CN111395301A - X形振动杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X形振动杆，包括振动杆本体，所述振动杆本体的截面呈X形结构，X形结构振动杆本体的斜夹角为45°‑60°，所述振动杆本体的四条翼边边缘均等间距设有开口齿，所述振动杆本体四个翼边表面在长度方向上等间距的设有圆孔，该X形振动杆，其设计结构简单、使用便捷，能够避免了十字形振动杆在使用时杆轴附近产生的土塞效应，使得振动能量能够有效的传递，达到最佳密实效果，设计的开口齿能够减少振动杆的实际横截面积和阻抗，产生更大的振幅并易于与土体发生共振，有利于振动致密，同时开口齿的设计也减小了振动杆的刚度和重量，使其在加载时呈现柔性，柔度越大时致密范围越大，振杆的几何学设计可以提高致密效果。
Description
技术领域
本发明涉及湿陷性黄土地基振动密实处理时所选用的振动杆设计领域，具体为一种X形振动杆。
背景技术
我国黄土覆盖西北、华北等省区的220多个县市，面积达63万平方公里，约占国土面积的6.6％，具有分布广、层厚大和成因类型复杂的特征。黄土的水敏性、大孔性、以及结构性所造成的湿陷性导致其在外界荷载(如地震、工程振动等)及水的作用下容易失稳发生滑坡、震陷和湿陷，对推进“一带一路”经济带建设以及“黄河流域生态保护和高质量发展”国家战略的工程建设带来巨大风险挑战。黄土由于其特殊的工程性质，在作为天然地基使用时，难以满足其上覆建筑物对于地基承载力和稳定的要求，必须对其进行相应的加固处理。常用的湿陷性黄土地基处理方法有强夯法、换土垫层法、挤密桩法、预浸水法和化学加固法等，这些方法已在黄土地区的工程建设中得到了推广应用，并已形成相应规范标准，但也存在各自的局限性。目前，虽然在一些地区采用十字形振动杆对黄土湿陷进行加固，但是十字形的振动杆在实际使用过程中的加固效果并不稳定，难以满足施工的要求。因此，研发经济、高效、环保的新型黄土地基处理技术对我国西北地区黄土工程建设具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种X形振动杆，以解决上述背景技术中提出的目前十字形振动杆在进行黄土加固时产生的加固效果不好的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种X形振动杆，包括振动杆本体，所述振动杆本体的截面呈X形结构，X形结构振动杆本体的斜夹角为45° -60°，所述振动杆本体的四条翼边边缘均等间距设有开口齿，所述振动杆本体四个翼边表面在长度方向上等间距的设有圆孔，所述振动杆本体的一端为平面结构、另外一端为设有尖刺端，所述尖刺端的斜边与所述振动杆本体的中心线之间的夹角为30°-60°。
优选的，所述尖刺端的斜边与所述振动杆本体的中心线之间的夹角为 30°。
优选的，所述尖刺端的斜边与所述振动杆本体的中心线之间的夹角为 60°。
优选的，所述振动杆本体上四个翼边的开口齿为凹形半圆尺。
优选的，所述振动杆本体上四个翼边的开口齿为正方形齿。
优选的，所述振动杆本体上两个翼边的开口齿为凹形半圆尺，另外两个翼边的开口齿为正方形齿，凹形半圆尺与正方形齿在振动杆本体上交替设置。
优选的，X型结构振动杆本体的斜夹角为45°。
优选的，X型结构振动杆本体的斜夹角为60°。
优选的，所述振动杆板体四个翼边的厚度均为2cm。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
该X形振动杆，其设计结构简单、使用便捷，能够避免了十字形振动杆在使用时杆轴附近产生的土塞效应，使得振动能量能够有效的传递，达到最佳密实效果，设计的开口齿能够减少振动杆的实际横截面积和阻抗，产生更大的振幅并易于与土体发生共振，有利于振动致密，同时开口齿的设计也减小了振动杆的刚度和重量，使其在加载时呈现柔性，柔度越大时致密范围越大，振杆的几何学设计可以提高致密效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构图；
图2为本发明的平面结构图；
图3为本发明的截面视图；
图4为本发明在与十字形振动杆进行加固效果对比的测试点位布置图。
图5为本发明在与十字形振动杆进行加固效果对比的加固后黄土湿陷性评价图。
图6为本发明在与十字形振动杆进行加固效果对比的加固前后标准贯入试验结果对比图。
其中：1、振动杆本体；2、开口齿；3、圆孔；4、尖刺端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1-图3，一种X形振动杆，包括振动杆本体1，所述振动杆本体1 的截面呈X形结构，X形结构振动杆本体1的斜夹角a为45°-60°，所述振动杆本体1的四条翼边边缘均等间距设有开口齿2，所述振动杆本体1四个翼边表面在长度方向上等间距的设有圆孔3，所述振动杆本体1的一端为平面结构、另外一端为设有尖刺端4，所述尖刺端4的斜边与所述振动杆本体1的中心线之间的夹角b为30°-60°，这样设置的目的是由于尖端有利于破坏土体结构，减小沉杆阻力。
优选的，所述振动杆本体1上四个翼边的开口齿2为凹形半圆尺。
优选的，所述振动杆本体1上四个翼边的开口齿2为正方形齿。
优选的，所述振动杆本体1上两个翼边的开口齿2为凹形半圆尺，另外两个翼边的开口齿2为正方形齿，凹形半圆尺与正方形齿在振动杆本体1上交替设置。
优选的，所述振动杆板体四个翼边的厚度均为2cm，此外，振动杆的长度根据湿陷性黄土地基处理设计深度而定。
