柴油桩锤应用及改进
（广东省佛山市南海区桂城平洲平胜工业区雷岗建筑机械厂 528200 ）摘要：本文主要分析柴油桩锤的工作原理，结合目前的应用及一些问题。阐述英国、德国、荷兰、日本等先进技术改进和发展，分析柴油桩锤的前景。
关键词：柴油桩锤 工作原理 应用 技术改进和发展 前景
柴油桩锤是德国发明的在19世纪20年代制造成功了导杆式柴油桩锤。20世纪30年代又成功制造了筒式柴油桩锤。筒式柴油桩锤结构简单、使用方便、打桩效率高，在建筑工程的基础施工中得到了广泛的应用。 20世纪80年代我国引进了德国德尔马克公司技术，生产了风冷式筒式柴油锤系列产品，使我国生产的柴油桩锤性能有了很大的提高。
一、 柴油桩锤的工作原理
柴油桩锤属于打入法施工机械。以下是打入法所使用的桩工机械。原理都是利用桩锤冲击桩头，使桩在桩锤的冲击力作用下打入土中。
1 落锤——这是历史最久远的一种施工机械，其工作原理是利用卷扬机提升一个重锤至一定高度，然后脱开，让重锤自由下落打击桩头。落锤的优点是构造简单、使用方便，不足之处是生产效率低、灌入能力差、对桩头的损坏大。
2 蒸汽桩锤——这是以蒸汽为动力的桩工机械。其工作原理是利用蒸汽的压力使锤头提升，然后冲击桩头。由于须使用老式的蒸汽机与之配合，现已基本被淘汰。
由于其施工效率低，施工质量较差，所以落锤与蒸汽锤已很少应用。
3 柴油桩锤——是以柴油为动力的桩工机械，是目前最为常用的一种桩工机械。柴油打桩机由柴油桩锤和桩架两部分组成。桩架有专用的，也有利用挖掘机或起重机上的长臂吊杆加装龙门架改装而成。柴油桩锤按其动作特点分导杆式和筒式两种。导杆桩锤冲击体为气缸，它构造简单，但打桩能量小；筒式桩锤冲击为活塞，打击能量大，施工效率高，价格相对便宜，是目前使用较广泛的一种打桩设备。
4 液压桩锤——是以液压为动力的桩工机械。其工作原理是以液压油缸提升锤头至一定高度后将压力油迅速排回油箱使锤头落下冲击桩头。由于其提升高度可调，打击能量可以视施工要求而定。液压桩锤噪音小，公害少，因而在国外得到了广泛应用。由于国内目前的铸造技术及液压技术的限制，大部分的液压桩锤都是依靠进口，从而价格太高，限制了它在国内的应用。但长远来说，由于它的特点及社会的需求，液压桩锤势必取代柴油桩锤的地位。
下面以筒式桩锤为例介绍柴油桩锤的工作原理。
柴油桩锤系列利用冲击部分自由下落的冲击能和柴油燃烧爆炸的能量使桩下沉。它实质上是一个单杠两冲程柴油发动机。
（一）柴油桩锤工作原理
1． 起落架（图一）
用于升降桩锤或上活塞，由桩架的卷扬机驱动。
（1）降桩锤
起落架降至下碰块位置，拉动操作杆，使提锤滑块弹出提升起落架。使滑块钩住上气缸的提锤挡块，桩锤随起落架一起提升。
（2） 升上活塞（图二）
使起落架降至下碰块处，拉下操作杆并固定，使提锤滑块缩回，此时起动杠杆（A5）碰到下碰块，使起动钩伸出，钩住上活塞，当起落架升起时，便可升起上活塞，当起动杠杆（A5）碰到上碰块时，便自动脱钩，使上活塞下落。
（3）油锤（图三）
A． 进气
上活塞提升，气缸进气，燃油泵吸油。
B． 压缩和喷油
上活塞脱钩下落，推动压油杠杆，将燃油喷入气缸，同时上活塞封闭排气口，气缸内的空气被压缩。
C． 雾化、燃烧
上活塞继续下降，燃油雾化与压缩空气混合，达到自燃温度燃烧产生高温高压，燃烧气体推动上活塞上升，同时作用在下活塞的力向下推动桩帽，作用在桩柱向下推进，使桩柱推入地下。
D． 排气和吸进气
当上活塞运动打开吸排气口时，燃烧气体排出气缸，上活塞继续上升，气缸容积增大，新鲜空气就进入气缸，当上活塞达到顶点后落下，气缸内混合气（空气和废气的混合）部分排出造成扫气，到关闭吸排气口时压缩气体。
三、柴油桩锤的应用
柴油桩锤构造简单，使用方便，它不像振动桩锤需要外接电源，它所需要的燃料就装在它的气缸外面的一个油箱里。因此，柴油桩锤成为目前广泛采用的打桩设备。我国已制定了柴油桩锤系列标准（如下表）。
型号 项目
冲击部分质量
（kg） 桩锤总质量
（不大于）（kg） 桩锤全高
（不大于）（mm） 一次冲击最大能量
（不小于）（N•m） 最大跳起高度
（不小于）（m）
D8 800 2060 4700 24000 3
D16 1600 3560 4730 48000 3
D25 2500 5560 5260 75000 3
D30 3000 6060 5260 90000 3
