摘要：我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，作为经济的支柱产业，建筑业是国民经济高质量发展的重要组成部分。建筑业的高质量发展，将是行业发展方式、产业结构持续向绿色循环、低碳发展的可持续发展转变的过程。预制混凝土桩和预制钢桩作为一种绿色环保、质量可靠、工艺简单、造价便宜的桩基础类型，越来越多的应用于各类建筑物和构筑物中。液压环保打桩锤是一种智能、高效、环保、地质适应性广的桩工机械，在桩基础行业被广泛推广和应用，已逐步替代传统落后的打桩设备，已成为预制桩施工主流设备。
本文对预制桩斜桩施工设备进行了系统阐述，提出了武汉五创品牌液压环保锤匹配预制预制桩斜桩施工技术，并根据湖南岳阳铁水集运煤炭储备基地工程案例的施工效果，证明了所设计施工技术的适应性和合理性，为预制桩斜桩的施工提供了新颖思路。
关键词：预制桩斜桩；五创液压环保打桩锤；施工技术
Brief deion of inclined pile construction equipment
Abstract:China's economy has shifted from a stage of high-speed growth to a stage of high-quality development. As a pillar industry of the economy, the construction industry is an important component of the high-quality development of the national economy. The high-quality development of the construction industry will be a process of continuous transformation of the industry's development mode and structure towards sustainable development of green circulation and low-carbon development. Prefabricated concrete piles and prefabricated steel piles, as a type of pile foundation that is green, environmentally friendly, reliable in quality, simple in process, and cost-effective, are increasingly being used in various buildings and structures. Hydraulic environmental pile hammer is an intelligent, efficient, environmentally friendly, and widely adaptable pile construction machinery. It is widely promoted and applied in the pile foundation industry, gradually replacing traditional and outdated pile driving equipment, and has become the mainstream equipment for prefabricated pile construction.
This article systematically elaborates on the construction equipment for prefabricated pile inclined piles, proposes the construction technology of Wuhan VUCOME brand hydraulic environmental protection hammer matching prefabricated pile inclined piles, and proves the adaptability and rationality of the designed construction technology based on the construction effect of the Yueyang Iron and Steel Transportation Coal Reserve Base project in Hunan, providing a new idea for the construction of prefabricated pile inclined piles.
Keywords: prefabricated inclined pile; VUCOME environmentally-friendly hydraulic hammer; construction technology
0引言
液压环保打桩锤作为一种环保、高效、智能、安全、适应性广的桩工机械，近年来在桩基础工程领域得到广泛的推广和应用，成为预制桩的首选施工设备。武汉五创机械设备有限公司（以下简称五创企业）是一家为桩工基础施工领域提供整体解决方案的企业，五创企业通过自主技术创新，研发和制造VCY系列单作用液压环保打桩锤，型谱覆盖14吨、16吨、18吨、20吨、22吨等十余款机型，可应用于桩径400―1200mm预应力混凝土预制管桩、混凝土板桩、钢管桩、拉森钢板桩、型钢等多种预制桩型的施工作业。自2018年第一台五创品牌液压环保打桩锤下线以来，五创液压环保打桩锤在国内多项建筑工程中担任重要角色，在预制桩施工中赢得了行业及社会的广泛认可及好评。
五创企业通过技术创新，研发斜桩液压环保打桩锤，实现预制桩斜桩的施工作业，填补了行业空白，使预制桩斜桩的安全、环保、高效的应用成为现实。如图1所示。
图1预制桩锤斜桩施工场景
Fig.1Construction Scene of prefabricated inclined piles
1.斜桩打桩设备
斜桩是一种常见的地基加固方法，其桩身倾斜于地面。斜桩在承载竖向荷载的同时，可改善基础的抗剪能力，有效提高基础的水平承载能力。斜桩具备很多的优势，包括：承重能力强，控制变形好，抗震能力强，施工效率高，施工造价低。在房建基坑工程、地铁站、水上平台、港口工程、输电杆塔基础等工程领域，斜桩有着较为广泛的推广应用。
