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振动锤的简单工作原理
发布时间:2016-08-26 关键词:

振动锤是利用共振理论设计的。当桩的强迫振动频率与土壤颗粒的振频率一致时,土壤颗粒产生共振,此时,土壤颗粒有好的振幅,足够的振动速度和加速度能迅速破坏桩和土壤间的粘合力,使桩身与土壤从压紧状态过渡到瞬间分离状态,沉桩阻力尤其侧面阻力迅速减小,桩在自重作用下下沉。由于振动锤靠减小桩与土壤间的摩擦力达到沉桩的目的,所以在桩和土壤间的摩擦力减小的情况下,可以用稍大于桩和桩身的力即可将桩拔起。因此,振动锤不仅适合于沉桩,而且适合于拔桩。沉桩、拔桩效率都很高。

主要参数:振幅A、激振频率ω、偏心力矩M,激震力F、参振重量Q、功率N

1.振动功率N的确定。振动功率N的计算公式为:N=K·M·n/9550       (kw)公式中,n为转速;K=1.25。

2.偏心力矩M的确定。振动锤偏心力矩越大克服硬质土层的能力越强,当已知振幅和参振总重量Q(桩体重量和振动锤重量)时,可以算出偏心力矩:M=Q·A(N·m)

3.激振频率ω的确定。振动锤的激振频率与振动系统的固有频率密切相关,当激振频率接近振动系统的固有频率时,振动沉桩达到良好效果。而振动系统的固有频率不仅和振动锤参数有关,还与土壤的参数有关,不同地层土壤的自振频率有着很大的差别。下面表格是根据经验得到的不同地层振动锤频率范围。试验证明,其他参数一定的情况下,增大振动频率可以使得饱和沙土的液化加速,土壤阻力相应的快速减少,比起提高振幅更能有效提高桩的运动加速度,从而使沉桩效率得以显著提高,但激振频率提高过高会引起输出功率过大,所以确定激振频率时还应综合考虑。

激振频率参考

地层类型                                   好频率ω/s

含饱和水的砂土                          100-200

塑性粘土及含砂粘土                     90-100

坚实粘土                                  70-75

含砾石粘土                                60-70

含砂的砾石土                             50-60

4.参振重量Q的确定。振动锤除了要有必要的振幅和加速度,还必须有一定的参振重量以克服沉桩时的阻力,桩在土中的静阻力R与土层的贯入标准值N和截面积S之间的关系为:

R=4N·S   (KN)

因此,桩在受到振动而使摩擦力显著降低时,桩就可以被沉入到与参振重量相等的桩端阻力处,即    Q=4N·S

5.激振力F的确定。激振力F是反映振动锤综合能力的参数,激振力F必须大于桩与土壤之间的静摩擦力f,在沉桩过程中会在激振力作用下急剧下降。有振动作用时桩与土壤之间的摩擦力用f′表示,则:F≥f′=μf            (KN) 式中,μ为振动作用时摩擦力的降低系数,主要受振动加速度大小的支配。试验表明,振动加速度超过10倍的重力加速度后,μ的变化十分微小,μ及f′趋于定值。

6.振幅A的确定。振幅越大,桩的沉入速度越大。当振幅很小时,桩不会下沉,只有振幅大于一定的值时,桩才可能下沉,这个数值称为起始振幅A0 ,随着振幅加大,沉桩速度也加快,直到趋于一定的极限值Ac,所以振幅的范围是:A0<A<Ac。起始振幅A0可采用土壤的贯入标准值N,通过公式来计算:

土壤的贯入标准值

土壤种类                  N值     

很疏松的砂土            0-4 

疏松的砂土               4-10 

中等密度的砂土          10-30 

密实的砂土               30-50   

很密实的砂土             >50

软粘土                     2-4

中等硬度的粘土           4-8

硬粘土                     8-15

很硬的粘土                15-30

非常硬的粘土             >30