施工高度等于单节施工桩长+锤高+锤的行程，但在一些低净空的场景中仍然无法使用；其桩锤悬挂在履带牵引机的前端，容易出现桩机倾覆现象，稳定性差；另外，该现有技术还是采用传统锤击桩头的方法沉桩，桩头仍然容易会出现爆裂问题，影响施工质量和施工效率。

4、因此，在现有技术的低净空液压锤击打桩的施工过程中，难以兼顾施工效率、施工质量、减震和降噪、施工安全和环境保护等方面的技术问题，无法确保施工过程的高效性、安全性和准确性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种低净空液压锤击打桩的施工方法及打桩机，基于低净空场景打桩施工的多种需求，通过对打桩设备结构设计与施工方法的同步改进，使打桩设备与施工方法相互协同，能够兼顾施工效率、施工质量、减震和降噪、施工安全和环境保护等方面的技术问题，可以确保施工过程的高效性、安全性和准确性。

2、其技术方案如下：

3、一种低净空液压锤击打桩的施工方法，包括以下步骤：

4、s1、桩机就位，将低净空液压锤击打桩机移至限高待施工区域，所述低净空液压锤击打桩机包括桩架及抱夹式锤击打桩锤，所述桩架包括调平底座、二个变幅油缸、竖向滑架及用于驱动所述抱夹式锤击打桩锤沿竖向滑架升降的驱动电机，所述抱夹式锤击打桩锤包括楔块式抱桩装置、砧座、锤芯、门式锤架以及二个用于驱动锤芯从上往下往复运动击打砧座的锤击油缸，锤芯和砧座的中间分别设有用于穿设预制桩的穿设通孔，楔块式抱桩装置的中间设有用于抱紧预制桩的抱桩孔；

5、s2、桩机摆放调试及水平校准，将所述低净空液压锤击打桩机摆放在待施工桩基的桩位上方，并通过调节调平底座的四个伸缩支腿，使调平底座的底架位于水平状态；控制二个变幅油缸伸长，使竖向滑架垂直于所述底架，接着通过驱动电机控制抱夹式锤击打桩锤上升至竖向滑架的最上端，获得楔块式抱桩装置的夹桩楔块至待施工桩基桩位作业面之间的竖向距离h1；

6、s3、喂桩，控制二个变幅油缸收缩，使竖向滑架转动平放在调平底座的底架上方，并通过竖向滑架带动抱夹式锤击打桩锤平放在调平底座的底架上方，接着将楔块式抱桩装置的多个抱桩楔块调整到低位，从而扩大楔块式抱桩装置的抱桩孔的孔径，然后将待施工预制桩的顶端依次穿过抱夹式锤击打桩锤的抱桩孔、穿设通孔，并通过楔块式抱桩装置的夹桩楔块抱紧待施工预制桩的中部，此时所述待施工预制桩的底端至所述夹桩楔块的抱紧位置之间的距离h2小于h1；

7、s4、压桩位置对准，控制二个变幅油缸伸长，使抱夹式锤击打桩锤的倾斜角度与待施工预制桩的设计倾斜角度相对应，接着通过驱动电机控制抱夹式锤击打桩锤下降，使待施工预制桩的桩底抵接至待施工桩基的桩位上；

8、s5、压桩送桩，控制二个锤击油缸驱动锤芯从上往下往复运动击打砧座，砧座作用在楔块式抱桩装置上，并通过楔块式抱桩装置的抱桩楔块带动预制桩下沉，并将预制桩送入地基内。

9、所述步骤s5包括以下步骤：

10、s51、在预制桩压桩送桩的过程中，当楔块式抱桩装置抱紧待施工预制桩的抱紧位置与作业面的距离小于0.5m时，先停止二个所述锤击油缸的击打动作，接着控制楔块式抱桩装置放松对预制桩的抱紧，将楔块式抱桩装置的多个抱桩楔块调整到低位，从而扩大楔块式抱桩装置的抱桩孔的孔径；然后通过驱动电机控制抱夹式锤击打桩锤沿竖向滑架的上端方向提升抱夹式锤击打桩锤在预制桩的抱紧位置，当楔块式抱桩装置重新抱紧预制桩后，再继续控制二个所述锤击油缸上下往复运动击打砧座，并继续通过楔块式抱桩装置的抱桩楔块带动预制桩下沉。

