CN112067497A - 一种钢管桩内填砂密实度检测方法及辅助工具 - Google Patents

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CN112067497A CN202010899062.6A CN202010899062A CN112067497A CN 112067497 A CN112067497 A CN 112067497A CN 202010899062 A CN202010899062 A CN 202010899062A CN 112067497 A CN112067497 A CN 112067497A
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张欢
徐道普
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陈太雷
刘浩
李进禹
谢秋峰
宁涛
王飞
李栋
丁海东
杨品祥
熊仕坤
李旭东
徐平安
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王帝
倪宇
陆胜成
周琳
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Abstract

本申请涉及一种钢管桩内填砂密实度检测方法及辅助工具，涉及桥梁工程建筑技术领域，包含以下步骤：对形成振实砂的砂样进行取样烘干；将烘干砂样分成多份，并配置成不同含水率的多份试样；对每份试样分别进行击实试验，得出每份试样击实后的干密度；根据多份试样的含水率和干密度数据，计算最大干密度；对振实砂取样，计算实测干密度，与最大干密度对比分析。一种辅助工具，包含击实设备，其包含击实筒组件和击实锤组件，击实筒组件包含击实筒本体；击实锤组件用于击实砂样；取样设备，用于取样。本申请的填砂密实度检测方法及辅助工具，计算实测干密度以及振实砂对应砂样的最大干密度，进行对比分析，验证钢管桩内的填砂密实度是否合格。

Description

一种钢管桩内填砂密实度检测方法及辅助工具
技术领域
本申请涉及桥梁工程建筑技术领域，特别涉及一种钢管桩内填砂密实度检测方法及辅助工具。
背景技术
桥梁的钢管桩基础施工过程中，部分桥梁需要在钢管桩内取土并浇筑底节砼，在浇筑底节砼之后，要在上、下混凝土间进行密实填砂作业，以增加钢管桩的刚度。对于超长大直径钢斜桩，当设计填砂距离达到一定的长度(如97m)左右时，密实填砂作业的要求也随之提高，需要在密实填砂完成之后，进行一定的检测工作，来验证密实填砂作业是否合格。
发明内容
本申请实施例提供一种钢管桩内填砂密实度检测方法及辅助工具，通过对钢管桩内的振实砂进行取样分析，计算振实砂的实测干密度以及振实砂对应砂样的最大干密度，进行对比分析，验证钢管桩内的填砂密实度是否合格。
第一方面，本申请提供了一种钢管桩内填砂密实度检测方法，包含以下步骤：对形成所述振实砂的砂样进行取样烘干；
将烘干砂样分成多份，并配置成不同含水率的多份试样；
对每份试样分别进行击实试验，并分别计算每份试样的湿密度和击实后试样的含水率，并换算得出每份试样击实后的干密度；根据多份试样的含水率和干密度数据，计算该砂样的最大干密度；
在不改变所述振实砂的密实度的前提下，对所述振实砂进行取样，并计算出实测干密度，并与最大干密度进行对比分析，当所述实测干密度不小于所述最大干密度的预先设定的百分比时，所述振实砂的密实度判定合格。
一些实施例中，根据多份试样的含水率和干密度数据计算该砂样的最大干密度的方法为：
以干密度ρd为纵坐标，含水率w为横坐标，绘制出所有试样的ρd-w关系曲线，所述ρd-w关系曲线上峰值点的纵坐标即为最大干密度。
一些实施例中，计算第i份试样击实后干密度的方法为：
根据第i份试样击实后的重量mi和体积vi，计算击实后砂样湿密度ρ击；
Figure BDA0002659248180000021
其中，1≤i≤N，N为试样总数，
再取一部分第i份试样，烘干测量含水率wi；
Figure BDA0002659248180000022
其中，m湿i为部分第i份试样的重量，m干i为部分第i份试样烘干后的重量；
