4.2　柴油桩锤［1］

4.2.1　柴油桩锤工作原理

柴油桩锤利用冲击部分自由下落的冲击能和柴油燃烧爆炸的能量使桩下沉。它实质上是一个单缸两冲程柴油发动机。柴油桩锤的工作原理如图4.2.1所示。

图4.2.1　筒式柴油桩锤的结构图

（1）进气。上活塞提升，气缸进气，燃油泵吸油。

（2）压缩和喷油。上活塞脱钩下落，推动压油杠杆，将燃油喷入气缸，同时上活塞封闭排气口，气缸内的空气被压缩。

（3）雾化、燃烧。上活塞继续下降，燃油雾化与压缩空气混合，达到自燃温度燃烧产生高温高压，燃烧气体推动上活塞上升，同时作用在下活塞的力向下推动桩帽，作用在桩柱向下推进，使桩柱推入地下。

（4）排气和吸进气。当上活塞运动打开吸排气口时，燃烧气体排出气缸，上活塞继续上升，气缸容积增大，新鲜空气就进入气缸，当上活塞达到顶点后落下，气缸内混合气（空气和废气的混合）部分排出造成扫气，到关闭吸排气口时压缩气体。

4.2.2　柴油桩锤的特点

柴油桩锤构造简单，使用方便，所需燃料装在其气缸外面的一个油箱里。因此，柴油桩锤成为桩基施工中广泛采用的打桩设备之一。柴油锤的另一个特点是：地层愈硬，桩锤跳的愈高，这样就自动调节了冲击力。地层软时，由于贯入度（每打击一次桩的下沉量，一般用毫米表示）过大，燃油不能爆发或爆发无力，桩锤反跳不起来，而使工作循环中断。这时只好重新启动，甚至要将桩打入一定深度后，才能正常工作。所以，在软土地基中打桩使用柴油锤时，开始一段效率较低。若在打桩作业过程中发现桩的每次下沉量很小，而柴油锤无故障时，说明此种型号桩锤规格太小，应换大型号桩锤。过小规格的桩锤作业效率低，而用过大的油门试图增大落距和增大锤击力的做法，效率提高不大，而往往将桩头打坏。一般要求是重锤轻击，即锤应偏重，落距宜小，而不是轻锤重击。另外，柴油桩锤打斜桩效果较差。若打斜桩时，桩的斜度不宜大于30°。

4.2.3　柴油桩锤的技术改进

柴油桩锤在基础施工中得到了广泛的应用，如图4.2.2所示。随着社会经济的发展，人们对环境质量提出了更高的要求。为此，许多生产厂家不断地对柴油桩锤的结构及性能进行改进。主要有以下几点：

（1）隔音。柴油桩锤冲击和爆发会产生很大的噪声。一些厂家采用在桩锤的外部增加隔音罩的办法，效果很显著。但对进排气性能有一定的影响，使桩锤本身性能有所下降。德国德尔马克公司采用在下气缸散热片上加装隔音罩的方法，结构简单、拆装方便，也有良好的效果。

图4.2.2　现场作业的柴油锤

（2）高压雾化。一般的柴油桩锤采用冲击雾化（目前已经很少），这种方式雾化效果不够理想，经常产生黑烟，烟雾中常常带有未燃烧的燃料雾滴。不仅污染了环境，而且增加了油耗，桩锤的打击性能也受影响。一些厂家改为高压气体驱动燃料泵，由喷嘴雾化。从而改善了柴油桩锤在软土中打桩时的启动性能，且大大提高了生产效率。

（3）改进燃烧室形状。有的生产厂家改进了燃烧室的形状来提高燃料雾化的效果，通过改进上、下活塞冲击面的形状，使喷射到下活塞上的燃料分布均匀，这样雾化程度较高，燃料比较完全，提高了柴油桩锤的性能。同时对进排气口的形状也进行了改进，使进排气口吸入气流较强，排气也较彻底，提高了燃烧效率。

（4）提高冲击频率。一般的柴油桩锤的冲击频率取决于上活塞的弹跳高度，弹跳越低，频率越高，但冲击的能量就越小。一些厂家研制了双作用柴油桩锤，将上活塞向上运动的一部分能量贮存起来，等上活塞向下运动时再释放出来使上活塞加速下行，从而使冲击频率大大提升，提高打桩效率。

（5）提高可靠性。目前很多厂家对冲击部件进行优化，选用耐冲击的球墨铸铁制造冲击部件，从而提高了柴油桩锤的可靠性。

（6）发展大型柴油桩锤。近年由于海洋桩基工程的增多，海上施工的桩型都比较大，海上施工也没有噪声的严格限制。柴油桩锤施工比较简单方便，因而柴油桩锤在海上应用比较广泛，且趋向大型化。一些厂家为适应这一需求，开发了上活塞质量达18000kg的大型柴油桩锤。