CN106498991A - 一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置及方法，该装置包括模型箱、模型桩、组合钢筒、土体和水泥浆；所述的模型桩、组合钢筒、土体和水泥浆均容置于所述模型箱内，所述的组合钢筒可移除地套设于所述的模型桩外，所述的土体填充于所述的模型箱内且于所述的组合钢筒外的空间，所述的水泥浆灌注于所述的组合钢筒与所述的模型桩之间。本发明采用组合钢筒进行保护，隔开了土体与模型桩之间的空隙，便于灌注水泥浆，灌注水泥浆后，把嵌入块抽出，使弧形钢板在周围的土体压力作用下径向运动，这样既可以释放周围的土体在填土压实过程中产生的过大侧压力，同时土体随着弧形钢板径向挤压，形成与水泥浆的粗糙接触面。

Description

一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程桩基模型试验技术领域，具体涉及一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置及方法。

背景技术

随钻跟管桩是指在钻进成孔的同时将PHC管桩沉至孔底，土岩渣从管桩内排出，管壁外侧灌注水泥浆，桩芯可根据设计需要通长灌注、部分灌注或不灌注混凝土封闭形成的桩。随钻跟管桩与目前广泛应用的普通管桩相比，所述的普通管桩例如是采用打入或静压法施工，随钻跟管桩具有不挤土、变形小、噪音小等显著特点，由于随钻跟管桩独特的施工工艺，使其与普通管桩在荷载传递规律、沉降变形特征、失效破坏机制等方面存在较大差异。随钻跟管桩的桩端阻力比介于0.15～0.45，桩侧摩阻力主要靠管桩外壁水泥浆与桩周土提供，水泥浆与土体胶结面的力学特性直接关系到随钻跟管桩—注浆体—桩周土组成的承载体系的稳定性，是此类桩失效破坏的关键科学问题。

由于现场原型试验费用高、试验数据不易采集等缺点，使得现场试验难以大规模开展，而数值计算方法尚不足以全面模拟岩土体的复杂性，因此室内模型试验成为目前研究水泥浆与桩周土之间相互作用机理的主要技术手段。但是室内模型一般采用缩尺模型，成桩工艺无法完全再现现场施工过程，因此研究一种操作简单、经济合理，可以形成与实际工程相似的水泥浆—桩周土胶结体的模型桩埋设方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置及方法，采用本发明的模型桩，其桩周土的应力状态及水泥浆与土体的相互浸入情况与现场工况基本相符，本发明对于采用模型试验研究随钻跟管桩承载及破坏机理至关重要。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，包括模型箱、模型桩、组合钢筒、土体和水泥浆；所述的模型桩、组合钢筒、土体和水泥浆都容置于所述模型箱内，所述的组合钢筒可移除地套设于所述的模型桩外，所述的土体填充于所述的模型箱内且于所述的组合钢筒外的空间，所述的水泥浆灌注于所述的组合钢筒与所述的模型桩之间。

具体地，所述的组合钢筒包括嵌入块和至少两块弧形钢板，所述的弧形钢板环绕围设在所述的模型桩外，且所述的弧形钢板相互衔接形成管状，所述的嵌入块可拆卸地置于相邻两块弧形钢板之间的衔接处。

进一步，相邻的两块弧形钢板通过半榫卯活动连接。

具体地，所述的嵌入块等角度地环绕设置在所述的弧形钢板之间的衔接处。

进一步，所述的弧形钢板为两块，所述的嵌入块为两个，所述的弧形钢板衔接形成管状，所述的嵌入块分别置于两块弧形钢板之间的衔接处。

进一步，每块弧形钢板的一衔接边设有榫头和榫头平台，其另一衔接边设有榫眼和榫眼平台，所述的榫头和榫眼平台依该弧形钢板的弧度弯曲；其中该榫头位于外侧，并自其根部至其端部逐渐径向收窄，使该榫头的横截面呈椎状。

具体地，所述的组合钢筒通过设在相邻的两块弧形钢板的衔接处的外侧上中下三个位置的金属卡扣固定。

具体地，所述的模型桩的直径D1为100～300mm，所述的组合钢筒的外径D2为D1+20mm，厚度为8～12mm；所述的嵌入块的横截面的长10～30mm，宽4～6mm。

为了达到上述目的，本发明提供另一技术方案如下：一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋方法，步骤如下：

(1)首先将至少两块弧形钢板相互衔接，形成管状，将嵌入块放置于相邻两块弧形钢板之间的衔接处，并在所述的两块弧形钢板衔接处的外侧上中下三个位置采用金属卡扣固定，组成组合钢筒；

