CN113431105B - 一种检测扩体桩强度的构件及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于扩体桩检测技术领域，具体公开一种检测扩体桩强度的构件，包括成型模具，还包括与成型模具相配合的上部构件和下部构件；上部构件与土体相配合，下部构件与芯桩和扩体相配合；本发明提供了一种结构简单、检测方便的检测扩体桩强度的构件。

Description

一种检测扩体桩强度的构件及检测方法

技术领域

本发明属于扩体桩检测技术领域，具体涉及一种检测扩体桩强度的构件。

背景技术

随着桩基工程的发展，桩的形状及施工形式发生了很大的变化，早期由灌注桩向预制桩方向发展，后来由预制桩向组合形式的桩型发展，根骨扩体桩现作为新的桩型，由预制芯桩和扩体材料组合而成。由于扩体桩各部分组成和施工工艺的特点，在很大程度上提高了桩的承载性能。相较于传统的灌注桩质量问题多的缺点而言，扩体桩施工质量更有保证，施工效率更高。但是关于扩体桩中粘结强度和剪强度检测的方法较少，现在关于扩体桩中芯桩与扩体之间粘结强度的检测，有些使用原位试验，其不仅工程量大，而且造价高。关于扩体与土之间检测强度的测定比较特殊，因为组合桩与土之间的截面强度不仅存在胶凝材料入渗的影响，而且存在法向应力的影响，使其扩体与土截面强度增强，利用直剪仪时，其剪切面不容易控制，并且其为水平面，与环形包围的剪切强度会有差别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、检测方便的检测扩体桩强度的构件，还提供了检测扩体桩强度的检测方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种检测扩体桩强度的构件，包括成型模具，还包括与成型模具相配合的上部构件和下部构件；上部构件与土体相配合，下部构件与芯桩和扩体相配合。

进一步的，成型模具包括水平设置的第一环形板，第一环形板外套设有与其同轴的第二环形板；第一环形板底端设置有与其同轴的第三环形板，第三环形板的外径不小于第二环形板的外径，第三环形板的内径不小于第一环形板的内径；第三环形板的顶端设置有与其同轴的外筒和内筒，外筒套设在第二环形板上；第一环形板和第二环形板之间设置有间隙，内筒设置在第一环形板和第二环形板之间；成型模具还包括第四环形板，第四环形板的外径不小于外筒的外径，第四环形板的内径与第二环形板的外径相等；成型模具还包括与芯桩相配合的圆形板；第一环形板、第二环形板、第三环形板和第四环形板均为环形的板状结构，中间均有孔；外筒与内筒均为圆筒状结构。

进一步的，上部构件包括与第四环形板相配合的传力筒，传力筒为圆筒状结构，传力筒的外径不大于外筒的外径，传力筒的内径不小于内桶的外径；当上部构件放到成型模具上测试时，传力筒的底端放在第四环形板上，此时传力筒与第四环形板同轴；传力筒的顶端固连有与其同轴的圆形的第一顶板，第一顶板上连接有防形变结构。

进一步的，防形变结构包括与传力筒同轴的芯筒，芯筒为圆筒状结构，芯筒固连在第一顶板的底端，芯筒的内径大于芯桩的直径；芯筒的外周面上固连有多个第一加强肋，任一第一加强肋均与第一顶板固连；多个第一加强肋绕芯筒呈圆周阵列分布。

进一步的，下部构件包括圆环状的第二顶板，第二顶板与第一环形板相配合，第二顶板的外径不大于第二环形板的内径，第二顶板的内径不小于第一环形板的内径；第二顶板的底端固连有与其同轴的空心圆筒壁，空心圆筒壁的内径不小于第一环形板的内径；空心圆筒壁上开设有观察孔；空心圆筒壁的底端固连有圆形的底板；空心圆筒壁的外弧面上固连有多个第二加强肋，任一第二加强肋均与底板固连，多个第二加强肋绕空心圆筒壁呈圆周阵列分布。

进一步的，还包括底座，底座包括与第三环形板相配合的支撑板；支撑板上开设有通孔，通孔的直径不小于第一环形板的内径；底座还包括与支撑板固连的支撑桶，支撑桶顶端为开口，底端封闭，支撑桶顶端与通孔相连通，支撑桶为方形桶，通孔在支撑桶底面的正投影位于支撑桶内。

