试论静压桩机液压系统设计问题及优化措施

　　前言：

　　目前，液压静力沉桩机与冲击式、灌注式等传统桩基础施工设备比较，它以高效率、低噪声、无污染的优点，迅速占据了我国南方桩基础施工市场。其压桩原理是依靠液压夹桩机构夹紧预制桩，依靠桩机的自重，由压桩液压缸驱动静力压桩。随着压桩机市场的迅速扩大，要求压桩能力不断提高，液压沉桩机朝着大吨位、节能、自动化的方向发展。

　　1 早期液压沉桩机液压系统存在的问题

　　早期液压沉桩机具备液压行走、夹桩和压桩功能，其液压系统如图 1 所示。液压泵组 1 向两个多路阀组 5 和7同时供压力油， 多路阀组5中有4路分别接两个纵移液压缸和两个横移液压缸，一路接一对压桩液压缸；多路阀组7中有一路接夹桩液压缸，4路分别接4个支腿液压缸。

　　1-液压泵；2-单向阀；3-过滤器；4-溢流阀；5-多路阀组 1；6-压力表；7-多路阀组2；8-液控单向阀；9-压桩液压缸

　　图1 早期液压静力沉桩机的液压系统

　　从图1可看出，这种液压桩机的压桩速度只有一个挡位。液压泵的最大流量和压桩液压缸的缸径决定了压桩的最大速度，而系统的最大油压和压桩液压缸的缸径又决定桩机的最大压桩吨位。这里就产生一个矛盾，即在液压泵流量一定的情况下，要获得较大压桩速度就要减小压桩液压缸缸径，可是这样就制约了桩机的最大压桩吨位。通常为了获得较大的压桩吨位，而使得其压桩速度较低。实际上这类机型的最大压桩力一般在 1800kN 以下，最大压桩速度一般在 215m/min以下，施工效率不高。同时还有一个问题：实际的压桩力是随着沉桩阻力的变化而变化的，而沉桩阻力又是随着地下不同土层性质的变化而变化的。典型的沉桩阻力曲线见图2。在我国的南方沿海地层中通常有一个较厚的淤泥层，当桩穿越淤泥层时， 沉桩阻力很小，而当沉桩阻力逐渐增大时，往往很快就达到承力层规定的压力而终止压桩。就是说，在大部分的沉桩时间内实际所需的压桩力远小于桩机的最大压桩力，即大部分时间内是大马拉小车，施工效率低，并造成能源的较大浪费。

　　图2 典型的静压沉桩阻力曲线

　　2 液压沉桩机液压系统设计及优化

　　2.1 两挡压桩液压系统设计

　　针对上面提出的问题，我们设计了具有两挡压桩速度的液压系统，即采用两对等直径压桩液压缸，其中一对为主压桩液压缸，另一对为副压桩液压缸，并在原多路阀组5中增加副压桩操作阀路。当沉桩阻力较小时，只操作主压桩，相应获得较高的压桩速度；当沉桩阻力增大到接近系统设定的额定压力时，主、副压桩同时操作，将桩压到规定吨位。进行这次改进后，与原来同等吨位的桩机相比，其压桩速度提高了近80%，能源也得到较有效的利用 ， 桩机最大吨位可提高到500t左右。