(2)接着把所述的组合钢筒放置于模型箱内的预置模型桩的桩位处，在所述的模型箱中分层填土，每到所述的金属卡扣位置，将所述的金属卡扣解开，对土体进行压密夯实，如此反复直至所述的土体达到所述的预置的模型桩的顶端；

(3)然后把所述的模型桩吊入所述的组合钢筒内固定，在所述的模型桩的桩周与组合钢筒之间的空隙中灌注水泥浆；

(4)最后把所述的嵌入块抽出，静止一段时间后，将全部弧形钢板吊出，即完成随钻跟管桩模型试验模型桩的埋设工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用组合钢筒进行保护，隔开了土体与模型桩之间的空隙，便于灌注水泥浆，灌注水泥浆后，把嵌入块抽出，使弧形钢板在周围的土体压力作用下径向运动，这样既可以释放周围的土体在填土压实过程中产生的过大侧压力，同时土体随着弧形钢板径向挤压，形成与水泥浆的粗糙接触面，经试验对比表明，此时的桩周土应力状态及桩周土与水泥浆的接触关系与实际状态更加相似，试验效果良好，试验结果合理。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是实施例的模型试验装置布置示意图。

图2是实施例的组合钢筒的结构示意图。

图3是实施例的组合钢筒变化状态一示意图。

图4是实施例的组合钢筒变化状态二示意图。

图5是实施例的组合钢筒变化状态三示意图。

图中：模型箱-1；模型桩-2；组合钢筒-3；嵌入块-4；弧形钢板-32；榫头-321；榫头平台-323；榫眼-325；榫眼平台-327。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1～图5所示，实施例的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，包括模型箱1、模型桩2、组合钢筒3、土体和水泥浆。模型桩2、组合钢筒3、土体和水泥浆都容置于模型箱1内，组合钢筒3可移除地套设于模型桩2外，土体填充于模型箱1内且组合钢筒3外的空间，水泥浆灌注于组合钢筒3与模型桩2之间。

其中，组合钢筒3包括两块弧形钢板32、两个嵌入块4和多个金属卡扣，两块弧形钢板32的两侧边衔接，形成管状，两个嵌入块4分别对应地可拆卸地抵顶于两块弧形钢板32之间的衔接处，在每块弧形钢板32的衔接处的外侧上中下三个位置采用金属卡扣固定，组成组合钢筒3。

具体地，两块弧形钢板32之间采用半榫卯形式连接，每块弧形钢板32的一衔接边设有榫头321，且相对地，榫头321位于外侧，榫头平台323位于内侧；该弧形钢板32的另一衔接边设有榫眼325，且相对地，榫眼325位于外侧，榫眼平台327位于内侧。而且，榫头与榫眼相互匹配，榫头平台和榫眼平台相互匹配，每块弧形钢板32的榫头321和榫眼平台327都依该弧形钢板32的弧度弯曲，这有利于衔接处的活动。而嵌入块4抵顶在该榫头平台323和榫眼平台327之间，稍微放大组合钢筒3的圆周，此为图2的组合钢筒3的状态一(图3)，待土体填充完毕及水泥浆灌注完毕后，抽离两个嵌入块4，此为图2的组合钢筒3的状态二(图4)，待嵌入板4拔出后，空隙之间的土体会对两块弧形钢板32径向压缩，组合钢筒3的圆周变小，此为图2的组合钢筒3的状态三(图5)。

进一步，榫头321自其根部至其端部逐渐径向收窄，使该榫头321的横截面呈椎状。则，榫头321处于组合钢筒3的外侧面，且榫头321的横截面呈椎状。之所以采用此设计方法，是考虑到在组合钢筒3外侧填土后，土体会填充弧形钢板32衔接处的空隙，若采用端部为平面式的设计，当嵌入板4拔出后，空隙之间的土体会对组合钢筒3的径向压缩产生阻碍，影响周围土侧压力释放的效果。

本发明的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋方法，其步骤如下：

(1)首先将两个嵌入块4分别放置于两块弧形钢板32的衔接处，并在所述的两块弧形钢板32衔接处的外侧上中下三个位置采用金属卡扣固定，组成稳定牢固的组合钢筒3；

(2)接着把组合钢筒3放置于模型箱1内的预置模型桩2的桩位处，在模型箱1中分层填土，每到金属卡扣位置，将所述的金属卡扣解开，对土体进行压密夯实，如此反复直至所述的土体达到预置的模型桩2的顶端；

(3)然后把模型桩2吊入组合钢筒3内固定，在模型桩2的桩周与组合钢筒3之间的空隙中灌注水泥浆至距离模型桩2的桩顶1/5～1/4h处，其中，h为模型桩2的高度；

(4)最后把两个嵌入块4抽出，静止一段时间使两块弧形钢板32径向运动以释放侧向土压力后，缓慢将两块弧形钢板32吊出，即完成随钻跟管桩模型试验模型桩的埋设工作。

从实施例可见，两块弧形钢板32设置的主要目的在于，形成管状并套设模型桩2，因此，可以得到，组成组合钢筒3的钢板不仅限于两块，则，也不仅限于半圆弧形状，组成组合钢筒3的可以是两块以上的弧形钢板。

