我国是一个多河流、多湖泊的国家，丰富的水资源不仅为我国经济发展和人民生活做出了重大的贡献，也是维持我国正常生态环境的重要基石。然而近年来，各种极端天气导致洪涝灾害日益频发，直接影响了我国正常的经济生产及居民的日常生活，给国民经济和人民生命带来严重的损失。为了最大程度地降低洪涝灾害带来的损失，必须结合现代化抗洪技术、对现有技术设备进行改进。　　 防汛抢险螺旋桩机系统是近年研发的一种防汛抢险设备，该桩机系统主要包括普通金属螺旋桩及提供动力扭矩的电力驱动设备。本文主要是在传统的桩机系统基础上，对其进行改进设计，即围绕“便携性好，结构简单，适用性强”展开了一系列的研究设计工作。　　 本文对螺旋桩机系统的研究主要包括以下内容：　　 (1)通过分析沉桩机理，结合土体内球形空穴扩张理论，建立螺旋桩桩-土作用力学模型，并推导出螺旋桩体结构参数与土壤之间阻力矩的计算公式，为利用MATLAB软件对螺旋桩结构优化提供基础。　　 (2)MATLAB中编写程序对螺旋桩的结构参数进行设计。以沉桩阻力矩最小为目标函数，对螺旋桩桩体结构参数包括螺距、直径及叶片宽度为设计变量，确定约束条件后调用fmincon优化函数对螺旋桩结构参数进行优化。优化结果表明当B=25mm，d2=100mm，λ=50mm螺旋桩桩头所受阻力矩取最小值为158.59N·m。　　 (3)基于有限元ANSYS软件，对螺旋桩厚度进行优化，以减轻桩机系统的重量提高设备的便携性。在ANSYS中利用APDL语言及参数化建模的方法建立螺旋桩体实体及有限元模型，经加载求解后导入优化模块对螺旋桩体及叶片厚度进行设计.优化求解桩体最佳厚度。经ANSYS优化计算可知，当螺旋桩体厚度D取0.0053219(m)，此时有最小重量为11.668(kg)。MATLAB及有限元ANSYS优化结果，为桩体的最佳设计提供了理论参考。　　 (4)基于便携性好，结构简单的设计思路，本文对利用电力输入设备的传统桩机系统进行改进，研制了一款新型防汛抢险液压式旋转机系统，即本设计中动力输入部分采用汽油机液压泵站带动液压马达提供动力以实现沉拔桩作业。在液压式桩机系统设计中，根据系统的设计参数要求确定了液压元件的选型，如液压马达，液压泵，控制阀等，并通过对液压系统进行压力损失、局部冲击及散热升温的分析，验算了螺旋桩机液压系统的设计的合理性。此外，还对螺旋桩机系统的机架进行设计，并对其产品进行生产加工，结果表明设计的机架满足系统的实际要求。改进后的新型液压式沉桩机样机，重量只有37(kg)，而原来的电动式沉桩机65(kg)，即采用新型液压式沉桩机可以有效提高便携性。　　 (5)通过实际沉桩作业，验证防汛抢险液压式旋转机系统可行性及螺旋桩体结构优化结果的合理性，结果表明桩体优化设计结果合理、防汛抢险液压式旋转机系统满足沉桩操作要求。