将ρ击i换算成击实后砂样的干密度ρdi的方法；
Figure BDA0002659248180000023
一些实施例中，计算所述振实砂的实测干密度的方法为：
不改变所述振实砂的密实度的前提下，对所述振实砂进行取样；
计算振实砂的湿密度；
取部分振实砂烘干，计算振实砂的含水率；
利用振实砂的湿密度和含水率，换算出振实砂的实测干密度。
一些实施例中，配置含水率不同的试样时，加水量mw的计算方法为：
mw＝mo*w0
其中，mo为烘干后含砂质量，w0为所述试样的含水率。
第二方面，本申请提供了一种辅助工具，辅助完成上述钢管桩内填砂密实度检测方法，所述辅助工具包含：
击实设备，其包含击实筒组件和击实锤组件，所述击实筒组件包含用于盛放砂样的击实筒本体，所述击实筒本体底口密封，顶口朝上；所述击实锤组件用于击实所述击实筒本体内的砂样；所述击实设备用于对用烘干砂样调配的不同含水率的试样进行击实试验，便于计算砂样的最大干密度；
取样设备，其用于在不改变所述振实砂的密实度的前提下，对所述振实砂进行取样，便于计算实测干密度，并与最大干密度进行对比分析。
一些实施例中，所述击实筒组件还包含击实筒底板、击实筒定位耳板和定位螺杆；所述击实筒底板密封于击实筒本体的底口，且击实筒底板边沿超出击实筒本体的底口；
所述击实筒定位耳板设置于击实筒本体的侧壁周向，所述定位螺杆垂直贯穿击实筒定位耳板固定于击实筒底板边沿。
一些实施例中，所述击实设备还包含套环组件，所述套环组件包含套环和套环定位耳板，所述套环内径与所述击实筒本体的内径相等，且所述套环可拆卸套设在所述击实筒本体上，所述套环定位耳板设置于套环的侧壁周向，所述套环定位耳板设置定位孔；
当所述套环安装在所述击实筒本体上，所述定位螺杆穿过所述定位孔，每个所述定位螺杆的顶端安装蝶形螺母。
一些实施例中，所述击实锤组件包含击实锤本体、击实锤连杆、击实锤导筒和击实锤提手，所述击实锤本体、击实锤连杆、击实锤导筒和击实锤提手形成朝下的敞口活塞结构；当通过所述击实锤提手上提所述击实锤本体后松开时，所述击实锤本体自由下落击打砂样。
一些实施例中，所述取样设备包含筒体、取样筒底板和两个取样筒把手，所述取样筒底板覆盖所述筒体的一端，所述取样筒底板开设排气孔；两个所述取样筒把手对称设置于所述筒体安装有取样筒底板的一端。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供一种钢管桩内填砂密实度检测方法，先对钢管桩内的振实砂进行取样烘干，通过配制不同含水率的试样，计算得到钢管桩内砂样的最大干密度；再在不改变振实砂的密实度的前提下，对钢管桩内的振实砂进行取样分析，计算振实砂的实测干密度；通过对比分析实测干密度与最大干密度，判定振实砂的密实度是否合格；本申请填砂密实度的检测方法，能够在施工时，实时检测填砂密实度，保证工程质量，实用性强，适用面广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的填砂密实度检测方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的击实设备示意图；
图3为本申请实施例提供的击实设备爆炸图；
图4为本申请实施例提供的取样设备俯视图；
图5为本申请实施例提供的取样设备主视图；
图6为本申请实施例提供的使用取样设备取样时的示意图；
图7为本申请实施例提供的ρd-w关系曲线示意图；
附图标记：1000、击实设备；100、击实筒组件；1、击实筒本体；2、击实筒底板；3、击实筒定位耳板；4、定位螺杆；5、蝶形螺母；200、套环组件；6、套环；7、套环定位耳板；300、击实锤组件；8、击实锤本体；9、击实锤连杆；10、击实锤导筒；11、击实锤提手；2000、取样设备；12、筒体；13、取样筒底板；14、取样筒把手；15、排气孔。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请公开了一种钢管桩内填砂密实度检测方法的实施例，在对钢管桩内的砂进行振实之后(使用振冲器振动密实)，形成振实砂；本申请的检测方法对钢管桩内的振实砂的密实度进行检测，达到检测钢管桩内填砂施工是否合格的目的。检测方法包含以下步骤：
S1：对形成振实砂的砂样进行取样烘干；
