囊式液壓激振裝置及使用該裝置處理飽和土地基的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利屬于地基加固領域，具體涉及一種囊式液壓激振裝置以及利用該裝置靜動聯(lián)合排水固結處理飽和土地基的方法，特別針對結構強度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹填土等。
【背景技術】
[0002]在我國，高層建筑、高速公路、高速鐵路得到了快速的發(fā)展，這對地基的承載能力要求越來越高，天然的結構強度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹填土地基遠遠不能滿足這些建筑物和構造物對地基承載力的要求。由于飽和或接近飽和的砂土、粉土在地震作用或其他外部動荷載作用下，內(nèi)部產(chǎn)生超凈孔隙水壓力，當上覆荷載全部由孔隙水壓力承擔時砂土即處于液化狀態(tài)，表現(xiàn)出類似于液體性質而完全喪失承載力，產(chǎn)生砂土振動液化。發(fā)生強烈地震時，場地粉細砂粉土甚至粗砂將發(fā)生砂土液化，淤泥質軟土等飽和軟土層在強烈振動作用下強度急劇降低甚至呈流動狀態(tài)，土體發(fā)生軟化，給場地穩(wěn)定性帶來極大破壞。所以針對飽和土地基，需要對其穩(wěn)定性進行加固。
[0003]飽和土地基處理的目的是要提高地基的強度，保證地基的穩(wěn)定，降低土的壓縮性，減少基礎的沉降和不均勻沉降，確保建筑物的安全和正常使用。為滿足地基的強度、變形及抗震等要求，如何采用合理方法進行地基處理，以控制飽和土地基的變形及提高承載力，這是地基基礎工程中的一個關鍵技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對結構強度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹填土等地基土難以滿足建(構)筑物對地基穩(wěn)定問題、變形問題、滲透問題的要求，提供一種結構簡單、操作方便的囊式液壓激振裝置以及利用該囊式液壓激振裝置靜動聯(lián)合排水固結處理飽和土地基的方法，來提高地基處理水平，保證工程質量，加快工程建設速度，節(jié)省工程建設投資。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種囊式液壓激振裝置，其特征在于:所述囊式激振裝置包括步進電機驅動器或電磁調(diào)速電動機、固定支架、液壓活塞、高壓軟管、金屬導管和多段囊式振動頭，所述步進電機驅動器或電磁調(diào)速電動機與液壓活塞之間通過曲軸連桿連接，所述液壓活塞一端固定在固定支架上，另一端與高壓軟管密封連通，高壓軟管通過三通閥與金屬導管密封連通；每段囊式振動頭是由金屬內(nèi)管、乳膠囊狀外管和兩端的環(huán)形鋼板組成，金屬內(nèi)管的壁厚、外徑與金屬導管相同，其兩端分別伸出乳膠囊狀外管，兩環(huán)形鋼板分別套設在金屬內(nèi)管兩端伸出的部分，并通過密封墊圈和螺絲與乳膠囊狀外管兩端密封連接，在金屬內(nèi)管置于乳膠囊狀外管內(nèi)的部分管壁上開設有多個圓孔；所述多段囊式振動頭的金屬內(nèi)管之間通過絲扣完全剛性密封連接，其中最上段囊式振動頭的金屬內(nèi)管上端與金屬導管下端之間通過絲扣完全剛性密封連接，在最下段囊式振動頭的金屬內(nèi)管下端通過絲扣完全剛性密封連接有金屬管帽。
[0006]本發(fā)明進一步的技術方案:所述固定支架包括E型導向桿、固定底座和液壓活塞支座，E型導向桿和液壓活塞支座固定在固定底座上，液壓活塞安裝在液壓活塞支座上，其活塞固定在E型導向桿中間臂桿上，并通過第一軸承與曲軸連桿相連接，在E型導向桿的上下臂桿上分別安裝有水平軸承。
