CN106013267A - 一种竖向抗拉拔混凝土模型桩及其建造方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大尺寸竖向抗拉拔作用的混凝土模型桩，该模型桩可以进行室内竖向抗拔加卸载试验及桩侧摩阻力试验，试验数据可靠，采集方便简便，结果能反映桩基实际工作性状。模型桩包括桩头、桩身以及设置在模型桩内部的桩芯，桩头的中部开设出线口，该出线口与桩芯的顶部连通，桩芯包括铝管以及均匀贴在铝管内壁的应变片，应变片连接数据线，所述数据线通过所述铝管的顶端以及出线口引出并连接数据分析仪。与现有技术相比，本发明突破原有该类型模型桩对材料、尺寸等因素的限制，采用混凝土作为桩身材料，能更好反映桩基实际工作性状，为探讨桩土相互作用机理提供有力保障。

Description

一种竖向抗拉拔混凝土模型桩及其建造方法及应用
技术领域
本发明涉及土木水利工程中边坡和地基中模型试验技术领域，具体涉及一种竖向抗拉拔混凝土模型桩及其建造方法及应用。
背景技术
随着城市建设的快速发展和交通、港口、码头等行业的蓬勃兴起，桩基技术在我国得到广泛应用，几乎已普及于全国所有工程建设领域中，具有广阔的发展前景。国内外很多学者在桩土相互作用机理方面进行了大量的探索并取得了很多成果，但由于桩-土相互作用关系十分复杂，单纯理论分析难以准确探讨桩基的实际工作性状，试验研究作用一种重要的研究手段得到广泛应用。现有试验研究大多是基于现场实测数据和室内模型试验来进行分析，现场实测由于环境复杂、影响因素多、测试数据质量差等诸多原因给数据分析带来一定困难；室内模型试验可以根据试验目的，通过较为精确设定和控制边界条件以及桩土材料特性，可以较好反映桩土作用的一些重要特征，为开展桩土相互作用机理研究提供可靠的研究数据，但现有室内模型试验多采用小尺寸的玻璃棒、铝管等材料来模拟基桩工作状况，由于材料差异及尺寸效应影响，分析结果也难以反映桩基的实际工作性状。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够更好反映桩基实际工作形状的竖向抗拉拔混凝土模型桩及其建造方法及应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，所述模型桩包括桩头、桩身以及设置在模型桩内部的桩芯，所述桩头的中部开设出线口，该出线口与所述桩芯的顶部连通，所述桩芯包括铝管以及均匀贴在铝管内壁的应变片，所述应变片连接数据线，所述数据线通过所述铝管的顶端以及出线口引出并连接数据分析仪。
所述的桩头外侧设有PVC管。桩头置于模型槽上部，暴露于外部周边没有土体填充，因此采用PVC管能起到有效保护作用，避免意外损伤；其次在加载试验过程中PVC管便于加载；再次桩芯导线需要引出，采用PVC管与桩身连接可以在管侧开孔，能起到导线线头的有效导出及线头保护。
所述桩身和桩头的材料选自细骨料混凝土或砂浆。
所述的细骨料混凝土所用石子采用过筛的“瓜子片”碎石，粒径范围控制在约为1～5mm，因为桩本身截面较小，内部尚存在一定范围的桩芯，因此采用细骨混凝土(骨料直径较小的混凝土)能够保证预制桩桩身强度的同时满足浇筑预制的要求。
所述的铝管为由2根角铝对接形成的口字形管，所述铝管的底端通过将角铝切削弯折进行封口，铝管的顶端的一侧开设用于引出数据线的侧孔。
所述2根角铝对接的接缝中填充环氧树脂，以达到密封效果。
所述铝管设置侧孔的部分填充环氧树脂，以达到密封效果。
所述应变片在桩芯同一深度处，对称布设两组，按照半桥布设原则，每组两片，深度方向根据测试精度及测试要求可以布设4-10个深度位置，所述应变片通过730胶贴在所述铝管的内壁，并通过环氧树脂进行密封，这是因为预制桩工作环境为埋设在模型槽的土体当中，属于有水存在的地下水环境，采用环氧树脂密封能够有效避免线头受潮产生应变片失效，其次半桥连接的应变片线头较多，采用环氧树脂密封也能有效固定链接节点，起到加固链接的同时避免点头短路，确保应变片的存活率及长期稳定性。