11、所述待施工桩基的长度大于限高待施工区域的净空高度，所述待施工桩基包括多节预制桩，所述步骤s5还包括以下步骤：

12、s521、在预制桩压桩送桩的过程中，当下一节预制桩的桩顶至作业面的距离为0.5m至0.7m时，先停止二个所述锤击油缸的击打动作，并放松对下一节预制桩的抱紧，通过驱动电机控制抱夹式锤击打桩锤上升至竖向滑架的最上端，从而将抱夹式锤击打桩锤移离至下一节预制桩的上方，接着吊起上一节预制桩，并将上一节预制桩的下端由上往下依次穿过抱夹式锤击打桩锤的穿设通孔、抱桩孔，然后控制楔块式抱桩装置的抱桩楔块抱紧上一节预制桩的中部，并使上一节预制桩的桩底抵接在下一节预制桩的桩顶上；

13、s522、接桩，对上一节预制桩与下一节预制桩进行接桩作业；

14、s523、上一节预制桩压桩送桩，当上一节预制桩完成与下一节预制桩的接桩作业后，控制二个锤击油缸继续上下往复运动击打砧座，将上一节预制桩送入地基内，直至桩基施工完成。

15、一种实施上述施工方法的低净空液压锤击打桩机，包括桩架及抱夹式锤击打桩锤，所述桩架包括调平底座、二个变幅油缸、竖向滑架及用于驱动所述抱夹式锤击打桩锤沿竖向滑架升降的驱动电机，所述调平底座包括底架、四个伸缩支腿，四个所述伸缩支腿分别安装在所述底架底面的四个角，所述竖向滑架两侧的下端分别与所述底架顶面的前端两侧转动连接，二个所述变幅油缸的下端分别与所述底架顶面的后端两侧铰接，二个所述变幅油缸的上端分别与所述竖向滑架两侧的上端铰接；所述抱夹式锤击打桩锤包括楔块式抱桩装置、砧座、锤芯、门式锤架以及二个用于驱动锤芯从上往下往复运动击打砧座的锤击油缸；所述楔块式抱桩装置的两侧分别与所述门式锤架的下端连接，所述砧座安装在所述楔块式抱桩装置的上方，所述锤芯安装在所述门式锤架内，并与其竖向滑动连接，所述锤芯、砧座的中间分别设有用于穿设预制桩的穿设通孔，所述楔块式抱桩装置的中间通过多个夹桩楔块形成用于抱紧预制桩的抱桩孔，所述穿设通孔、抱桩孔依次由上往下竖向相朝对。

16、所述门式锤架包括锤架顶板、第一导轨、第二导轨，所述第一导轨、第二导轨的上端分别与所述锤架顶板的底面连接，所述锤架顶板的顶部中间设有避让缺口，所述楔块式抱桩装置的两侧分别与所述第一导轨、第二导轨的下端连接，所述锤芯的两侧分别通过滑槽与所述第一导轨、第二导轨竖向滑动连接，二个所述锤击油缸分别安装在所述锤架顶板的两端，二个所述锤击油缸的活塞杆下端分别与所述锤芯的两侧铰接；所述穿设通孔包括第一穿设通孔、第二穿设通孔，所述第一穿设通孔设在所述锤芯的中间，所述第二穿设通孔设在所述砧座的中间，所述避让缺口、第一穿设通孔、第二穿设通孔、抱桩孔依次由上往下竖向相朝对。

17、所述砧座包括砧体、锤击垫板、锤击缓冲垫，所述砧体、锤击垫板、锤击缓冲垫分别呈环形，所述砧体上方设有环状的缓冲凹槽，所述锤击缓冲垫安装在所述缓冲凹槽内，所述锤击垫板安装在所述锤击缓冲垫的上方，并相匹配盖合在所述缓冲凹槽的槽口上，呈环形的所述砧体的内环形成所述第二穿设通孔。

