CN102733428B - Hl型高应变试桩法锤击系统 - Google Patents

Abstract

一种HL型高应变试桩法锤击系统，自上而下包括：锁盘式脱钩器、重锤和可伸缩式导向架，其中锁盘式脱钩器外部为箱体，箱体内设置锁盘，锁盘为扁方形壳体，壳体上表面设置锁扣，锁扣外两侧各设有一平行的锁臂，锁盘两长侧面分别安装两个伸缩杆，两短侧面中其中一短侧面下部安装有弹簧，弹簧连接伸缩杆控制绳和伸缩杆锁，锁盘上表面的四个角沿对角线方向分别开设一吊装孔；重锤为锤体，锤体顶部为垂直状的锁头，锁头下部靠近锤体设有吊鼻；可伸缩式导向架为立体式架体，由基础节和调整节组成，基础节的纵剖面为梯形，基础节设有顶面和底面，两侧斜边自下而上分为下段、中段和上段，调整节纵剖面为两个长方形，其形成一全新的高应变试桩法锤击系统。

Description

HL型高应变试桩法锤击系统

技术领域

本发明涉及一种建筑工程领域，特别涉及一种HL型高应变试桩法锤击系统。

背景技术

桩基础的承载力测量对于建筑工程来讲是至关重要的环节，承载力测试不准确直接影响上部结构的安全。高应变试桩法是一项先进的动力试验技术。相比于传统的静力试验，具有试验速度快、设备简便、抽样灵活、工程造价低且测量参数丰富等突出优点。高应变试桩法将两个应变传感器和两个加速度传感器对称安装在桩顶附近，通过重锤瞬间冲击桩顶，拾取传感器安装截面上的力和运动速度时程曲线；然后，采用不同的桩土力学模型求解一维波动方程，获得单桩竖向抗压承载力、桩身结构完整性及一系列桩土参数。

高应变试桩法的测量精度取决于实测力和速度的数据质量，而实测数据质量受锤击系统的影响非常大。高应变法要求实测的力曲线和速度阻抗曲线起始作用时间、作用方向和脉冲幅值相同，同时两条单个的力曲线和两条单个的速度阻抗曲线脉冲宽度和幅值大小也要相同，这样后续的土阻力和桩身阻抗信息才能反映实际桩土性状，计算的承载力和完整性结果才能准确。这就要求重锤须快速、平稳、居中地落到桩顶。然而，目前常用的锤击方式不合理导致落锤至桩顶常常严重偏心，使得力和速度曲线无法达到试验要求，导致实测数据不准确，进而造成试验结果错误，给工程带来严重隐患。主要存在的问题具体有如下几点：

①脱钩装置不合理。当前常用偏张式脱钩，即在锁扣(衔接重锤)之上有一个横梁，横梁偏向一个方向延展。落锤时，借助吊车钢丝绳连接脱钩，人工重击横梁端部，使锁扣张开，重锤落下冲击桩顶。这种方式在击打横梁时就已经偏向，这是因为横梁受击的偏向作用和柔性钢丝绳的晃动作用，使得锁扣张开时给重锤多个偏心力。重锤在下落过程中来回摆动，不能居中，偏离试桩中心，给桩顶一个偏心冲击作用。常常桩顶一侧受压作用，另一侧受拉所用，甚至桩顶开裂，实测力和速度曲线无法达到试验要求。需要解决的问题：a.避免钢丝绳的柔性连接带来重锤下落过程中的晃动；b.取消使用偏张式脱钩，研制新型脱钩。

②无导向装置或导向装置不合理。当前试验时往往没有使用导向装置或只使用简易的龙门架式导向架，无法保证落锤居中。需要解决的问题：研制新型实用导向装置。

③重锤不平衡。当前试验用重锤缺乏调平处理，重锤底部下落后不能全截面平稳与桩顶平面接触。需要解决的问题：研制新型经过调平处理的重锤。

④无锤垫装置。当前试验时没有使用锤垫，重锤落到桩顶时产生大量高频干扰，引起力和速度曲线畸变，给数据处理分析带来麻烦。需要解决的问题：研制锤垫并与重锤连接。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种HL型高应变试桩法锤击系统，本发明特制了锁盘式脱钩器、适配锁盘的锤头、可伸缩式导向架及特制锤垫装置，形成一套全新的高应变试桩法专用锤击系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种HL型高应变试桩法锤击系统，其特征在于，自上而下包括：

