ZLG22型折塔式履带螺杆桩机的研制

ZLG22型折塔式履带螺杆桩机的研制

王智超

东北煤田地质局一二八勘探队辽宁沈阳110122

摘要：本文主要介绍了ZLG22型折塔式履带螺杆桩机的主要性能参数以及结构特点：超大扭矩动力头、输出转速变化范围大、同步控制稳定性强。施工过程中采用泵送混凝土由桩底向上灌注，施工效率高，成桩质量好。主要用于超硬和复杂岩土地层的成桩，简化了成桩工艺，提高了单桩承载力，实现一机多能，达到了节能减排的效果，具有很好的经济社会效益和广阔的市场推广前景。

关键词：超大扭矩；单排双出绳；同步控制；螺杆桩；SDS挤土桩；大孔径硬岩桩

一、立项背景

通过对全国各地区桩基础施工现场的调研，掌握了各种桩型的施工机械及施工工艺。针对不同地域、不同岩层的施工，特别是硬岩地层和复杂地层（桩长范围内地质条件复杂，如流塑性岩层、回填地层等）一般的桩基础设备难以施工，或施工效率很低，成本高。螺杆桩和SDS挤土桩是国家推广的节能减排桩型，它具有单桩承载力高，能实现一柱一桩，减少材料大约在30%～35%。目前国内螺杆桩机的动力头输出扭矩不足（在300KN.m以下），同时动力头与主卷扬的同步性存在问题。在施工过程中存在桩螺牙土体扰动现象，减少了土体的承载力，没有形成真正的螺杆桩。通过与桩基础设计专业人士沟通，参照我们研制的第一代螺杆桩机的现场施工记录，根据不同岩土的物理性质指标，决定研制ZLG22型折塔式履带螺杆桩机，采用机、电、液压一体化，动力头扭矩额定值为450KN.m，采用直流调速控制。主卷扬提升和加压均为700KN，采用交流变频控制，提升、加压绳采用同一卷筒单排正反双出绳。通过控制系统，能实现在空中形成螺纹轨迹同步控制，同时动力头和主卷扬能单独控制，动力头电机和主卷扬电机采用系统限流保护措施。行走履带采用电动控制，折塔、起塔及履带伸缩采用液压控制，便于拆装搬运。

二、ZLG22型折塔式履带螺杆桩机的主要结构：（如图所示）

1.顶部滑轮组；2.主塔；3.斜支杆；4.电气系统；5.塔支座；6.配重；7.主卷扬机；8.液压支腿；9.驾驶室；10.液压系统；11.工具卷扬机；12.履带底盘；13.主平台；14.加压滑轮组；15.护筒；16.钻具；17.动力头

三、主要性能参数：

塔高（m）28

钻孔深度（m）22

最大钻孔直径（mm）φ1000

动力头输出扭矩（kN.m）450

最大提力升（KN）700

整机质量（t）95

四、主要结构特点：

（1）动力头采用双直流电机调速控制输入，中空轴输出。动力头减速器采用双硬齿面行星减速器，同时驱动一个硬齿面斜齿减速器输出，双硬齿面行星减速器采用水冷装置。双直流电机采用主从调速控制方式，实现同一转速。动力头额定输出转矩为450KN.m，输出转速为0～12r/min。

（2）主卷扬机采用交流变频调速控制，结构为内藏减速器大直径卷筒单排双出绳式。单绳额定拉力为175KN，绳速0～20m/min.

（3）动力头与主卷扬的同步控制：施工工作时，动力头在直流电机控制下带动螺杆钻具做旋转运动，同时在主卷扬绳的拉动下沿主塔轨道做竖直上下移动。动力头装置上面和下面分别有两组滑轮，主卷扬卷筒的双出绳分别通过桩架两组固定滑轮组缠绕动力头上下两组滑轮，形成牵引动力头装置向上运动和向下运动的钢丝绳都是4根绳，这样同一卷筒上双出绳的绳速都相同，无论动力头装置向上、向下移动，两根钢丝绳均处拉紧状态。通过电气控制装置，参照螺杆钻具直径和螺距的技术要求，设定程序调整控制电机达到动力头正转并同步下移，动力头反转并同步上移，螺杆钻具都在同一轨迹中运行。根据岩土的地耐力值调整动力头的转速及主卷扬的转速，提高施工效率。

（4）动力头与主卷扬的单动控制：为了实现一机多能，本桩机增加了大孔径硬岩成桩和SDS桩的施工功能。大孔径硬岩成桩要求施工设备动力头必须有足够的输出转矩。同时采用低速大扭矩挤压排土方式，钻进过程中有一部分岩土被钻具挤压到孔壁，其余部分被排到孔外。SDS桩是螺旋挤土桩，要求动力头转矩足够大。两种桩型都对动力头转矩有要求。根据岩土勘察报告，选择动力头的转速，对主卷扬的提升速度没有特殊要求，钻进过程中保证动力头电机不过流；提升过程中保证混凝土灌注不缩径、不断桩、不堵管就可以了。针对这两种桩的施工工艺要求，动力头与主卷扬分别能单独操作。

（5）折塔桩架的设计：满足JG/T5006—92桩架技术条件前提下，采用BS700MC高强度板料，利用专业折弯成型和自动焊接设备，制造成矩形截面主塔，塔高28m，经三次折叠满足运输要求，利用液压起塔、落塔、折叠，履带行走采用电动控制，行走平稳。为了满足搬运要求，履带采用液压伸缩装置，施工时履带展宽达4.6m，运输时缩宽达3.3m。

五、结束语

现已出厂十几台ZLG22型折塔式履带螺杆桩机，通过两年多的现场施工反馈，螺杆桩合格率100%，SDS桩合格率100%。该桩机在桩基础施工行业中具有绝对的优势，改变了原有的螺杆桩机在施工中效率低、桩质量不可靠等不足，同时扩展了硬岩大孔径桩的施工，为用户提供了一机多能的桩基础施工设备。该桩机为桩机开发制造方和建筑基础施工方都带来了可观的经济效益，为在建筑基础行业推广节能减排起到了很大的推进作用。

参考文献：

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