CN210288514U

CN210288514U - 异形变截面桩模型成型装置

Info

Publication number: CN210288514U
Application number: CN201920864679.7U
Authority: CN
Inventors: 赵岩; 叶朝良; 曹风旭
Original assignee: Shijiazhuang Tiedao University
Current assignee: Shijiazhuang Tiedao University
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2029-06-10

Abstract

本实用新型提供了一种异形变截面桩模型成型装置，包括箱体、填土和异形变截面桩模型，于箱体内形成有容纳腔，容纳腔具有朝上设置的开口，填土填充于容纳腔内，填土为粉质黏土且包括分散布置的、呈柱状的多处击实填土，以及填充于击实填土周围的松散填土；异形变截面桩模型，由木材、塑料或钢材经机加工制成的至少一个，异形变截面桩模型于外力作用下自击实填土内进出而于击实填土内成型有、与异形变截面桩模型形状相应的模型装孔。本实用新型的异形变截面桩模型成型装置，可快速批量制作异形变截面桩模型，从而代替现有塑料管作为成型装置，可避免塑料管拆除困难的不足，节省工时和模具开发成本，还可相对真实的模仿异形变截面桩的实际应用环境。

Description

异形变截面桩模型成型装置

技术领域

本实用新型涉及土木工程学科土工试验室内模型试验技术领域，特别涉及一种异形变截面桩模型成型装置。

背景技术

软土地基广泛分布于我国沿海地段，因其具有流变性、高含水率、弱透水率等特点，给我国基础建设带来了一定的难题，制约了当地的交通发展。为了改善软土地基土压缩层中土体的强度、压缩性及动力特性，从而解决软土地基承载力低、在荷载作用下变形大、工后沉降难以控制等问题，都会对软土地基进行处理以减小地基沉降变形、提高地基承载力和路堤稳定性。

然而，工程中对路基工后沉降要求严格，采用刚性桩或半刚性桩处理天然地基是常用的方法。常规的水泥土搅拌桩具有加固效果好、施工机械简单、施工速度快、造价较低、施工对周围影响小等优点，在工程实践中得到了广泛的应用；但是仍存在着均匀性差、浆液上冒、受力不合理、经济效益低等不足之处。

为解决这些问题，许多工程中创造性的采用了异形变截面桩，如异形管桩、异形方桩、六角桩、八角桩、T型桩、扩头桩等。东南大学岩土工程研究所针对水泥土搅拌桩存在的问题，提出了钉形水泥土双向搅拌桩(以下简称钉型桩)及其施工工艺，施工质量检验表明钉型桩解决了冒浆现象，水泥土强度大幅提高；双向搅拌，对桩周土扰动减小；变截面结构与地基应力传递规律一致，受力形式更合理；降低工程造价。2003年，为提高淤泥质软土、粉土、黄土等的承载力，我国自主研发了螺杆桩技术，实践表明螺杆桩承载性能提高、挤土成桩无土方外运、无泥浆、节约造价、加快施工、噪音小更环保。可以总结出，异形变截面桩具有提高地基承载能力、减少浆液灌注量、降低工程造价、受力形式更加合理等优越性。

为了更加明确异形变截面桩的受力机理以及破坏形式等，需要进行室内模型试验，室内模型试验具有试验数据准确、投资小、试验周期短等优点，但其需要大量的异形变截面桩模型。

例如在钉型桩模型处理软土地基模型试验研究中，如何按照计算比例浇筑出小尺寸的钉型桩模型、如何使浇筑的钉型桩模型均匀无孔隙等问题仍均存在难度，采用定制模具、逐个成桩的方法费时费力而且不经济。

因此，现有技术中，一般应用塑料管自制模具浇筑Ф10mm左右粗细的异型桩，若需要的钉型桩模型较多，而钉型桩模型的实际尺寸过小，需要将塑料管逐个劈开、按压成模、浇筑，成桩后的桩模型塑料管拆除困难，且存在模具孔洞过小气泡无法排出以至变截面处断裂的问题，所以如何快速批量制取异形桩模型仍是一个问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种异形变截面桩模型成型装置，以克服现有采用定制模具、逐个成桩的方法费时费力而且不经济的不足。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种异形变截面桩模型成型装置，包括：

箱体，于所述箱体内形成有容纳腔，所述容纳腔具有朝上设置的开口；

填土，填充于所述容纳腔内，所述填土为粉质黏土，且包括分散布置的、呈柱状的多处击实填土，以及填充于所述击实填土周围的松散填土；

异形变截面桩模型，由木材、塑料或钢材经机加工制成的至少一个，所述异形变截面桩模型于外力作用下自所述击实填土内进出而于所述击实填土内成型有、与所述异形变截面桩模型形状相应的模型装孔；

