毕业设计（论文）开题报告题 目静力压桩机液压系统及装置设计（主机部分）系：机械工程系专 业： 机械设计制造及自动化学生姓名：孙晨光 学 号： 20030210329指导教师：钟定清 胡竞湘2007年3月14日毕业设计(论文)开题报告1.文献综述：结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料, 每人撰写2500字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述1引言桩基础作为最古老的基础形式，有着悠久的历史，它随着人类文明史的发展而不 断变化。最早的桩基础可以追溯到新石器时代人类在湖泊和沼泽地里栽木桩塔台作为水上住所，这可以说是桩基础的最原始形式川，也是建筑桩基础思想的萌芽。1桩被设置在地基土中，把上部结构的载荷和应力作用于桩顶传递给地基下部较坚 固密实、稳定，可靠的岩土之上，起到承上启下的衔接作用，以满足建筑物安全正常 的使用和把变形量限制在一定的范围之内。由于桩的材料、长度与设计方法以及桩的 工作方式都可以有很大的调节和变化。因此桩很容易适应建筑物荷载的不同受力条件 与要求，具有良好的工程技术性能以满足建筑物对地基的各种不同需要。桩基础既是古代高塔、拱桥的常用基础，也是现代建筑、厂房、桥梁、水利工程 等构筑物的一种主要基础形势。随着现代建筑业的飞速发展，桩基础随着人类文明史的发展而不断变化。建筑材料和施工技术的提高，改变了木桩的单一型式。钢筋混凝 土和钢材的利用，桩基已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩或钢桩。2人类社会的生活环境从原始森林发展到今天繁华闹市的高楼林立，车水马龙，建 筑基础仍非桩莫属，桩基础的重要性不言而喻，它的作用主要体现在以下几点：(1) 桩基础一般穿过软弱土层或中等压缩土层，桩端支撑在坚硬的(基岩、密实的卵砾石层)或坚硬的(硬塑粘性上.中密沙层等)持力层上，具有较大的竖向承载力，来承 担上部建筑的竖向载荷和偏心载荷；(2) 桩基础具有很大的竖向刚度，在建筑物自重或相邻建筑荷载影响下， 不致产生 过大的不均匀沉降，确保建筑物倾斜不超过有关规范的允许范围；(3) 借桩基础巨大的侧向刚度及整体抗倾覆能力，可抵御由于风和地震引起的水平 载荷与力矩载荷的作用，确保建筑物整体抗倾覆的稳定性；(4) 桩身穿过可液化土层支承在稳定密实的土层上，在地震造成浅部土层液化与震 陷的情况下，桩基凭借深部稳定上层、仍具有一定的抗压与抗拔承载力，从而确保建筑物的稳定，不致于产生过大的沉陷与倾斜2静力压桩机的国内发展概况及发展趋势2.1静力压桩机的国内外发展概况纵观静力压桩机的发展过程，大致可将其分为两个阶段：第一阶段，早在20世纪50年代初，我国沿海地区就开始采用静力压桩法。从20世纪70年代后期90年代中期，国内先后研制了几种压桩机，并逐步形成系列产品进 入市场。其中具有代表性的两个系列产品是武汉市建筑工程机械厂生产的YZY系列静力压桩机和利用中南大学(原中南工业大学)智能机械研究所的专利技术生产的 ZYJ系列 静力压桩机。在这个阶段主要解决了这种桩机的设计理论基础、动力配置和系统设计 问题，满足了静压桩的基本功能。但就整体来说，其主要特征是桩机压桩力不大，实 际使用的最大压桩力不足4000kN,绝大部分的压桩力为16002400kN;功能单一，主 要应用于施工现场预制的截面尺寸为 (300mnK 300mm )(400mnK 400mm )的钢筋混凝 土方桩(实心件)的正常中位压桩，单桩设计承载力标准值在 1400 kN以下。而预应力管 桩和高强度预应力管桩主要是通过锤击设备如柴油锤等进行打入施工。进入20世纪90年代中期以后，静力压桩机进入第二发展阶段。