锁盘式脱钩器、重锤和可伸缩式导向架，其中锁盘式脱钩器外部为箱体，箱体内设置有锁盘，锁盘为扁方形壳体，该壳体上表面设置有具中空的定位孔锁扣，锁扣外两侧各设有一平行的锁臂，锁盘两长侧面分别安装两个伸缩杆，两短侧面中其中一短侧面下部安装有弹簧，弹簧连接伸缩杆控制绳和伸缩杆锁，锁盘上表面的四个角沿对角线方向分别开设一吊装孔；上述的重锤为锤体，锤体顶部为垂直状的锁头，锁头下部靠近锤体设有吊鼻；上述的可伸缩式导向架为立体式的架体，由基础节和调整节组成，该基础节的纵剖面为梯形，该基础节设有顶面和底面，中部设有上间隔和下间隔，从而将两侧斜边自下而上分为下段、中段和上段，从而将上述的可伸缩式导向架自下而上分隔为下段导向架、中段导向架和上段导向架，顶面和底面分别为正方形的封闭框，该基础节的一侧面设有一梯子，该调整节纵剖面为两个长方形，小长方形设有顶面和底面，顶面和底面均为正方形，中部设有上间隔和下间隔，从而将小长方形从下而上分为下段、中段和上段，大长方形设有顶面和底面，顶面和底面均为正方形，小长方形下间隔与大长方形顶面焊接成一体，使得小长方形下段嵌入在大长方形内，小长方形内侧每间隔一定距离(如10cm)设置一个卡标，大长方形两侧每隔一定距离(如20cm)设置一个连接螺栓孔。

所述HL型高应变试桩法锤击系统，其中，该下段导向架两侧上部两边分别设有一个加强角铁。

所述HL型高应变试桩法锤击系统，其中，该中段导向架四个角分别设有一个角铁，两侧分别设有一个加强柱。

所述HL型高应变试桩法锤击系统，其中，该上段导向架两侧设有加强立柱。

该锤击系统特点：

a.锤击居中、平稳、快速，实测数据质量非常高。系统中特制了锁盘式脱钩器，使落锤过程不受任何外力干扰，落锤全程为完全的自由落体运动。同时，系统中特制了导向架装置，试验时导向架中心与试桩中心一致，以引导和控制落锤过程沿着铅垂方向。这样，保证了重锤居中、平稳、快速地冲击桩顶，试桩整体产生变形，实测力曲线、速度阻抗曲线以及各单个力、速度曲线冲击起始时间、幅值等相同且一致性好，大大提高了数据质量，为试验结果的可靠性提供了保证。

b.锁盘式脱钩器无外力干扰。本发明的脱钩器与现在普遍采用的脱钩器完全不同。首先，它与特制锤头相适应，互相配合工作。其次，现有脱钩器与吊车钢丝绳相连，工作时，钢丝绳的晃动给脱钩和重锤以外力。本发明锁盘式脱钩器工作时本身不受力，它通过伸缩杆将重量传至导向架，保证了落锤平稳。

c.可伸缩式导向架实用、方便、适应性强。本发明中导向架保证重锤沿铅垂方向下落，从而保证数据质量。设计上，更为突出的优势在于调整节可自由伸缩，以适应不同桩顶标高的现场情况。调整节内侧每间隔10cm设有卡标，这样落距可任意选择，而且操作方便，非常实用。

d.特制锤垫厚度可调、延长作用时间及保护桩顶完整。特制锤垫由特殊材质加工制作而成，并牢固地安装在重锤底部。特制锤垫中钢骨架起弹簧传力作用，而橡胶、气囊起到缓冲、延长锤击作用。这样，既可以将重锤的冲击力传递给桩顶，又可以延长作用时间，充分调动土阻力。同时，还可以保护桩顶不破损。此外，薄片状的锤垫结构可根据试验情况任意调整其厚度，满足试验要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明锁盘式脱钩器的俯视图。

