CN1121130A - 把冲击重锤的冲击能传递到贯入构件的装置 - Google Patents

Abstract

本装置(1)由同轴线布置的三种构件(2、3和4)构成，其中第一构件做得厚实，用以同冲击重锤相互作用；第二构件(3)用以同贯入构件相互作用，它同第一构件(2)相对并充当底座；第三构件是缓冲件(4)，同第一和第二构件(2和3)相连接。缓冲件(4)是彼此间依次连接的一根中心轴(5)和至少两个同轴线布置的套管(6和7)。而且，中心轴(5)同第一构件(2)连接，而外套管(7)则同第二构件(3)连接。

Description

把冲击重锤的冲击能传递到贯入构件的装置

本发明涉及房屋建筑、桥梁、港口构筑物、海上油汽开采平台等的桩基工程技术领域。

本发明可以最有效地应用于冲击作用的机械，包括钢筋混凝土桩、钢管桩以及其它截面的任何类型桩体的打桩机。

由于桩在建筑工程中应用广泛，因此有必要在利用冲击重锤作用把桩贯入土层时，防止桩的破坏或塑性变形。

当前，防止桩破坏的方法，是在冲击重锤和桩头之间设置缓冲件。缓冲件通常用比钢材软的材料制成，例如坚固的硬木、石棉、毛毡、塑料及其它。不过这类缓冲件不耐久，很快遭致破坏。另外，由于缓冲件所用材料的导热性能低，使用过程中的过热加快了它的破坏。过热会降低材料的弹性性能，因而不能获得稳定的缓冲性能，甚至会导致缓冲件的燃烧。缓冲件的不耐久降低了打桩工程的施工效率。

提高缓冲垫块耐久性的企图导致出现把冲击重锤的冲击能传递到贯入构件中去的装置(见专利文献DENO3006234)。这种公知的装置适用于把桩贯入土层的打桩机。该装置是全钢的，由三个部件组成，有一个称作帽头的厚实的上部构件，它的朝着打桩机冲击重锤方向的冲击表面呈球形。帽头与管段连接成一个整体；管段的直径随着离开帽头的距离而增大。管段在下部过渡到底座；底座做成粗大的环状件，它同帽头相对，用以对贯入桩产生作用力。上述装置的各个构件都布置成同轴线的。在这种装置中，把帽头同环形底座连接起来的管段起缓冲件的作用，靠它在冲击力作用下的弹性变形获得缓冲性能。通过选择管段所需的长度来获得必要的弹性变形。管段沿其全长的横向截面相同，截面的尺寸应根据保证其必要强度的条件来选择。

在上述装置中，形状呈锥形管段的缓冲件用钢材制成，显著提高了装置的使用寿命，实际上它是用不坏的。

但是，为了获得足够的缓冲性能，管段要做得很长，结果，该装置的长度要比采用软缓冲垫块的长度长好几倍。这就大大地增加了冲击能传递装置的轴向尺寸，从而也增大了整个打桩机的高度，而这并不是总能行得通的。具有上述结构的装置实际上只有FERROSTAALFG公司(BRD)生产的MHU型海上专用液压打桩机上采用。这种专用打桩机只适用于在海床上贯入长度很长的钢管桩。在这种情形下，由于使用了设置在专用船舶上的起重机，其吊钩提升高度达到70米以上，所以打桩机的高度能如此的高。另外，海上打桩机允许使用刚度更大的，即弹性变形值较小的装置，亦即较短的装置，因为很长的钢管桩在其被冲击的过程中产生相当大的弹性变形而成为优良的缓冲器。不过，上述结构的缓冲装置，在世界上所有打桩机械的构成中占据绝大多数的钢筋混凝土打桩机上却末获采用。这是因为，钢筋混凝土桩可视为是绝对刚性的，在受冲击时不起缓冲作用。正因为如此，也因为钢筋混凝土桩的强度低于钢桩，所以用以传递冲击能的装置应具有比海上打桩机所采用的类似装置大得多的弹性变形。这就要求大大增加管段长度，从而增大打桩机的高度和重量。而打桩机通常都是桩架式的，即，桩锤悬挂在桩架上成为桩锤导向杆的立柱上。因此，在桩架的立柱旁应能竖放一根钢筋混凝土桩及套在它上面的桩锤。当桩锤长度大大增加(到1.5倍)时，世界上生产的桩架标准立柱的长度就不足以容纳一根标准桩和桩锤了，这正是专利DE NO.3006234的装置不适用于桩架式打桩机的主要原因。