S2：将烘干的砂样分成多份，并往每份烘干砂样里面加水，配置出不同含水率的多份试样；
S3：对每份试样分别进行击实试验，并根据每份试样的重量和体积分别计算每份试样的湿密度和击实后试样的含水率，并换算得出每份试样击实后的干密度；根据多份试样的含水率和干密度数据，计算该砂样的最大干密度；
S4：在不改变振实砂的密实度的前提下，对振实砂进行取样，并计算出实测干密度，并与最大干密度进行对比分析，当实测干密度不小于最大干密度的预先设定的百分比时，振实砂的密实度判定合格。
进一步地，在步骤S2中，配置含水率不同的试样时，加水量mw的计算方法为：
mw＝mo*w0
其中，mo为烘干后含砂质量，w0为试样的含水率。
具体地，在步骤S3中，对配置出来的不同含水率的多份试样，一一进行击实试验，相当于模拟钢管桩内的振实过程。在击实之后，根据质量和体积计算出每份试样的湿密度。在每份试样中，取出一定量的试样进行烘干，根据烘干前后的质量差计算各个试样的含水率。用已知的湿密度和含水率，换算得出每份试样击实后的干密度；根据多份试样的含水率和干密度数据计算该砂样的最大干密度的方法为：
以干密度ρd为纵坐标，含水率w为横坐标，绘制出所有试样的ρd-w关系曲线，ρd-w关系曲线上峰值点的纵坐标即为最大干密度(最大干密度是该种砂源在现场施工密度能够达到的最大值)。
进一步地，在一个实施例中，配置的不同含水率的多份试样分别为第1、2、…i、…N，计算第i份试样击实后干密度的方法为：
根据第i份试样击实后的重量mi和体积vi，计算击实后砂样湿密度ρ击i；
Figure BDA0002659248180000071
其中，1≤i≤N，N为试样总数，
再取一部分第i份试样，烘干测量含水率wi；
Figure BDA0002659248180000072
其中，m湿i为部分第i份试样的重量，m干i为部分第i份试样烘干后的重量；
将ρ击i换算成击实后砂样的干密度ρdi；
Figure BDA0002659248180000073
在知道所有试样的wi、ρdi之后，绘制出所有试样的ρd-w关系曲线，理论上而言，试样份数越大，也就是N值越大，ρd-w关系曲线越真实可靠，得到该砂样的最大干密度ρmax。
进一步地，计算振实砂的实测干密度的方法与击实后砂样的干密度ρdi的计算方法基本一致，具体步骤如下：
不改变振实砂的密实度的前提下，对振实砂进行取样；
根据取样的体积vh和质量mh计算振实砂的湿密度ρ湿h；
Figure BDA0002659248180000081
取部分振实砂烘干(可以改变振实砂的密实度)，计算振实砂的含水率wh；
Figure BDA0002659248180000082
利用振实砂的湿密度ρ湿h和含水率wh，换算出振实砂的实测干密度ρdh；
Figure BDA0002659248180000083
优选地，在不改变振实砂的密实度的前提下，对振实砂进行取样时，取多份实测试样的实测干密度的平均值
Figure BDA0002659248180000084
Figure BDA0002659248180000085
其中，1≤h≤M，M为试样总数。
在本实施例中，在步骤S4中，预先设定的百分比是95％。将最终得到的实测干密度
Figure BDA0002659248180000086
与最大干密度ρmax进行对比，当
Figure BDA0002659248180000087
钢管桩内的振实砂的密实度判定合格。
如图2和图3所示，本申请还公开了一种辅助工具的实施例，用于辅助完成上述钢管桩内填砂密实度检测方法，辅助工具包含击实设备1000和取样设备2000，击实设备1000包含击实筒组件100和击实锤组件300，击实筒组件100包含用于盛放砂样的击实筒本体1，击实筒本体1底口密封，顶口朝上；击实锤组件300用于击实击实筒本体1内的砂样；击实设备1000用于对用烘干砂样调配的不同含水率的试样进行击实试验，便于计算砂样的最大干密度；
取样设备2000，其用于在不改变振实砂的密实度的前提下，对振实砂进行取样，便于计算实测干密度，并与最大干密度进行对比分析。
具体地，在配置成不同含水率的多份试样，利用击实设备1000对每份试样进行击实试验，具体地，用击实锤组件300击打砂样，模拟钢管桩内振实的过程。