图3为图2所示锁盘式脱钩器的纵断面图。

图4为锁盘式脱钩器的外观示意图。

图5为本发明重锤结构的示意图。

图6为本发明可伸缩式导向架基础节纵断面图。

图7为本发明可伸缩式导向架调整节纵断面图。

图中标号说明：

1伸缩杆控制绳

2伸缩杆锁

3伸缩杆

4锁臂

5吊装孔

6锁扣

7箱体

8锁盘

10弹簧

11锤体

12锁头

13吊鼻

14下段

15中段

16上段

17顶面

18底面

19上间隔

20下间隔

21角铁

22立柱

具体实施方式

请参阅图1至图7，本发明实施例详述如下：

一种HL型高应变试桩法锤击系统，其特征在于，自上而下包括：

锁盘式脱钩器、重锤和可伸缩式导向架，其中锁盘式脱钩器外部为箱体7，箱体7内设置有锁盘8，锁盘8为扁方形壳体，该壳体上表面设置有具中空的定位孔锁扣6，锁扣6外两侧各设有一平行的锁臂4，锁盘8两长侧面分别安装两个伸缩杆3，两短侧面中其中一短侧面下部安装有弹簧10，弹簧10连接伸缩杆控制绳1和伸缩杆锁2，锁盘8上表面的四个角沿对角线方向分别开设一吊装孔5；上述的重锤为锤体11，锤体11顶部为垂直状的锁头12，锁头12下部靠近锤体11设有吊鼻13；上述的可伸缩式导向架为立体式的架体，由基础节和调整节组成，该基础节的纵剖面为梯形，该基础节设有顶面17和底面18，中部设有上间隔19和下间隔20，从而将两侧斜边自下而上分为下段14、中段15和上段16，从而将上述的可伸缩式导向架自下而上分隔为下段导向架、中段导向架和上段导向架，顶面17和底面18分别为正方形的封闭框，该基础节的一侧面设有一梯子23。

所述HL型高应变试桩法锤击系统，其中，该下段导向架两侧上部两边分别设有一个加强角铁21。

所述HL型高应变试桩法锤击系统，其中，该中段导向架四个角分别设有一个角铁21，两侧分别设有一个加强柱。

所述HL型高应变试桩法锤击系统，其中，该上段导向架两侧设有加强立柱22。

本发明锁盘式脱钩器是一个箱型部件，内部由两部分组成，一是锁张单元，二是定位单元。锁张单元由正交的四个方向内部锁杆和外部两个对称锁臂组成。一个外部锁臂连接两个内部锁杆，当提升外部锁臂时，连接的内部锁杆将会张开；相反，当放下外部锁臂时，内部锁杆将会锁紧。由于内部以特制弹簧为传力装置，故只需很小的力就可实现锁紧和张开动作。这样，重锤可在不受任何外力作用的情况下自由落体地落到桩顶，且平稳居中。定位单元位于两个外部锁臂的正交方向的锁盘侧面，它由控制绳控制四个伸缩杆(每侧两个)，可使伸缩杆从锁盘侧面伸出或缩回。伸缩杆伸出时，恰好置于导向架内侧的卡标上定位，使锁盘全部重量落于导向架。这样，脱钩器张开时，锁盘自身不受力；同时，落距可根据试验需要进行现场灵活地调整。锁盘规格与锤重和导向架尺寸相适应。

本发明特制锤头位于重锤的顶部，即在重锤顶面制作一特殊装置，如图3所示。特制锤头由锁头和吊鼻组成，锁头与锁盘四个内部锁杆配合，实现锁紧或张开。吊鼻用于吊车吊装重锤。此外，重锤在加工制作过程中，增加了调平处理程序，使重锤底平面受力均匀，保证落锤平稳且桩顶平面受力相同。特制锤头和重锤外观参见附图4所示。

本发明可伸缩式导向架为特制钢结构，由基础节和调整节组成。基础节侧面为梯形，顶底面为正方形。基础节底面边长一般大于桩径1m，且钢材加宽加厚，以满足支撑力要求。基础节由三段组成，每段高度可根据锤重和桩径等参数进行确定，如图5所示。基础节某一侧面焊接有梯子，便于需要时攀爬。调整节侧面为长方形，顶底面为正方形。调整节套在基础节内部，当桩顶标高高出地面较高时，可提升调整节位置，以适应落距的要求；相反，当桩顶标高在地面以下一定深度时，可降低调整节位置。参见附图6所示。调整节内间隔10cm设有一个卡标，参见附图7所示。这样，锁盘易于定位，便于控制重锤落距。这种设计的导向架，不但可以引导控制落锤的居中平稳，而且通过伸缩调整节以适应桩顶标高的变化。