18、所述抱夹式锤击打桩锤还包括二个桩锤吊耳、二个限位缓冲垫，二个所述桩锤吊耳安装在所述锤架顶板的顶面，并且位于所述避让缺口的两侧；二个所述限位缓冲垫分别安装在所述锤架顶板的底面上，并且位于所述锤芯的正上方。

19、所述抱夹式锤击打桩锤还包括二个第一油缸缓冲垫圈、二个第二油缸缓冲垫圈、二个油缸压盖，所述锤击油缸包括锤击油缸体、油缸固定垫圈、锤击活塞杆，所述锤芯的两侧分别设有锤耳，所述锤架顶板的两端分别设有油缸安装通孔，所述锤击油缸的锤击油缸体由上往下穿过所述第一油缸缓冲垫圈、油缸固定垫圈、第二油缸缓冲垫圈、油缸安装通孔，所述锤击油缸体的外侧面与所述油缸固定垫圈固定连接，所述油缸压盖压紧盖合在所述第一油缸缓冲垫圈、油缸固定垫圈、第二油缸缓冲垫圈的外侧，并与所述锤架顶板的顶面连接，所述锤击活塞杆的下端通过所述锤耳与所述锤芯铰接。

20、所述楔块式抱桩装置还包括楔形筒体、多个液压夹紧油缸、多个油缸基座，所述楔形筒体具有内筒孔，所述内筒孔由上往下逐渐扩大呈圆锥台型，所述夹桩楔块的厚度由上往下逐渐扩大，所述液压夹紧油缸包括夹紧油缸体、夹紧活塞杆，所述夹紧活塞杆的上端与所述砧座的底面铰接，所述夹紧油缸体通过所述油缸基座与所述夹桩楔块的底面连接，多个所述夹桩楔块由下往上伸缩插进所述内筒孔内，多个所述夹桩楔块的内侧面围成所述抱桩孔。

21、所述抱夹式锤击打桩锤还包括四个油缸吊耳，所述液压夹紧油缸、夹桩楔块、油缸基座的数量与所述油缸吊耳的数量相对应，四个所述油缸吊耳均布安装在所述砧座的底面上，各所述液压夹紧油缸的夹紧活塞杆与各所述油缸吊耳铰接。

22、所述竖向滑架包括二个竖向滑轨、u型背架，二个所述竖向滑轨的下端分别与所述底架顶面的前端两侧转动连接，所述u型背架的两侧分别与二个所述竖向滑轨固定连接，所述抱夹式锤击打桩锤的两侧分别与二个所述竖向滑轨竖向滑动连接。

23、所述驱动电机包括二个卷扬机及二个钢丝绳，所述竖向滑架还包括二个定滑轮，二个所述定滑轮分别安装在二个所述竖向滑轨的上端，二个所述卷扬机分别安装在所述底架顶面的两侧，所述钢丝绳的一端与所述卷扬机连接，所述钢丝绳的另一端緾绕过所述定滑轮与所述抱夹式锤击打桩锤的一侧连接。

24、所述调平底座还包括枕梁，所述枕梁安装在所述底架顶面的后端。

25、需要说明的是：

26、前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

27、在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

28、下面对本发明的优点或原理进行说明：

29、1、本发明提供的低净空液压锤击打桩的施工方法及打桩机，基于低净空场景打桩的多种需求，本发明通过对打桩设备结构设计与施工方法的同步改进，使打桩设备与施工方法相互协同，能够同时解决施工效率、施工质量、减震和降噪、施工安全和环境保护等方面的技术问题，可以确保施工过程的高效性、安全性和准确性。本发明能够使待施工预制桩的桩体穿过打桩锤，使桩架的架体高度大幅的降低，同时设备重心也大幅降低，大幅降低了倾覆的风险，并使预制桩施工时的最小施工高度接近于单节预制桩桩长。与现有技术相比，本发明施工时所需的最小施工高度减小了锤芯高度和锤芯运动行程高度，从而使打桩机能在低净空的场景中使用；把打桩锤安装在桩架上，避免出现桩机倾覆现象，另外通过楔块式抱桩装置的夹桩楔块抱紧桩体的侧面，使桩受锤击的受力点移至桩体的周向侧面，并非在桩端，因此不会出现桩头爆裂的问题，提高了施工质量、效率及安全性。