本振动杆连接在振动锤下，悬挂于吊车或机架上，振动杆在振动锤的激发下垂向振动插入土体，利用振锤-振杆-土系统共振时的振动放大效应，使土层与振杆同步振动，地层振动显著增加，振动能量实现从振锤到振杆和周围土中的最佳传递以密实土体。沉杆和拔杆时如果采用共振频率的话会导致振杆与周围土粒间的相对滑移小，振杆沉入拔出效率会降低，而且拔杆对密实土层的反作用力起到明显的减压作用，导致密实效果降低。采用高频沉杆时，振杆的贯入阻力主要受杆端土层阻力的影响，杆侧摩阻力降低，沉杆效率提高。整个密实过程是振动杆在可变频率振动锤垂直激振力和振动杆自重作用下高频(30Hz)振动沉入指定深度，然后以共振频率(15Hz左右)悬停 (60s)振动密实土层，最后高频(30Hz)拔出振动杆，将能量传递给周围土体引起振动密实，只需插拔一次振动杆即可完成单点施工。施工中可改变振动锤频率以适应最佳工作条件。
振动沉杆与振动沉桩类似。Van Impe研究了距桩端距离为D的土层质点峰值速度与振动锤每击能量E的经验关系。
式中：K为振动放大系数。
Heckman研究指出振动放大系数K随桩阻抗减小而显著增加，即振动能量从桩传递到周围土层的程度由桩阻抗来控制。桩阻抗由Peck给出经验关系式：
I＝Ey·A/c (2)
式中：I为桩阻抗；Ey为桩的杨氏模量；A为桩的横截面积；c为桩杆波速。
从式1和2可看出，桩形能够控制打桩过程中产生的振幅，能够用来设计振动杆来扩大振动密实过程中产生的振幅。
振动杆上设计大尺寸圆孔3和翼边的连续大尺寸开口齿2可以减少振动杆的实际横截面积和阻抗，产生更大的振幅并易于与土体发生共振，从而有利于振动致密。同时开口设计减小了振动杆的刚度和重量，使其在加载时呈现柔性，柔度越大时致密范围越大，振杆的几何学设计可以提高致密效果。
十字形振动翼(90°正交杆形)在杆轴附近会产生土塞效应，影响振动能量有效传递，达不到最佳密实效果，X形振动杆(45°～60°斜交杆形)可以避免土塞效应，实现能量有效传递达到最佳密实效果。
以下采用现场试验研究两种振杆形式对加固效果的影响：
试验区分别采用X形振动杆和十字形振动翼进行加固效果对比，X形振动杆设计为60°斜交杆形，底部尖端夹角为60°，翼边为凹形半圆齿。采用1.8 m振点间距，加固深度为8m。加固前后取原状土开展黄土湿陷系数测试，加固前进行标准贯入试验(SPT)，加固后在三角形布置的3个振点中心进行14d 龄期的SPT，测试点位布置见图4。
从图5可以看出，两种振杆加固后黄土湿陷系数比加固前大幅度降低，达到非湿陷性目标，其中X形杆试验区的黄土湿陷系数远低于十字杆试验区，显示X形振动杆优于十字形振动翼的加固效果。
加固前后标准贯入试验结果见图6所示，两种振杆加固后标贯击数比加固前大幅度提高，其中十字杆试验区提高2倍，X形杆试验区提高3倍以上， X形杆试验区的标贯击数及提高幅度高于十字杆试验区，显示X形振动杆优于十字形振动翼的加固效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种X形振动杆，其特征在于，包括振动杆本体(1)，所述振动杆本体(1)的截面呈X形结构，X形结构振动杆本体(1)的斜夹角为45°-60°，所述振动杆本体(1)的四条翼边边缘均等间距设有开口齿(2)，所述振动杆本体(1)四个翼边表面在长度方向上等间距的设有圆孔(3)，所述振动杆本体(1)的一端为平面结构、另外一端为设有尖刺端(4)，所述尖刺端(4)的斜边与所述振动杆本体(1)的中心线之间的夹角为30°-60°。
2.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：所述尖刺端(4)的斜边与所述振动杆本体(1)的中心线之间的夹角为30°。
3.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：所述尖刺端(4)的斜边与所述振动杆本体(1)的中心线之间的夹角为60°。
4.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：所述振动杆本体(1)上四个翼边的开口齿(2)为凹形半圆尺。
5.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：所述振动杆本体(1)上四个翼边的开口齿(2)为正方形齿。
6.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：所述振动杆本体(1)上两个翼边的开口齿(2)为凹形半圆尺，另外两个翼边的开口齿(2)为正方形齿，凹形半圆尺与正方形齿在振动杆本体(1)上交替设置。
7.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：X型结构振动杆本体(1)的斜夹角为45°。
8.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：X型结构振动杆本体(1)的斜夹角为60°。
9.根据权利要求1所述的一种X形振动杆，其特征在于：所述振动杆板体四个翼边的厚度均为2cm。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN113235550A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-10 | 东南大学 | 一种杂填土地基的加固施工方法 |
| CN116180735A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-05-30 | 郑州大学 | 振杆密实加固土质边坡的方法 |
| CN116289866A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-23 | 郑州大学 | 深层振动密实加固吹填土地基的装置及方法 |
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