打桩中的桩锤

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1、’胡杞桶．第7卷期V0】．7№．21993年I2月Dec．19931一]打桩中的桩锤及其与桩的相互作用傅铁铭(国家地震高!云疆学研究所)

2、摘要本文首先介绍丁几种桩锤类型及其工作原理。在此基础之上，着重论述了桩锺性能的试验与分析及其计算模型。最后，讨论了打桩过程仿真计算的边值辅^问题．并综合概括了影响桩锤与桩相互作用的若干因素。．I引言鳟基一柱础打桩分析非常重要，它的目的在于确定桩的静承载能力和判断打桩过程中桩是否困过火的拉应力而被拉断。在这一问题的研究中，D．V．1S~~tCS(1931)⋯首次指出在打桩过程中存在波的作用。在1938年，E．N．Fox将波

3、动方程解用于打桩分析，但由于当时没有象电子计算机这样的有力计算工具，他被迫使用了一些简化假定。1980年，E．A．L．Smith”通过使用波动方程概念并借助于数值积分和电子计算机，得到了当时较满意的解答。其误差人约在5％之内实际上，在这之前他就已经开始了他的研究(1955)141。在这一阶段之后，许多其它学者也深人、广泛地开展了这一问题的研究。但他们的工作，一般说来，是基于或由Smith方法发展而来的除了有限差分法之外，有限元法和特征线法也被用于打桩分析。打桩过程本身就是一个桩锤、桩及桩周土的相互作用过程。如果不能正确处理桩锤和桩锤与桩的相互作用，这一误差

4、必然被带入打桩分析而影响到最后结果的正确性。本文将着重论述桩锤模型及打桩过程仿真计算的边界值输入问题，最后再概括影响桩锤与桩之间相互作用的若干因素。2桩锤及其工作原理—对于不同类型的桩锤，其构成部件存在差别但一般说来，其构成示于图l，包括桩顶上的其它有关部件。其中，撞锤、砧座和桩帽是短而重的刚体，在模型中可做这一处理。如果撞锤较长，则可处理为具有弹性的若干单元。撞锤垫块和桩头垫块通常由木料、塑料、石棉或类似材料所构成．是短而轻的象弹簧一样的物体，罔此在模型中可假定是无重的弹簧，但其不能传土工基础年递拉应力，因为各部件之问只是接触而无任何联结。撞锤垫]『-I

5、1桩锤落距块是为了减小撞击应力防止撞锤损坏。桩头垫块仅是为l『防止预制砼桩的桩头砼开裂，因为破裂的桩头将降低作用在桩一上2-重锤U一3．钻座头的撞击力和传递给桩的能量，从而影响到打桩效率垫块c三r—三-’1一4．桩锤垫块刚度的变化对桩锤的性能影响很大。桩头垫块的铡度直接控—4圃～55桩帽制作用在桩顶上的作用力持时，并影响桩的贯人I1～66桩头垫块一根据目前的使用情况和桩锤的工作原理，桩锤主要有以L=I7拄珂下五种类型。2．1落锤图I桩捶的有羌部件是地面上的卷扬机将撞锤提高到～定高度，然后突然释放以撞击桩顶。卷扬机是手控的，因此桩锤落距由操作者控制．一般在0

6、．5米左右，有时更高些。撞锤重量相对大一些。在这类桩锤中，机器和缆绳产生的减小桩顶撞击力的阻力较大。另外，撞锤的偏心将使轴向撞击力幅值变小。2．2柴油桩锤目前，大部分是使用柴油桩锤，这主要是因为它操作容易，且重量比汽锤轻。除盈l所示部件外，柴油桩锤还有汽缸，撞锤便在此汽缸内上、下运动。由撞击和汽缸内的气体压力在桩顶产生使桩向下运动的作用力。柴油桩锤的撞击频率比落锤和汽锤要高。2．3汽锤汽锤也被称为气动桩锤，撞锤从蒸汽获得能量而打桩。依靠蒸汽的压力一撞锤被提升。然后释放蒸汽而使压力下降，这样撞锤因自重而下落去撞击桩顶。2．4液压桩锤通过液压装置，桩锤被提升到

7、特定高度，然后自由落体而撞击桩顶。在液压桩锤中，操作者的影响比前述落锤中的减小，并且偏心也减小。2．5Ca~deInsitu桩锤荷兰鹿特丹造船公司与国际基础集团公司合作，开发了这种新型桩锤-其特点在于：(1)特殊的撞击重物能产生一个持时相对较长的一定控制应力水平下的方块状的冲击力作用于桩顶；(2)双向出力，和(3)桩锤中空，便于现场浇注的砼长桩生产。撞击重物由一系列的杯状弹簧组成，依靠上下两个砧座之间的压缩空气而上下运动I此悖趺锗：打桩扣的桩锤及其与柱的相互作43它j双向出力，司打桩又可拔桩撞击力能被控制在撞击的瞬间，冲击渡以相对较低的速度从最下或最上的第

8、一个撞击单元开始传遍所有撞击单元，它们依次工作，从而产生桩顶作用力(见图2。这样的作用力能延长桩锤和桩的使用寿命。提高了打桩效率。何朝I!ILlilt开始撞击近回2a柱锤构造及操作2b柱顶作用力的产生圉20scadeIm~tu桩锤及桩顶作用力的产生3桩锤性能的试验与分析及计算模型桩锤类型的不同将影响其性能，及计算模型中的处理方式3．I汽锤E．A．L．Sn'fitbf196o)在打桩分析中较早地研究了这类桩锤。在他的模型中，碰撞瞬间的撞锤速度被用来开始整十数值计算。通常，桩锤的额定功率由制造厂家给出，而效率有时被给出；有时需假定。根据这些数据，碰撞瞬间撞锤的

9、速度可由特定的公式计算出。桩锤垫块和桩头垫块的两个物理参数(弹簧常