Tecnología de la construcción Capítulo 2 ¿Cuál es la diferencia entre la maquinaria de construcción y las diversas formas de construcción de cimientos de pilotes?
1. Clasificación de las máquinas de hincado de pilotes
1.1 Clasificación por tipo de cimentación de pilotes.
1.1.1 Maquinaria de construcción de pilotes prefabricados
Existen cuatro métodos principales para la construcción de pilotes prefabricados: método de hincado, método de vibración, método de inyección de agua y método de prensado. Diferentes máquinas de construcción.
(1) El método de hincado de pilotes utiliza energía de impacto para impactar la cabeza del pilote e hincar el pilote en el suelo. Las máquinas utilizadas son todo tipo de martillos.
(2) El método de penetración por vibración utiliza un vibrador de alta frecuencia para hacer vibrar la cabeza del pilote, de modo que el pilote penetre profundamente en el suelo bajo la acción de su propio peso y la fuerza de impacto del vibrador. La maquinaria utilizada es un martillo vibratorio.
(3) El método de inyección de agua utiliza una bomba de agua a alta presión para impactar el suelo alrededor del pilote a través de una tubería de inyección de agua para reducir la resistencia a la fricción del suelo contra el pilote, y el pilote se hunde en el suelo por su propio peso.
(4) El método de prensado del pilote aplica una fuerte presión estática sobre la cabeza del pilote para presionar el pilote contra el suelo. Este método de construcción genera poco ruido y no daña las cabezas de los pilotes. Pero el martinete utilizado era pesado y difícil de montar y mover.
1.1.2 Maquinaria de construcción de pilotes colados in situ
La clave para la construcción de pilotes perforados es la formación de agujeros. Los métodos de formación de agujeros incluyen el método de compresión del suelo y el método de extracción del suelo. Los diferentes métodos de construcción corresponden a diferentes maquinarias de construcción.
(1) El método de formación de agujeros para exprimir el suelo consiste en introducir la tubería de acero en el suelo y sacarla después de alcanzar la profundidad diseñada para formar un agujero. Este método de construcción suele utilizar un martillo vibratorio.
(2) El método de perforación del suelo se puede dividir en perforación por impacto, perforación por punzonado y perforación rotativa. Las máquinas utilizadas principalmente incluyen: taladro de impacto, taladro circular y taladro en espiral.
1.2 Clasificación por método de clavado
Existen cuatro métodos de clavado: martillo de caída, martillo neumático, martillo diésel y martillo eléctrico. 1.2.1 Caída de peso
Se cuelga un pesado bloque de hierro del cable de la grúa en la parte superior del marco del pilote. Después de elevarlo a cierta altura, se le permite caer libremente y el peso del martillo impacta la cabeza del pilote. Este es un dispositivo antiguo. Debido a su baja eficiencia y alta intensidad de mano de obra, básicamente no se utiliza en la actualidad.
1.2.2 Martillo neumático
Utiliza la energía del vapor o aire comprimido para hacer que el pistón del cilindro se mueva alternativamente e impacte la cabeza del pilote. El primero se llama martillo de vapor y tiene una larga historia de uso; con el desarrollo de la tecnología de preparación de aire comprimido, se adopta el segundo. Ambos tienen la misma estructura y principio de funcionamiento.
1.2.3 Martillo Diésel
Su parte básica es un motor diésel especial de dos tiempos, que se basa en el trabajo realizado por el motor diésel durante la combustión y expansión en el cilindro para levantar el martillo de impacto hasta una cierta altura y luego caiga libremente para impactar la cabeza del pilote. En comparación con los martillos neumáticos, son muy eficientes, fáciles de usar, fáciles de migrar y actualmente se utilizan ampliamente.
1.2.4 Martillo eléctrico
Utiliza un motor para hacer que el vibrador vibre en dirección vertical y luego transfiere la fuerza de excitación a la cabeza del pilote para hacer que se hunda, de modo que También se le llama martillo vibratorio para pilotes. También apto para tirar de pilotes.
