CN104091509A - 一种钻孔灌注桩教学实体模型及教学演示方法 - Google Patents
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Abstract
一种钻孔灌注桩教学实体模型及教学演示方法，属于教学设备及方法技术领域。针对于目前土木施工指导课程对钻孔灌注桩施工的现场观摩与教学的需求，本次设计是基于对传统的钻孔灌注桩施工教学实体模型并加以设计和改进，使该钻孔灌注桩教学实体模型不仅能从模型外观上展现具体的施工现场布置形式，还能展现实际钻孔灌注桩的具体施工工艺。通过对钻孔灌注桩施工教学实体模型的静态实体模型和动态操作方法的设计和改进，使该实体模型能基于静态和动态体现具体施工场面、施工工艺以及关键工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔灌注桩教学实体模型及教学演示方法，针对于目前土木施工指导课程对钻孔灌注桩施工的现场观摩与教学的需求，本次设计是基于对传统的钻孔灌注桩施工教学实体模型并加以设计和改进，使该钻孔灌注桩教学实体模型不仅能从模型外观上展现具体的施工现场布置形式，还能展现实际钻孔灌注桩的具体施工工艺。通过设计和改进模型，使该实体模型能基于静态和动态体现具体施工场面、施工工艺以及关键工序，弥补传统静态实体模型的不足，满足了教学对钻孔灌注桩实际施工的不亲临现场的解说需要。
背景技术
新时期，随着我国土木工程施工技术飞跃式的发展，土木工程施工技术的继承和发展需要教学过程的贯彻和教学技术的创新。而针对土木工程的新技术复杂技术的教学，由于教学条件有限而不能到达现场进行具体工程施工教学，往往需要借助教学实体模型进行施工技术的教学培养。
目前，国内针对钻孔灌注桩施工教学实体模型的设计和制造大多由非土木工程专业背景的模型公司制作，往往对钻孔灌注桩施工教学实体模型设计过于纯粹地静态化和模具化，导致实体模型本身不能切实地体现钻孔灌注桩施工具体的施工工艺和关键工序，严重影响了教学质量和技术传授。
因此，目前钻孔灌注桩施工的教学迫切需要一种具有能体现钻孔灌注桩施工具体的施工工艺和关键工序的动静态结合教学实体模型。
发明内容
本发明的目的是克服目前钻孔灌注桩施工教学实体模型设计过于纯粹地静态化和模具化以及不能切实地体现钻孔灌注桩施工具体的施工工艺和关键工序的不足，通过对钻孔灌注桩施工教学实体模型的静态实体模型和动态操作方法的设计和改进，使该实体模型能基于静态和动态体现具体施工场面、施工工艺以及关键工序。
本发明采取了如下技术方案：
一种钻孔灌注桩施工教学实体模型其特征在于：所述模型包括实木底座1、地质沙箱2、玻璃板3、围板4、已灌注成形桩基5、未灌注桩孔6、双排并联集料筒7、米浆22和染料10；地质沙箱2整体布置在实木底座1上，且地质沙箱1四周由一块玻璃板3和三块围板4围成并与底部的实木底座1形成一个无盖长方体结构；地质沙箱2内埋置三层土层表示地基构造，自上而下分别为沙土25、粘土26和风化岩27；在地质沙箱2的玻璃板3分别嵌入已灌注成形桩基5和未灌注桩孔6，两者高度相同且两者的水平嵌入深度为桩孔的半径和竖向嵌入深度为桩底面至风化岩27顶面为止；已灌注成形桩基5的材料为实体塑料构成，已灌注成形桩基5从下至上依次由下封底砼桩段16、第一次拔导管桩段15、第二次拔导管桩段14、第三次拔导管桩段13、第四次拔导管桩段12和上封底砼桩段11层层间粘结组成，并层层间以黑白颜色加以区别，已灌注成形桩基5的分层作为模型在静态下展示已灌注成形桩基5的组成和各施工工序所形成的结构；
未灌注桩孔6的结构包括孔壁17、钢筋笼18、注浆导管23、注浆漏斗21和硬化混凝土块24；孔壁17由透明塑料制成，钢筋笼18、注浆导管23、注浆漏斗21和硬化混凝土块24均由轻质实体塑料制成，硬化混凝土块24含中孔并可套入注浆导管23；注浆漏斗21内部嵌套橡胶活塞20及活塞杆19，橡胶活塞20和活塞杆19相连接；