从实施例可见，嵌入块4设置的主要目的在于，抵顶在相邻两块弧形钢板的衔接处，使抽离嵌入块4后，所述的两块相邻弧形钢板能径向运动以释放侧向土压力，并顺利吊出组成组合钢筒3的全部弧形钢板，因此，可以得到，具有至少一个嵌入块即能满足所述设置目的。进一步，实施例对称设置嵌入块能均衡地释放侧向土压力，因此，作为本发明的优选方案，设有至少两个嵌入块的情况下，其等角度地环绕设置在组成所述的组合钢筒的弧形钢板之间的衔接处。而且，可知，在所有的衔接处都需要固定部件固定，优选地，所述的固定部件为金属卡扣。

具体地，模型桩2为预制桩。

具体地，为确保组合钢筒3拼合顺畅，所述的至少两块弧形钢板组成直径唯一的组合钢筒3。

具体地，模型桩2的直径D1为100～300mm，为了防止组合钢筒3的两块弧形钢板32拔出时碰撞模型桩2，组合钢筒3的外径D2为(D1+20mm)，厚度为8～12mm。且，嵌入块4的横截面的长度为10～30mm，宽度为4～6mm。

本实施例所述随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置和方法的其它结构参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是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作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：包括模型箱、模型桩、组合钢筒、土体和水泥浆；所述的模型桩、组合钢筒、土体和水泥浆都容置于所述模型箱内，所述的组合钢筒可移除地套设于所述的模型桩外，所述的土体填充于所述的模型箱内且于所述的组合钢筒外的空间，所述的水泥浆灌注于所述的组合钢筒与所述的模型桩之间。

2.根据权利要求1所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：所述的组合钢筒包括嵌入块和至少两块弧形钢板，所述的弧形钢板环绕围设在所述的模型桩外，且所述的弧形钢板相互衔接形成管状，所述的嵌入块可拆卸地置于相邻两块弧形钢板之间的衔接处。

3.根据权利要求2所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：相邻的两块弧形钢板通过半榫卯活动连接。

4.根据权利要求3所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：所述的嵌入块等角度地环绕设置在所述的弧形钢板之间的衔接处。

5.根据权利要求4所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：所述的弧形钢板为两块，所述的嵌入块为两个，所述的弧形钢板衔接形成管状，所述的嵌入块分别置于两块弧形钢板之间的衔接处。

6.根据权利要求3所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：每块弧形钢板的一衔接边设有榫头和榫头平台，其另一衔接边设有榫眼和榫眼平台，所述的榫头和榫眼平台依该弧形钢板的弧度弯曲；其中该榫头位于外侧，并自其根部至其端部逐渐径向收窄，使该榫头的横截面呈椎状。

7.根据权利要求2所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：所述的组合钢筒通过设在所述的衔接处的外侧上中下三个位置的金属卡扣固定。

8.根据权利要求7所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋装置，其特征在于：所述的模型桩的直径D1为100～300mm，所述的组合钢筒的外径D2为D1+20mm，厚度为8～12mm；所述的嵌入块的横截面的长10～30mm，宽4～6mm。

9.一种随钻跟管桩模型试验中桩的预埋方法，其特征在于，步骤如下：

(1)首先将至少两块弧形钢板相互衔接，形成管状，将嵌入块放置于相邻两块弧形钢板之间的衔接处，并在所述的两块弧形钢板衔接处的外侧上中下三个位置采用金属卡扣固定，组成组合钢筒；

(2)接着把所述的组合钢筒放置于模型箱内的预置模型桩的桩位处，在所述的模型箱中分层填土，每到所述的金属卡扣位置，将所述的金属卡扣解开，对土体进行压密夯实，如此反复直至所述的土体达到所述的预置的模型桩的顶端；

(3)然后把所述的模型桩吊入所述的组合钢筒内固定，在所述的模型桩的桩周与组合钢筒之间的空隙中灌注水泥浆；

(4)最后把所述的嵌入块抽出，静止一段时间后，将全部弧形钢板吊出，即完成随钻跟管桩模型试验模型桩的埋设工作。

10.根据权利要求9所述的随钻跟管桩模型试验中桩的预埋方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，在所述的模型桩的桩周与组合钢筒之间的空隙中灌注水泥浆至距离模型桩的桩顶1/5～1/4h处，其中，h为所述的模型桩的高度。