进一步的，芯桩为预制的圆柱状结构，芯桩顶端固连有与其同轴的圆形板；芯桩的外周面上开设有凹槽，凹槽内连接有小型压力盒。

利用上述构件检测扩体桩强度的方法，包括以下步骤：

步骤1，将成型模具的第三环形板放到底座的支撑板上，使第三环形板与通孔同轴，并将第一环形板中间的孔密封；

步骤2，计算填土量，向外筒和内筒之间填土、压实，将第四环形板放到土体上方；向外筒内浇筑扩体材料；向外筒内植入预制的芯桩，将芯桩插入第一环形板上的密封的孔内，记录小型压力盒的压力值；放置一段时间；

步骤3，放置一段时间后，将第三环形板上方的部分取下，并将其放到下部构件的第二顶板上，使第二顶板与第一环形板同轴；将上部构件的传力筒放到第四环形板上，向第一顶板上加压，并记录压力值F1和土体的位移，计算剪切强度，得到土体与扩体之间的剪切强度位移曲线；

步骤4，取下上部构件，取下土体与外筒；向圆形板上加压，并记录压力值F2和芯桩的位移，计算粘结强度，得到芯桩与扩体之间的粘结强度位移曲线。

进一步的，在上述方法的步骤1中，在将成型模具的第三环形板放到底座的支撑板上之前，提前在底座的支撑桶内填充材料。

进一步的，在上述方法的步骤2中，向外筒内浇筑扩体材料时，将内筒向上提，使内筒的底端始终位于扩体材料的顶端，扩体材料浇筑完成后，停止移动内筒；向外筒内植入预制的芯桩时，继续将内筒向上提，使内筒的底端始终位于扩体材料的顶端，芯桩植入完成后，取出内筒。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、成型模具可使扩体与土体和芯桩连接在一起，以便检测扩体与土体之间的剪切强度和芯桩与扩体之间的粘结强度；第三环形板可为第一环形板和第二环形板提高供平面；第二环形板与第一环形板和内筒、外筒相配合，使土体与扩体分别位于第二环形板和第一环形板上，第二环形板与第一环形板之间设置间隙，避免检测时第二环形板与第一环形板无法分离，保证检测的扩体与土体之间的剪切强度的准确性；第一环形钢板可以防止扩体桩在加压过程中发生破坏。

2、第四环形板与传力筒配合，在检测扩体与土体之间的剪切强度时，可将第一顶板上的压力均匀传递到土体，避免土体被压碎，使检测结果更加准确；防形变结构的芯筒与第一加强肋可减小第一顶板在受压时产生的形变，使第一顶板所受的压力能均匀传递至土体，使检测结果更加准确；芯筒设置为圆筒状结构，可防止防形变结构与芯桩干涉，保证检测过程的稳定。

3、下部构件的第二顶板与空心圆筒壁可检测芯桩与扩体之间的粘结强度，在对芯桩顶端加压时，第二顶板与空心圆筒壁可对扩体起支撑作用，并且不妨碍芯桩的位移，保证检测过程的稳定，使检测结果更加准确，第二加强肋可使下部构件更加稳定。

4、底座与成型模具配合可使芯桩底端伸出扩体材料，避免芯桩底端被置入扩体材料内，保证成型的芯桩能够用于检测；小型压力盒能够测量在预制桩植入时产生的法向应力；圆形板可防止芯桩顶端被压碎。

5、在将成型模具的第三环形板放到底座的支撑板上之前，提前在底座的支撑桶内填充材料，可防止在芯桩植入时扩体材料流入底座，影响挤压效应，使检测结果更加准确；浇筑扩体材料时，将内筒向上提，使使内筒的底端始终位于扩体材料的顶端，可防止土体落入扩体材料中影响检测结果，保证检测结果的准确。

6、综上所述，本发明利用新的方法同时对扩体与土、芯桩与扩体的粘结强度进行了测定，且能够测量在胶凝作用下的扩体与土之间的剪切强度，并且能够测量在预制桩植入时产生的法向应力；相较于传统的Z字型等方法，可对环形不同龄期的粘结强度进行了测定，更贴合实际；本发明结构简单，检测方便，只需要在室内即可完成，不需要堆载即可完成土与扩体、扩体与芯桩之间的剪切强度和粘结强度，更加的经济方便。