1.3 Presione la cabeza del martillo para impactar la energía cinética.
Según la energía cinética del impacto de la cabeza del martillo, existen dos tipos: acción simple y acción doble
1.3.1 Fórmula de acción simple
El impacto La energía cinética de la cabeza del martillo depende únicamente del martillo. El peso muerto de la cabeza cuando cae libremente impacta la cabeza del pilote. Como el martillo de caída, el martillo neumático de acción simple y el martillo diésel pertenecen a este tipo.
1.3.2 Fórmula de doble efecto
La energía cinética de impacto de la cabeza del martillo es la suma de su propio peso y la energía de impacto adicional. Por ejemplo, el martillo de percusión de un martillo neumático de doble efecto se eleva y baja mediante fuerza. Cuando el martillo cae e impacta la cabeza del pilote, su energía cinética de impacto no solo es causada por el peso del martillo, sino también por la fuerza que actúa sobre el martillo. Por lo tanto, tiene mayor energía cinética y mayor eficiencia de producción que el impacto de acción simple.
1.4 Clasificación por técnica.
Según la situación de control, existen tres tipos: control manual, control semiautomático y control automático.
1.3.1 Tipo de control manual
Controlar manualmente la elevación del martillo hidráulico. Por ejemplo, la elevación del peso se controla manualmente mediante un cabrestante. Debido a su alta intensidad de mano de obra y baja eficiencia de producción, básicamente no se utiliza en la actualidad.
1.4.2 Tipo de control semiautomático
La elevación del martillo se controla manualmente, mientras que la caída se controla automáticamente. Los martillos neumáticos de acción simple son operaciones semiautomáticas. El cilindro se eleva porque el gas controlado manualmente ingresa a la cámara superior del cilindro desde el vástago hueco del pistón, empujando el cilindro hacia arriba. Cuando el cilindro cae, el mecanismo operativo corta automáticamente el canal de entrada de aire y el canal de escape en la cámara superior del cilindro se abre, lo que permite que el gas del cilindro se descargue a la atmósfera y luego el cilindro automáticamente. cae para impactar la cabeza del pilote.
1.4.3 Tipo de control automático
Cuando el martillo está funcionando, su movimiento de subida y bajada es controlado automáticamente por su propio mecanismo. Es decir, al arrancar, siempre que se suba y baje la cabeza del martillo, la elevación y descenso de la cabeza del martillo iniciada se puede controlar automáticamente. Por ejemplo, cuando un martillo neumático de doble acción se mueve hacia arriba y hacia abajo, el gas se distribuye automáticamente a través del mecanismo de válvula, eliminando la necesidad de operación manual.
Los diversos martillos de hinca de pilotes mencionados anteriormente se instalan en el marco de hinca de pilotes para apilar. Hay bastidores de pilotes especializados y también los hay modificados añadiendo bastidores de pórtico a los brazos largos de excavadoras y grúas. Este último es fácil de mover y ampliamente utilizado.
2. Maquinaria de construcción de pilotes prefabricados
2.1 Estructura y principio de funcionamiento del martillo de pilotes diésel
Aunque se ha mejorado el martillo neumático, su rendimiento técnico es bueno. Sin embargo, debido a que es muy pesado, se requiere una caldera pesada o un compresor de aire para trabajar, lo cual es muy incómodo de mover. Para moverse rápidamente y empezar a trabajar rápidamente, se suelen utilizar martillos de pilotaje diésel. El principio de funcionamiento del martillo para pilotes diésel es básicamente el mismo que el del motor diésel de dos tiempos. No depende de energía externa para funcionar, sino que utiliza la fuerza explosiva del motor diesel que arde en el cilindro para levantar la cabeza del martillo y luego cae libremente para impactar la cabeza del pilote.
2.2 Estructura y principio de funcionamiento del martillo vibratorio para pilotes
En comparación con el método de hincado de pilotes por impacto, el método de hincado de pilotes por vibración tiene las ventajas de alta eficiencia, equipo simple, bajo costo y tamaño pequeño. Peso ligero, tiene las ventajas de fácil transporte, pequeños daños y pequeño desplazamiento lateral durante el hundimiento del pilote. También se puede utilizar para arrancar montones. Los martillos vibratorios para pilotes se pueden dividir en martillos vibratorios y martillos de impacto vibratorios según sus diferentes principios de funcionamiento.
