灌注桩基础施工履带式钻吊一体机的研制

高歌 ，刘强 ，舒邦京 ，邵腾飞 ，郭越红

（1.国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，江苏 徐州 221005；2.徐州送变电有限公司，江苏 徐州221006；3.北京聚智成科技有限公司，北京 100083）

1 输电线路灌注桩基础施工的特点及对施工装备的要求

输电线路一般延续几十公里，沿线有多种地形地质条件；塔基多分布远离公路主干道处，间隔几百米，要求施工机械具有适应性强、移动性好、多功能等特点,也应考虑具体工艺特点。

钻孔灌注桩基础因桩基承载力高、易实现机械化作业等优势而得到了广泛应用，其施工包括钻孔、吊装钢筋笼、浇筑混凝土等工序。在地下水位较高的地区需要泥浆护壁，防止蹋孔。常用灌注桩钻孔机械有回转钻机、潜水钻机、旋挖钻机等。回转钻机占地面积小、轻便易运输、泥浆护壁效果好，但钻进速度慢，机械化水平低，成孔质量一般；潜水钻机成孔质量较好，但钻进速度较慢，需要搭设、拆除平台转场，转场速度较慢，对农田等软弱地基，采用轻型卡车运输不具备进场条件。旋挖钻机为新型施工装备，钻进速度快、成孔质量好、机械化程度高；但价格昂贵，自重较大，进场受限于乡村道路地基承载力和桥梁限重，需要修建大量临时道路，塔位间转场慢，准备时间长。它们利用三脚架、龙门架等进行吊装，效率低，安全性较差。

因此，必需要研制移动性好、机械化程度高、集钻孔和吊装钢筋笼一体的多功能履带式钻吊一体机，以提高施工效率和安全性[1]。

2 履带式钻吊一体机的结构方案

2.1 钻孔装置

选用回转钻机作为本钻吊一体机的钻机型式（见图1），它体积重量小，结构简单，适合用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层。

根据最大钻孔深度30m、最大钻孔直径2.2m、地层地质条件等参数，确定钻孔动力头输出扭矩应高于20kN·m。为此，动力头采用2×22kW无极变速控制双电机同步驱动、3级齿轮减速的结构形式，结构紧凑、传动链短、传动副少，保证钻机性能参数有较宽适应范围，满足钻进工艺要求。

钻孔动力头连接钻具和钻头，依靠其自重施加轴向压力，使钻头吃入岩土。使用升降机构来升降动力头。

2.2 排渣装置

使用正循环法排渣时，通过泥浆泵将冲洗液经钻杆中心孔泵到孔底，冲洗钻头、携带钻屑沿钻杆与孔壁间的环空间隙返回地面泥浆池，泥浆上返速度低，排渣能力差，但不易造成蹋孔。使用反循环法排渣时，泥浆池里的液体依靠重力经钻杆与孔壁间的环空间隙自流到孔底，渣浆借助泵吸、气举等方式经由钻杆孔排出孔外，排渣能力强，适合大孔径钻孔，但易造成塌孔。

为了适应各种施工现场地质条件的需要，钻吊一体机选用正/反循环兼顾的方案，配备22kW潜污泵为正循环泵，37kW双叶轮渣浆泵为反循环泵，通过液压管道阀门可随时进行正/反循环切换[2]。

图1 履带式钻吊一体机简图

2.3 吊装装置

吊装装置用于施工工地吊装钢筋笼、工器具等，采用安装在回转台的伸缩吊臂。回转台由转台架和回转支撑组成，回转支撑是大尺寸外齿轴承，伸缩吊臂组件与内圈相连，直径1.2m外圈与底架相连，经25MPa压力BM3-400型液压马达驱动，实现360°旋转。

伸缩吊臂由4节4m组成，高强700mm锰板主臂截面300mm×480mm，满足俯仰角 20°～ 90°、幅度 4～11m 下吊装0.5～5t物质的要求。

吊装使用液压动力，设3个内壁油缸保证吊臂伸缩，单台油缸行程3.2m，缸径100mm，50kN（5t）推力。设2个变幅油缸保证吊臂俯仰，行程1.3m，缸径125mm，80kN（8t）推力。液压马达驱动主臂卷扬机实现重物上下移动。

为了实现钻吊一体化，钻孔装置动力头安装在吊装装置伸缩臂主臂上，主臂使用焊接形式以保证强度，即作为钻孔时的支架提供反作用力，又是动力头上下滑动导轨的支撑。主臂顶部安设3道滑轮组电动绞车来升降总质量接近3t的动力头，以保证其可靠性。

2.4 支腿装置、履带底盘和行走装置

钻孔、排渣置、吊装等装置安装在车架上，为保证钻孔时的垂直度，保证钻孔、排渣、吊装工作稳定性，防止倾覆，使用4个H型液压支腿，其中，靠近动力头侧的2个支腿可沿旋转铰接机构转到车身侧方。H型支腿调平快速便捷，对地面适应能力强，各支腿受液压驱动并设液压锁，保证撑起车身至水平位置，与履带分担受力。

使用承载12t质量的钢制履带底盘，由2台压力16MPa、流量46L/min的液压马达同步驱动，保证吊钻一体机在松软地面上行走，最高速度5km/h。

2.5 动力

液压系统由30kW电机驱动三联油泵提供动力，工作压力16MPa，保证吊装装置、支腿、履带行走装置工作。

配备150kW发电机组，除自身需要外，可给现场电焊机、水泵、照明器具等供电，满足野外施工需求[3]。

3 应用效果和结论

以该结构方案试制了新型履带式钻吊一体机，完善了用其进行灌注桩基础施工的工法。工程试点应用表明，它能降低修建临时道路的时间和费用，减少塔基施工点间转场时间；从就位到准备好工作的时间降低到0.5h，钻孔效率高，钻孔速度可调，正/反循环排渣可随时切换，适应性强；具有吊装钢筋笼、水泵、混凝土导管等设备的功能，提高了吊装效率和安全性，降低对其他专用吊具的需求。因此，可降低灌注桩基础施工成本，提高安全性，经济效益显著，值得在输电线路、桥梁建设等领域推广。