一种如上所述竖向抗拉拔混凝土模型桩的建造方法，包括以下几个步骤：
(a)用细骨料混凝土或砂浆浇筑桩头，并在桩头外侧套设PVC管，待用；
(b)在2根角铝的内部贴上应变片，并将应变片连接数据线后用环氧树脂密封，然后将2根角铝对接并用环氧树脂将接缝密封形成铝管，并将数据线从铝管的一端引出，并填充环氧树脂将铝管的一端密封，铝管的另一端通过将角铝切削弯折进行封口，待用；
(c)将步骤(b)所得铝管设有侧孔的一端嵌入步骤(a)所得桩头中，并将数据线从桩头的出线口中引出，得到桩头、铝管组合件；
(d)用细骨料混凝土或砂浆浇筑桩身，然后钻孔并插入步骤(c)所得桩头、铝管组合件；
(e)浇筑细骨料混凝土或砂浆将桩身和桩头连接固定并捣实形成模型桩，待养护至龄期满即可对所得模型桩进行试验。
一种如上所述竖向抗拉拔混凝土模型桩的应用，所述模型桩用于室内竖向抗拔加卸载试验或桩侧摩阻力试验，所得实验结果指导现场桩基的工作状况。
该模型桩可以在室内模型槽中完成试验竖向抗拔加卸载试验或桩侧摩阻力试验，只要按照模型槽规格及试验要求，适当调整此模型桩桩长即可，对于竖向抗拔加卸载试验，可以使用模型槽加载装置及简易千斤顶加卸载。对于桩侧摩阻力量测，利用模型桩内置的应变片，在竖向抗压、抗拔加卸载试验过程中，采用应变读数即可泛酸量测。
根据实验室模型桩在参照真实组合荷载工况作用下的力学性能响应，推测和表征实际桩基在组合荷载作用下承载性状，对于指导实际工程设计施工，完善现行设计施工规范具有重要指导意义和实用价值。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明模拟桩突破原有该类型模型桩对材料、尺寸等因素的限制，采用混凝土作为桩身材料，能更好反映桩基实际工作性状，为探讨桩土相互作用机理提供有力保障。并且在试验过程中可以根据试验要求，灵活选择合适的桩长、桩径，灵活布置应变片。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图；
图2为本发明的侧面剖视图；
图3为本发明的俯视剖视图；
图4为图3中区域A的局部放大示意图；
图5为本发明中应变片的布置图。
其中，1 为桩身，2 为桩芯，3 为桩头，4 为应变片，5 为数据线，6 为角铝，7为接缝，8 为出线口，9 为PVC管，10 为环氧树脂。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其结构如图1～图4所示，该模型桩包括混凝土桩身1、桩头3以及封闭的“□”字形铝管桩芯2，桩芯2包括铝管以及贴在铝管内壁的应变片4，应变片4和数据线5连接。桩头3外侧设有PVC管9，用于保护桩头；桩身1和桩头3的材料选自细骨料混凝土，该细骨料混凝土所用石子的粒径为1～5mm。铝管为由2根角铝6对接形成的口字形管，铝管的底端通过将角铝切削弯折进行封口，铝管的顶端的一侧开设用于引出数据线8的侧孔。2根角铝6对接的接缝7中填充环氧树脂，以达到密封效果。铝管内部设置侧孔的部分填充环氧树脂10，以达到密封效果。其中应变片4均匀贴在口字形桩芯相对的两个侧面上，相邻的两个应变片4之间相距250mm，最下端的应变片4距离桩芯2底端的距离为100mm，最上端的应变片4距离桩芯2顶端的距离为300mm，其具体位置布置如图5所示。