由于1994年底在珠海利用静力压桩机将直径500m的预应力管桩压入强风化岩获得成功，实现了静压桩施 工技术的历史性突破，从此拓宽了静压桩的应用范围，也使预应力管桩在城市和居民 住宅区内的应用找到了一条新路子。一方面，实现了静压桩的单桩承载力向大吨位方 向的快速发展，与此同时，市场对大吨位桩机的需求不断增大，而且要求越来越强烈； 另一方面，由于施工范围的不断扩大，对桩机功能的要求也日益增多，出现了工程施 工中许多必须解决的实际问题。这个阶段的桩机品种显著增加，系列化不断完善，生 产厂家也急剧增多，至今在全国约有30个制造厂3。现在静力压桩机在全国其它省区已 得到广泛的普及使用，南从海南三亚，北至黑龙江大庆，东从上海，西到陕西、云南 等20多个省市区，我国桩工机械产品多为常规产品，吨位小、功能单一，国内桩工机 械尤其是液压静力压桩机生产企业能够完成全系列产品的并不多，并且市场份额有日 益集中的趋势。根据2005年中国工程机械工业年鉴调查统计 ，2004年全国年销售 大小液压静力压桩机252台左右，产值约4亿元，最近几年国内需求量基本保持30%上 的增长率，预计2006年需求量将达到500台左右，其中湖南山河智能机械股份有限公司 的生产能力最大，2003年共生产125台，占全国年总产量的30%40%。目前的生产能力达到每月15台，年生产能力在180台左右，已形成压桩力为80010000 kN的完整的 产品系列，生产的最大吨位机型为ZYJ1000,出口远销到越南、缅甸、马来西亚、新加 坡等国家和地区，目前我国湖北、广东、上海、江苏、浙江、福建等省市都有应用， 尤以上海、南京、广州及珠江三角洲应用较多。2.2静力压桩机的发展趋势11液压静力压桩机在实践应用中解决了一些其他桩基础施工机械无法解决的问题；解决了在一些市区、学校、医院、文物保护地区以及周围有危房等对振动、噪声、污 染有严格要求地区的桩基础施工，取得了较好的效果；静力压桩在施工中利用了在压 桩施工时的直观性，解决了由于地质状况复杂的不可预见性，而为建筑设计提供了桩 基础施工承载能力的可靠性。静力沉桩的优越性得到了普遍的认同，但在施工时存在一些必须克服的问题：挤 土效应对周边环境的影响，施工作业时机身不平，桩身倾斜，夹桩破损和桩身折断大 吨位桩机过于庞大，高速度和大吨位无法兼顾。对于如何保证静力压桩的压桩质量和减少对周边环境的影响以及桩机结构的改进 这一系列问题，桩机设计人员们经历了一个探索的过程，直到20世纪90年代才陆续有论文公诸一于世，研究人员们主要从以下几个方面进行了分析，并提出有效的方法加 以解决。(1) 机身调平(a) 江南造船厂的周本祥 问针对压桩中的桩柱歪斜问题，提出了增大桩机接地面积，减少接地比的方案，在小船支腿油缸上也安装了支撑油缸，压桩时小船也能着地，使表面上壤对压桩机地承载力降到最低限度，降低桩身倾斜度，大大改善了压桩条件。(b) 中南大学液压所的李光博士和李岸就机身调平问题于2001年设计了一套专门的PLC调平系统，取得了较好的效果。(2) 液压系统(a) 为了解决油路不同步而引起的歪桩和断桩这一问题，2000年南京的陈晓阳提出了用4个类型分流阀改进油路的方案，提高了油路的同步性。(b) 1996年,中国水利水电八局武汉机械厂的陈九林14提出了双泵双级缸定量系统 的液压系统设计方案，解决了大吨位桩机受功率限制压桩速度低的难题，取得了满意的效果。(c) 中南大学的朱建新11等于1999年从压桩力、压桩速度和能量利用等方面对液 压系统推出了准恒功率的设计方法，解决了高压桩速度和大压桩力无法兼顾的难题， 显示了高效节能的优势。(d) 蔡政、谢旭时等对压桩机的动力系统和应用进行了分析，于2000年建立了液压动力系统的微分方程和导出传递函数 网，分析了液压动力系统的动态响应，对保证 动力系统具备足够的承载能力，安全可靠，平稳地工作提供了指导意义。