CN109944283B - 一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，包括桩基模型槽、装置底座、装置立柱、手摇卷轮机、泥浆容器、定滑轮组、动力调速电机、钻杆输浆口、动力平台、带有活口钻头的螺旋钻杆、定位护孔、空气压缩机，本发明与传统的模型试验制桩技术相比，能够在模型试验中更真实模拟长螺旋钻孔压灌注桩的成桩工艺与成桩效果，提高模型试验的相似度，用于对长螺旋钻孔压灌注桩的承载变形特性研究。本发明可更改装置的物理参数，如钻杆长度，以满足不同试验要求。本发明试验中的关键参数读取更便利和精确，注浆压力可由空气压缩机的压力表读取记录，注浆量可由泥浆容器的刻度表读取记录，钻杆钻速与扭矩可由调速电机读取记录等。

Description

一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置及 方法

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种模型试验装置，特别是一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置及方法。

背景技术

长螺旋钻孔压灌注桩是基于长螺旋钻机的发展而形成的，并经过国内外不断改进与优化的一种新型施工工艺，在我国的许多地区得到了广泛的应用。不同于常见的普通钻孔桩，长螺旋钻孔压灌注桩是利用长螺旋钻机钻孔至设计标高，停钻之后在提钻的同时，通过设在内管钻头上的活口，压灌注混凝土，在拔钻至桩孔顶部时，混凝土也被压灌注至设计桩顶标高，移开钻杆将钢筋笼靠自重或震动压入桩体，最后成桩。

长螺旋钻孔压灌注桩施工工艺被应用于桩基础，止水帷幕、地基处理和基坑支护等中，适用于沙土层、淤泥土层、填土层、卵石层强风化及中风化、含地下水土层等各类土质情况，甚至是一些软土层、流沙层等不良地质条件。

长螺旋钻孔压灌注桩与普通钻孔桩相比，有以下特点：1.桩尖无虚土，无断桩、塌孔、缩径等施工通病，保证了施工质量；2.操作简便，更高的成桩效率和单桩承载力，工程成本相对较低；3.不需要泥浆护壁、不用挤土与排污、噪音低、施工现场更文明。

然而，目前该桩型存在设计理论滞后于工程实践的现象。对于长螺旋钻孔压灌注桩缺乏系统的理论研究，包括桩的承载机理、变形特性等方面。

室内模型试验是设计理论研究的常用工具，其中模型的制备至关重要，目前常用的模型桩制备的方法有压入法和预置法，都不符合长螺旋钻孔压灌注桩的实际成桩工况，因此，针对此问题，需要提出一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，从而提高试验结果的准确性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的模型桩制备技术的缺陷，提供一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置及方法，解决长螺旋钻孔压灌注桩模型试验的准确性和可靠性问题。

本发明的技术方案如下：一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，包括桩基模型槽、装置底座、装置立柱、手摇卷轮机、泥浆容器、定滑轮组、动力调速电机、钻杆输浆口、动力平台、带有活口钻头的螺旋钻杆、定位护孔、空气压缩机，装置底座固定在桩基模型槽上，装置立柱连接在装置底座上，装置立柱的侧面设置桅杆，动力平台与桅杆相连，动力平台可沿着桅杆进行垂直运动，手摇卷轮机设置在装置立柱的侧面，手摇卷轮机与动力平台设置在定滑轮组的两侧，手摇卷轮机可以通过定滑轮组控制动力平台的运动，动力平台上方设置动力调速电机，动力平台下方设置带有活口钻头的螺旋钻杆，动力调速电机和带有活口钻头的螺旋钻杆通过同步带连接，带有活口钻头的螺旋钻杆上方设置钻杆输浆口，泥浆容器与钻杆输浆口通过输浆管连接，泥浆容器与空气压缩机连接，定位护孔固定在装置底座上，定位护孔位于带有活口钻头的螺旋钻杆的正下方。

进一步地，所述的泥浆容器由带有数字刻度的圆柱形有机玻璃制作而成，且可以有效记录压浆量。

进一步地，所述的装置底座通过螺丝与桩基模型槽固定。

本发明的一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置的试验方法如下：

(1)连接好输浆管、空气压缩机的压力管，检查装置气密性和安全性；

(2)在桩基模型槽中按照规范方法铺设模型地基；

(3)调节好预定的成桩孔位后，固定整个装置；

(4)控制动力调速电机，调节转速，通过手摇卷轮机控制下降速率，钻进到设计标高后，停止钻动；

(5)控制动力调速电机，通过手摇卷轮机提供上拔力，拔钻的同时打开空气压缩机，将泥浆容器中的泥浆压灌到带有活口钻头的螺旋钻杆中，通过活口钻头，边向上拔钻边灌浆；

(6)压灌注至设计桩顶标高后，关闭设备电源，移开整个装置，将钢筋笼的替代物压入桩体中；

(7)养护成桩。

本发明与现有的成桩技术相比，具有的有益效果包括：

1、本发明试验装置结构简单，操作方便，模拟试验效果好，能够更加真实地模拟长螺旋钻孔压灌注桩的成桩工艺与成桩效果。

2、本发明可以更改装置的物理参数，如钻杆长度，以满足不同试验要求。

3、本发明采用调速电机驱动，对电源无特殊要求，试验中的关键参数读取更加便利和精确，注浆压力可由空气压缩机的压力表读取记录，注浆量可由泥浆容器的刻度表读取记录，钻杆钻速与扭矩可由调速电机读取记录等。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的俯视图；