为更好模拟混凝土桩基，桩身材料选用细骨料混凝土或砂浆，贴应变片以量测桩身应变，为确保应变片的成活率且便于加工制作，桩芯采用20mm×1.5mm角铝贴片后粘结成封闭“□”字形铝管，一端管侧开口引出数据线，贴片处采用703和环氧树脂密封，接缝处及数据线出口用环氧树脂密封。预制桩在模具中浇注成桩后养护至龄期满，在模型槽中土体充分固结后，通过放线在模型槽土体表面确定试桩水平位置，并借助固定在模型槽上的定位装置保持压桩过程试桩竖直压入土体至指定标高。灌注桩在模型槽土体充分固结后，通过放线在模型槽土体表面确定试桩水平位置并实施钻孔，成孔后插入贴有应变片的铝管桩芯，浇注混凝土并插捣密实成桩，成桩后每日在桩头洒水养护至龄期满。

Claims (10)

1.一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述模型桩包括桩头(3)、桩身(1)和桩芯(2)，所述桩芯(2)位于桩头(3)和桩身(1)的内部，所述桩头(3)的中部开设出线口(8)，该出线口(8)与所述桩芯(2)的顶部连通，所述桩芯(2)包括铝管以及均匀贴在铝管内壁的应变片(4)，所述应变片(4)连接数据线(5)，所述数据线(5)通过所述铝管的顶端以及出线口(8)引出并连接数据分析仪。
2.根据权利要求1所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述的桩头(3)外侧设有PVC管，用于保护桩头(3)。
3.根据权利要求1所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述桩身(1)和桩头(3)的材料选自细骨料混凝土或砂浆。
4.根据权利要求3所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述的细骨料混凝土所用石子的粒径为1～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述的铝管为由2根角铝(6)对接形成的口字形管，所述铝管的底端通过将角铝(6)切削弯折进行封口，铝管的顶端的一侧开设用于引出数据线(5)的侧孔。
6.根据权利要求5所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述2根角铝(6)对接的接缝(7)中填充环氧树脂，以达到密封效果。
7.根据权利要求5所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述铝管设置侧孔的部分填充环氧树脂，以达到密封效果。
8.根据权利要求1所述的一种竖向抗拉拔混凝土模型桩，其特征在于，所述应变片(4)的数量为4～10组，每组2个，每一组应变片(4)相对设置在铝管内部，所述应变片(4)通过730胶贴在所述铝管的内壁，并通过环氧树脂进行密封。
9.一种如权利要求1～8任一所述竖向抗拉拔混凝土模型桩的建造方法，其特征在于，该建造方法包括以下几个步骤：
(a)用细骨料混凝土或砂浆浇筑桩头(3)，并在桩头(3)外侧套设PVC管，待用；
(b)在2根角铝(6)的内部贴上应变片(4)，并将应变片(4)连接数据线(8)后用环氧树脂密封，然后将2根角铝(6)对接并用环氧树脂将接缝(7)密封形成铝管，并将数据线(8)从铝管的一端引出，并填充环氧树脂将铝管的一端密封，铝管的另一端通过将角铝(6)切削弯折进行封口，待用；
(c)将步骤(b)所得铝管设有侧孔的一端嵌入步骤(a)所得桩头(3)中，并将数据线(8)从桩头(3)的出线口中引出，得到桩头、铝管组合件；
(d)用细骨料混凝土或砂浆浇筑桩身(1)，然后钻孔并插入步骤(c)所得桩头、铝管组合件；
(e)浇筑细骨料混凝土或砂浆将桩身(1)和桩头(3)连接固定并捣实形成模型桩，待养护至龄期满即可对所得模型桩进行试验。
10.一种如权利要求1～8任一所述竖向抗拉拔混凝土模型桩的应用，其特征在于，所述模型桩用于室内竖向抗拔加卸载试验、或桩侧摩阻力试验，所得实验结果指导现场桩基的工作状况。
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