(e) 南京建筑工程学院的蔡绍据根据液压冲击回路的工作原理，在原机液压系统 中加进了液压冲击机构，将静力压桩机改为动静结合的压桩机，在不加大桩机本身重 量的前提下提高了桩机的沉桩能力和施工效率。 中南大学液压所研制的ZYB系列桩机在1999年对液状油路进行了改进，主副压 桩油缸可以根据压桩阻力的实际工况先后参与压桩，提高了压桩速度，实现了高效节 能10。(3) 行走机构(a) 中南大学的黄开启、吴万荣等对压桩机的行走机构进行了设计与研究，根据 步履行走和预铺轨道原理，设计除了一种预铺轨道提携船式新型步履行走机构，它保 证了在施工过程中桩机能灵活移动和避免沉陷，从而保证了压桩效率和质量。(b) 济南交通高等专科学校的王树明等于1997年就桩机行走噪声问题提出了日本 履带行走装置以降低司机室内的噪音，极大改善了桩机操作者耳部的噪音。(c) 郑鹏展于2000年9月对液压桩施工的回弹效应进行了研究，提出了用复压方法来解决这一问题。(d) 徐惠民等对静压预制桩对周围建筑物的影响进行了分析，并提出了合理安排 压桩施工顺序，控制压桩速度，减少压桩的挤土量，设置隔离带等一系列措施来解决 这一问题。(4) 夹桩机构(a) 武汉市建筑工程机械厂的鹏志明和陆栋侧对液压静力沉桩机的夹桩机构提出 了新的方案根据楔型增力的机械原理设计出了滑块式液压夹桩器。(b) 广西建筑机械总厂的吴向群15于1997年提出了在ZYJ240和ZYJ32桩机上采用 双层四缸浮动钳日的结构，采用对角夹桩方式，增力效果明显。(c) 江南造船厂的周本祥1997年设计了一种“斜置油缸滑块式液压夹桩器”，将夹桩油缸斜置安装，即保留了倍率杠杆夹桩器增力的优点，又克服了它容易损坏的困难。(d) 江苏省吴江良沉桩机有限责任公司生产的环保YZY型全液压顶压式静力压桩机17，安装有导入装置，彻底解决了顶压桩机不易对桩问题，提高了压桩效率。(5) 智能型测量系统的研究(a) 武汉市建筑机械厂的YZY系列全液压压桩机装有电脑检测仪，可以边施工边检测，适时完成压入阻力曲线，如实记录桩尖进入持力层的深度。(b) 南京建筑工程学院的郑风琴于1997年设计了在静压桩机上同步测量桩机的压 桩力和所压的深度以及自动调平的机电一体化测量系统， 使静压桩机具有调平自动化、 同步显示压桩力和压桩深度等功能，提高了桩机的工作效率和自动化管理水平。(6) 边桩机构中南大学液压所研制的ZYB系列桩机配备有边桩机构，可以方便地处理离建筑物很 近的边桩，桩机的适应性得到了显著提高。随着静压桩施工技术的发展以及人们环保意识的进一步加强，静力压桩机的应用 将获得更广泛的推广。同时，静力压桩机技术及产品将由粗放型向功能精细化、操作 智能化方向发展。其发展趋势可归纳如下：(1) 进一步多功能化，产品适应能力进一步加强。在较厚硬隔层地质条件下施工时， 设计并配置专用的螺旋钻，提高压桩机的穿透能力和对地质的适应能力对大吨位桩机开发相应的夯实装置，实现以静压替代强夯压桩管径可从目前的最大600 mm增大到800 mm以上。(2) 智能化操作与施工的压桩机开发。开发机身液压自动调平系统，压桩过程计算 机自动记录及承载力在线测试，夹持力自动均衡控制，实现产品的智能化操作。(3) 异型桩夹持装置的开发。特别是与钢板桩、工字钢桩、锥形桩等相适应的夹桩 机构的开发。(4) 压桩力大、质量轻机型产品的开发。特别是对于钢板桩连续墙施工产品的开发 将是今后静力压桩机发展的新领域。(5) 适应于北方寒冷地区气温低、冻土层较厚的桩机产品的开发。(6) 产品向高档次、高可靠性方向发展。3静力压桩机的特点和工作原理静力压桩机是以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力，当静压力超过的桩周上的摩阻力时，桩就沿着压梁的轴线方向下沉，静力压桩具有无振动、无噪声的特点，适 用于高压缩性的粘土或砂性较轻的亚粘土层