[0007]本發(fā)明較優(yōu)的技術方案:所述步進電機驅動器是一種用于將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電機以固定的角位移一步一步運行來控制速度和位置的電動機，具體包括反應式步進電動機、永磁式步進電動機和混合式步進電動機，所述步進電機驅動器要求為市面上常見的驅動器，型號也非常多，兩相或三相均可，只要驅動力在I?1t范圍內(nèi)便可；所述電磁調(diào)速電動機是一種通過電磁轉差離合器實現(xiàn)交流無極調(diào)速的交流恒轉矩調(diào)速電動機，所述電磁調(diào)速電動機為市面上常見電極，型號也非常多，只要電機功率MOMPa，調(diào)速范圍>100r/min即可。
[0008]本發(fā)明較優(yōu)的技術方案:在金屬導管的上端和最上段囊式振動頭的金屬內(nèi)管上端外壁分別刻有正向螺紋，在金屬導管的下端和最下段囊式振動頭的金屬內(nèi)管下端外壁分別刻有反向螺紋，金屬管帽內(nèi)壁刻有正向螺紋，所述金屬導管上端通過其外壁的正向螺紋與三通閥的其中一個出口螺紋密封連接，金屬導管下端通過其外壁的反向螺紋與最上段囊式振動頭的金屬內(nèi)管上端外壁的正向螺紋密封連接，最下段囊式振動頭通過其金屬內(nèi)管下端外壁的反向螺紋與金屬管帽內(nèi)壁的正向螺紋密封連接；所述多段囊式振動頭中相鄰管段連接絲扣長度20?40_。
[0009]本發(fā)明較優(yōu)的技術方案:所述三通閥的閥體包括一進兩出三口，分別為進口 A、出口 B、出口 C，在閥體上設有閥芯換向執(zhí)行機構，執(zhí)行機構控制閥芯轉動關閉閥門，或連通進口 A和出口 B，或連通進口 A和出口 C ;所述三通閥體的出口 C與高壓軟管密封連通，出口 B與金屬導管密封連通。
[0010]本發(fā)明較優(yōu)的技術方案:所述金屬導管壁厚8?10mm，外徑45?50mm，長度2m?3m ;每段囊式振動頭的金屬內(nèi)管長80?10cm ;環(huán)形鋼板厚度為1.5?2.5cm，外徑為13?15cm，內(nèi)徑與金屬內(nèi)管的外徑大小相同；乳膠囊狀外管高度為75?95cm，內(nèi)徑與環(huán)形鋼板外徑大小相同，兩端開口，開口直徑與金屬內(nèi)管外徑相同，夕卜管壁厚度為1.5?2.5_，頂?shù)装搴穸葹?.5?3.5mm ;金屬內(nèi)管的兩端與環(huán)形鋼板之間通過絲扣密封剛性連接，在囊式激振裝置工作時，金屬導管和囊式振動頭內(nèi)充滿液體，乳膠囊狀外管張開成橢球狀。
[0011]本發(fā)明較優(yōu)的技術方案:所述液壓活塞的液壓缸直徑10?30cm，長度20?80cm，液壓缸內(nèi)有活塞，所述液壓缸的缸體通過液壓缸接頭與高壓軟管密封接通；所述曲軸連桿是由曲軸、連桿和設置在曲軸中央部位的第二軸承組成，曲軸通過第二軸承與連桿的其中一端連接，曲軸與步進電機驅動器或與電磁調(diào)速電動機的傳動軸連接，液壓活塞的活塞通過第一軸承與連桿的另一端連接。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案還包括:一種使用囊式液壓激振裝置處理飽和土地基的方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0013](I)在待加固地的地基布置多個試驗點，并在每個試驗點埋設囊式液壓激振裝置，通過調(diào)試囊式液壓激振裝置的不同驅動力和驅動頻率，測試出使該加固地基土體產(chǎn)生液化的囊式液壓激振裝置的最佳驅動力F、驅動頻率f，以及土體產(chǎn)生液化的影響半徑R ;
[0014](2)按照囊式液壓激振裝置使土體產(chǎn)生液化的影響半徑R，在地基處理區(qū)域內(nèi)鉆孔布置囊式液壓激振裝置，鉆孔的深度為地基待加固的深度；
[0015](3)在地基加固深度范圍內(nèi)布置水平排水系統(tǒng)及豎向排水系統(tǒng)，豎向排水系統(tǒng)的深度與地基待加固深度相同；
[0016](4)工作時使步進電機驅動器或電磁調(diào)速電動機的驅動力、驅動頻率等于土體產(chǎn)生液化時的最佳驅動力F、驅動頻率f，通過步進電機或電磁調(diào)速電動機驅動液壓活塞做往復運動，激發(fā)囊式液壓激振裝置的囊式振動頭振動，對周圍土體施加循環(huán)荷載，產(chǎn)生一定頻率與振幅的振動波，影響區(qū)域的土體