李士戰(zhàn)，王宇清，李道華

（上海金泰工程機(jī)械有限公司，上海 201805）

1 概述

目前，鉆孔灌注樁的主要施工設(shè)備有旋挖鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)、螺旋鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)、車(chē)載鉆機(jī)等種類，其中回轉(zhuǎn)鉆機(jī)雖然存在設(shè)備安全性差、施工效率低、人工用工量多、設(shè)備操作勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)環(huán)境惡劣等諸多缺點(diǎn)，但因其設(shè)備操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、適應(yīng)地層能力強(qiáng)、應(yīng)用面廣等突出優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)幾十年的使用和改進(jìn)已經(jīng)成為樁基成孔的主流機(jī)械，目前市場(chǎng)上還在應(yīng)用的有近萬(wàn)臺(tái)之多。

自1983年上海探礦機(jī)械廠（上海金泰工程機(jī)械有限公司前身）首創(chuàng)研發(fā)GPS系列回轉(zhuǎn)鉆機(jī)以來(lái)，各廠家爭(zhēng)相仿制同類產(chǎn)品，近三十年來(lái)設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)形式基本無(wú)更新。隨著新時(shí)代的發(fā)展要求和新技術(shù)的升級(jí)換代，上海金泰工程機(jī)械有限公司再次承擔(dān)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的創(chuàng)新使命，2012年成功研發(fā)了SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)，工地應(yīng)用實(shí)踐證明該設(shè)備穩(wěn)定可靠、操作安全舒適、施工效率高、成孔質(zhì)量好、勞動(dòng)強(qiáng)度低，為國(guó)內(nèi)外的鉆孔灌注樁施工領(lǐng)域提供一款高效率的專業(yè)化施工設(shè)備。

2 鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的應(yīng)用情況，經(jīng)過(guò)多輪的市場(chǎng)調(diào)研和討論分析，并結(jié)合試制鉆機(jī)投放市場(chǎng)后的優(yōu)化改進(jìn)和反饋情況，最終確定了SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下所示，能夠滿足國(guó)內(nèi)外大多數(shù)鉆孔灌注樁的施工需求：

（1）主機(jī)高度13m

（2）主電動(dòng)機(jī)功率2×45kW

（3）主泵流量2×130L／min

（4）主液壓系統(tǒng)壓力320bar

（5）回轉(zhuǎn)扭矩30kNm（轉(zhuǎn)速為28r／min時(shí)）

（6）回轉(zhuǎn)速度0～120r／min

（7）水龍頭通徑正循環(huán)100mm、反循環(huán)150mm

（8）主、副鋼絲繩提升能力200kN

（9）行走速度1km／h

（10）履帶板寬度600mm

（11）底盤(pán)寬度2800mm

（12）主機(jī)質(zhì)量18t（不含鉆具）

（13）主機(jī)運(yùn)輸尺寸12m×2.8m×3.4m

3 鉆機(jī)主要部件組成和性能特點(diǎn)

SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)主要由可旋轉(zhuǎn)天車(chē)、桅桿、水龍頭、動(dòng)力頭、駕駛室、鉆桿箱、履帶底盤(pán)、鉆具系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部件組成，以上各部件通過(guò)先進(jìn)的機(jī)電液一體化技術(shù)進(jìn)行組裝成套，再輔之以泥漿泵、抽水泵、砂石泵等泥漿循環(huán)裝置，可實(shí)現(xiàn)正、反循環(huán)鉆進(jìn)工藝的施工作業(yè)。圖1為SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)施工狀態(tài)簡(jiǎn)圖，圖2為SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)簡(jiǎn)圖，圖3為SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)在杭州德勝東路快速路工地的施工現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖1 SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)施工狀態(tài)簡(jiǎn)圖

圖2 SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)簡(jiǎn)圖

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在鉆孔施工過(guò)程中存在的技術(shù)缺陷，考慮當(dāng)代社會(huì)日益重視對(duì)節(jié)能環(huán)保和文明施工的現(xiàn)實(shí)要求，在結(jié)合目前樁工機(jī)械行業(yè)機(jī)電液一體化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用我公司多年研發(fā)地下基礎(chǔ)施工設(shè)備的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，我公司在SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)的產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中給出了相應(yīng)解決方案，并在試制產(chǎn)品的施工作業(yè)過(guò)程中得到逐步改進(jìn)優(yōu)化和完善到位，具體情況如下：

（1）傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)為純機(jī)械傳動(dòng)方式，自制變速箱、萬(wàn)向軸等機(jī)構(gòu)很容易出現(xiàn)機(jī)械故障，出現(xiàn)孔內(nèi)卡鉆等嚴(yán)重情況時(shí)變速箱齒輪將崩斷。