30、2、本发明提供的低净空液压锤击打桩的施工方法及打桩机，打桩设备与施工方法相互协同，具体改进了低净空液压锤击打桩机的设计，其包括抱夹式锤击打桩锤，抱夹式锤击打桩锤包括楔块式抱桩装置、砧座、锤芯、门式锤架以及二个用于驱动锤芯从上往下往复运动击打砧座的锤击油缸，锤芯和砧座的中间分别设有用于穿设预制桩的穿设通孔，楔块式抱桩装置的中间设有用于抱紧预制桩的抱桩孔；使待施工预制桩的桩体可以穿过打桩锤，并通过楔块式抱桩装置的夹桩楔块抱紧桩体的侧面，因此，桩架的架体高度可以大幅的降低，并使预制桩施工时的最小施工高度接近于单节预制桩桩长，使得在一些低净空的场景(如室内基础加固、基坑内支撑梁下方、高架桥下方、隧道内、高压线底等)能够使用本打桩机；与现有技术相比，施工时所需的最小施工高度减小了锤芯高度和锤芯运动行程高度，从而使本打桩机除了适用于超低净空的场景外，在边桩、角桩的施工适应性更强，斜桩施工更加方便，水上施工对作业船的要求更低；由于架体高度的降低，设备的重心也大幅降低，大幅降低倾覆的风险，这也是本打桩机的优势，结合这个优势，还能用于室外大吨位的锤击桩。

31、3、本发明提供的低净空液压锤击打桩机还包括桩架，桩架包括调平底座、二个变幅油缸、竖向滑架及用于驱动所述抱夹式锤击打桩锤沿竖向滑架升降的驱动电机，桩架的调平底座用于调节打桩机的水平，使整个打桩机在施工时处于水平状态，提高打桩机的整体稳定性，并使待施工预制桩的入桩角度更为准确；桩架的竖向滑架为打桩锤提供一升降的滑轨，提高打桩锤沉桩倾斜度的稳定性，结构简单，使用方便；该打桩机通过变幅油缸的伸缩控制，能改变竖向滑架的支撑角度，从而调整打抱夹式锤击打桩锤及预制桩的倾斜角度，可实现对预制桩入桩倾斜度的精准控制。

32、4、本发明的提供的低净空液压锤击打桩机，其调平底座包括底架、四个伸缩支腿，伸缩支腿可以采用千斤顶或伸缩油缸，伸缩支腿的设置，方便底架的水平调节。

33、5、本发明提供的低净空液压锤击打桩的施工方法，该施工方法基于改进设计的低净空液压锤击打桩机，先进行桩机就位，将低净空液压锤击打桩机移至限高待施工区域，接着将低净空液压锤击打桩机摆放在待施工桩基的桩位上方，进行桩机摆放调试及水平校准，再接着将桩架上的竖向滑架平放，以方便将待施工预制桩的桩体穿设在抱夹式锤击打桩锤的锤芯和砧座的穿设通孔内，并用楔块式抱桩装置抱紧待施工预制桩的中部，然后利用锤芯锤击砧座，砧座再通过楔块式抱桩装置的夹桩楔块将锤击能量传递至桩体的，由于待施工预制桩的桩体可以穿过打桩锤，因此单节桩长不受打桩锤高度的限制，可以根据现场的施工条件灵活调整单节桩长，减少接头数量；而利用本抱夹式锤击打桩锤组成的打桩机，其整体高度将大幅降低，从而使其稳定性更好，大幅降低倾覆的风险底盘基座也可以大幅减小，设备更为轻便，施工时更加灵活方便。

