離心試驗中三維可移動的擠密砂樁成樁系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離心試驗中三維可移動的擠密砂樁成樁系統(tǒng)。由打樁所需的套筒和活塞、滑輪組件以及手搖式打樁重錘組成。套筒是空心圓柱體，活塞為圓柱形桿，位于套筒兩側的四個滑輪保證了夾在中間的套筒的垂直度?；劭赏ㄟ^兩端的螺栓與試驗所用模型箱相連，固定在模型箱的上方。手搖式打樁重錘由上部手搖結構和下部導軌組成。上部手搖結構可通過搖動其把手使重錘做上下往復運動而向下?lián)舸蚧钊敳?，使活塞對砂進行擠密，同時轉動其頂部的輪子使重錘及其連動結構上下運動從而調整位置。下部導軌包含兩組在水平面上相互垂直的導軌，上部手搖結構可沿兩個導軌的方向自由滑動。本發(fā)明可在離心模型試驗中較為真實的模擬擠密砂樁的成樁過程，在方便、高效的同時也保證了砂樁的垂直度、連續(xù)性、密實度等，可以很好的為相關科研工作服務。
【專利說明】離心試驗中三維可移動的擠密砂粧成粧系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海上擠密砂樁(SCP)復合地基研究領域，具體涉及一種可應用在離心模型試驗中的三維可移動的擠密砂樁成樁系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著全球經濟與集裝箱運輸業(yè)的高速發(fā)展，海港碼頭向離岸、開敞、深水海域發(fā)展已經成為必然的發(fā)展趨勢。伴隨著外海筑港，例如人工島等工程的建設也逐漸向較深水域推進，地基加固已成為外海筑港等交通建設中必不可少的施工技術。為處理水下的軟弱地基，必須大量使用各類地基處理技術。由于擠密砂樁(SCP)復合地基與傳統(tǒng)地基處理方法相比對地基的加固效果更明顯，效率更高，可以較快速的提高地基承載力，從而在施工過程中可以快速推進施工進程，縮短工期，能更有效的為軟弱地基上建造重力式結構創(chuàng)造有利條件。目前該項技術已經在國內多項深水港項目中得到關注，如三亞榆林深水防波堤項目、上海洋山深水港項目以及港珠澳大橋項目等。隨著我國港口建設的發(fā)展，可以預見，水下擠密砂樁技術因為其非常明顯的技術優(yōu)勢和經濟優(yōu)勢還將以其獨特的優(yōu)勢獲得更廣泛的應用。然而目前國內工程界對擠密砂樁復合地基的設計計算理論、施工工藝與參數(shù)、施工質量控制及檢測方法等諸多環(huán)節(jié)認識和掌握的不夠透徹，擠密砂樁復合地基的應用受到了極大的制約。盡管國內外許多學者都對其進行了研究，但在應用時仍主要是半理論半經驗的方式。為了加快外海深水筑港技術進步，開發(fā)外海工程地基加固施工新技術，開展擠密砂樁技術復合地基的研究具有十分重要的意義。離心模型試驗作為一種先進的物理模擬手段，能夠真實再現(xiàn)現(xiàn)場的土體應力水平，非常適用于探索復合地基機理研究。為了能夠順利實現(xiàn)通過離心模型試驗對擠密砂樁(SCP)復合地基的研究，有必要開發(fā)一套模擬實際工程中擠密砂樁的成樁過程并能應用于離心模型試驗中且方便可行的擠密砂樁成樁系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種應用在離心模型試驗中的三維可移動的擠密砂樁成粧系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明提出的離心試驗中三維可移動擠密砂樁成樁系統(tǒng)，由打樁所需的套筒和活塞、一組滑輪組件和手搖式打樁重錘組成:其中:
套筒為空心圓柱體結構,長度比目標砂樁長10(Tl50mm，外徑比目標砂樁的直徑略?。换钊麨閳A柱形結構，其最下端的IOmm處直徑擴大到比套筒的內徑略小，用來向下?lián)舸蛏?，最上端?mm處直徑擴大到30mm，用來接受打樁重錘向下的擊打力；活塞插入套筒內；所述滑輪組件包括滑輪和滑槽，滑輪為4個，左右各兩個，分別位于套筒兩側，每側的兩個滑輪和滑輪的附屬結構固定連接，構成一整體，可沿滑槽來回滑動，并可在滑槽的任意位置固定，且能保證固定后兩個滑輪的中心連線在豎直方向；每側的兩個滑輪都是豎直方向，以使夾在中間的套筒也是豎直方向，且可沿豎直方向自由運動；滑槽通過位于其兩端的螺栓孔與試驗所用模型箱通過螺栓相連，固定于試驗所用模型箱上方； 手搖式打樁重錘由上部手搖結構和下部導軌通過螺栓連接而成，上部手搖結構上設有把手和調整重錘高度的輪子，打樁重錘固定于上部手搖結構上，打樁重錘的底部位于活塞上方；下部導軌安裝在試驗所用模型箱一側，它包含兩組相互垂直的導軌，上部手搖結構可以沿兩個相互垂直的導軌方便滑動，從而保證上部手搖結構在水平面上兩個相互垂直方向可自由運動。
[0005]本發(fā)明的工作過程如下:先確定要打的目標樁的位置，然后通過滑槽兩端的螺栓把滑槽固定在試驗所用模型箱上，使樁的中心在滑槽的中心線上，并把滑輪及滑輪的附屬結構移動到樁位的兩側并固定。把手搖式打樁重錘的下部導軌安裝在試驗所用模型箱的指定一側，并把上部手搖結構與導軌連接好。把套筒沿滑輪之間慢慢向下插入到試驗所用模型箱里的土中，到指定位置停止，取:T5ml的砂用專用漏斗倒入套筒內，把活塞向下插入套筒內直到其下端碰到砂。移動手搖式打樁重錘,使打樁重錘中心點與套筒中心點的連線在豎直方向，調整重錘的高度，使其比活塞的頂部略高。搖動手搖式打樁重錘上的把手，使重錘上下往復運動擊打活塞的頂部并在此過程中用手向上緩慢提套筒，這樣前面倒入套筒內的砂被活塞擊打下去并擠密。接著把重錘從樁位移開，拔出活塞，再取3飛ml砂用專用漏斗倒入套筒內，把活塞插入直到其下端碰到砂。把重錘重新移動到樁位使重錘中心點與套筒中心點的連線垂直于水平面，重新調整重錘的高度，使其略高與活塞的頂部。搖動手搖式打樁重錘上的把手，使重錘上下往復運動擊打活塞頂部并在此過程中用手向上緩慢提套筒。重復這個過程若干次，直到套筒完全拔出土的表面且砂樁形成。這根樁至此完成。確定下一根目標樁的位置，并按上述程序完成其成樁過程。
[0006]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明可提供應用在離心模型試驗中的三維可移動的擠密砂樁成樁系統(tǒng)。這種系統(tǒng):
(I)可較為真實的模擬實際工程中的成樁過程；(2)可保證砂樁的成樁質量，包括樁的垂直度、連續(xù)性、密實度等，擠密效果和成樁直徑可達到預期要求；(3)可在三個方向移動，保證能夠在模型箱的任何一個位置打樁，且操作簡單方便，打樁速度快、效率高；(4)各設備加工、生產方便，且便于拆卸，可以廣泛投入到相關的科研之中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為:打樁所需的套筒結構圖示。
[0008]圖2為:打樁所需的活塞結構圖示。
[0009]圖:T圖5為:一組位于套筒左右兩側保證砂樁垂直的滑輪以及可供滑輪在模型箱上方移動的滑槽。圖3為正視圖，圖4為俯視圖，圖5為側視圖。
[0010]圖圖8為:手搖式打樁重錘中的下部導軌。圖6為正視圖，圖7為俯視圖，圖8為側視圖。
[0011]圖擴圖12為:手搖式打樁重錘中的上部手搖結構。圖9和圖10分別為正反兩個方向的正視圖，圖11為俯視圖，圖12為側視圖。
[0012]圖13?圖14為:組裝好的手搖式打樁重錘。圖13為正視圖。圖14為側視圖。
[0013]圖15為:本發(fā)明的結構圖示。