在本实施例中，击实筒组件100还包含击实筒底板2、击实筒定位耳板3和定位螺杆4；击实筒底板2密封于击实筒本体1的底口，且击实筒底板2边沿超出击实筒本体1的底口。击实筒定位耳板3设置于击实筒本体1的侧壁周向，且垂直于击实筒本体1的侧壁向外伸出，定位螺杆4垂直贯穿击实筒定位耳板3固定于击实筒底板2边沿。
进一步地，击实设备1000还包含套环组件200，套环组件200包含套环6和套环定位耳板7，套环6内径与击实筒本体1的内径相等，且套环6可拆卸套设在击实筒本体1上，用于叠加在击实筒本体1上。
套环定位耳板7设置于套环6的侧壁周向，套环定位耳板7设置定位孔；当套环6安装在击实筒本体1上，定位螺杆4穿过定位孔，将套环组件200定位安装在击实筒组件100上。每个定位螺杆4的顶端安装蝶形螺母5，通过旋转蝶形螺母5可拆卸连接套环组件200。
进一步地，击实锤组件300包含击实锤本体8、击实锤连杆9、击实锤导筒10和击实锤提手11，击实锤本体8、击实锤连杆9、击实锤导筒10和击实锤提手11形成朝下的敞口活塞结构。在实际使用的过程中，工人通过击实锤提手11将击实锤本体8上提，之后松手，击实锤本体8在自身重力的作用下自由下落击打砂样，将砂样振实。
如图4和图5所示，在本实施例中，取样设备2000包含筒体12、取样筒底板13和两个取样筒把手14，取样筒底板13覆盖筒体12的一端，取样筒底板13开设排气孔15；两个取样筒把手14对称设置于筒体12安装有取样筒底板13的一端。
优选地，筒体12的另一端边沿开设刃口，便于筒体12下压。如图6所示，在使用取样设备2000时，工人将带排气孔的取样筒底板13朝上，保持取样筒底板13处于水平状态，缓慢下压，可以在不改变振实砂的密实度的前提下，进行取样；当下压到排气孔中有砂溢出时，缓慢取出取样设备2000即可。在取样过程中，可能会出现取样后振实砂更松或更紧的情形，但这种情形很少，可以忽略不计。
取样设备2000的筒体的体积是一定的，质量是一定的，直接将装有砂样的取样设备2000进行称重，可以方便的得到体积和质量值，并计算出振实砂的湿密度ρ湿h。
在一个实施例中，在本实施例中，对振实砂的砂源进行取样约40kg，在烘箱内烘干，烘干后的砂样的质量大于25kg，冷却备用，将烘干后的试样用四分法称取五份5kg的砂样。每份砂样加入相应的水，搅拌均匀，得到含水率分别为14％、16％、18％、20％和22％的五份砂样。
选择一份砂样，将砂样分五层装入带有套环组件200的击实筒组件100的击实筒本体1内，每一层略超过击实筒本体1的1/5，每一层砂样都需要用重4.536KG的击实锤本体8以457mm的高度(击实锤导筒的长度)击实砂样56次。最后一层击实后，取下套环组件200，要求击完后余砂高度不超过筒顶面6mm，用修土刀削去击实筒本体1的顶面多余试样，进行称重，根据已知的击实筒体积计算出每份砂样的击实后的湿密度。取适量击实后的砂样烘干，根据烘干前后的质量差计算击实后的含水率，根据含水率和湿密度计算得出每份砂样的干密度。以干密度ρd为纵坐标，含水率w为横坐标，绘制ρd-w关系曲线，曲线上峰值点的横纵坐标分别为最大干密度和最佳含水率(见图7)。
本申请实施例提供一种钢管桩内填砂密实度检测方法和辅助装置，先对钢管桩内的振实砂进行取样烘干，通过配制不同含水率的试样，计算得到钢管桩内砂样的最大干密度；再在不改变振实砂的密实度的前提下，对钢管桩内的振实砂进行取样分析，计算振实砂的实测干密度；通过对比分析实测干密度与最大干密度，判定振实砂的密实度是否合格；本申请填砂密实度的检测方法，能够在施工时，实时检测填砂密实度，保证工程质量，实用性强，适用面广。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钢管桩内填砂密实度检测方法，用于对钢管桩内的振实砂的密实度进行检测，其特征在于，包含以下步骤：
对形成所述振实砂的砂样进行取样烘干；
将烘干砂样分成多份，并配置成不同含水率的多份试样；
对每份试样分别进行击实试验，并分别计算每份试样的湿密度和击实后试样的含水率，并换算得出每份试样击实后的干密度；根据多份试样的含水率和干密度数据，计算该砂样的最大干密度；