2.2.1 Martillo vibratorio
La estructura y principio de funcionamiento del martillo vibratorio son básicamente los mismos que los del vibrador. La llave vibratoria se sustituye por un encepador para pilotes. Consta de componentes principales como vibrador, motor, encepador, correa trapezoidal o transmisión por cadena.
Los pernos del motor vibrador simple se fijan directamente en la superficie del extremo superior de la carcasa del vibrador. El motor transmite su potencia a los dos ejes excéntricos del vibrador a través de una correa trapezoidal o una cadena. Los dos ejes excéntricos reaccionan sincrónicamente en el sentido de rotación. De esta manera, el vibrador se mueve direccionalmente a lo largo del eje del pilote, lo que hace que la resistencia a la fricción de la capa superior alrededor del cuerpo del pilote disminuya significativamente y el cuerpo del pilote se hunda por su propio peso. Un martillo vibratorio soportado por un resorte con un resorte helicoidal como dispositivo amortiguador entre su motor y el vibrador. Un martillo vibratorio con un dispositivo amortiguador se denomina martillo vibratorio flexible y un martillo vibratorio sin dispositivo amortiguador se denomina martillo vibratorio rígido. El martillo vibratorio flexible no se daña fácilmente. La frecuencia de vibración se puede ajustar reemplazando la polea motriz. También hay bloques excéntricos ajustables para cumplir con diferentes requisitos para hincar diferentes pilotes en diferentes suelos con diferentes fuerzas de excitación.
2.2.2 Martillo de impacto por vibración
La vibración generada por el martillo de impacto por vibración no se transmite directamente al cuerpo del pilote, sino que actúa sobre el cuerpo del pilote a través de la placa de impacto. Se introduce en el suelo mediante vibración e impacto, por lo que la eficiencia de accionamiento es mayor que la de un martillo vibratorio. Adecuado para apilar y arrancar pilotes en suelos arcillosos y duros.
Consta de una carcasa, un motor, un bloque excéntrico, una placa de impacto y un dispositivo de suspensión. El vibrador y la placa de impacto están atornillados mediante resortes. Cuando los dos motores giran en direcciones opuestas con los bloques excéntricos, la carcasa vibra verticalmente. Le da a la placa de impacto una serie de impactos rápidos, por lo que la fuerza de excitación y la fuerza de impacto se transmiten a los pilotes a través del encepado debajo de la placa de impacto, lo que hace que los pilotes se hundan a una velocidad más rápida. El martillo de impacto vibratorio tiene gran amplitud, gran fuerza de impacto y bajo consumo de energía. La desventaja es que el ruido es fuerte durante el impacto y los impactos frecuentes pueden dañar fácilmente el motor.
3. Maquinaria de construcción de pilotes colados in situ
En el desarrollo de proyectos de cimentación a gran escala se utiliza la perforación y el vertido de hormigón en obra.
La aplicación de la tecnología de construcción en suelo se vuelve más amplia. La maquinaria utilizada para los pilotes perforados es cada vez más sofisticada.
La construcción de vertido de hormigón mediante el método de perforación incluye los pasos de colocar la carcasa (o sarta de tuberías), extraer tierra de la carcasa, vertido de hormigón (refuerzo) y sacar la carcasa, etc. y utiliza mucha maquinaria. A continuación sólo se describirá la máquina perforadora (formadora de agujeros). Generalmente existen tres métodos de perforación: punzonado, impacto y perforación rotativa.
3.1 Punzonado y agarre
El punzonado y agarre se realiza agarrando directamente el manguito utilizando el gancho de punzonado que cuelga de la plataforma de perforación.
Luego, la tierra y la piedra impactadas en la tubería se levantan y se descargan fuera del agujero. Su estructura y principio de funcionamiento son similares a los de una excavadora de cuchara. Esta garra se puede utilizar para agarrar cualquier tipo de suelo y estratos con guijarros. Cuando se usa junto con el descenso de la carcasa, la carcasa se puede excavar en el centro, y la tierra y las rocas en la pared interior de la carcasa continuarán colapsando hacia el centro, por lo que la carcasa se puede presionar hacia abajo suavemente.