双排并联集料筒7放置在地质沙箱内2，双排并联集料筒7由两个并排米浆筒8和两个并排染料筒9组成，米浆筒8内装有米浆22，两个染料筒9分别装着白色和黑色两种不同颜色的染料10；
运用所述的一种钻孔灌注桩施工教学实体模型进行教学演示的方法，其特征在于：具体步骤如下：
静态演示：通过已灌注成形桩基5的分层结构讲解钻孔灌注桩施工的工序和各工序所形成的结构，而已灌注成形桩基5各分层高度作为动态演示钻孔灌注桩施工过程进行参考的高度。
动态演示：
(1)模拟实际正常的钻孔灌注桩施工的动态演示
第一步：在两个染料筒9内分别装有黑和白两种不同颜色的染料10，取染料10的两种不同颜色的染料分别加入两个都装有米浆22的米浆筒8内并且分别加水拌合形成黑和白两种不同颜色的米浆22；
第二步：将钢筋笼18放入未灌注桩孔内6，提起钢筋笼18的底部至与下封底砼桩段16相同高度以上，再将注浆导管23一端插入至钢筋笼18底下为止；
第三步：将拌合好的米浆22放入注浆漏斗21后，用橡胶活塞20嵌套入注浆漏斗21，通过活塞杆19下压橡胶活塞20使米浆22沿着注浆导管23进入未灌注桩孔6内；
第四步：使步骤三的压入未灌注桩孔内6内的米浆22高度为与下封底砼桩段16和第一次拔导管桩段15组成高度相同时，进行第一次上拔注浆导管23至注浆导管23底端距米浆22液面两厘米处；其中，注入未灌注桩孔内6内与下封底砼桩段16相同高度的米浆22为黑色，注入未灌注桩孔内6内与第一次拔导管桩段15相同高度的米浆22为白色，以演示已灌注成形桩基5的下封底砼桩段16和第一次拔导管桩段15的动态施工过程；
第五步：重复步骤三，并参考已灌注成形桩基5各分层的第二次拔导管桩段14的高度和黑颜色，向未灌注桩孔内6注入黑色的米浆22至与第二次拔导管桩段14的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基5的第二次拔导管桩段14的动态施工过程；
第六步：进行第二次上拔注浆导管23至注浆导管23底端距米浆22液面两厘米处，重复步骤三并参考已灌注成形桩基5各分层的第三次拔导管桩段13的高度和白颜色，向未灌注桩孔内6注入白色的米浆22至与第三次拔导管桩段13的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基5的第三次拔导管桩段13的动态施工过程；
第七步：进行第三次上拔注浆导管23至注浆导管23底端距米浆22液面两厘米处，重复步骤三并参考已灌注成形桩基5各分层的第四次拔导管桩段12的高度和黑颜色，向未灌注桩孔内6注入黑色的米浆22至与第四次拔导管桩段12的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基5的第四次拔导管桩段12的动态施工过程；
第八步：进行第四次上拔注浆导管23至注浆导管23底端距米浆22液面两厘米处，重复步骤三并参考已灌注成形桩基5各分层的上封底砼桩段11的高度和白颜色，向未灌注桩孔内6注入白色的米浆22至与上封底砼桩段11的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基5的上封底砼桩段11的动态施工过程；
第九步：从未灌注桩孔内6拔出注浆导管23并完成正常的钻孔灌注桩施工的动态演示过程。
(2)模拟钻孔灌注桩施工出现的钢筋笼上浮现象的动态演示
第一步：在两个染料筒9内分别装有黑和白两种不同颜色的染料10，取染料10的两种不同颜色的染料分别加入两个都装有米浆22的米浆筒8内并且分别加水拌合形成黑和白两种不同颜色的米浆22；
第二步：将注浆导管23一端插入至与下封底砼桩段16相同高度为止，并接上注浆漏斗21；