进一步地，所述填土的含水率为15％～18％。

进一步地，所述粉质黏土经5mm方孔筛去除粗颗粒获得。

进一步地，所述击实填土的横截面积为所述异形变截面桩模型的最大横截面积的3.5～4.5倍。

进一步地，相邻的所述击实填土的中心间距为4-5倍的所述异形变截面桩模型的最大直径。

进一步地，多处所述击实填土按梅花型布置。

进一步地，所述击实填土的干密度为1.60～1.70g/cm³。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型所述的异形变截面桩模型成型装置，可往模型装孔内浇注石膏浆，从而可快速批量制作异形变截面桩模型，从而代替现有塑料管作为成型装置，可避免塑料管拆除困难的不足，节省工时和模具开发成本，还可相对真实的模仿异形变截面桩的实际应用环境。

(2)含水率控制在15％～18％，有利于浇注的异形变截面桩模型成型。

(3)粉质黏土经5mm方孔筛去除粗颗粒获得，有利于保证成型的异形变截面桩模型的质量。

(4)击实填土的横截面积为异形变截面桩模型的最大横截面积的3.5～4.5倍，相邻的所述击实填土的中心间距为4-5倍的所述异形变截面桩模型的最大直径，进一步有利于浇注的异形变截面桩模型成型。

(5)击实填土的干密度为1.60～1.70g/cm³，击实填土按梅花型布置，与异形变截面桩的实际应用环境接近，有利于提高试验结果的准确性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的异形变截面桩模型的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的异形变截面桩模型成型装置加工过程中的结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图3中异形变截面桩模型插入击实填土内的结构示意图；

图5为图4中异形变截面桩模型从击实填土内取出的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述的异形变截面桩模型成型装置应用状态的结构示意图；

附图标记说明：

1-第一圆柱段，2-第二圆柱段，3-凸柱，4-箱体，5-击实填土，6-松散填土，7-模型桩孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下所称的异形变截面桩模型，如其可为现有的钉形桩、螺杆桩等的模型。为了便于对本实用新型进行说明，以下以成型钉形桩模型为例进行说明。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

首先参看图1所示，图1中为采用机械加工如车削、铣削、磨削、冲孔等工艺制成的钉形桩模型，材质选用木材、塑料或钢材，异形变截面桩模型的数量至少为一个，且钉型桩模型的弹性模量、用料配比、长细比等计算结果符合实际需求。

钉形桩模型是根据模型试验具体要求，进行相似比推导计算，得出等比例缩小后的变截面桩尺寸。如果需要的钉形桩模型尺寸较小，可选取适当材料如尼龙塑料、钢材等经机械车床技术加工制得；如果尺寸较大，则可选取合适材料经拼接或焊接制得。

仍参照图1所示，钉形桩模型包括连接为一体的第一圆柱段1和第二圆柱段2，且第一圆柱段1和第二圆柱段2同轴布置，具体地，第一圆柱段1的直径为18mm，高度80mm，第二圆柱段2的直径为10mm，高度为240mm。为了便于钉形桩模型从下述的击实填土5中取出，相对于连接第二圆柱段2的一端，于第一圆柱段1的另一端固连有凸柱3，并于凸柱3上设有通孔，以可通过穿设于该通孔中的细丝将该钉形桩模型自击实填土5中取出。

本实用新型的异形变截面桩模型成型装置主要包括箱体4、于箱体4内填充的填土和机加工制得的钉型桩模型，以浇注出成品的钉型桩模型。

以下结合图2所示的异形变截面桩模型成型装置加工过程中的结构示意图来先对箱体4的结构进行说明，箱体4可由钢板折弯、焊接而成，或采用塑料板粘接、注塑而成，于箱体4内形成有容纳腔，容纳腔具有朝上设置的开口，也即容纳腔的上部敞口设置。本实施例中，箱体4呈长方体状，箱体4的长为1m，宽为30cm，高度为40cm。

填土填充于容纳腔内，本实施例中填土优选为粉质黏土，粉质黏土经5mm方孔筛去除粗颗粒获得，且填土的含水率优选为15％～18％。具体来讲，填土包括分散布置的、呈柱状的多处击实填土5，以及填充于击实填土5周围的松散填土6。

前述的异形变截面桩模型于外力作用下自击实填土5内进出而于击实填土5内成型有、与异形变截面桩模型形状相应的模型装孔，以制得本实施例的异形变截面桩模型成型装置。

具体结构上，多处击实填土5按梅花型布置。并且，击实填土5的横截面积为异形变截面桩模型的最大横截面积的3.5～4.5倍。相邻的击实填土5的中心间距为4-5倍的异形变截面桩模型的最大直径。相邻的击实填土5的边缘之间的距离、以及容纳腔的侧壁至邻近的击实填土5的边缘间的距离为3～5cm，具体操作可参考《铁路工程土工试验规程(TB10102-2010)》。

