本實(shí)用新型涉及一種樁基試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種振動拔樁試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

樁基礎(chǔ)是一種具有悠久的歷史且至今仍充滿活力的基礎(chǔ)形式，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展與新材料的出現(xiàn)，樁基礎(chǔ)由木、竹、石等天然的材料向混凝土和鋼材等材料發(fā)展。鋼材的抗壓和抗拉強(qiáng)度高且抗剪能力強(qiáng)，因此鋼管樁在海洋工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。因此，研究鋼管樁的上拔過程具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。

振動拔樁是隨著振動機(jī)械的發(fā)展而發(fā)展起來的，是一種新型的樁基礎(chǔ)施工方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，在振動荷載的作用下，在一定程度上能夠減小土顆粒間的摩擦，進(jìn)而減小拔樁時的土阻力，提高施工效率，并且在施工過程中能夠方便地調(diào)整振動荷載的頻率和振幅，以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，達(dá)到最佳施工效率。與傳統(tǒng)的錘擊式打樁相比，振動沉樁具有無噪聲和無油污飛濺的環(huán)境污染的特點(diǎn)，施工質(zhì)量好且費(fèi)用低。從這個意義上講，振動沉樁具有明顯的環(huán)保性和高效性，因此也具有較好的發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提出一種振動拔樁試驗(yàn)裝置，使得小直徑鋼管樁在預(yù)設(shè)的周期性振動荷載的作用下拔樁，實(shí)現(xiàn)振動拔樁的過程，進(jìn)而分析上拔力的大小，振幅和頻率的大小對鋼管樁上拔過程的影響，同時評估鋼管樁的抗拔承載力大小。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種振動拔樁試驗(yàn)裝置，在裝置的下方設(shè)置有由底板和垂直于底板的四面?zhèn)劝褰M成的土槽，沿著土槽的四條棱設(shè)置有四條長度相同的縱梁，縱梁的底端與底板相連，在縱梁上方設(shè)置有彼此平行的三條橫梁(第一橫梁、第二橫梁與第三橫梁)與兩條側(cè)梁，第二橫梁與第一橫梁和第三橫梁的距離相等，在第二橫梁下方設(shè)置有豎向加載機(jī)構(gòu)，豎向加載機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有豎向振動機(jī)構(gòu)；

其中豎向加載機(jī)構(gòu)包括移動座、電動缸桿和電動缸，移動座設(shè)置在豎向加載機(jī)構(gòu)的上端，與第二橫梁固接，電動缸設(shè)置在豎向加載機(jī)構(gòu)的下端，電動缸桿設(shè)置在電動缸上，電動缸桿可沿電動缸上下移動(電動缸桿移動時帶動下方豎向振動機(jī)構(gòu)一起移動)；

其中豎向振動機(jī)構(gòu)的底端為一個圓盤形樁連接盤，用于與樁體進(jìn)行連接，在樁連接盤上方設(shè)置有樁連接縱板；

在樁連接縱板一側(cè)的下半部分設(shè)置豎向位移傳感器，在樁連接縱板一側(cè)的上半部分通過縱板連接塊與音圈電機(jī)相連，音圈電機(jī)包括音圈電機(jī)第一部件、音圈電機(jī)第二部件和音圈電機(jī)第三部件，在音圈電機(jī)第三部件的外側(cè)設(shè)置有音圈電機(jī)底板；

在樁連接縱板的另一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌連接塊，在導(dǎo)軌連接塊上設(shè)置有音圈電機(jī)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌連接塊能在音圈電機(jī)導(dǎo)軌上滑動，音圈電機(jī)導(dǎo)軌的外側(cè)設(shè)置有音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板；

在音圈電機(jī)的兩側(cè)設(shè)置有兩塊音圈電機(jī)側(cè)板，音圈電機(jī)底板、音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板和音圈電機(jī)側(cè)板共同組成音圈電機(jī)和其他內(nèi)部組件的外壁；

在音圈電機(jī)底板和音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板的上端平面上設(shè)置有螺紋孔，二者通過與螺紋孔與豎向加載機(jī)構(gòu)的電動缸桿的底端相連。

豎向位移傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀連接，動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與計算機(jī)連接。

所述的音圈電機(jī)是一種直接驅(qū)動直線電機(jī)，能夠提供高速的豎向振動源，帶動樁連接盤做豎向周期性振動，實(shí)現(xiàn)鋼管樁的豎向周期性往復(fù)運(yùn)動，振幅0-2mm，頻率為0-20Hz。

一種振動拔樁試驗(yàn)裝置的使用方法，按下列步驟進(jìn)行：

步驟1：安裝試驗(yàn)用的鋼管樁，將鋼管樁安裝在加載裝置下部，與樁連接盤固定；

步驟2：填砂，將砂土分層填入土槽中，每填完一層用滾筒將土壓實(shí)，如此反復(fù)直到達(dá)到預(yù)定標(biāo)高；

步驟3：開啟音圈電機(jī)并設(shè)置較小的振幅和頻率，開啟電動缸并設(shè)置較小的上拔力，開啟動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)，記錄鋼管樁的上拔位移量。

步驟4：加大振幅和頻率，或加大上拔力，重復(fù)上一步驟，直至鋼管樁達(dá)到上拔破壞；

步驟5：試驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉音圈電機(jī)、電動缸和動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，根據(jù)拔樁力和上拔位移量的關(guān)系，計算單樁抗拔承載力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：適用于小型比尺的鋼管樁抗拔試驗(yàn)，該裝置可以模擬鋼管樁基礎(chǔ)所承受的振動荷載和豎向荷載的組合，測量記錄拔樁時的上拔力大小、振動頻率和振幅，以及鋼管樁的位移，具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。對樁基礎(chǔ)工程的設(shè)計，樁基承載力和抗拔承載力的計算具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、快捷、操作性強(qiáng)，安裝和卸載便捷，可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)適用，易于推廣。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的豎向加載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是豎向振動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是豎向振動機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5本實(shí)用新型使用狀態(tài)的整體示意圖。