第三步：将拌合好的米浆22放入注浆漏斗21后，用橡胶活塞20嵌套入注浆漏斗21，通过活塞杆19下压橡胶活塞20使米浆22沿着注浆导管23进入未灌注桩孔6内至下封底砼桩段16相同高度为止；
第四步：拔掉注浆导管23上端的注浆漏斗21，再将硬化混凝土块24套入注浆导管23并沿注浆导管23下落滑至未灌注桩孔6内的米浆22液面上；
第五步：把钢筋笼18沿注浆导管23下放至硬化混凝土块24，然后给注浆导管23上端接上注浆漏斗21，再用橡胶活塞20继续给未灌注桩孔6内灌注米浆22，使硬化混凝土块24在下部米浆22的顶升作用下出现上浮并顶升钢筋笼18，从而达到模拟实际钻孔灌注桩施工出现的钢筋笼上浮现象的动态演示。
本发明可以获得如下有益效果
地质沙箱为一个无盖长方体，可以供装入不同类砂土及碎石形成土层地质结构模型，可以有效反映不同地质条件下的施工。地质沙箱一侧围挡采用玻璃板和玻璃板一侧嵌入灌注桩结构，可以达到展示钻孔灌注桩施工的地基剖面立体化效果，让钻孔灌注桩教学内容伸入地层有指引作用，且剖式透明可视化效果让钻孔灌注桩施工全程细节可视化。米浆材料本身易取且可以一次性拌合多次使用，并且采用米浆材料来代表灌注混凝土，在颗粒流体结构和流动性上凸显混凝土性质，并便于模型用来演示钻孔灌注桩动态施工过程。六种染料颜料的配合入米浆，让米浆形成六种颜色，便于对未灌注桩孔演示灌注混凝土过程形成颜色分明成以说明已灌注成形桩基六个桩段施工形成的过程，使模型教学演示步骤化和贴近实际工序化。未灌注桩孔和已灌注成形桩基在模型同时存在，使模型可在静态结构讲解教学后，在进行动态演示，达到静动态教学演示效果。结合各构件，通过改变操作步骤，使模型既可以模拟演示正常的钻孔灌注桩施工过程，又可以模拟演示实际钻孔灌注桩施工过程出现的钢筋笼上浮现象，使模型教学多功能化。
附图说明
图1是本发明钻孔灌注桩教学实体模型整体布置图；
图2是本发明正常钻孔灌注桩施工模型演示图；
图3是本发明钻孔灌注桩施工钢筋笼上浮现象模型演示图。
图中：1为实木底座；2为地质沙箱；3为玻璃板；4为围板；5为已灌注成形桩基；6为未灌注桩孔；7为双排并联集料筒；8为米浆筒；9为染料筒；10为染料；11为上封底砼桩段；12为第四次拔导管桩段；13为第三次拔导管桩段；14为第二次拔导管桩段；15为第一次拔导管桩段；16为下封底砼桩段；17为孔壁；18为钢筋笼；19为活塞杆；20为橡胶活塞；21为注浆漏斗；22为米浆；23为注浆导管；24为硬化混凝土块，25为沙土；26为粘土；27为风化岩。
具体实施方式
下面结合附图1至图3详细说明本发明具体实施方式。
正常钻孔灌注桩施工演示操作步骤如下：
第一步：模拟混凝土浆液准备，将米浆放入各个米浆筒8中并进行液化拌合，各个米浆筒8内米浆22分别配入黑色和白色的染料10，配成白色和黑色的米浆22；
第二步：将钢筋笼18放入未灌注桩孔内5，提起钢筋笼18至与下封底砼桩段16相同高度以上，将注浆导管23与注浆漏斗21相连，并注浆导管23一端插入未灌注桩孔内5至钢筋笼18之下；
第三步：将拌合好的米浆22放入注浆漏斗21后，将橡胶活塞20嵌套入注浆漏斗21，通过活塞杆19下压橡胶活塞20使米浆22沿着注浆导管23进入未灌注桩孔6底部；
第四步：重复步骤三，并参考已灌注成形桩基5的分层结构高度和颜色，分层分步提拔注浆导管23并向未灌注桩孔6内注入与已灌注成形桩基5相应各层结构相同高度和颜色的米浆22，至与已灌注成形桩基5高度相同并完成对模拟实际正常的钻孔灌注桩施工的动态演示。
钻孔灌注桩施工出现钢筋笼上浮现象演示操作步骤如下：
第一步：在两个染料筒9内分别装有黑和白两种不同颜色的染料10，取染料10的两种不同颜色的染料分别加入两个都装有米浆22的米浆筒8内并且分别加水拌合形成黑和白两种不同颜色的米浆22；