Dependiendo de la calidad del suelo, existen dos pinzas de impacto de uso común: las de doble pétalo y las de cuatro pétalos. Los pétalos pueden ser largos o cortos. Por ejemplo, los pétalos largos se pueden usar en suelos blandos y los pétalos cortos se pueden usar en suelos arenosos y con grava.
3.2 Impacto en la formación de poros
La perforación por percusión consiste en colgar un cono de perforación en el brazo de la grúa y utilizar la energía cinética de impacto del cono de perforación para alternar hacia arriba y hacia abajo para rompe la tierra y la piedra en el hoyo. La bomba de lodo luego llena el hoyo con lodo y hace flotar la escoria triturada. Luego use una pala para escoria para sacar el lodo del pozo y descargarlo.
La perforación por impacto es adecuada para diversos suelos como suelo arcilloso, suelo arenoso, grava, etc. Es un método eficaz para superar formaciones de roca dura y diversas formaciones rocosas entrelazadas. Por lo tanto, ha sido ampliamente utilizado en la construcción de infraestructura de puentes de carreteras. Su desventaja es que el cono del punzón se desgasta rápidamente. Esto aumenta la carga de trabajo de mantenimiento y reparaciones de soldadura. Los conos para estampar vienen en varias formas, pero sus bordes para estampación tienen en su mayoría forma de cruz.
3.3 Perforación rotativa
Utilice la perforación rotativa para hacer girar la tubería de perforación y la broca y, al mismo tiempo, aplique presión hacia abajo para mezclar el suelo y el lodo cortado durante la perforación. rotación y descarga desde el agujero exterior. Por lo tanto, el carro inferior de la plataforma de perforación debe estar equipado con un mecanismo de giro para impulsar la tubería de perforación. La broca es la herramienta principal de perforación y se instala en el extremo inferior de la tubería de perforación. Las brocas tienen diferentes formas según la calidad del suelo y el método de construcción de perforación, y sus bordes cortantes también vienen en muchas formas diferentes, lo que facilita una selección razonable al perforar.
En las operaciones de perforación rotativa, la lechada del pozo debe descargarse continuamente fuera del pozo. Según las diferentes direcciones de circulación del lodo durante la perforación, se puede dividir en dos métodos: circulación directa y circulación inversa.
3.3.1 Construcción con circulación positiva
La dirección del flujo de lodo forma una circulación positiva a lo largo de la dirección de perforación.
Es decir, se envía agua limpia desde la manguera hasta el fondo del orificio a lo largo del tubo de perforación y el orificio central de la broca. La lechada lavada se desborda a lo largo de la pared del orificio hasta el orificio y luego fluye hacia el tanque de sedimentación. La bomba de agua succiona el agua limpia precipitada y la envía al orificio central de la tubería de perforación y la broca. De esta manera, el lodo forma una circulación positiva repetida a lo largo de la dirección de perforación.
3.3.2 Construcción con circulación inversa
La dirección del flujo de lodo es opuesta a la dirección de perforación, es decir, el agua fluye desde la piscina de lodo a través del conducto hacia la perforación fuera de la tubería de perforación. , y la lechada lavada es La bomba de lodo succiona el lodo del orificio central de la tubería de perforación y lo descarga en el tanque de sedimentación a través de la manguera. El agua sedimentada fluye hacia un tanque de lodo para su uso posterior. De esta manera, el lodo forma repetidas circulaciones inversas en la dirección de perforación opuesta.
Los conjuntos completos de equipos utilizados en los dos métodos de construcción cíclicos anteriores son básicamente los mismos excepto por las diferentes formas de bombas (bombas de agua limpia y bombas de lodo). Todos trabajan sobre arcilla, suelo blando, arcilla dura, limo, arena gruesa e incluso grava y guijarros. Sin embargo, cuando el tamaño de las partículas del guijarro excede el diámetro del orificio de la tubería de perforación y el contenido es alto, es difícil revertir la circulación debido a razones de la tubería.