[发明专利]基于变刚度起到免共振作用的振动桩锤及沉桩方法

说明书

本发明公开了一种基于变刚度起到免共振作用的振动桩锤及沉桩方法，振动桩锤包括质量块、刚度调节装置、激振锤、第一螺旋弹簧；所述刚度调节装置包括磁致变刚度块、导线、整流电路和电源，导线绕在磁致变刚度块外侧，电源、整流电路和导线依次连接；在振动锤的激振频率穿越振动锤‑桩‑地基体系的共振频率时，通过调节磁致变刚度块的等效刚度，使质量块和磁致变刚度块作为减振器抑制振动锤的振动，从而减少共振对邻近建筑物的影响；而当振动锤激振频率达到工作频率时，通过调节磁致变刚度块的等效刚度，使质量块和磁致变刚度块作为振动放大器加大振动桩锤施加在桩上的动载荷，从而加速沉桩。

技术领域

本发明属于岩土工程的振动沉桩领域，尤其涉及一种基于变刚度起到免共振作用的振动桩锤。

背景技术

岩土工程打桩施工中，可以在桩顶部静力加载从而将桩压入土层中，也可以在桩顶部用冲击载荷将桩打入土层，但冲击载荷作用下对周围环境影响较大，因此在建筑物林立的市区这种冲击打桩的方法往往禁止使用。目前也有在桩顶夹持振动锤从而带动桩产生一定频率的竖向持续振动，在这个过程中桩和土的侧摩阻力和桩端阻力降低，从而将桩沉入地基中，这种方法相对而言对周围环境影响较小，但是这种振动锤是依靠成对的偏心质量块转动产生竖向激振力，在启动的过程中偏心质量块的转动频率由零逐渐增加、并且要穿越地基的共振频率、直至达到稳定的工作转动频率，而偏心质量块的转动频率穿越振动锤-桩-地基体系的共振频率时地基振动明显增加，特别在市区会对邻近建筑物造成过大振动，因此限制了这种振动锤在市区的使用。因此人们也开发出了免共振锤，即多组偏心质量块转动频率在振动锤-桩-地基体系共振频率附近时，偏心质量块产生的竖向和水平向激振力相互抵消，这样在偏心质量块加速转动穿越共振频率时就不会对地基产生振动影响，而偏心质量块转速达到稳定的工作频率后多组偏心质量块产生的水平向激振力相互抵消而竖向激振力相互叠加，从而带动桩振动下沉进入地基。这种免共振锤因为对邻近建筑物影响很小，因此在建筑物密集的市区中得到成功应用，但是这种免共振锤价格高昂且远超过普通的振动锤价格。因此需要一种振动桩锤，它带有附加质量块和可调节刚度的弹性体作为减振器或振动放大器，即振动锤的激振频率穿越振动锤-桩-地基体系的共振频率时，附加质量块和可调节刚度的弹性体可以作为减振器抑制振动锤的振动，从而减少共振对邻近建筑物的影响；而当振动锤激振频率达到工作频率时，附加质量块和可调节刚度的弹性体可以作为振动放大器加大振动桩锤施加在桩上的动载荷，从而加速沉桩。

发明内容

本发明为了克服普通振动桩锤激振频率由零增加至工作频率的过程中因穿越振动锤-桩-地基体系的共振频率而导致周围环境振动过大的问题，以及在工作频率时难以放大振动桩锤振动的问题，本发明提供了一种减少共振影响周围环境的振动桩锤。

本发明的技术方案：一种基于变刚度起到免共振作用的振动桩锤，包括质量块、刚度调节装置、激振锤、第一螺旋弹簧；

所述刚度调节装置包括磁致变刚度块、导线、整流电路和电源，导线绕在磁致变刚度块外侧，电源、整流电路和导线依次连接。当导线中的电流改变时磁致变刚度块受到的磁场强度改变，且此时磁致变刚度块等效刚度也随之改变；设磁致变刚度块的等效刚度为k₂，杨氏模量为E，水平横截面积为A，竖向高度为L，则等效刚度磁致变刚度块受到的磁场强度加大时，杨氏模量E增加，竖向高度L伸长，横截面积A减小，而且杨氏模量E的增量远大于长度L的伸长量和横截面积A的减小量，因此磁场强度加大时磁致变刚度块的等效刚度k₂增大；

所述质量块、磁致变刚度块、激振锤、第一螺旋弹簧从上至下依次连接。