第二步：将注浆导管23一端插入至与下封底砼桩段16相同高度为止，并接上注浆漏斗21；
第三步：将拌合好的米浆22放入注浆漏斗21后，用橡胶活塞20嵌套入注浆漏斗21，通过活塞杆19下压橡胶活塞20使米浆22沿着注浆导管23进入未灌注桩孔6内至下封底砼桩段16相同高度为止；
第四步：拔掉注浆导管23上端的注浆漏斗21，再将硬化混凝土块24套入注浆导管23并沿注浆导管23下落滑至未灌注桩孔6内的米浆22液面上；
第五步：把钢筋笼18沿注浆导管23下放至硬化混凝土块24，然后给注浆导管23上端接上注浆漏斗21，再用橡胶活塞20继续给未灌注桩孔6内灌注米浆22，使硬化混凝土块24在下部米浆22的顶升作用下出现上浮并顶升钢筋笼18，从而达到模拟实际钻孔灌注桩施工出现的钢筋笼上浮现象的动态演示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种钻孔灌注桩施工教学实体模型，其特征在于：所述模型包括实木底座(1)、地质沙箱(2)、玻璃板(3)、围板(4)、已灌注成形桩基(5)、未灌注桩孔(6)、双排并联集料筒(7)、米浆(22)和染料(10)；地质沙箱(2)整体布置在实木底座(1)上，且地质沙箱(1)四周由一块玻璃板(3)和三块围板(4)围成并与底部的实木底座(1)形成一个无盖长方体结构；地质沙箱(2)内埋置三层土层表示地基构造，自上而下分别为沙土(25)、粘土(26)和风化岩(27)；在地质沙箱(2)的玻璃板(3)分别嵌入已灌注成形桩基(5)和未灌注桩孔(6)，两者高度相同且两者的水平嵌入深度为桩孔的半径和竖向嵌入深度为桩底面至风化岩(27)顶面为止；已灌注成形桩基(5)的材料为实体塑料构成，已灌注成形桩基(5)从下至上依次由下封底砼桩段(16)、第一次拔导管桩段(15)、第二次拔导管桩段(14)、第三次拔导管桩段(13)、第四次拔导管桩段(12)和上封底砼桩段(11)层层间粘结组成，并层层间以黑白颜色加以区别，已灌注成形桩基(5)的分层作为模型在静态下展示已灌注成形桩基(5)的组成和各施工工序所形成的结构；
未灌注桩孔(6)的结构包括孔壁(17)、钢筋笼(18)、注浆导管(23)、注浆漏斗(21)和硬化混凝土块(24)；孔壁(17)由透明塑料制成，钢筋笼(18)、注浆导管(23)、注浆漏斗(21)和硬化混凝土块(24)均由轻质实体塑料制成，硬化混凝土块(24)含中孔并可套入注浆导管(23)；注浆漏斗(21)内部嵌套橡胶活塞(20)及活塞杆(19)，橡胶活塞(20)和活塞杆(19)相连接；
双排并联集料筒(7)放置在地质沙箱内(2)，双排并联集料筒(7)由两个并排米浆筒(8)和两个并排染料筒(9)组成，米浆筒(8)内装有米浆(22)，两个染料筒(9)分别装着白色和黑色两种不同颜色的染料(10)。
2.运用权利要求1所述的一种钻孔灌注桩施工教学实体模型进行教学演示的方法，其特征在于：具体步骤如下：
静态演示：通过已灌注成形桩基(5)的分层结构讲解钻孔灌注桩施工的工序和各工序所形成的结构，而已灌注成形桩基(5)各分层高度作为动态演示钻孔灌注桩施工过程进行参考的高度；
动态演示：
1)模拟实际正常的钻孔灌注桩施工的动态演示：
第一步：在两个染料筒(9)内分别装有黑和白两种不同颜色的染料(10)，取染料(10)的两种不同颜色的染料分别加入两个都装有米浆(22)的米浆筒(8)内并且分别加水拌合形成黑和白两种不同颜色的米浆(22)；
第二步：将钢筋笼(18)放入未灌注桩孔内(6)，提起钢筋笼(18)的底部至与下封底砼桩段(16)相同高度以上，再将注浆导管(23)一端插入至钢筋笼(18)底下为止；
第三步：将拌合好的米浆(22)放入注浆漏斗(21)后，用橡胶活塞(20)嵌套入注浆漏斗(21)，通过活塞杆(19)下压橡胶活塞(20)使米浆(22)沿着注浆导管(23)进入未灌注桩孔(6)内；
