CN105324537A - 用于将基础元件安装到地层中的方法和驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助于驱动器(1)将基础元件安装到地层中的方法，该基础元件尤其是(单)桩柱(16)，该方法包括：借助于由驱动器(1)传递到基础元件(16)的击打而将基础元件(16)驱动到地层中；估计或者测量应力波，所述应力波由击打产生的并且从基础元件(16)的尖端反射；以及如果反射的应力波是拉伸应力波，则减小击打能量。

Description

用于将基础元件安装到地层中的方法和驱动器

技术领域

本发明涉及了一种借助于驱动器将基础元件安装到地层中的方法，所述基础元件尤其是(单)桩柱，该地层诸如为河流或者海底，该驱动器例如为液压锤，该方法包括借助于由驱动器传送到基础元件的击打而将基础元件驱动到地层中。本发明还涉及一种用于安装基础元件的驱动器，所述驱动器包括：往复运动的冲击重锤，所述冲击重锤用来将击打传送到基础元件；以及操作系统，所述操作系统构造为设定冲击重锤的击打能量和击打重量。

背景技术

在桩柱驱动时，通过锤的冲击重量而将脉冲状作用力施加到桩柱的顶端部。所产生的压缩应力波朝向桩柱的尖端向下蔓延。如果尖端处的阻力高使得桩柱尖端的可能运动接近于零，则其将作为压缩应力波反射。如果尖端阻力很小使得没有作用力会从桩柱施加到土壤，则反射将是拉伸应力波。实际上，土壤阻力将在这些极值之间进行变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种桩柱驱动的改进方法，特别的是用来减小疲劳寿命方面上的负面影响和/或减小声散射，尤其是当将基础元件安装到水下地层中时。

为此，根据本发明的方法的特征在于：估算或者测量应力波，所述应力波由击打产生并且从桩柱的尖端反射，如果反射的应力波是拉伸应力波，则减小击打能量。

在驱动期间，桩柱以交替的压缩应力和拉伸应力被连续地加载。这导致了桩柱的外表面的横向振动，继而导致了声音压力的散射。其还对桩柱的疲劳寿命方面有负面影响，这是因为压缩应力以及特别是拉伸应力的波动加速了在桩柱材料中的孔隙和微裂纹的生长。通过根据本发明的方法，击打能量得以减小或者理想地最小化，优选地使得每次击打的桩柱穿透量被减小到一值，在该值处，反射的拉伸应力通过周围的土壤而在其朝着顶端向上蔓延期间得到基本上消散。就数量而言，反射的应力波(例如就应变而言)优选地小于由相同击打所导致的应力波的5％，优选地小于由相同击打所导致的应力波的2％。因而，反射的波对于疲劳寿命没有影响或者有有限的影响，并且声音散射得以进一步减小。可用作反射波的指标的其他参数包括(但并不限于)声音或者在距桩柱预定距离处测得的(其他)振动以及所谓的“地震”，即，桩柱穿透量的弹性分量。

在另一实施例中，除了减小击打能量之外，还增加击打次数，所述击打次数通常在每0.25米穿透量进行20次到30次击打的范围内，优选地增加到每0.25米穿透量进行至少60次击打，例如至少70次击打，例如至少80次击打。因而，如果减小的击打能量导致了完成桩柱驱动所需要的时间延长，则这种时间延长中的至少一部分得以补偿。所期望的是每0.25米穿透量传递的能量(逐渐)改变，典型地减小总共30％，优选地减小20％或者更少。

在一个特别有效的实施例中，桩柱中的应变根据由单个击打所导致的桩柱穿透量进行估计，例如根据早期测量进行估计或者根据声音在桩柱中的速度(在钢桩柱中为～5200m/s)、击打持续时间、横截面的表面面积以及疲劳耐受极限(例如120MPa)进行估计。

另一个实施例包括以下步骤：测量由击打所导致的桩柱中的应变、加速度、速度或者桩柱穿透量中的至少一种。在一个特别精确的实施例中，在基本上每次击打之后测量桩柱的穿透量和桩柱中的应变。在另一实施例中，在桩柱的在地层上方延伸的一部分上进行所述测量。