解決方案：配置自帶負(fù)載敏感控制功能的液壓動(dòng)力系統(tǒng)，恒功率變量泵配套液控變量馬達(dá)，PVG32主閥自帶摩擦定位功能可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，兩個(gè)變量泵可分別啟動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，在孔徑小地層軟的情況時(shí)可單泵輪流工作，在遇到卵石層、巖層等較硬較復(fù)雜地層時(shí)可雙泵聯(lián)動(dòng)工作，另外可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸荷功能避免液壓系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)受到損壞，在節(jié)約用電的同時(shí)可延長(zhǎng)主泵使用壽命。

（2）傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)移孔位時(shí)的走管方式太過(guò)原始，操作不方便，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，又浪費(fèi)時(shí)間，如果兩個(gè)樁孔距離稍大時(shí)必須借用吊車(chē)輔助移位。

圖3 SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)在杭州德勝東路快速路工地施工現(xiàn)場(chǎng)圖

解決方案：配置自行走功能的履帶底盤(pán)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)左右兩個(gè)操作手柄的聯(lián)合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)主機(jī)的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向功能，鉆機(jī)移位更加方便，節(jié)省了人力和時(shí)間，總體來(lái)看大大提升了鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率，也充分體現(xiàn)了現(xiàn)代社會(huì)的自動(dòng)化水平。

（3）傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配置純機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式的卷?yè)P(yáng)機(jī)，由于都是齒輪傳動(dòng)、四連桿操縱控制、抱閘結(jié)構(gòu)等純機(jī)械傳動(dòng)形式，聯(lián)動(dòng)復(fù)合動(dòng)作繁多造成操作過(guò)程復(fù)雜，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度高，另外很容易出現(xiàn)機(jī)械故障造成誤工損失。

解決方案：配置提升能力200kN的兩個(gè)高壓油缸替代原來(lái)的主副卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)一個(gè)具有導(dǎo)向作用的油缸懸掛裝置與桅桿連接在一起，可隨桅桿的起塔放塔上下自由滑動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)施工狀態(tài)和運(yùn)輸狀態(tài)，一個(gè)主提升油缸實(shí)現(xiàn)主動(dòng)鉆桿與水龍頭的上下提拉，一個(gè)副提升油缸實(shí)現(xiàn)圓鉆桿加接、下放鋼筋籠和灌注混凝土功能，操作使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便快捷，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不容易出現(xiàn)機(jī)械故障。

（4）傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的鉆桿閑置時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)胡亂擺放，鉆桿加接和轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生因磕碰損傷鉆桿的情況，不符合目前社會(huì)文明施工的新要求。

解決方案：在鉆機(jī)平臺(tái)上配置鉆桿箱，使得鉆桿可隨主機(jī)一起移動(dòng)，并且利用副提升油缸、輔助吊卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊抓和滑車(chē)實(shí)現(xiàn)加接圓鉆桿功能，增加鉆機(jī)移位的機(jī)動(dòng)靈活性。需要特別指出的是，該鉆桿箱是可折疊結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)將上架體合起來(lái)以防止整機(jī)超寬，在施工現(xiàn)場(chǎng)將上架體翻開(kāi)以方便圓鉆桿的加接和擺放。

（5）由于傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)門(mén)式框架結(jié)構(gòu)的活動(dòng)區(qū)域限制，在加接鉆桿時(shí)需要輔助人員爬到門(mén)式框架頂部操作以便主動(dòng)鉆桿讓開(kāi)孔口，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且存在安全隱患。

解決方案：配置可旋轉(zhuǎn)天車(chē)和擺臂式輔助吊卷?yè)P(yáng)機(jī)，天車(chē)架可液控對(duì)中轉(zhuǎn)動(dòng)確保兩個(gè)出繩方向分別對(duì)準(zhǔn)孔口，正常鉆進(jìn)時(shí)主鋼絲繩對(duì)準(zhǔn)孔口實(shí)現(xiàn)上下提拉功能，加接鉆桿時(shí)主鋼絲繩讓開(kāi)孔口的同時(shí)副鋼絲繩對(duì)準(zhǔn)孔口，擺臂式輔助吊卷?yè)P(yáng)機(jī)配合副提升油缸實(shí)現(xiàn)圓鉆桿從鉆桿箱提出，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)確保鉆機(jī)施工的安全。

（6）傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的鉆具系統(tǒng)主要存在水龍頭漏漿、圓鉆桿連接密封容易損壞、自重加壓方式太笨拙等問(wèn)題；

解決方案：一方面，合理借用我公司多軸鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)密封技術(shù)，可隨時(shí)對(duì)水龍頭加注黃油，徹底解決水龍頭漏漿問(wèn)題；一方面，將原有的兩處定位銷(xiāo)調(diào)整為四處定位鍵，增加定位鍵的傳扭能力從而解決鉆桿連接密封問(wèn)題；另外，在副提升油缸鋼絲繩繩頭上設(shè)計(jì)彈簧結(jié)構(gòu)的加壓裝置，利用彈簧的彈性變形實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加壓功能。

（7）傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的操作機(jī)手長(zhǎng)期遭受日曬雨淋，勞動(dòng)環(huán)境惡劣，在一定程度上影響了操作工人的勞動(dòng)效率和工作積極性。