特制锤垫由钢板、橡胶、气囊组成的薄片状结构，其规格与重锤底面相同。特制锤垫紧密地固定在重锤底部，其使用厚度可根据试验要求进行灵活地调整。这样，落锤后既保护了桩顶不被冲击破损，同时又消除了高频干扰和延长了冲击时间，充分激发桩侧土和桩端土阻力，保证实测数据真实可靠。

在桩顶下约2倍桩径处对称安装两支力传感器和两支加速度传感器，并与主电缆相连，主电缆与采集仪相连。一些准备就绪，等待落锤冲击作用，采集数据。

使用吊车主钩通过吊鼻13将锤体11吊起，放置在试桩桩顶，确保锤体11重心与桩中心一致。

使用吊车主钩通过四个吊装孔5将锁盘8吊起，锁盘8中心定位孔与锤体锁头12对齐，吊车副钩提升外部锁臂4，锁盘8落下。然后，放下外部锁臂4，锁盘8锁住锁头12。

使用吊车将可伸缩式导向架吊起，嵌套在连接好的锁盘8和锤体11外面。基础节保持稳固、水平。吊车主钩、副钩同时从调整节放下，主钩连接锁盘8四个吊装孔5，副钩连接两个外部锁臂4。然后，主钩起吊，副钩也随之提升，导向架保持不受力。当提升至要求的落距时，主钩慢放，通过锁盘8上的伸缩杆控制绳、伸缩杆锁和伸缩杆拉动动作，将四个伸缩杆置于相应高度的卡标上。

确保主钩不受力后，副钩起吊提升外部锁臂4，锤体11会突然释放下落，冲击桩顶，采集信号。

信号采集完成后，提升主钩，使四个伸缩杆离开卡标，此时，伸缩杆不受力。拉动伸缩杆控制绳，收回四个伸缩杆。放下主钩，锁盘8锁定锤体11。重复上述步骤，进行再次冲击作用，继续采集数据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims (4)

1.一种HL型高应变试桩法锤击系统，其特征在于，自上而下包括：

锁盘式脱钩器、重锤和可伸缩式导向架，其中锁盘式脱钩器外部为箱体(7)，箱体(7)内设置有锁盘(8)，锁盘(8)为扁方形壳体，该壳体上表面设置有具有中空的定位孔锁扣(6)，锁扣(6)外两侧各设有一平行的锁臂(4)，锁盘(8)两长侧面分别安装两个伸缩杆(3)，两短侧面中其中一短侧面下部安装有弹簧(10)，弹簧(10)连接伸缩杆控制绳(1)和伸缩杆锁(2)，锁盘(8)上表面的四个角沿对角线方向分别开设一吊装孔(5)；上述的重锤为锤体(11)，锤体(11)顶部为垂直状的锁头(12)，锁头(12)下部靠近锤体(11)设有吊鼻(13)；上述的可伸缩式导向架为立体式的架体，由基础节和调整节组成，该基础节的纵剖面为梯形，该基础节设有顶面(17)和底面(18)，中部设有上间隔(19)和下间隔(20)，从而将两侧斜边自下而上分为下段(14)、中段(15)和上段(16)，从而将上述的可伸缩式导向架自下而上分隔为下段导向架、中段导向架和上段导向架，顶面(17)和底面(18)分别为正方形的封闭框，该基础节的一侧面设有一梯子(23)，该调整节纵剖面为两个长方形，小长方形设有顶面(24)和底面(25)，顶面(24)和底面(25)均为正方形，中部设有上间隔(26)和下间隔(27)，从而将小长方形从下而上分为下段(29)、中段(30)和上段(31)，大长方形设有顶面(32)和底面(33)，顶面(32)和底面(33)均为正方形，小长方形下间隔(27)与大长方形顶面(32)焊接成一体，使得小长方形下段(29)嵌入在大长方形内，小长方形内侧每间隔一定距离设置一个卡标(36)，大长方形两侧每隔一定距离设置一个连接螺栓孔(34)。

2.根据权利要求1所述的HL型高应变试桩法锤击系统，其特征在于，所述下段导向架两侧上部两边分别设有一个加强角铁(21)。

3.根据权利要求1所述的HL型高应变试桩法锤击系统，其特征在于，所述中段导向架四个角分别设有一个角铁(21)，两侧分别设有一个加强柱。

4.根据权利要求1所述的HL型高应变试桩法锤击系统，其特征在于，所述上段导向架两侧设有连接立柱(22)。