另一实施例包括：在基本上在驱动第一桩柱以及采用该击打能量和/或击打次数来驱动一个或多个另外的桩柱时测量到基本上没有拉伸应力波的情况下，例如对于特定的地层或者区域建立至少一个击打能量和/或击打次数。因而，原则上，另一桩柱并不要求进行这种测量的设备。

本发明还涉及一种桩柱驱动器，所述桩柱驱动器包括：往复运动的冲击重锤，所述冲击重锤用来将击打传递到基础元件；以及操作系统，所述操作系统构造为设置冲击重锤的击打能量和击打次数。该操作系统构造为估计或者测量应力波，这些应力波由击打产生并且从桩柱的尖端反射，如果反射的应力波是拉伸应力波，则减小击打能量。

在一个实施例中，操作系统构造为减小击打能量，直到基本上没有测量到反射的拉伸应力波。

在另一个实施例中，除了减小击打能量之外，操作系统还构造为增加击打次数。所期望的是每0.25米穿透量所传递的能量(逐渐)改变，典型地减小总共30％，优选地减小20％或者更少。

附图说明

现在将参照附图来更详细地说明本发明，这些附图示出了本发明方法和桩柱驱动器的优选实施例。

图1是根据本发明的桩柱驱动器的截面图。

图2到图4是实施本发明的适宜的操作模式的图表。

应注意的是，这些附图本质上是示意性的，可能已经省略了对于理解本发明并非必需的细节。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的桩柱驱动器1的一个实施例，该桩柱驱动器包括：冲击重锤2；、液压缸3；活塞4，该活塞往复运动地容纳在液压缸3中并且连接到冲击重锤2或者形成为冲击重锤的一体部分；高压蓄能器5和低压蓄能器6；以及第一阀7和第二阀8，所述第一阀和第二阀用来将位于液压缸3的活塞4下方的缸空间交替地连接到高压蓄能器5和低压蓄能器6。该系统还包括：用于液压介质(诸如液压油)的储罐9；供给泵10，所述供给泵用于对经由高压蓄能器5和第一阀7连通到液压缸3的液压介质进行增压；以及位于活塞4上方的气弹簧或者“帽”11。

当第一阀7打开并且第二阀8关闭时，高压蓄能器5与位于活塞4下方的缸空间连通，并且活塞4和冲击重锤2抵抗气弹簧11的作用而由液压介质举升。当第一阀7关闭而第二阀8打开时，液压介质流到低压蓄能器6和储罐9，并且冲击重锤通过重力和气弹簧而加速以将击打传递到桩柱。桩柱驱动器1还包括：套筒14，所述套筒用来将驱动器定位在桩柱上；和操作系统15，所述操作系统构造为设置冲击重锤的击打能量和击打次数。适宜的能够通过商业获得的锤包括IHC液压锤S-class。

在图1中示出的桩柱驱动器1借助于套筒14和砧17被定位在单个桩柱16的顶部上，并且该桩柱驱动器包括：安装在桩柱驱动器1上的位置传感器18，例如GPS传感器或者空气压力传感器；以及附接到单个桩柱16上的应变传感器19，例如应变仪。

对于锤、砧和撞锤的给定组合，由桩柱上的冲击重锤所施加的作用力通过冲击速度而得到控制。击打能量是根据所测量的冲击速度(恰好在冲击之前)和撞锤的质量来计算的。

操作系统15构造为借助于传感器18、19来测量每次击打之后桩柱的穿透量和从桩柱尖端反射的应力波。

图2是操作系统的图表，其示出了通过应变仪和位置传感器所测量的值被用作用于设定击打能量的反馈。基准是例如S_pile>0.0025m并且·反射值·为0。在所估计的最初击打能量设定之后，将击打能量调整到一设定值，在该设定值中，桩柱穿透量对于小的反射应力是充分的。