圖6實(shí)施例中鋼管樁的位移-上拔力曲線圖。

圖中：1為縱梁，2為側(cè)梁，3-1為第一橫梁，3-2為第二橫梁，3-3為第三橫梁，4為土槽，4-1為底板，4-2為側(cè)板，4-3為棱，5為移動座，6為豎向加載機(jī)構(gòu)，7為豎向振動機(jī)構(gòu)，8為電動缸桿，9為電動缸，10為音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板，11為音圈電機(jī)側(cè)板，12為音圈電機(jī)，12-1為音圈電機(jī)第一部件，12-2為音圈電機(jī)第二部件，12-3為音圈電機(jī)第三部件，13為音圈電機(jī)底板，14為樁連接盤，15為樁連接縱板，16為豎向位移傳感器，17為音圈電機(jī)導(dǎo)軌，18為導(dǎo)軌連接塊，19為縱板連接塊，20為動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，21為計算機(jī)，22為螺紋孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體的實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種振動拔樁試驗(yàn)裝置，在裝置的下方設(shè)置有由底板和垂直于底板的四面?zhèn)劝褰M成的土槽，沿著土槽的四條棱設(shè)置有四條長度相同的縱梁，縱梁的底端與底板相連，在縱梁上方設(shè)置有彼此平行的三條橫梁(第一橫梁、第二橫梁與第三橫梁)與兩條側(cè)梁，第二橫梁與第一橫梁和第三橫梁的距離相等，在第二橫梁下方設(shè)置有豎向加載機(jī)構(gòu)，豎向加載機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有豎向振動機(jī)構(gòu)；

其中豎向加載機(jī)構(gòu)包括移動座、電動缸桿和電動缸，移動座設(shè)置在豎向加載機(jī)構(gòu)的上端，與第二橫梁固接，電動缸設(shè)置在豎向加載機(jī)構(gòu)的下端，電動缸桿設(shè)置在電動缸上，電動缸桿可沿電動缸上下移動(電動缸桿移動時帶動下方豎向振動機(jī)構(gòu)一起移動)；

其中豎向振動機(jī)構(gòu)的底端為一個圓盤形樁連接盤，用于與樁體進(jìn)行連接，在樁連接盤上方設(shè)置有樁連接縱板；

在樁連接縱板一側(cè)的下半部分設(shè)置豎向位移傳感器，在樁連接縱板一側(cè)的上半部分通過縱板連接塊與音圈電機(jī)相連，音圈電機(jī)包括音圈電機(jī)第一部件、音圈電機(jī)第二部件和音圈電機(jī)第三部件，在音圈電機(jī)第三部件的外側(cè)設(shè)置有音圈電機(jī)底板；

在樁連接縱板的另一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌連接塊，在導(dǎo)軌連接塊上設(shè)置有音圈電機(jī)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌連接塊能在音圈電機(jī)導(dǎo)軌上滑動，音圈電機(jī)導(dǎo)軌的外側(cè)設(shè)置有音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板；

在音圈電機(jī)的兩側(cè)設(shè)置有兩塊音圈電機(jī)側(cè)板，音圈電機(jī)底板、音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板和音圈電機(jī)側(cè)板共同組成音圈電機(jī)和其他內(nèi)部組件的外壁；

在音圈電機(jī)底板和音圈電機(jī)導(dǎo)軌底板的上端平面上設(shè)置有螺紋孔，二者通過與螺紋孔與豎向加載機(jī)構(gòu)的電動缸桿的底端相連。

豎向位移傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀連接，動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀與計算機(jī)連接。

所述的音圈電機(jī)是一種直接驅(qū)動直線電機(jī)，能夠提供高速的豎向振動源，帶動樁連接盤做豎向周期性振動，實(shí)現(xiàn)鋼管樁的豎向周期性往復(fù)運(yùn)動，振幅0-2mm，頻率為0-20Hz。

下面以研究砂土中樁長50cm，樁徑30mm，壁厚5mm的鋼管樁的振動上拔過程作為實(shí)施例，按下列步驟進(jìn)行：

步驟1：安裝試驗(yàn)用的鋼管樁，將鋼管樁安裝在加載裝置下部，與樁連接盤固定。

步驟2：填砂，本次試驗(yàn)采用細(xì)砂作為地基土體，將砂土分層填入土槽中，每層砂土高度為15cm，每填完一層用滾筒將土壓實(shí)，如此反復(fù)直到達(dá)到預(yù)定標(biāo)高。

步驟3：開啟音圈電機(jī)并設(shè)置較小的振幅和頻率：A＝2mm，f＝5HZ，開啟電動缸并設(shè)置較小的上拔力：20～40N，開啟動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)，記錄鋼管樁的上拔位移量。

步驟4：加大上拔力至5～10N，直至鋼管樁達(dá)到上拔破壞，記錄鋼管樁的上拔位移。

步驟5：試驗(yàn)結(jié)束后，依次關(guān)閉音圈電機(jī)、電動缸和動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，根據(jù)拔樁力和上拔位移量的關(guān)系，計算單樁抗拔承載力。

在計算機(jī)中讀取鋼管樁在不同振動荷載作用下的上拔位移數(shù)據(jù)，繪制在以位移為橫軸，上拔力為縱軸的坐標(biāo)系內(nèi)，可以得到鋼管樁的位移-上拔力曲線圖，如圖6所示。

以上對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。