本发明的目的是创造一种把冲击重锤的冲击能传递到贯入构件上去的装置，在这种装置中，借助于缓冲件的结构设计，在保持缓冲件有很长的长度的条件下，能够大大缩短装置的轴向尺寸。

解决上述任务的措施是，把冲击重锤的冲击能传递到贯入构件的装置由同轴线布置的三种构件所构成，其中第一构件用于与冲击重锤相互作用，做得相当厚实；第二构件用于与贯入构件相互作用，它同第一构件相对，充当装置的底座；第三构件是缓冲件，它分别同第一和第三构件相连接。按照本发明，缓冲件由一根中心轴和至少两个同轴线布置的套管所构成，它们彼此顺序连接在一起。这样，中心轴同第一构件相连，而外套管则同第二构件相连接。

在这样一种结构方案中，装置依靠缓冲件很长的总长度保持高弹性能，又有相当小的轴向尺寸。这就使得这种装置非常适用于既可贯入钢桩，又可贯入钢筋混凝土桩的桩架或打桩机。

通常，要使中心轴的横截面面积实际上同每一根套管的横截面面积相同。之所以必须满足上述条件，是由于必须在装置保持一定弹性的条件下，保证中心轴和套管强度相等。

最好，第一构件和中心轴、中心轴和内套管、内套管和外套管以及外套管和第二构件之间的连接做成不可拆卸的。

这一条件将保证装置的最大强度和耐久性。较理想的是把每一处不可拆卸的连接都用焊缝焊牢。

同时，应当满足连接的刚度要求，以及装置的制作工艺简单而且便宜。每一个不可拆卸的连接也可以用热压配合来完成。

当装置的尺寸很大时，热压配合连接就比焊接连接更合理。

第二构件朝向贯入构件方向的表面最好是球形表面。

设计成这种结构的装置最好应用于贯入钢筋混凝土桩的桩架式打桩机上，因为球形表面可以弥补冲击重锤力量的方向与桩的纵轴线不同轴线，从而预防桩头的破坏。

也可以把缓冲件的中心轴做成空心的，例如，有圆柱形的内腔。

因为从结构上考虑，为了保证为装置的各个部件选择最佳比例的横截面，以及为了从工艺角度上降低制造成本和提高装置的强度，这样做是很适当的。

下面，参照附图详细说明本发明的实施例，将使本发明的其它目的和优点更明了。附图中：

图1是本发明的把冲击重锤的冲击能传给贯入构件(例如桩)的装置的示意纵剖面图；

图2是本发明的装置中各部件的不可拆卸连接是焊缝时的纵剖面图；

图3是本发明的装置中各部件的不可拆卸连接是热压配合时的纵剖面图；

图4是打桩机中装有按照本发明的装置时的示意纵剖面图；

图5也是按照本发明的装置的一种变形方案的示意纵剖面图。

本发明把冲击重锤的冲击能传递给贯入构件的装置示于图1，用标号1表示。本装置由同轴线布置的三种构件2、3和4组成。第一构件用以同冲击重锤(图中未表示)相互作用，它做得相当厚实，称作帽头。帽头的受冲击面2a可做成平面或凸面。第二构件3是底座，用以同贯入构件(图中末表示)相互作用，与帽头2相对，可做成粗大的圆环或实心圆盘。第三构件4为缓冲件，它同帽头和底座相连接。缓冲件4由中心轴5以及与其依次相连接的同轴线布置的套管6和7构成。如图1所示，中心轴5可做成实心的，或做成空心带内腔的(图4和5)。中心轴的一端5a刚性地(不可拆卸)同帽头2相连，另一端5b同内套管的一端6a相连接，内套管的另一端6b刚性地同外套管的一端7a相连，而外套管的另一端7b则刚性地同第二构件3相连接。上述各构件2、5、6、7和3之间的不可拆卸的刚性连接，既可以是如图2的焊缝连接，也可以是如图3的热压配合连接9。中心轴5、内套管6和外套管7具有实际上相等的横截面积，这就能在使缓冲件4保持必要的弹性的条件下，保证上述各部件的等强度。由于中心轴5、内套管6和外套管7之间依次相互连接，因而能使缓冲件4具有很长的总长度，从而大大增大了整个装置的弹性性能，而其轴向尺寸则很小。必要时，可借助于增加套管数量(例如增加到四个)来加长弹性件4的总长度，从而大大加强装置1的缓冲性能，而装置1的轴向尺寸则可以保持不变。