附图说明

图1为本发明实施例1的成型模具的结构示意图；

图2为本发明实施例1的底座的示意图；

图3为本发明实施例1的成型模具与上部构件和下部构件连接的示意图；

图4为本发明实施例1的成型模具与底座连接的示意图；

图5为本发明实施例2的填土过程示意图；

图6为本发明实施例2的封盖过程示意图；

图7为本发明实施例2的浇筑扩体材料过程示意图；

图8为本发明实施例2的植入芯桩过程示意图；

图9为本发明实施例2的扩体与土体之间的剪切强度检测过程示意图；

图10为本发明实施例2的芯桩与扩体之间的粘结强度检测过程示意图；

图11为本发明实施例3的扩体桩的示意图；

图12为本发明实施例3的芯桩与扩体之间的粘结强度检测过程示意图；

图13为本发明实施例3的下部构件的示意图；

图14为本发明实施例3的养护7天的芯桩与扩体之间的粘结强度检测结果曲线图；

图15为本发明实施例3的养护28天的芯桩与扩体之间的粘结强度检测结果曲线图。

图中：底板1、第二加强肋2、第二顶板3、空心圆筒壁4、观察孔5、第二环形板6、第一环形板7、内筒8、外筒9、第四环形板10、传力筒11、圆形板12、第一加强肋13、第一顶板14、芯筒15、芯桩16、扩体17、土体18、小型压力盒19、支撑板20、通孔21、支撑桶22、第三环形板23。

具体实施方式

实施例1

一种检测扩体桩强度的构件，其结构如图1-4所示，包括成型模具，还包括与成型模具相配合的上部构件和下部构件；上部构件与土体18相配合，上部构件可检测土体18与扩体17之间的剪切强度，下部构件与芯桩16和扩体17相配合，下部构件可检测芯桩16与扩体17之间的粘结强度。

如图1、图3所示，成型模具包括水平设置的第一环形板7，第一环形板7外套设有与其同轴的第二环形板6；第一环形板7底端设置有与其同轴的第三环形板23，第三环形板23的外径等于第二环形板6的外径，第三环形板23的内径等于第一环形板7的内径；第三环形板23的顶端设置有与其同轴的外筒9和内筒8，外筒9套设在第二环形板6上；第一环形板7和第二环形板6之间设置有间隙，内筒8设置在第一环形板7和第二环形板6之间；成型模具还包括第四环形板10，第四环形板10的外径等于外筒9的外径，第四环形板10的内径与第二环形板6的外径相等；成型模具还包括与芯桩16相配合的圆形板12；第一环形板7、第二环形板6、第三环形板23和第四环形板10均为环形的钢板，中间均有孔；外筒9与内筒8均为圆筒状结构。

如图3所示，上部构件包括与第四环形板10相配合的传力筒11，传力筒11为圆筒状结构，传力筒11的外径小于外筒9的外径，传力筒11的内径大于内桶的外径，当上部构件放到成型模具上测试时，传力筒11的底端放在第四环形板10上，此时传力筒11与第四环形板10同轴；传力筒11的顶端固连有与其同轴的圆形的第一顶板14，第一顶板14上连接有防形变结构。

防形变结构包括与传力筒11同轴的芯筒15，芯筒15为圆筒状结构，芯筒15固连在第一顶板14的底端，芯筒15的内径大于芯桩16的直径；芯筒15的外周面上固连有四个第一加强肋13，任一第一加强肋13均与第一顶板14固连；四个第一加强肋13绕芯筒15呈圆周阵列分布。

下部构件包括圆环状的第二顶板3，第二顶板3与第一环形板7相配合，第二顶板3的外径不大于第二环形板6的内径，第二顶板3的内径等于第一环形板7的内径；第二顶板3的底端固连有与其同轴的空心圆筒壁4，空心圆筒壁4的内径大于第一环形板7的内径；空心圆筒壁4上开设有观察孔5，观察孔5开设在空心圆筒壁4的外周面上；空心圆筒壁4的底端固连有圆形的底板1；空心圆筒壁4的外弧面上固连有六个第二加强肋2，任一第二加强肋2均与底板1固连，六个第二加强肋2绕空心圆筒壁4呈圆周阵列分布。

如图2、图4所示，还包括底座，底座包括与第三环形板23相配合的支撑板20，支撑板20为圆形的板；支撑板20上开设有与其同轴的通孔21，通孔21的直径等于第一环形板7的内径；底座还包括与支撑板20固连的支撑桶22，支撑桶22顶端为开口，底端封闭，支撑桶22顶端与通孔21相连通，支撑桶22为方形桶，通孔21在支撑桶22底面的正投影位于支撑桶22内，支撑桶22位于通孔21的正下方。

如图3所示，芯桩16为预制的圆柱状结构，芯桩16顶端固连有与其同轴的圆形板12；芯桩16的外周面上开设有凹槽，凹槽内连接有铁皮，铁皮与凹槽进行胶粘及螺栓固定，小型压力盒19周围围绕有胶纸，可减小空隙，小型压力盒19底部与铁皮胶结，铁皮主要起到压力盒和芯桩16结合的过度作用。

