振动锤资料.docx
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振动锤资料
振动锤设备的性能研究及选择计算
一、振动锤的总体工作原理
通过液压动力源使液压马达作机械旋转运动，从而实现振动箱内每组成对的偏心轮以相同的角速度反向转动；这两个偏心轮旋转产生的离心力，在转轴中心连线方向上的分量在同一时间内将相互抵消，而在转轴中心连线垂直方向的分量则相互叠加，并最终形成沉桩激振力。
二、常用振动锤的类型及具体参数
根据振动锤能够达到的最高频率，分为低频（≤15Hz）、中频（15~25Hz）、高频（25~60Hz）、超高频（≥60Hz）。
根据所产生激振力的大小，分为小型、中型、大型、联动型。
目前国内常用的是中频，国外高频较多。
1、小型
分DZ-45、DZ-60、DZ-90三种，技术参数分别如下：
序号
项目指标
型号
备注
DZ-45
DZ-60
DZ-90
1
功率KW
45
60
90
2
偏心力矩N*m
287
487
573
3
激振力KN
0~380
0~492
0~579
4
转速r/min
0~1100
0~960
0~960
5
振幅mm
0~6.2
0~7
0~6.6
6
最大拔桩力KN
180
215
254
7
尺寸（长*宽*高）m
1.65*1.2*2.3
1.75*1.25*2.4
1.85*1.3*2.8
8
重量Kg
4000
5000
5800
2、中型
分DZJ-120、DZJ-135、DZJ-150三种，技术参数分别如下：
序号
项目指标
型号
备注
DZJ-120
DZJ-135
DZJ-150
1
功率KW
120
135
150
2
偏心力矩N*m
750
806
941
3
激振力KN
0~823
0~883
0~950
4
转速r/min
0~1000
0~1000
0~1000
5
振幅mm
0~7.45
0~8.2
0~8.95
6
最大拔桩力KN
392
420
420
7
尺寸（长*宽*高）m
2.1*1.4*3.5
2.1*1.4*2.8
2.2*1.5*3.3
8
重量Kg
7000
7200
8600
3、大型
分DZJ-180、DZJ-200、DZJ-240、DZJ-300四种，技术参数分别如下：
序号
项目指标
型号
备注
DZJ-180
DZJ-200
DZJ-240
DZJ-300
1
功率KW
180
200
240
300
2
偏心力矩N*m
968
2388
1804
2164
3
激振力KN
0~977
0~1592
0~1822
0~2185
4
转速r/min
0~960
0~780
0~960
0~960
5
振幅mm
0~17.5
0~16.7
0~12.2
0~18.7
6
最大拔桩力KN
450
588
588
686
7
尺寸（长*宽*高）m
2.2*1.8*3.5
2.2*1.8*3.5
2*2*3.5
2.3*2.3*3.7
8
重量Kg
11000
12600
15000
18500
4、联动型
分DZJ-400、DZJ-480、DZJ-600三种，技术参数分别如下：
序号
项目指标
型号
备注
DZJ-400
DZJ-480
DZJ-600
1
功率KW
400
480
600
2
偏心力矩N*m
4766
3608
4328
3
激振力KN
0~3184
0~3644
0~4370
4
转速r/min
0~780
0~960
0~960
5
振幅mm
0~18.2
0~33.5
0~33.5
6
最大拔桩力KN
750
1176
420
7
尺寸（长*宽*高）m
2.5*2.5*3.5
2.7*2.7*3.5
2.7*3.0*3.5
8
重量Kg
31000
39000
58000
5、夹具（X型、单、双型）
三、振动沉（拔）桩的工作原理
下沉过程中振动锤与待下沉的桩经过刚性连接形成一个振动体系。
振动锤运行时，总数为偶数的偏心轮高速旋转产生振动力，这个力使桩体产生正弦波的垂直振动，强迫桩体的周围土壤产生液化、位移，由于土层移动，在桩体自身重量和振动锤重量的作用下，使桩体切入地层。
当振动停止，土壤逐渐恢复原状。
同样的作用原理，在施工中，通过起重机吊钩的吊力，也可将桩体拔出。
四、振动锤选型及国内外不同计算方法分析比较
1、振动式沉桩适用的土质
最适合进行振动法沉桩的土为非粘性土、砾石或砂，特别是饱水的非粘性土、砾石或砂。
对于混合土或粘性土，只有当它们具有很高的含水量时，才可使用振动锤沉桩。
对于干硬性的粘土或经过人工排水的砂中进行振动法沉桩，其沉桩阻力可能很大。
2、选择振动锤型
所选的振动锤需要满足以下三个基本条件：
2.1振动锤的激振力P0大于被振沉构件与土的动侧摩擦阻力T；
2.2振动锤系统的总重量Q0大于振沉构件的动端阻力R；