34、6、本发明提供的低净空液压锤击打桩的施工方法及打桩机，打桩锤的锤芯及砧座设有穿设通孔，锤是锤击在砧座，再由砧座把锤击能量传递到楔块式抱桩装置，预制桩的受力点位于楔块式抱桩装置的夹桩楔块与桩体周向侧面的接触位置上，并非在桩端，预制预制桩桩身的质量较有保证，因此不会出现桩头爆裂的质量问题。

35、7、本发明提供的低净空液压锤击打桩的施工方法，当待施工桩基的长度大于限高待施工区域的净空高度时，可以将待施工桩基分成多节预制桩，并在多节预制桩之间采用接桩作业，待下一节预制桩的桩顶至作业工作面的距离为0.5m至0.7m时，可进行上下节预制桩的接桩，本方法施工简便、接桩快捷，速度快，成桩质量高，避免常规桩机打桩对施工场地的要求，减少对市政设施和绿化的破坏，降低了工程造价。

36、8、本发明提供的抱夹式锤击打桩机，打桩锤的二个锤击油缸的活塞杆下端分别与锤芯的两侧铰接，从而使二个锤击油缸与锤芯不在传统的一条轴线上，使得结构更加紧凑，整个打桩锤体积成倍缩小，方便在狭小的空间施工，并且双锤击油缸增加提落锤稳定性。

37、9、本发明的抱夹式锤击打桩锤，采用门式锤架，可方便操作者直接观察到锤芯的运动情况，在限高的空间内作业时，难免会因为空间的限制加上打桩时的震动和噪音，会存在一些安全隐患，因此，本打桩锤镂空的锤体设计使得操作者视野更加开阔，并且可实现随时一键停锤，使得设备运行的安全性达到最大化。

38、10、本发明的门式锤架包括锤架顶板、第一导轨、第二导轨，两个导轨既作为锤架的框架支撑及与楔块式抱桩装置的连接件，又作为锤芯的滑轨，一举多用，结构简单，节约成本。

39、11、本发明抱夹式锤击打桩锤的砧座包括砧体、锤击垫板、锤击缓冲垫，优选的，锤击缓冲垫采用钢丝绳，以钢丝绳做为锤击缓冲垫，既达到了缓冲效果，又减少了噪音，同时增加了缓冲部分的耐用度，从而减少易损件的更换，以及提高设备的使用寿命。

40、12、本发明的抱夹式锤击打桩锤还包括四个油缸吊耳、二个桩锤吊耳、二个限位缓冲垫，油缸吊耳的设置，方便夹紧活塞杆与砧座底面的铰接，提高液压夹紧油缸与砧座铰接的灵活性；桩锤吊耳的设置，方便本打桩锤的吊装；二个限位缓冲垫可以减缓锤芯往复向上运动时，对门式锤架的锤架顶板的冲击。

41、13、本发明抱夹式锤击打桩锤的二个锤击油缸分别通过第一油缸缓冲垫圈、第二油缸缓冲垫圈安装在锤架顶板的两端，二个油缸缓冲垫圈可以减少锤击油缸对门式锤架的振动冲击。

42、14、本发明的楔块式抱桩装置包括楔形筒体、多个夹桩楔块、多个液压夹紧油缸、多个油缸基座，楔块式抱桩装置的两侧分别与门式锤架的二个导轨下端连接，锤芯的两侧分别与二个导轨竖向滑动连接，楔块式抱桩装置与锤芯采用一体化设计，进一步打破了传统桩帽的空间性束缚，进一步缩短了整锤高度，工作时，在桩头进入楔块式抱桩装置的夹桩楔块之后，启动液压夹紧油缸推动夹桩楔块，将整根桩固定在设备上，防止空间受限的情况下，发生脱桩现象；这种设计不仅提高了施工的效率，还提高了安全性，保护了设备以及施工人员的安全。

43、15、本发明的竖向滑架包括二个竖向滑轨、u型背架，二个竖向滑轨分别安装在打桩锤的两侧，为打桩锤的升降提供滑动轨道，使打桩锤的升降更为稳定，u型背架的设置，用于提高竖向滑架的整体结构的稳定性。