第四步：使步骤三的压入未灌注桩孔内(6)内的米浆(22)高度为与下 封底砼桩段(16)和第一次拔导管桩段(15)组成高度相同时，进行第一次上拔注浆导管(23)至注浆导管(23)底端距米浆(22)液面两厘米处；其中，注入未灌注桩孔内(6)内与下封底砼桩段(16)相同高度的米浆(22)为黑色，注入未灌注桩孔内(6)内与第一次拔导管桩段(15)相同高度的米浆(22)为白色，以演示已灌注成形桩基(5)的下封底砼桩段(16)和第一次拔导管桩段(15)的动态施工过程；
第五步：重复步骤三，并参考已灌注成形桩基(5)各分层的第二次拔导管桩段(14)的高度和黑颜色，向未灌注桩孔内(6)注入黑色的米浆(22)至与第二次拔导管桩段(14)的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基(5)的第二次拔导管桩段(14)的动态施工过程；
第六步：进行第二次上拔注浆导管(23)至注浆导管(23)底端距米浆(22)液面两厘米处，重复步骤三并参考已灌注成形桩基(5)各分层的第三次拔导管桩段(13)的高度和白颜色，向未灌注桩孔内(6)注入白色的米浆(22)至与第三次拔导管桩段(13)的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基(5)的第三次拔导管桩段(13)的动态施工过程；
第七步：进行第三次上拔注浆导管(23)至注浆导管(23)底端距米浆(22)液面两厘米处，重复步骤三并参考已灌注成形桩基(5)各分层的第四次拔导管桩段(12)的高度和黑颜色，向未灌注桩孔内(6)注入黑色的米浆(22)至与第四次拔导管桩段(12)的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基(5)的第四次拔导管桩段(12)的动态施工过程；
第八步：进行第四次上拔注浆导管(23)至注浆导管(23)底端距米浆(22)液面两厘米处，重复步骤三并参考已灌注成形桩基(5)各分层的上封底砼桩段(11)的高度和白颜色，向未灌注桩孔内(6)注入白色的米浆(22)至与上封底砼桩段(11)的高度相同为止，以演示已灌注成形桩基(5)的上封底砼桩段(11)的动态施工过程；
第九步：从未灌注桩孔内(6)拔出注浆导管(23)并完成正常的钻孔灌注桩施工的动态演示过程；
2)模拟钻孔灌注桩施工出现的钢筋笼上浮现象的动态演示；
第一步：在两个染料筒(9)内分别装有黑和白两种不同颜色的染料(10)，取染料(10)的两种不同颜色的染料分别加入两个都装有米浆(22)的米浆筒(8)内并且分别加水拌合形成黑和白两种不同颜色的米浆(22)；
第二步：将注浆导管(23)一端插入至与下封底砼桩段(16)相同高度为止，并接上注浆漏斗(21)；
第三步：将拌合好的米浆(22)放入注浆漏斗(21)后，用橡胶活塞(20)嵌套入注浆漏斗(21)，通过活塞杆(19)下压橡胶活塞(20)使米浆(22)沿着注浆导管(23)进入未灌注桩孔(6)内至下封底砼桩段(16)相同高度为止；
第四步：拔掉注浆导管(23)上端的注浆漏斗(21)，再将硬化混凝土块(24)套入注浆导管(23)并沿注浆导管(23)下落滑至未灌注桩孔(6)内的米浆(22)液面上；
第五步：把钢筋笼(18)沿注浆导管(23)下放至硬化混凝土块(24)，然后给注浆导管(23)上端接上注浆漏斗(21)，再用橡胶活塞(20)继续给未灌注桩孔(6)内灌注米浆(22)，使硬化混凝土块(24)在下部米浆(22)的顶升作用下出现上浮并顶升钢筋笼(18)，从而达到模拟实际钻孔灌注桩施工出现的钢筋笼上浮现象的动态演示。
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