实施例2

上述的检测扩体桩强度的构件的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，在底座的支撑桶22内填充扩体17材料，如图5所示，将成型模具的第三环形板23放到底座的支撑板20上，使第三环形板23与通孔21同轴，并将第一环形板7中间的孔密封。

步骤2，如图5-8所示，计算填土量，向外筒9和内筒8之间填土、压实，填土之前确定土的质量，分次称量填充压实，将第四环形板10放到土体18上方；向外筒9内浇筑扩体17材料，同时将内筒8向上提，使内筒8的底端始终位于扩体17材料的顶端，扩体17材料浇筑完成后，停止移动内筒8；；向外筒9内植入预制的芯桩16，继续将内筒8向上提，使内筒8的底端始终位于扩体17材料的顶端，芯桩16植入完成后，取出内筒8；将芯桩16插入第一环形板7上的密封的孔内，记录小型压力盒19的压力值，通过小型压力盒19测量出在预制桩植入时产生的法向应力；将具有成型的扩体17、芯桩16与土体18的成型模具放置28天。

步骤3，放置28天后，将第三环形板23上方的部分取下，并将其放到下部构件的第二顶板3上，如图9所示，使第二顶板3与第一环形板7同轴；将上部构件的传力筒11放到第四环形板10上，使用万能机向第一顶板14上加压，图9中箭头的方向即为压力的方向，并记录压力值F1和土体18向下的位移，计算剪切强度，得到土体18与扩体17之间的剪切强度位移曲线；其中，扩体17与土体18界面的剪切强度的计算过程如下：

式中F_剪切强度为扩体17与土体18界面的剪切强度，F₁为施加在第一顶板14上的荷载，m_上为上部构件的质量，m_土为填充的土体18的质量，m₉为外筒9的质量，m₁₀为第四环形板10的质量，A_S1为扩体17与土的接触面积。

步骤4，如图10所示，取下上部构件，取下土体18与外筒9；使用万能机向圆形板12上加压，并记录压力值F2和芯桩16的位移，通过观察孔5来判断芯桩16下降的距离，避免芯桩16接触到下部构件底板1造成检测错误，图10中箭头的方向即为压力的方向；计算芯桩16与扩体17界面的粘结强度，得到芯桩16与扩体17之间的粘结强度位移曲线；其中，芯桩16与扩体17界面的粘结强度的计算过程如下：

F_粘结强度为芯桩16与扩体17界面的粘结强度，F₂为施加在桩芯的荷载，m_桩芯为芯桩16与圆形板12的质量之和，A_S2为芯桩16和扩体17的接触面积。

实施例3

本实施例为采用实时例2中的检测方法检测扩体桩粘结强度的实验，其过程如下：

如图11-15所示，首先进行扩体桩的制作，根据检测设备的尺寸限制，如图11所示，本试验总共制作了5个预制直径为100mm，高为350mm的混凝土芯桩16，并使用这5个芯桩16浇筑了5个扩体17高为200mm，外径为300mm的扩体桩的模型；其中1个扩体桩的扩体17的材料选用水泥土，2个扩体桩的扩体17的材料选用C15混凝土，2个扩体桩的扩体17的材料选用碎砖-玻璃混凝土，分别研究其7天和28天的粘结性能。如图12所示，在模型扩体桩养护完成后，利用万能机对预制桩芯施加竖向荷载，结合设计的下部构件进行粘结力检测，相交于传统的“Z”字型检测的方法，本发明的构件在进行芯桩与扩体17之间粘结力检测更加贴近实际，更加方便，能够清晰观测到加载各方向的形变及预制芯桩16与扩体17界面的破坏过程。

在进行试验时需要将芯桩顶部铺设2厘米厚的砂垫层，然后以0.01mm/s加载速度对砂垫层和构件进行预压，当加载量达到1kN时停止预压，再利用水准仪对砂垫层平整度进行检查。这一步能够为桩顶提供水平面和加载过度区，并且在此过程中能够消除构件之间的孔隙，使粘结力与位移之间的结果更加准确。预压过后，对养护7d、28d的扩体17进行试验，并得到下列结果：如图14所示，当扩体17养护7d时，随着竖向剪切荷载的施加，桩芯与碎砖—玻璃混凝土、C15混凝土之间的界面粘结强度在达到最之后缓慢下降，其中C15混凝土、碎砖—玻璃骨料混凝土扩体17粘结强度最大为1.115MPa、0.696MPa，所对应的位移分别为8.87mm、8mm，且均出现了软化。发生软化后C15混凝土、碎砖—玻璃混凝土扩体17粘结强度分别稳定在0.243MPa、0.094MPa。同理由图15可知，在扩体17养护天数为28天时，芯桩与扩体17之间的粘结力变化规律相似，均发生了软化，且C15混凝土、碎砖—玻璃骨料混凝土、水泥土的最大粘结强度分别为1.495MPa、1.376MPa、0.627MPa,对应的剪切位移分别为16.5mm、11mm、10.5mm,软化过后，粘结强度分别稳定在1.019MPa、0.814MPa、0.065MPa。