2.3振动锤系统的工作振幅A。
大于振沉到要求深度所需最小振幅A。
3、计算方法
3.1桩侧摩阻计算
要求P0＞T；其中T=U∑Tvi*Hi
U为桩横断面周长，单位m；Tvi为第i层土的极限动摩阻力，单位Kpa/m2;Hi为第i层土的厚度，单位m。
目前国内尚没有相应的设计规范，国外算法不同，具体比较如下：
3.1.1日本采用的经验计算方法：
日本建机调查株式会社经验公式：
对于砂性土：
T=U∑Hi*Ni/5；对于粘土：
T=U∑Hi*Ni/2。
式中Ni为第i层土的标准贯人击数；其它符号同前公式。
这种方法主要是根据土壤标准贯入度试验所得到的。
3.1.2法国采用的经验计算方法：
法国PTC公司的估算方法是基于汇集世界范围内58个工程的土壤数据，找出了土壤的标准贯入击数N值与振动构件每平方米（以桩外表面积计算）的动侧摩阻力的关系，见下表所示。
标准贯入击数（SPT）N／击
动摩阻（t／m2）
非粘性土
粘性土
0~5饱和
O~2很软
0.6~1
5~10松散土
2~5软
1.2
10~20松散
5~10中硬
1.3
20~30中密
10~20硬
1.5
30~40密
20~30很硬
1.6
40以上很密
30以上极硬
1.7
注：
动摩阻力值以外壁单位面积统计的内外壁动侧摩阻力的综合值。
3.1.3美国采用的经验计算方法：
美国ICE公司的估算方法是美国ICE公司通过大量工程测试后的结论：
在高速振动时，桩的周围土壤产生液化效果，使桩侧极限静摩阻力减低率μ=0.1~0.4，根据工程的具体土质，在0.1～0.4之间选取一个值计算。
Tvi=Ti*μ，其中Ti为第i层土层的极限静侧摩阻力，kN。
3.1.4欧洲采用的经验计算方法：
欧洲钢板桩技术协会的估算方法：
在振沉钢板桩时，经大量工程的实践总结，认为确定振动锤大小时，可采用以下公式：
F0=15×（t+2G/100）；其中F0为激振力，单位kN；t为沉桩深度，单位m；G为桩的质量，单位Kg。
3.1.5国内常采用的计算方法：
我国用桩静侧摩阻力系数推算动侧摩阻力系数时，主要是通过对振动式沉桩资料的分析，认为随着振动频率的提高，动侧摩阻力系数将随之呈曲线降低。
于是，在地质报告没有提供桩动侧摩阻力的情况下，用桩侧静摩阻力系数推算动侧摩阻力。
压桩阻力估算方法为：
P=u∑Hi*fi+Ry*F；其中P为压桩阻力，单位kN；fi为压桩时各土层对桩侧面单位面积上的动摩阻力，单位kPa；其值可参照表2估算；Ry为压桩时桩尖处单位面积上的阻力，Ry=（O.9~1.0）R，R为单桩极限桩端阻力，单位kPa；F为桩的横截面面积，m2；其它符号同前公式。
其中fi（压桩时各土层对桩侧面单位面积上的动摩阻力）与Ti（第i层土的极限动摩阻力）之间的关系见下表。
土质情况
fi
灵敏度为5左右的淤泥质粘土或淤泥质亚粘土
0.17~0.2Ti
中实和较坚实的粘土和亚粘土
0.3~0.4Ti
轻亚粘土和粉砂
0.5Ti左右
Ti和R由地质勘探报告给出
压桩介于“静”与“振动”之间，从上表看出压桩系数大于振动摩阻力降低率μ，应列入土壤弹性系数，才能更符合振动式沉桩工况。
3.2振动锤沉桩克服桩端动阻力的估算
在计算出下沉至要求深度的动侧摩阻力后，即可根据计算公式初选或检验拟用振动锤型号，据此锤的性能资料和桩的类型、尺寸和土壤种类，然后根据已知的参数检验该锤是否能克服桩端动阻力，下沉至要求的深度。
总体要求振动体系的重量应大于桩端动阻力。
3.3振动锤沉桩振动体系振幅A0估算
振动体系的振幅（也叫工作振幅）A0能超过桩下沉时所需的振幅A，桩才能下沉到要求的深度。
即A0＞A。
A0=偏心力矩/振动重量=K/Q；式中振动质量Q包括桩的质量、夹桩器质量、支承梁质量、振动锤振动部件质量，单位kg；A为振沉桩到要求深度所需最小振幅，A=（N/12.5）+3，单位mm。
对于最小A的取值，有两种：
3.3.1美国ICE公司
各类型的土质对最小振幅要求有所不同。
在沙质的土壤里，振动造成的液化程度较高，所以要求比较小，用ICE振动锤只要3mm。
在粘土里，由于土壤能跟随桩壁运动，振幅要求达到6mm才能摆脱土壤。
在非常理想的情况下，如在水下的沙质土壤，2mm就足够。
3.3.2法国PTC公司
标准贯入度
（SPT）N／击
在非粘聚性土壤中干振
在粘聚性土壤中干振
在有水的情况或借助于其它方法时的非粘聚性土壤中干振
0~5
2
3
1
5~10
2.25
3.25
1.5
10~15
3
3.5
2
15~30
3.5
3.75
2.5
30~40
4
4.25
2.75
40~50
4.5
4.75
3.75
＞50
≥5
≥5.75
≥4
注：
借助于其它方法可以将筒内的土挖出或辅以冲水。
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