标准配置的液压环保打桩锤可通过调整现有桩架立柱的倾斜角度，进行斜桩的施工，如图2所示。工作状态下，向后最大倾斜角度不适宜超过15度（具体计算过程见：4.桩架施工稳定性计算）。
图2 五创液压打桩锤斜桩施工示意图
Fig.2 Schematic diagram of VUCOMEhydraulic pile hammer in inclined pile construction
2. 五创VCY液压打桩锤的工作原理
五创VCY液压打桩锤主要由锤体导向、锤芯击打总成、液压驱动三部分组成，如图3所示。液压动力站为液压油缸提供源动力，液压油缸驱动锤芯在锤体的四向导向柱内向下运动，击打桩帽内的砧座，砧座击打预制桩，最后把预制桩贯入土层内，完成预制桩的施工。
图3 五创VCY系列液压打桩锤主要结构部件
Fig.3 Main structural components of VUCOMEVCY series hydraulic pile hammer
3. 改进和优化步履桩架
步履桩架是液压打桩锤的载体，其主要功能为吊桩就位和悬吊打桩锤。在工作状态下，步履桩架引导桩身方向并保证锤芯沿着设计要求的方向冲击。斜桩的施工工况对步履桩架提出更高的要求，在步履桩架稳定性好、锤击落点准确、机动灵活性好的基础上，实现桩架可调整垂直度。
3.1立柱加装二次支撑和扶桩器
通过步履桩架立柱的向后倾斜角度调节，在立柱上做二次支撑，实现对其改进和优化。同时在步履桩架立柱加装扶桩器，用于导向液压锤的运动轨迹，保证液压锤和预制桩在同一条受力作用线上，最终实现把预制桩以设计的倾斜角度打入地层之中，如图4所示。
图4 立柱加装二次支撑和扶桩器
Fig.4 Install secondary support and pile support device on the column
3.2锤爪和桩架导轨优化升级
为提升锤爪和桩架在工作中的支撑力，增大受力面积，改善受力形式，桩架导轨外形由原来的圆形升级为方形，锤爪外形同步升级方形，如图5所示。
图5 新型锤爪和桩架导轨
Fig.5 New type of hammer claw and pile frame guide rail
4.桩架施工稳定性计算4.1 把液压锤桩机进行分解并作受力分析
液压锤桩机总成可受力分解成底盘，桩架，桩锤，预应力桩四部分，锤心与锤体的摩擦力不计。
4.2抗倾覆计算
以下以VCY16型（16吨）液压环保打桩锤为例，进行抗倾覆计算。各部件的重量见下表一。
各部件的重量见下表二。
以桩机的后长船为支点，顺时针方向扭矩为正，逆时针方向扭矩为负。由于桩机桩架成后仰状态，所以有向后倾覆的趋势。如果液压锤桩机桩机所有受力产生的扭矩之和为正的情况下，不会发生倾覆，安全性好。反之，可能发生倾覆，安全性差。如图6所示。各部件的重量见下表二。
根据桩机的受力情况列方程为：M=G1*LG1T+G2*LG2T+G3*LG3T-T*LG4T
G1：为桩机底盘的重量
G2：为桩架的重量
G3：为桩锤的重量
G4：为管桩的重力；将重力分解为对桩机的作用力G4水平（垂直桩架），及对地面的斜向下的压力G4垂直,只有对桩机的作用力G4水平使桩机倾覆作用，作用力G4垂直作用在地面上，没有对桩机产生作用力。
图6 液压锤桩机受力分析图
Fig.5 Force analysis diagram of hydraulic hammer
在M＞0的情况下，液压锤桩机安全性好，不会发生倾覆，即：G1*L1+G2*L2+G3*L3-T*L4＞0，经计算，桩架立柱向后最大倾斜角度度为15度。在此范围内，液压锤桩不会发生倾覆。
5.液压环保打桩锤打击能量计算
Q：打击能量；
G：锤芯重量,其型号即为锤芯重量（吨）；
θ：倾斜角度；
g：重力加速度。
通过以上公式，计算16吨、18吨、20吨、22吨共计五种机型的打击能量（θ为15度），见下表。
6湖南岳阳铁水集运煤炭储备基地工程案例6.1工程概况
该项目是国家级煤炭战略储备工程、湖南省重点能源工程，依托浩吉铁路和“海进江”资源条件，开展煤炭贸易、货物仓储、铁路运输、港口运营、物流园运营等一体化服务，是未来湖南煤炭物流中转中心、煤炭交易中心及煤炭应急储备中心，将成为保障湖南煤炭供应安全的稳压器和平抑煤价波动的调节器。
项目位置位于岳阳市云溪区南洋洲，主要包括码头、储备基地及铁路专用线三大板块，总投资估算54.72亿元。码头将建设3个5000吨级进口泊位，6个3000吨级出口泊位，年物流量3200万吨；储备基地工程为5个条形仓，年煤炭周转量2200万吨；铁路专用线路全长约21公里，年物流量3300万吨。其中，储备基地工程中的条形仓坝基采用PHC800(130)AB型管桩斜桩的设计方案，以提供其水平承载能力。有效桩长25米，空桩1.5米，单桩承载力120吨，极限承载力200吨。
6.2桩基础施工方案
施工方法可以简略称为“竖直起吊、斜向打桩、直吊斜打”。液压锤桩机就位后，调整其立柱垂直稳定，起吊预制管桩，使桩尖垂直对准桩位中心，再检查桩顶扣好桩帽。通过调整现有桩架支撑杆油缸实现立柱的先后倾斜角度，并在立柱加装二次支撑和扶桩器，保证立柱的稳定性和安全性；在预制管桩的侧面设置坡度仪，使预制管桩的倾斜角度满足设计要求，角度偏差不得超过0.5%。
现场采用5台五创VCY18型液压环保打桩锤，用于重锤闷打的操作方法，以较大的锤芯重量、较低的冲击速度、较长的锤击作用时间为特点，高效、高质量的完成预制管桩斜桩的施工作业。
7结束语
五创液压环保打桩锤在预制混凝土管桩斜桩施工的应用效果显著，成桩垂直度≤3‰，成桩质量高。
本工程使用此施工工法极大提高了施工效率，且无油烟污染，施工现场整洁文明，有利于施工区域的生态环境保护。五创液压环保打桩锤在预制管桩斜桩成功应用，施工效率、成桩质量及对周边环境影响的控制方面效果明显，技术先进，为预制管桩斜桩的施工工法提供了新颖的解决方案，具有明显的社会效益和经济效益。
参考文献
［1］刘金砺. 桩基工程技术进展［M］.北京：知识产权出版社，2005
［2］曾国熙等.桩基工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1995
［3］左名麒等.基础工程设计与地基处理［M］.北京：中国铁道出版社，2000
［4］预应力混凝土管桩技术标准JGJT406-2017 ［M］.北京：中国建筑工业出版社，2017