D36 3600 8060 5285 108000 3
D46 4600 9060 5285 138000 3
D62 6200 12100 5910 186000 3
D80 8000 17100 6200 240000 3
D100 10000 20600 6358 300000 3
柴油锤的另一个特点是：地层愈硬，桩锤跳的愈高，这样就自动调节了冲击力。地层软时，由于贯入度（每打击一次桩的下沉量，一般用毫米表示）过大，燃油不能爆发或爆发无力，桩锤反跳不起来，而使工作循环中断。这时只好重新启动，甚至，要将桩打入一定深度后，才能正常工作。所以，在软土地使用柴油锤时，开始一段效率较低。若在打桩作业过程中发现桩的每次下沉量很小，而柴油锤又确无故障时，说明此种型号桩锤规格太小，应换大型号桩锤。过小规格的桩锤作业效率低，而用过大的油门试图增大落距和增大锤击力的作法，其产生效率提高不大，而往往将桩头打坏。一般要求是重垂轻击，即锤应偏重，落距宜小，而不是轻垂重击。另外，柴油桩锤打斜桩效果较差。若打斜桩时，桩的斜度不宜大于30度。
四、 柴油桩锤的技术改进和发展
柴油桩锤曾经在基础施工中得到广泛的应用。随着社会经济的发展，人民生活的不断提高，对环境质量提出了更高的要求。为此，许多生产厂家不断地对柴油桩锤的结构、性能进行改进。主要有以下几点。
1． 隔音
柴油桩锤冲击和爆发会产生很大的噪音。一些厂家采用在桩锤的外部增加隔音罩的办法，效果很显著。但对进排气性能有一定的影响，使桩锤本身性能有所下降。德国德尔马克公司采用在下气缸散热片上加装隔音罩的方法，结构简单、拆装方便，也有良好的效果。
2． 高压雾化
一般的柴油桩锤采用冲击雾化（目前已经很少），这种方式雾化效果不够理想，经常产生 黑烟，烟雾中常常带有未燃烧的燃料雾滴。不仅污染了环境，而且增加了油耗，桩锤的打击性能也受影响。一些厂家改为高压气体驱动燃料泵，由喷嘴雾化。从而改善了柴油桩锤软土起动的性能，且大大提高了生产效率。
3． 改进燃烧室形状
有的生产厂家改进了燃烧室的形状来提高燃料雾化的效果，通过改进上、下活塞冲击面的形状，使喷射到下活塞上的燃料分布均匀，这样雾化程度较高，燃料比较完全，提高了柴油桩锤的性能。同时对进排气口的形状也进行了改进，使进排气口吸入气流较强，排气也较彻底，提高了燃烧效率。
4． 提高冲击频率
一般的柴油桩锤的冲击频率取决于上活塞的弹跳高度，弹跳越低，频率越高，但冲击的能量就越小。一些厂家研制了双作用柴油桩锤，将上活塞向上运动的一部分能量贮存起来，等上活塞向下运动时在释放出来使上活塞加速下行，从而使冲击频率大大提升，加快打桩速度。
5． 提高可靠性
目前很多厂家对冲击部件进行优化，选用耐冲击的球墨铸铁制造冲击部件，从而提高了柴油桩锤的可靠性。
6． 发展大型柴油桩锤
近年由于海上工程的增多，海上施工的桩型都比较大，海上施工也没有噪音的严格限制。柴油桩锤施工比较简单方便，。因而柴油桩锤在海上应用比较广泛，且趋向大型化。一些厂家为适应这一需求，开发了上活塞质量达18000kg的大型柴油桩锤。
五、 柴油桩锤的前景
在建筑工程中,从工程造价和施工工期看，基础工程要占全部工程相当大的比例。一般桥梁、码头等水下基础要占全部工程的1/3至1/2，有些工业与民用建筑的地基基础工程占全部工程的1/3，桩工机械是建筑工程机械中不可或缺的重要组成部分.
我国基础建设特别是高铁建设为桩工机械行业提供了巨大的发展空间。近年我国对交通、能源等基础设施建设加大投入，以及奥运场馆等重点工程的开工建设，必将带动我国桩工机械行业不断向前发展。
由于柴油桩锤的噪音、环境等污染问题，在国外及我国一些大城市中已经开始禁止使用。不过，由于柴油桩锤结构简单、使用方便，很多地区仍然在继续使用。
随着城市化的不断发展，高楼大厦也不断的涌现，对基础的要求也愈来愈高。由于目前灌注桩质量不如预制桩可靠。所以在高层建筑及重要设施中还是多数采用预制桩。柴油桩锤是目前较为常用的预制桩施工设备。但随着液压桩锤的技术成熟和价格的合理，液压桩锤势必取代柴油桩锤的地位。但是如果柴油桩锤能解决污染问题，以及大型桩锤的涌现。凭着它的优点，在海上工程及新区的开发中还是很有应用前景的。
参考文献：
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