图中，1桩基模型槽、2装置底座、3装置立柱、4手摇卷轮机、5泥浆容器、6定滑轮组、7动力调速电机、8钻杆输浆口、9动力平台、10带有活口钻头的螺旋钻杆、11定位护孔、12空气压缩机。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1-4所示，一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，包括桩基模型槽1、装置底座2、装置立柱3、手摇卷轮机4、泥浆容器5、定滑轮组6、动力调速电机7、钻杆输浆口8、动力平台9、带有活口钻头的螺旋钻杆10、定位护孔11、空气压缩机12，装置底座2固定在桩基模型槽1上，装置底座2控制桩基模型槽中成桩的位置，其可以给上部设备提供托力。装置立柱3连接在装置底座2上，装置立柱3起到支撑作用。装置立柱3的侧面设置桅杆，动力平台9与桅杆相连，动力平台9可沿着桅杆进行垂直运动，手摇卷轮机4设置在装置立柱3的侧面，手摇卷轮机4与动力平台9设置在定滑轮组6的两侧，手摇卷轮机4可以通过定滑轮组6控制动力平台9的运动，手摇卷轮机4提供给动力平台9以上拔力与下压力，进而完成钻孔与拔钻过程所需的上拔力与下压力，手摇卷轮机4可以手动控制钻机上升速率，来匹配压灌泥浆的压力和流量，动力平台9上方设置动力调速电机7，动力平台9下方设置带有活口钻头的螺旋钻杆10，动力调速电机7和带有活口钻头的螺旋钻杆10通过同步带连接，动力调速电机7通过同步带为带有活口钻头的螺旋钻杆10提供扭矩，其可以调节转速与扭矩。带有活口钻头的螺旋钻杆10上方设置钻杆输浆口8，泥浆容器5与钻杆输浆口8通过输浆管连接，泥浆容器5与空气压缩机12连接，空气压缩机提供给泥浆容器一个注浆压力，将泥浆通过输浆管和带有活口钻头的螺旋钻杆10压灌注到桩孔之中，空气压缩机12可以调节注浆压力，并记录注浆压力。定位护孔11固定在装置底座2上，定位护孔11位于带有活口钻头的螺旋钻杆10的正下方，保证带有活口钻头的螺旋钻杆10垂直向下钻入土内，不发生偏斜。

进一步地，所述的泥浆容器5由带有数字刻度的圆柱形有机玻璃制作而成，且可以有效记录压浆量。

进一步地，所述的装置底座2通过螺丝与桩基模型槽1固定。

本发明的一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置的试验方法如下：

(1)连接好输浆管、空气压缩机12的压力管，检查装置气密性和安全性；

(2)在桩基模型槽1中按照规范方法铺设模型地基；

(3)调节好预定的成桩孔位后，固定整个装置；

(4)控制动力调速电机7，调节转速，通过手摇卷轮机4控制下降速率，钻进到设计标高后，停止钻动；

(5)控制动力调速电机7，通过手摇卷轮机4提供上拔力，拔钻的同时打开空气压缩机12，将泥浆容器5中的泥浆压灌到带有活口钻头的螺旋钻杆10中，通过活口钻头，边向上拔钻边灌浆；

(6)压灌注至设计桩顶标高后，关闭设备电源，移开整个装置，将钢筋笼的替代物压入桩体中；

(7)养护成桩。

Claims (4)

1.一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，其特征在于，包括桩基模型槽、装置底座、装置立柱、手摇卷轮机、泥浆容器、定滑轮组、动力调速电机、钻杆输浆口、动力平台、带有活口钻头的螺旋钻杆、定位护孔、空气压缩机，装置底座固定在桩基模型槽上，装置立柱连接在装置底座上，装置立柱的侧面设置桅杆，动力平台与桅杆相连，动力平台可沿着桅杆进行垂直运动，手摇卷轮机设置在装置立柱的侧面，手摇卷轮机与动力平台设置在定滑轮组的两侧，手摇卷轮机可以通过定滑轮组控制动力平台的运动，动力平台上方设置动力调速电机，动力平台下方设置带有活口钻头的螺旋钻杆，动力调速电机和带有活口钻头的螺旋钻杆通过同步带连接，带有活口钻头的螺旋钻杆上方设置钻杆输浆口，泥浆容器与钻杆输浆口通过输浆管连接，泥浆容器与空气压缩机连接，定位护孔固定在装置底座上，定位护孔位于带有活口钻头的螺旋钻杆的正下方。

2.根据权利要求1所述的一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，其特征在于，所述的泥浆容器由带有数字刻度的圆柱形有机玻璃制作而成，且可以有效记录压浆量。

3.根据权利要求1所述的一种模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验装置，其特征在于，所述的装置底座通过螺丝与桩基模型槽固定。

4.一种应用权利要求1所述装置的模拟长螺旋钻孔压灌注桩成桩的室内模型试验方法，其特征在于，该方法包括：

(1)连接好输浆管、空气压缩机的压力管，检查装置气密性和安全性；

(2)在桩基模型槽中按照规范方法铺设模型地基；

(3)调节好预定的成桩孔位后，固定整个装置；

(4)控制动力调速电机，调节转速，通过手摇卷轮机控制下降速率，钻进到设计标高后，停止钻动；

(5)控制动力调速电机，通过手摇卷轮机提供上拔力，拔钻的同时打开空气压缩机，将泥浆容器中的泥浆压灌到带有活口钻头的螺旋钻杆中，通过活口钻头，边向上拔钻边灌浆；

(6)压灌注至设计桩顶标高后，关闭设备电源，移开整个装置，将钢筋笼的替代物压入桩体中；

(7)养护成桩。

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