实际制作时，在需要制成击实填土5的区域，每填土10cm高度用穿心锤击实一次，使得击实填土5的干密度控制在1.60～1.70g/cm³，击实填土5周围的松散填土6保持填充时的原状。

为了制得浇注的钉型桩模型，还需要用于填充至所述模型装孔内的灌注浆。具体来讲，灌注浆为石膏浆，且石膏浆的配置原料包括石膏和水，水和石膏的重量比为1：1.2～1.6，如其可为1:1.2，1：1.4或可为1:1.6。

本实施例的异形变截面桩模型成型装置的具体制备和应用步骤如下：

一、预制钉型桩模具和箱体4

钉型桩模具的结构可如图1所示，箱体4的结构可如图2所。

二、填土

按前述的填土要求往箱体4的容纳腔内填土，本实施例中，含水率实测为16.8％，击实填土5干密度实测1.67。

三、成孔

如果成型的异形截面桩的尺寸较小，可采用按压式成型前述的模型桩孔7，即把模具垂直缓慢完全插入或旋钻入击实的填土中心，然后垂直缓慢拔出，制成模型桩孔7；如果成型的异形截面桩的尺寸较大，则可采用预埋式成孔，即预先埋入模具，逐层击实，最后将模具垂直缓慢取出制成模型桩孔7。

四、配制灌注浆

按照前述的各项原料的配比制备灌注浆，计算得桩土复合地基弹性模量为1GPa，水灰比取1:1.4，用天平称量石膏80g、水57.2ml，加入消泡剂工业用，迅速搅拌10s配成石膏浆。具体操作时石膏可用天平称量，水可用烧杯称量，各原料放至烧杯内后，在烧杯内快速搅拌均匀以备浇筑。因浇筑材料不同，搅拌时间、搅拌方式会有所不同，大尺寸桩所用灌注浆可用小型搅拌机搅拌。

五、浇筑

浇筑模型桩，用浇筑器抽取灌注浆，缓慢插入模型桩孔7底部，以2cm/s速度匀速边灌注模型桩边上提浇筑器直至浇筑器完全退出模型桩孔7，大尺寸时可放置漏斗在孔口之间灌入浆体，用搅拌器插入至模型桩各变截面处匀速搅拌2～4s以赶出气泡，将因搅拌下沉产生的空腔灌注满，再次搅拌，取出搅拌器，浇筑结束。

六、除土出桩

静置30min～50min，用切土刀将击实处周围松软土清除，之后小心剥离击实土即得初期强度的模型桩。

七、养护

在养护室中养护3d～5d，或在30℃烘箱中养护48h，增强桩体强度。

八、检验桩体性能

将钉型石膏模型桩插入软土地基中构成复合地基，模拟加载，测量土压力盒、孔压计、位移计等传感器示数，得出钉形桩由于桩身结构更趋合理，与常规水泥土搅拌桩相比承载力大幅提高，变形沉降量大幅度减小，单位体积的软土地基处理工程量小。

本实用新型提出的异形变截面桩模型成型装置，能快速批量制作大量异形截面桩模型，可节约大量时间和成本；成桩尺寸误差较小，可减少试验干扰因素；并且有利于研究变截面桩桩端受力、桩周摩擦力、桩身受力破坏情况。此外，桩模型成桩环境符合现场实际情况，无需像某些模型试验中要在桩身黏土颗粒来更贴近实际情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种异形变截面桩模型成型装置，其特征在于包括：

箱体(4)，于所述箱体(4)内形成有容纳腔，所述容纳腔具有朝上设置的开口；

填土，填充于所述容纳腔内，所述填土为粉质黏土，且包括分散布置的、呈柱状的多处击实填土(5)，以及填充于所述击实填土(5)周围的松散填土(6)；

异形变截面桩模型，由木材、塑料或钢材经机加工制成的至少一个，所述异形变截面桩模型于外力作用下自所述击实填土(5)内进出而于所述击实填土(5)内成型有、与所述异形变截面桩模型形状相应的模型装孔(7)。

2.根据权利要求1所述的异形变截面桩模型成型装置，其特征在于：所述填土的含水率为15％～18％。

3.根据权利要求1所述的异形变截面桩模型成型装置，其特征在于：所述粉质黏土经5mm方孔筛去除粗颗粒获得。

4.根据权利要求1所述的异形变截面桩模型成型装置，其特征在于：所述击实填土(5)的横截面积为所述异形变截面桩模型的最大横截面积的3.5～4.5倍。

5.根据权利要求1所述的异形变截面桩模型成型装置，其特征在于：相邻的所述击实填土(5)的中心间距为4-5倍的所述异形变截面桩模型的最大直径。

6.根据权利要求1所述的异形变截面桩模型成型装置，其特征在于：所述击实填土(5)的干密度为1.60～1.70g/cm³。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的异形变截面桩模型成型装置，其特征在于：多处所述击实填土(5)按梅花型布置。