[发明专利]测定碎石桩刚度的辅助试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定碎石桩刚度的辅助试验装置。

背景技术

随着我国基础建设事业的发展，许多工程必须建在高烈度严重液化的不良地基上，为了对不良地基进行改造，必须开展相关的科研工作。在开展碎石桩复合地基抗液化方面的研究工作时，需对碎石桩复合地基中的土体和桩体分别测定其刚度系数。目前，主要采用激振法（我国规范法）测定地基土的刚度；混凝土桩基的刚度，也可通过进一步换算激振法获取的数据，粗略得出。由于碎石桩的特点和混凝土桩基有所不同，所以不能直接采用现有测定方法，通过进一步换算得出碎石桩的刚度。并且，目前尚缺少测定碎石桩刚度的试验装置，我国规范法中的试验装置也不可以直接使用在碎石桩刚度的测定中。

我国规范中，采用激振法测定地基的刚度，这也是目前主要使用的方法，测定装置如图1所示。图1中，在混凝土块体4上安置激振器1、拾振器2、电动机3等装置，然后将混凝土块体4放置在地基上，通过拾振器来采集数据，然后计算刚度。假如使用我国规范中的方法测定碎石桩的刚度，就需要把图1中的装置放置在碎石桩5上，多数情况下碎石桩5的桩径都小于1m，如果块体体积太小，则不够容纳块体上部的试验装置（激振器等）并且激振质量也不满足激振法要求；如果块体体积太大，块体不能够完全放置在土体上，测试结果受土体影响较大；即使二者体积相当，方型块体和圆形桩体也不能够很好吻合。所以，图1中的试验装置，虽可以测定碎石桩复合地基中土体的刚度，但是不能够测定碎石桩复合地基中桩体的刚度。

我国规范测定地基土刚度系数的试验装置如图1所示。首先需在拟建场地附近制作一块标号为C30的混凝土块体4基础（简称块体），其参考尺寸为2.0m×1.5m×1.0m。在其四角要预设吊环，在块体中心位置预埋四根螺栓来固定激振器，以保证工作时激振器扰力作用线通过块体重心和地面形心。测试的仪器由激振系统、测振系统和分析系统三部分组成：

a. 激振系统

激振系统由偏心式机械激振器、可控硅调速器和直流马达等组成。激振器采用双轴对转式，通过改变两块儿可调角度的偏心块的质量来改变激振力的大小；可控硅调速器通过调节输出电流的大小来控制马达的转速，从而达到控制激振器扰力频率的目的。通过电动机转动和皮带传动来带动机械式激振器，对测试基础施加激振力。

b. 测振系统

测振系统由拾振器、放大器和记录仪器组成。拾振器用于接收振动信号，分位移型、速度型和加速度型三种。放大器是将拾振器接收到的信号进行放大，并将输出的电压或电流送到记录仪中记录；记录仪器将放大的振动信号记录在专用的记录纸上。常用的由光线示波器、XY记录仪和磁带记录仪。

c. 分析系统

分析系统由数据采集仪、计算机和实时信号分析仪。数据采集仪将振动的模拟信号变成数字信号，送入主机处理。要求最高采样频率40kHz，采样点数16～1024，噪声<80dB。实时信号分析仪通过实时处理来分析模拟输入信号的波形，并同时显示和输出这些处理的结果。

上述所有试验设备准备好后，开始试验。将块体平稳地放入试坑中，预压24h，将固定电动机和激振器的钢板与块体上的螺栓紧密相连，然后分别将激振器和电动机固定在块体和钢板上，用传动带将激振器与电动机连接起来，并调整好带的松紧，将激振器偏心块调到所需档上，一般应控制使基础产生的最大加速度在0.1g～0.5g范围内，连接好激振器的联线，等待试验开始。

目前，尚缺乏专门测定碎石桩刚度的方法，常用的测定刚度的方法（我国规范法），比较适用于地基土刚度的测定，也可以粗略估计桩基的刚度。就我国规范法而言，第一、在测定桩基的刚度时，直接用地基的刚度除以单位面积中的桩数求得单桩的刚度，完全忽略了地基土的刚度对整个地基刚度的贡献；第二、碎石桩的结构和混凝土桩的差距较大，显然碎石桩的刚度要小于混凝土桩，所以不可以直接将规范法应用于碎石桩刚度的测定；碎石桩复合地基中，土体被桩体挤密，土体对整个地基刚度的贡献不可忽略。基于以上三点，采用目前常用方法（我国规范法）测定碎石桩的刚度，将造成较大的误差，必须提出专门针对碎石桩复合地基的测定刚度方法。

本发明，在现有试验装置的基础上，通过设计一套新的辅助试验装置，将块体质量完全放置在碎石桩的桩体上，然后通过激振法来测定碎石桩的刚度。这样处理，便可只针对复合地基中的碎石桩，开展实验，大大减少了土体对碎石桩刚度测试的影响，同时也提高了碎石桩刚度测定的精确程度。其次，在原有试验方案的基础上，提出了适用于碎石桩刚度测定方法的改进方案，节约了科研成本的投入。

发明内容