将按照本发明的装置1应用于钢管桩打桩机的情形示于图4。打桩机有一个外套10，其中设置了能纵向移动的冲击桩锤11。桩锤借助于联接杆12同液压马达13相连接，液压马达用油泵驱动(图中未表示)。朝着装置1方向的桩锤11的端头14做成球形。在外套10的下部设置能纵向移动的装置1。装置1借助于它的底座3支承在钢管桩1 5的顶端。为了使打桩机比较容易地安装到桩15上，设有与外壳10连接的导向件16。为了延长外套10和装置1的使用寿命，在它们之间设有减振器17。

上述打桩机的工作程序如下。当把打桩机安装到桩15上时，传递冲击力的装置1即密接支承在桩15的顶部，桩锤11则支承于装置1上，外壳10的重量压缩减振器17。开动液压马达13，桩锤11借助于联杆12提升到形成预定冲击能量所必需的高度。桩锤11下落时，它的球面14便撞到装置1的帽头的端面2a上。装置1靠它的缓冲件4的弹性变形缓冲冲击，把冲击过程的时间拉长，从而避免刚性的冲击。由于缓冲件4有足够的长度，保证了必需的弹性，从而使桩顶部产生的应力不大于允许应力。桩锤11的冲击能通过装置1传递给桩15，使桩贯入土层之中，减振器17便卸去载荷。在冲击后的一段时间里，桩锤11向上提升，使装置1卸荷。冲击后，当外壳10下落到装置1上时减振器17能防止装置的破坏。接着，重复下一个工作循环。

在采用架式打桩机贯入钢筋混凝土桩时，传递冲击能的装置在结构上要作一些改变。这种装置1(图5)与上述装置类似。其区别是底座朝向钢筋混凝土桩18的表面做成球面或圆弧形凸面19，用以补偿桩锤11的冲击力的方向同桩18的纵轴线之间的不同轴线性。为使冲击荷载均匀地分布在桩18的顶端，设置了一块带导向件21的传力板20。

这种打桩机的工作程序与上述的类似。

依据本发明，完全可以设计出全钢的缓冲装置，它的缓冲性能要超过目前广泛采用的带软质缓冲垫块的同类装置。同时，按照本发明的装置的轴向尺寸不大于相应装置的轴向尺寸，然而它的使用寿命实际上是没有限止的。这就大大提高了打桩工程效率，降低了打桩工程的费用，因为没有更换被破坏的软垫块的时间损失和费用。世界上正在使用的成千上万台架式打桩机可以装备本发明的装置，其效益是非常可观的。

把冲击能传递到钢桩或钢筋混凝土桩的这种装置，当最大冲击能为100千焦耳，缓冲件长度约为700毫米时，它的轴向尺寸约为500毫米。

按照本发明的这种装置也能成功地应用于冲击能为400～1600千焦耳的海上打桩机。

当打桩工程中桩与桩之间的距离不大时，打桩机外套的直径受到限制。此时，可以把缓冲件的中心轴做成实心的，中心轴和内外套管的横截面面积相等的条件保持不变。

中心轴和帽头可以用一个毛坯制成。

本冲击能传递装置的制作工艺性好，制作费用便宜。

Claims (7)

1.一种把冲击重锤的冲击能传递给贯入构件的装置，它由三种同轴线布置的构件(2、3、和4)构成。其中第一构件(2)用以同冲击重锤相互作用，做得厚实；第二构件(3)用以同贯入构件相互作用，它同第一构件(2)相对，用作底座；第三构件是缓冲件(4)，与第一和第二构件(2和3)相连接，其特征在于，缓冲件(4)是彼此依次连接的一根中心轴(5)和至少两个同轴线布置的套管(6和7)，而且，中心轴(5)与第一构件(2)连接，而外套管7则与第二构件(3)连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，中心轴(5)的横截面积实质上同每一根套管(6，7)的横截面积相等。

3.如权利要求1、2中任何一项所述的装置，其特征在于，中心轴(5)与第一构件(2)和内套管(6)，内外套管(6和7)之间，以及外套管(7)同第二构件(3)的连接，都做成不可拆卸的。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，各不可拆卸的连接都由焊缝(8)形成。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，各不可拆卸的连接都是热压配合连接(9)。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于第二构件(3)朝向贯入构件(18)的表面为球面(19)。

7.如权利要求1至6中任何一项所述的装置，其特征在于，中心轴(5)做成空心的。

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