解決方案：配置專用駕駛室內(nèi)設(shè)有雨刷、風(fēng)扇、空調(diào)、照明燈等設(shè)施，操作手柄和電氣按鈕都安裝在操作臺(tái)面上，操作機(jī)手可以在駕駛室內(nèi)集中控制鉆機(jī)并隨時(shí)觀察鉆進(jìn)情況，避免操作機(jī)手長(zhǎng)期遭受日曬雨淋，實(shí)現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)，大大優(yōu)化了操作機(jī)手的勞動(dòng)環(huán)境。

4 鉆機(jī)使用情況

SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)自2012年7月份投放市場(chǎng)以來(lái)，先后有近10臺(tái)設(shè)備在南京新華城、昆山繞城快速路、上海南京西路大中里工地、上海世博園合景廣場(chǎng)、杭州德勝東路快速路、臺(tái)州江南明珠、寧波新江橋、通州南山湖一號(hào)等項(xiàng)目進(jìn)行了施工作業(yè)，施工口徑最小為800mm，最大為1500mm，最淺為28m，最深為94m，黏土、粉砂、砂巖、泥巖、礫石等各種地層均有施工。

在南京新華城工地，孔徑1m孔深78m的工程樁，0～50m為泥巖層，50～70m為礫石層，70～78m為灰?guī)r層，鉆進(jìn)成孔用時(shí)51h，進(jìn)尺效率為1.53m／h。同一工地，GPS20型鉆機(jī)凈鉆進(jìn)成孔用時(shí)118h，SD28旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔用時(shí)36h。

在寧波新江橋工地，孔徑1.5m孔深94m的橋梁樁，0～10m為江底沉沙，10～30m為淤泥質(zhì)黏土，25～45m為粉質(zhì)黏土，45～75m為中砂夾雜粉質(zhì)黏土，75～85m為圓礫，75～94m為含黏性土角礫和中風(fēng)化粉砂巖，鉆進(jìn)成孔用時(shí)16h，進(jìn)尺效率為5.88m／h。同一工地，GPS22型鉆機(jī)凈鉆進(jìn)成孔用時(shí)44h。

在昆山繞城快速路工地，孔徑1.5m孔深61m的橋梁樁，20m以上為黏性淤泥，20～40m為粉砂，40m以下為砂巖，鉆進(jìn)成孔用時(shí)12h，進(jìn)尺效率為5.08m／h。同一工地，GPS20型鉆機(jī)凈鉆進(jìn)成孔用時(shí)26h，SR280旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔用時(shí)8h。

在杭州德勝快速路工地，孔徑1.2m孔深70m的橋梁樁，15m以上為細(xì)砂，15～30m為粉砂，30～58m為卵石，58～70m為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，鉆進(jìn)成孔用時(shí)48h，進(jìn)尺效率為1.46m／h。同一工地，GPS20型鉆機(jī)凈鉆進(jìn)成孔用時(shí)6天以上，由于該工段的地層情況太過(guò)復(fù)雜，老鉆機(jī)施工相當(dāng)困難。

在通州南山湖一號(hào)工地，孔徑800mm孔深70m的工程樁，地層基本為沉積砂層，夾帶少許粘土層，鉆進(jìn)成孔用時(shí)4h，進(jìn)尺效率為17.5m／h。同一工地上用潛孔鉆機(jī)成孔用時(shí)5.5h，效率提升明顯。

綜合以上實(shí)際應(yīng)用情況，SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)在橋梁樁的施工過(guò)程中施工效率都有兩倍以上的提升，在工程樁和圍護(hù)樁的施工過(guò)程中施工效率也提升了50%以上，從實(shí)踐中進(jìn)一步說(shuō)明立項(xiàng)之初確定的“高速小扭矩”設(shè)計(jì)思路是正確的，真正實(shí)現(xiàn)了“快速切削”的鉆進(jìn)目的，完全達(dá)到“效率翻番”的研發(fā)目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際施工應(yīng)用證明，SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)在各種地層的施工效率都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，主要技術(shù)參數(shù)和整機(jī)布局設(shè)計(jì)合理，主要使用性能穩(wěn)定可靠，最大孔徑2m，鉆深可達(dá)100m，完全滿足大多數(shù)國(guó)內(nèi)鉆孔灌注樁的施工作業(yè)需求。另外，與目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的傳統(tǒng)機(jī)械式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)相比，SP30全液壓循環(huán)鉆機(jī)的整機(jī)穩(wěn)定性更好，施工效率更高，成孔質(zhì)量更好，勞動(dòng)強(qiáng)度更低，維護(hù)保養(yǎng)更簡(jiǎn)單，性價(jià)比更高，面對(duì)國(guó)內(nèi)如火如荼的基礎(chǔ)建設(shè)，是一款具有巨大市場(chǎng)前景的專業(yè)化施工設(shè)備。

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