[0014]圖中標號:1為套筒，2為活塞，3為滑輪的附屬結構，4為固定滑輪及其附屬結構的螺栓，5為將滑槽固定在模型箱上的螺栓孔，6為滑輪，7為連接上部手搖結構和下部導軌的螺栓孔，8為打樁重錘，9為調整重錘高度的輪子，10為上部手搖結構的把手，11為試驗所用模型箱，12為滑槽，13為下部導軌，14為上部手搖結構。
【具體實施方式】
[0015]下面通過實施例結合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0016]實施例1:
所述裝置由打樁所需的套筒I和活塞2、一組位于套筒左右兩側保證砂樁垂直的滑輪6以及可供滑輪在模型箱上方移動的滑槽12、手搖式打樁重錘組成。
[0017]套筒I是一個鋁制空心圓柱體，壁厚2_，長度和外徑需根據(jù)目標砂樁的長度和直徑來確定，長度比目標砂樁長10(Tl50mm，外徑比目標砂樁的直徑略小。活塞2為一個直徑8mm的圓柱形鐵制長桿，桿最下端的IOmm其直徑擴大到比套筒的內徑略小，用來向下?lián)舸蛏?，最上端?mm其直徑擴大到30mm,用來接受打樁重錘向下的擊打力。
[0018]位于套筒I兩側保證砂樁垂直的滑輪組件包括四個滑輪4，左右各兩個，每側的兩個滑輪6及其滑輪的附屬結構3是一個整體，可沿滑槽12滑動，并可以在滑槽12的任意位置固定且能保證固定后兩個滑輪6的中心連線在豎直方向。這樣，每側的兩個滑輪都是豎直方向，因此保證了夾在中間的套筒也是豎直方向且可沿豎直方向自由運動?；?2可通過兩端的螺栓與離心模型試驗所用模型箱11相連，固定在試驗所用模型箱11的上方?；?、滑槽12的整體保證了可在試驗所用模型箱11的任何位置在土中垂直插入套筒以及成樁過程中套筒I垂直向上拔出。
[0019]手搖式打樁重錘由上部手搖結構14和下部導軌13組成。上部手搖結構14可通過用手搖動把手來使重錘做上下往復運動，從而達到用打樁重錘來向下?lián)舸蚧钊喜?，使活?對砂進行擠密的效果，同時在該結構的頂部，有一個可以用手轉動的輪子9，轉動該輪子9可以使打樁重錘8及其連動結構上下運動，從而調整打樁重錘8在豎直方向的位置。下部導軌13可以用螺栓安裝在離心模型試驗所用模型箱11的一側，它包含兩組相互垂直的導軌，可以保證當上部手搖結構安裝在該導軌上時，上部手搖結構14可以沿導軌方便滑動，從而達到上部手搖結構在水平面上兩個相互垂直方向自由運動的效果。上部手搖結構和下部導軌通過四個螺栓連接。上部手搖結構14和下部導軌13 —起保證了該套系統(tǒng)的三維可移動性。
[0020]本發(fā)明的使用方法如下:
1、在模型箱11的土表面確定樁位，并用點標記。
[0021]2、將圖4所示的一組位于套筒左右兩側保證砂樁垂直的滑輪以及可供滑輪在模型箱上方移動的滑槽通過滑槽兩端的各兩個螺栓孔5固定在試驗所用模型箱11上，使第一個要打的樁位點在滑槽的中心線上。并將圖8所示的導軌通過四個螺栓孔安裝在模型箱11的指定一側，將圖9所示的上部手搖結構通過四個螺栓孔7安裝在導軌上。
[0022]3、將滑輪及其附屬結構3在圖4所示的滑槽中滑動來調整位置，使套筒I可以正好夾在四個滑輪6之間且套筒I豎直方向的中心線與第一個要打的樁位點在一條直線上。調整好之后把螺栓4擰緊，這樣滑輪6就固定在該位置了。
[0023]4、從套筒I的最底端向上量取與目標樁長度相同的一段，用點標記。將套筒I由兩組滑輪6之間豎直向下插入土中，插入之前套筒I的最底端用專用紙把口封住，這樣可避免土通過套筒I底端的口進入套筒I中。當套筒I上的標記點到達土表面時停止。
[0024]5、取3~5ml的砂，并用專用漏斗緩慢倒入套筒I內，把活塞2向下插入套筒I內直到其下端碰到砂。
[0025]6、把圖9所示的上部手搖結構在圖8所示的導軌上滑動，使上部手搖結構上的打樁重錘8移動到活塞2上方且打樁重錘8中心點與套筒I中心點的連線垂直于水平面，并通過圖9所示的上部手搖結構上的輪子9調整重錘8的高度，使其略高與活塞2的頂部。
