[發明專利]一種伺服控制的擴底樁機械成孔模型試驗裝置及使用方法

有效

• 申請號: 202010567409.7
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111648416B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 張勛;高志華;黃沛;張亞國
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;E02D33/00;E02D5/44
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種伺服控制的擴底樁機械成孔模型試驗裝置及使用方法，本發明采用模型箱裝填試驗用土體，試驗用土體中埋置擴底模型樁。通過油壓千斤頂提供向下鉆孔的動力，由伺服電機控制鉆孔速率。通過動力控制設備和連接桿進行擴底模型樁等截面直段成孔；通過動力控制設備、連接桿及擴孔機構實現擴底模型樁擴底段成孔。本發明自動化控制水平高，能夠模擬擴底樁干作業機械成孔施工過程，能進行擴底樁機械成孔參數精確控制，能在不同特性地基土中進行擴底模型樁機械成孔模擬。

技術領域

本發明屬于試驗裝置領域，具體涉及一種伺服控制的擴底樁機械成孔模型試驗裝置及使用方法。

背景技術

現在陸上風電場建設項目主要集中的三北(華北、東北、西北)地區，廣泛分布的是約占陸地面積6.63％的黃土，黃土普遍發育著大孔隙，約75％具有濕陷性，遇水浸濕易誘發下沉量大、下沉速度快的失穩變形。在濕陷性黃土層厚度大于15m的場地，考慮風機塔筒高聳結構長期承受360°水平偏心隨機荷載的特點和基礎對傾斜的嚴格限制，常需要采用穿透濕陷性黃土層的擴底樁基礎。

擴底樁在干作業機械成孔過程中，先按照等直徑鉆孔的方法鉆進到預定深度，在此過程中會對樁周土產生一定程度的擾動，然后換用擴孔鉆頭并撐開鉆頭的擴孔刀刃，使之旋轉切削土層以形成擴大孔底，擴底過程中對土體的擾動比等直徑鉆孔過程中的擾動還要強烈，不僅會使擴底段的樁周土受到擾動，還會使孔底下端一定深度的土體受到擾動，因此，整個施工過程會持續擾動樁周土及樁底土體，不斷改變樁孔周圍土體應力狀態，會對擴底樁靜動力特性產生很大影響。然而，目前大量關于擴底樁水平、抗壓、抗拔靜動力特性及其影響因素的研究均忽略了擴底樁施工對樁周土體的擾動。

針對缺乏擴底樁施工效應研究，對于重大風電工程，需要結合室內模型試驗進行分析，其中的關鍵技術是如何模擬擴底樁等截面樁身和擴底段施工過程，而目前尚未發現有關該問題的報道。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種伺服控制的擴底樁機械成孔模型試驗裝置及使用方法，本裝置的模擬精度高、自動化程度高。

為了達到上述目的，一種伺服控制的擴底樁機械成孔模型試驗裝置，包括模型箱，模型箱上設置有可調節支架，可調節支架頂部設置有移動橫梁，移動橫梁底部固定有油壓千斤頂，油壓千斤頂的推桿端部連接伺服電機，伺服電機的兩側設置有固定桿，固定桿的端部設置有滑輪，可調節支架的內表面上開設有滑道，滑輪置于滑道內，伺服電機的輸出軸連接連接桿，連接桿置于模型箱內。

連接桿為螺旋鉆桿。

連接桿的底部設置有擴孔機構，擴孔機構包括與連接桿連接的帶絲扣螺桿，帶絲扣螺桿上設置有連接方管，連接方管上設置有若干擴孔刀臂，擴孔刀臂通過連接件與帶絲扣螺桿的底部連接。

模型箱包括角鋼框架以及鋼板、加固槽鋼，角鋼框架的四周通過鋼板焊接成型，加固槽鋼設置在角鋼框架的中間部位。

可調節支架上開設有若干用于固定移動橫梁的螺孔。

模型箱與可調節支架間設置有定位支架，連接桿穿過定位支架置于模型箱內。

一種伺服控制的擴底樁機械成孔模型試驗裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟一，在模型箱中裝填試驗用土體，將可調節支架安裝在模型箱頂部兩邊的翻沿上，將移動橫梁安裝在可調節支架上，油壓千斤頂通過安裝于移動橫梁上，伺服電機上端與油壓千斤頂的推桿連接，伺服電機通過與帶滑輪的固定桿連接穩定伺服電機在空中的姿態，再將伺服電機齒輪箱下端先與連接桿連接；

步驟二，開動伺服電機，按照設計的鉆速，在油壓千斤頂向下的推進力作用下完成等截面樁身鉆孔施工；

步驟三，更換連接桿，開動伺服電機，按照設計的擴孔鉆速，在油壓千斤頂向下的推進力作用下完成擴孔段鉆孔施工。