拔桩时夹桩机构的静力分析

周 旭，陈育荣，孙传琼

（湖北汽车工业学院 机械工程系，湖北 十堰442002）

液压静力压桩机是利用高压油产生的强大静压力，平稳、安静地将预制桩快速压入地基的一种新型桩工机械；以往文献对液压静力压桩机夹桩机构的使用、设计和改进讨论较多［1，6］。 在压桩过程中，由于地基土质多变、地面受力不均或压桩机未能完全调平等原因，预制桩的垂直度没有满足设计要求，此时就要进行拔桩；有必要进行拔桩时夹桩机构和预制桩的静态受力分析和研究。

1 拔桩时夹桩机构的静力学研究

图1为多点均压式夹桩机构的结构［7］，图1a表示有2套相同的夹桩机构沿静压预制桩的轴线分上下两层对称布置，图1b表示这种夹桩机构的夹桩液压缸和多瓣钳口绕预制桩周围的分布情况。

图1 多点均压式夹桩机构原理图

图2 夹桩机构受力图

分析图2a可得：

式中，f为锥形楔块与钳口、锥形楔块与夹桩箱体内圆柱面、钳口与中间支承座之间的静摩擦系数；fj为钳口与预制桩之间的静摩擦系数。

解式（1）～（8）可得：

分析图2b同理可得：

一般情况下，为了设计和制造方便，降低成本，便于使用和维修，上、下夹桩机构结构相同。上、下夹桩油缸的夹桩力相同。

为了研究式（9）、式（10）中的参数对夹桩结构单个上、下钳口与预制桩之间的法向作用力的影响，各参数预设值见表1。

表1 参数的预设值

当各参数如表1的预设值时，利用式（9）；α为变量，取值13°～15°；拔桩时上钳口与预制桩之间的法向作用力随锥形楔块升角α的变化如图3a所示。

当各参数如表1的预设值时，利用式（9）；f为变量，取值0.1～0.15；拔桩时上钳口与预制桩之间的法向作用力随静摩擦系数f的变化如图3b所示。

当各参数如表1的预设值时，利用式（10）；α为变量，取值13°～15°；拔桩时下钳口与预制桩之间的法向作用力随锥形楔块升角α的变化如图3c所示。

当各参数如表1的预设值时，利用式（10）；f为变量，取值0.1～0.15；拔桩时上钳口与预制桩之间的法向作用力随静摩擦系数f的变化如图3d所示。

图3 、与α、f的变化关系曲线

由图3可知，拔桩时上钳口与预制桩之间的法向作用力小于下钳口与预制桩之间的法向作用力。

由图3a、图3c可知，拔桩时钳口与预制桩之间的法向作用力随锥形楔块升角的增大而减小。

由图3b、图3d可知，拔桩时钳口与预制桩之间的法向作用力随静摩擦系数的增大而减小。

由式（9）、式（10）可知，拔桩时钳口与预制桩之间的法向作用力随夹桩力的增大而增大。

2 结 论

拔桩时上钳口与预制桩之间的法向作用力小于下钳口与预制桩之间的法向作用力。

为了增大液压静力压桩机夹桩机构拔桩时钳口与预制桩之间的法向作用力，可采取如下措施：1）增加夹桩力；2）减小锥形楔块升角；3）减小夹桩机构内部钢与钢的的静摩擦系数。

［1］ 邓洪超，林 琳，王实武.静力压桩机夹桩机构改进设计［J］.建筑机械化，2008(2)： 41－45.

［2］ 贺淑云.ZYB液压静力压桩机夹桩钳口研究 ［D］.长沙：中南大学，2002.

［3］ 朱桂华.液压静力沉桩机夹桩机构研究设计 ［J］.建筑机械，2003（2）：37－38.

［4］ 王实武.静压桩机特性分析与改进研究 ［D］.吉林：吉林大学，2007.

［5］ 邓洪超，林 琳，王实武.静力压桩机夹桩机构改进设计［J］.建筑机械化，2008，29（2）：51－53

［6］ 姜 渭.抱压式液压静力沉桩机夹桩机构的改进设［J］.红河水，2005，24（4）：24－27.

［7］朱建新，何清华，林宏武，等.液压静力压桩机多点均压式夹桩机构的设计与研究［J］.建筑机械，2006（5）：66－69.