这是最有效的设置，因为在每次击打之后测量了实际的应变和桩柱设定值。因而每次击打可调整击打能量，从而使得打桩过程具有最小应力幅和横向的桩柱壁振动。

位置传感器安装在锤上，因而可供多个桩柱使用。应变传感器优选地安装在桩柱上，并且在该情况下仅仅使用一次。

在图3中示出的另一实例中，将位置传感器所测量的值与依经验设定的参考值进行比较，而不需要应变传感器。参考值将每次击打的最大桩柱设定值提供给操作系统或操作者，因为较高的值可能冒反射的拉伸应力的风险。这种方法例如适于具有很多桩柱和一致的土壤条件的项目，并且在足以使得仅仅一个或者几个桩柱装备有应变仪的情况下。

在图4中示出的另一实例中，将击打次数与依经验设定的参考值(例如每0.25m进行125次击打)进行比较。击打次数通过计算桩柱上两个标记线之间的击打次数而进行测量。标准的程序是在桩柱驱动期间记录击打次数，因此这种方法可在实际上没有额外费用的情况下实施。与上述图3的替代方案一样地，这种方法适于具有很多桩柱和一致的土壤条件的项目。击打次数的参考值然后通过使用来自应变仪的数据进行核对和修正，并且用于附近的桩柱中。

本发明并不局限于上述的实施例，并且可在权利要求的范围内以多种方式进行改变。例如，如果仪表设备是不可能的或者不能利用的，则击打次数的参考值可通过使用土壤调查、传统波动方程打桩程序以及FEM计算而进行设定。

Claims (15)

1.一种借助于驱动器(1)将基础元件安装到地层中的方法，所述基础元件尤其是(单)桩柱(16)，所述方法包括：

借助于由驱动器(1)传递到基础元件(16)的击打而将基础元件(16)驱动到地层中，以及

其特征在于，

估计或者测量应力波，所述应力波由击打产生并且从基础元件(16)的尖端反射，如果反射的应力波是拉伸应力波，则减小击打能量。

2.如权利要求1所述的方法，其中，减小击打能量，直到基本上没有测量到反射的拉伸应力波。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，除了减小击打能量之外，还增加击打次数，优选地将击打次数增加到每0.25米穿透量至少60次击打。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每0.25米穿透量所传递的能量改变30％或更少。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括下述步骤：测量由击打所导致的基础元件(16)中的应变、基础元件(16)的加速度、速度或者穿透量中的至少一种。

6.如权利要求5所述的方法，所述方法包括下述步骤：在基本上每个击打之后，测量基础元件(16)的穿透量和基础元件中的应变。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在基础元件(16)的在地层上方延伸的一部分上实施所述测量。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括下述步骤：在驱动第一桩柱并且采用击打能量和/或击打次数来驱动一个或者多个另外的桩柱时基本上没有测量到拉伸应力波的情况下，确定击打能量和/或击打次数。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将基础元件(16)驱动到水下地层中。

10.一种用于将基础元件安装到地层中的驱动器(1)，所述基础元件尤其是(单)桩柱(16)，所述驱动器包括：往复运动的冲击重锤(2)，所述冲击重锤用来将击打传递到基础元件(16)；以及操作系统(15)，所述操作系统构造为设定冲击重锤(2)的击打能量和击打次数，其特征在于，所述操作系统(15)构造为估计或者测量应力波，所述应力波由击打产生并且从基础元件(16)的尖端反射，如果反射的应力波是拉伸应力波，则减小击打能量。

11.如权利要求10所述的驱动器(1)，其中，操作系统构造为减小击打能量，直到基本上没有测量到反射的拉伸应力波。

12.如权利要求10或11所述的驱动器(1)，其中，除了减小击打能量之外，操作系统还构造为增加击打次数。

13.如权利要求10-12中任一项所述的驱动器(1)，其中，每0.25米穿透量所传递的能量改变30％或更少。

14.如权利要求10-13中任一项所述的驱动器(1)，其中，操作系统构造为测量由击打所导致的基础元件(16)中的应变、基础元件(16)的加速度、速度或者穿透量中的至少一种。

15.如权利要求10-14中任一项所述的驱动器(1)，所述驱动器包括用来测量基础元件(16)的穿透量的传感器(18)和用来测量基础元件(16)中的应变的传感器(18)，后一种传感器优选安装在桩柱的在地层上方延伸的一部分上，优选地安装在桩柱的顶端部处或者附近。