在不改变所述振实砂的密实度的前提下，对所述振实砂进行取样，并计算出实测干密度，并与最大干密度进行对比分析，当所述实测干密度不小于所述最大干密度的预先设定的百分比时，所述振实砂的密实度判定合格。
2.如权利要求1所述的一种钢管桩内填砂密实度检测方法，其特征在于，根据多份试样的含水率和干密度数据计算该砂样的最大干密度的方法为：
以干密度ρd为纵坐标，含水率w为横坐标，绘制出所有试样的ρd-w关系曲线，所述ρd-w关系曲线上峰值点的纵坐标即为最大干密度。
3.如权利要求2所述的一种钢管桩内填砂密实度检测方法，其特征在于，计算第i份试样击实后干密度ρdi的方法为：
根据第i份试样击实后的重量mi和体积vi，计算击实后砂样湿密度ρ击i；
Figure FDA0002659248170000011
其中，1≤i≤N，N为试样总数，
再取一部分第i份试样，烘干测量含水率wi；
Figure FDA0002659248170000021
其中，m湿i为部分第i份试样的重量，m干i为部分第i份试样烘干后的重量；
将ρ击i换算成击实后砂样的干密度ρdi；
Figure FDA0002659248170000022
4.如权利要求1所述的一种钢管桩内填砂密实度检测方法，其特征在于：计算所述振实砂的实测干密度的方法为：
不改变所述振实砂的密实度的前提下，对所述振实砂进行取样；
计算振实砂的湿密度；
取部分振实砂烘干，计算振实砂的含水率；
利用振实砂的湿密度和含水率，换算出振实砂的实测干密度。
5.如权利要求1所述的一种钢管桩内填砂密实度检测方法，其特征在于，配置含水率不同的试样时，加水量mw的计算方法为：
mw＝mo*w0
其中，mo为烘干后含砂质量，w0为所述试样的含水率。
6.一种辅助工具，其特征在于，其用于辅助完成如权利要求1所述的钢管桩内填砂密实度检测方法，所述辅助工具包含：
击实设备(1000)，其包含击实筒组件(100)和击实锤组件(300)，所述击实筒组件(100)包含用于盛放砂样的击实筒本体(1)，所述击实筒本体(1)底口密封，顶口朝上；所述击实锤组件(300)用于击实所述击实筒本体(1)内的砂样；所述击实设备(1000)用于对用烘干砂样调配的不同含水率的试样进行击实试验，便于计算砂样的最大干密度；
取样设备(2000)，其用于在不改变所述振实砂的密实度的前提下，对所述振实砂进行取样，便于计算实测干密度，并与最大干密度进行对比分析。
7.如权利要求6所述的辅助工具，其特征在于：所述击实筒组件(100)还包含击实筒底板(2)、击实筒定位耳板(3)和定位螺杆(4)；所述击实筒底板(2)密封于击实筒本体(1)的底口，且击实筒底板(2)边沿超出击实筒本体(1)的底口；
所述击实筒定位耳板(3)设置于击实筒本体(1)的侧壁周向，所述定位螺杆(4)垂直贯穿击实筒定位耳板(3)固定于击实筒底板(2)边沿。
8.如权利要求7所述的辅助工具，其特征在于：所述击实设备(1000)还包含套环组件(200)，所述套环组件(200)包含套环(6)和套环定位耳板(7)，所述套环(6)内径与所述击实筒本体(1)的内径相等，且所述套环(6)可拆卸套设在所述击实筒本体(1)上，所述套环定位耳板(7)设置于套环(6)的侧壁周向，所述套环定位耳板(7)设置定位孔；
当所述套环(6)安装在所述击实筒本体(1)上，所述定位螺杆(4)穿过所述定位孔，每个所述定位螺杆(4)的顶端安装蝶形螺母(5)。
9.如权利要求6所述的辅助工具，其特征在于：所述击实锤组件(300)包含击实锤本体(8)、击实锤连杆(9)、击实锤导筒(10)和击实锤提手(11)，所述击实锤本体(8)、击实锤连杆(9)、击实锤导筒(10)和击实锤提手(11)形成朝下的敞口活塞结构；当通过所述击实锤提手(11)上提所述击实锤本体(8)后松开时，所述击实锤本体(8)自由下落击打砂样。
10.如权利要求6所述的辅助工具，其特征在于：所述取样设备(2000)包含筒体(12)、取样筒底板(13)和两个取样筒把手(14)，所述取样筒底板(13)覆盖所述筒体(12)的一端，所述取样筒底板(13)开设排气孔(15)；两个所述取样筒把手(14)对称设置于所述筒体(12)安装有取样筒底板(13)的一端。
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