Claims (5)

1.一种检测扩体桩强度的构件，其特征在于，包括成型模具，还包括与成型模具相配合的上部构件和下部构件，以及底座；所述上部构件与土体相配合，所述下部构件与芯桩和扩体相配合；所述成型模具包括水平设置的第一环形板，所述第一环形板外套设有与其同轴的第二环形板；所述第一环形板底端设置有与其同轴的第三环形板，所述第三环形板的外径不小于第二环形板的外径，所述第三环形板的内径不小于第一环形板的内径；所述第三环形板的顶端设置有与其同轴的外筒和内筒，所述外筒套设在第二环形板上，所述内筒设置在第一环形板和第二环形板之间；所述成型模具还包括第四环形板，所述第四环形板的外径不小于外筒的外径，所述第四环形板的内径与第二环形板的外径相等；所述成型模具还包括与芯桩相配合的圆形板；所述芯桩为预制的圆柱状结构，所述芯桩顶端固连有与其同轴的圆形板；所述芯桩的外周面上开设有凹槽，所述凹槽内连接有小型压力盒；所述下部构件包括圆环状的第二顶板，所述第二顶板与第一环形板相配合；所述第二顶板的底端固连有与其同轴的空心圆筒壁，所述空心圆筒壁的内径不小于第一环形板的内径；所述空心圆筒壁上开设有观察孔；所述空心圆筒壁的底端固连有圆形的底板；所述空心圆筒壁的外弧面上固连有多个第二加强肋，任一所述第二加强肋均与底板固连，多个所述第二加强肋绕空心圆筒壁呈圆周阵列分布；所述底座包括与第三环形板相配合的支撑板；所述支撑板上开设有通孔，所述通孔的直径不小于第一环形板的内径；所述底座还包括与支撑板固连的支撑桶，所述支撑桶与通孔相连通。

2.如权利要求1所述的检测扩体桩强度的构件，其特征在于，所述上部构件包括与第四环形板相配合的传力筒，所述传力筒为圆筒状结构；所述传力筒的顶端固连有与其同轴的圆形的第一顶板，所述第一顶板上连接有防形变结构。

3.如权利要求2所述的检测扩体桩强度的构件，其特征在于，所述防形变结构包括与传力筒同轴的芯筒，所述芯筒为圆筒状结构，所述芯筒固连在第一顶板的底端，所述芯筒的内径大于芯桩的直径；所述芯筒的外周面上固连有多个第一加强肋，任一所述第一加强肋均与第一顶板固连；多个所述第一加强肋绕芯筒呈圆周阵列分布。

4.利用权利要求1-3任一所述的构件检测扩体桩强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将成型模具的第三环形板放到底座的支撑板上，使第三环形板与通孔同轴，并将第一环形板中间的孔密封；

步骤2，计算填土量，向外筒和内筒之间填土、压实，将第四环形板放到土体上方；向外筒内浇筑扩体材料，扩体材料选自碎砖-玻璃混凝土、C15混凝土或水泥土；浇筑扩体材料时，将内筒向上提，使内筒的底端始终位于扩体材料的顶端，扩体材料浇筑完成后，停止移动内筒；向外筒内植入预制的芯桩时，继续将内筒向上提，使内筒的底端始终位于扩体材料的顶端，芯桩植入完成后，取出内筒；向外筒内植入预制的芯桩，将芯桩插入第一环形板上的密封的孔内，记录小型压力盒的压力值；放置28天；

步骤3，放置28天后，将第三环形板上方的部分取下，并将其放到下部构件的第二顶板上，使第二顶板与第一环形板同轴；将上部构件的传力筒放到第四环形板上，使用万能机向第一顶板上加压，并记录压力值F1和土体的位移，计算剪切强度，得到土体与扩体之间的剪切强度位移曲线；

步骤4，取下上部构件，取下土体与外筒；使用万能机向圆形板上加压，并记录压力值F2和芯桩的位移，计算粘结强度，得到芯桩与扩体之间的粘结强度位移曲线。

5.如权利要求4所述的检测扩体桩强度的方法，其特征在于，在步骤1中，在将成型模具的第三环形板放到底座的支撑板上之前，提前在底座的支撑桶内填充材料。

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