[0026]7、搖動圖9所示的上部手搖結構上的把手10，使打樁重錘8上下往復運動擊打活塞2頂部并在此過程中用手向上緩慢提套筒I。當活塞2有明顯的向下位移時停止。
[0027]8、把圖9所示的上部手搖結構在圖8所示的導軌上滑動，使打樁重錘8離開活塞2的上方。從套筒I內拔出活塞2，取:T5ml的砂，用專用漏斗緩慢倒入套筒I內，把活塞2重新插入套筒I內直到其下端碰到砂。
[0028]9、把圖9所示的上部手搖結構在圖8所示的導軌上滑動，使手搖結構上的打樁重錘8重新回到活塞2上方且打樁重錘8中心點與套筒I中心點的連線垂直于水平面，并調整打樁重錘8的高度，使其略高與活塞2的頂部。
[0029]10、搖動圖9所示的上部手搖結構上的把手10，使打樁重錘8上下往復運動擊打活塞2頂部并在此過程中用手向上緩慢提套筒I。當活塞2有明顯的向下位移時停止。
[0030]11、重復步驟8~10若干次，直到套筒I底端完全拔出土的表面。此時砂樁形成。把圖9所示的上部手搖結構在圖8所示的導軌上滑動，使重錘8離開活塞2的上方。把套筒I和活塞2 —起經過滑輪6向上拔出。至此，第一根樁的成樁過程全部完成。
[0031]12、將滑輪及滑輪的附屬結構3在圖4所示的滑槽中滑動來調整位置，調整到下一個要打的樁位點。使套筒I可以正好夾在四個滑輪6之間且套筒I豎直方向的中心線與下一個要打的樁位點在一條直線上。調整好之后把滑輪6固定。重復步驟4-11，第二根樁形成。依此類推，可完成以后每一根樁的成樁過程。
[0032]以上實施例是對此類系統(tǒng)的一般性描述，也是為了便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對本系統(tǒng)做出各種修改或調整。因此，本發(fā)明不限于這里所介紹的系統(tǒng)，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的修改都應在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種離心試驗中三維可移動擠密砂樁成樁系統(tǒng)，由打樁所需的套筒和活塞、一組滑輪組件和手搖式打樁重錘組成:其特征在于: 套筒為空心圓柱體結構，長度比目標砂樁長10(Tl50mm，外徑比目標砂樁的直徑略??；活塞為圓柱形結構，其最下端的IOmm處直徑擴大到比套筒的內徑略小，用來向下?lián)舸蛏?，最上端?mm其直徑擴大到30mm，用來接受打樁重錘向下的擊打力；活塞插入套筒內；所述滑輪組件包括滑輪和滑槽，滑輪為4個，左右各兩個，分別位于套筒兩側，每側的兩個滑輪和滑輪的附屬結構固定連接，構成一整體，可沿滑槽來回滑動，并可在滑槽的任意位置固定，且能保證固定后兩個滑輪的中心連線在豎直方向；每側的兩個滑輪都是豎直方向，以使夾在中間的套筒也是豎直方向，且可沿豎直方向自由運動；滑槽通過位于其兩端的螺栓孔與試驗所用模型箱通過螺栓相連，固定于試驗所用模型箱上方； 手搖式打樁重錘由上部手搖結構和下部導軌通過螺栓連接而成，上部手搖結構上設有把手和調整重錘高度的輪子，打樁重錘固定于上部手搖結構上，打樁重錘的底部位于活塞上方；下部導軌安裝在試驗所用模型箱一側，它包含兩組相互垂直的導軌，上部手搖結構可以沿兩個相互垂直的導軌方便滑動，從而保證上部手搖結構在水平面上兩個相互垂直方向可自由運動。
【文檔編號】E02D11/00GK103790161SQ201410060576
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2014年2月24日
【發(fā)明者】馬險峰, 時蓓玲, 張曦, 馬振江, 何藺蕎, 張晨龍, 趙曉琴 申請人:同濟大學, 中交第三航務工程局有限公司