静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置及方法，其装置包括反力架、主千斤顶、垫块、桩身套筒、桩孔套管、水平连接梁、卡箍、底兜或桩底套筒；其方法的关键在于：在安装加载系统和数据采集系统的过程中，同步连带着完成静钻根植桩模型的成桩。该装置及方法能排除桩端阻力的干扰、单独且精确的测得桩侧摩阻力的发挥，也能检测出桩端阻力和桩侧摩阻力同时存在时两者的相互关系。

Device and method of model test for load transfer mechanism of static drilling root piles

The invention discloses a device and a method for model test of load transfer mechanism of static drilling root-planting pile. The device comprises a reaction frame, a main jack, a cushion block, a pile body sleeve, a pile hole sleeve, a horizontal connecting beam, a clamp, a bottom pocket or a pile bottom sleeve. The key of the method is to install a loading system and a data acquisition system. In the course of synchronization, the completion of static bored pile model is completed. The device and method can eliminate the interference of pile tip resistance, measure the exertion of pile side friction independently and accurately, and detect the relationship between pile tip resistance and pile side friction when both exist.

【技术实现步骤摘要】
静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置和方法
本专利技术涉及土木工程中的桩基加载试验
，具体讲是一种静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置和方法。
技术介绍
静钻根植桩是一种新研发出的桩型，于2010年开始在国内出现，其成桩工艺为用螺旋钻头钻孔并先旋喷砼料并与孔内土体搅拌形成一定深度的水泥土，接着将预制管桩沉入钻孔中未干涸的水泥土内，以形成外水泥土保护层、内预制管桩的组合式桩型。静钻根植桩由于具备低震动、低噪音、无挤土、不排泥等优点，其施工成本、工期及质量控制均优于传统的钻孔灌注桩，故具备广阔的应用前景。而静钻根植桩作为新出现且尚处推广阶段的桩型，需要建立传递机理模型，以模拟桩基受到压力及温度等环境荷载时桩侧摩阻力及桩端摩阻力之间的相互关系，来获取桩基的承载特性，为后续的实际施工应用提供依据。而现阶段常规的现场工程静载试验的方法无法适用于静钻根植桩，其具体理由如下：现场工程静载试验，是在施工现场的土体内，分不同层高、不同位置来埋设压力传感器和温度传感器，再施加温度荷载及压力荷载，并采集各个传感器的参数进行研究。但上述浇注在土体中的桩基模型，受到桩侧摩阻力和桩端阻力总是同时存在的，所以根本无法分别测出桩侧摩阻力或桩端摩阻力的大小，自然也无法直观、准确地获知桩侧摩阻力与桩端阻力的相互影响。而且，实际操作中，在土体中埋设各个压力传感器时，需要在桩机旁边挖各个不同位置的测量孔，再在孔中吊装不同深度的传感器，其过程费时费力，而且其吊装深度、埋设位置很不精确，甚至有可能出现移位，故采集到的数据自然也不精确，影响最后试验结果的准确性，况且在周边的钻取过多的测量孔有可能对桩基的力学性能造成影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的一个技术问题是，提供一种能排除桩端阻力的干扰、单独且精确的测得桩侧摩阻力的发挥，也能检测出桩端阻力和桩侧摩阻力同时存在时两者的相互关系的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置。本专利技术的一个技术解决方案是，提供一种静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，它包括反力架、安装在反力架顶梁上用于对桩顶端施加轴向压力的主千斤顶、搁置在反力架底梁的垫块、搁置在垫块上且内部填充土体以用于包裹桩身主体的桩身套筒、用于埋在土体中以形成桩孔的桩孔套管、安装在反力架立柱的水平连接梁、安装在水平连接梁上用于临时固定桩孔套管的卡箍；桩身套筒下部的横隔板设有供桩孔套管穿过的中心孔，该装置还包括一个与桩身套筒横隔板连接的用于浇注桩底端的底兜或一个搁置在反力架底梁上且内部填充土体以用于包裹桩底端的桩底套筒。本专利技术静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果。首先，利用该装置，可以先临时固定桩孔套管，随后安装桩身套筒及底兜或桩底套筒，并填土，再拔出桩孔套管以在土体中形成完整封闭的桩孔，随后灌浆沉管，这就解决了静钻根植桩模型在反力架上的成桩问题。解决成桩问题的意义在于：普通的钢筋混凝土桩模型由于桩型简单，可以直接先用模板浇注成型再直接安装固定在反力架上，但静钻根植桩这种内管桩外混凝土保护层的特殊桩型由于需要在未干硬的水泥浆液中沉桩，所以很难直接安装在反力架上，而利用本申请的装置就可以在安装加载系统和数据采集系统的过程中，同步连带着完成静钻根植桩模型的成桩。而且，更重要的是，本申请可以根据需要来选择底兜或桩底套筒，如使用桩体套筒，则成桩后桩体底端直接承载在桩底套筒内，这样，就可以检测出桩端阻力和桩侧摩阻力同时存在时两者的相互关系；而如果选用底兜，则桩体最终完全悬空，这就完全排除了桩端阻力的干扰、单独且精确的测得桩侧摩阻力的发挥。桩身套筒具体结构优选为：它包括筒侧壁和下部的横隔板，筒侧壁包括多层侧壁单体，每层侧壁单体设有上下两个法兰盘，每层侧壁单体的上法兰盘与上一层侧壁单体的下法兰盘螺接，横隔板的边缘设有一圈竖向螺孔，底层侧壁单体的下法兰盘与横隔板边缘的一圈螺孔螺接；每层侧壁单体由多块弧形侧板首尾螺接而成，每块弧形侧板两侧均设有用于与相邻弧形侧板螺接的带孔的侧翻边；这样，首先，可由弧形侧板拼装出一层闭合的侧壁单体，且逐层填土，并同步将各个桩侧摩阻力传感器埋设在需要的高度和需要的周向位置，也就是说，逐层拼接逐层填土的设计，使得桩身套筒拼接填土方便快捷，还能精准的埋设各个传感器，且无需像现有技术一样在成桩后再钻取测量孔，自然不会干扰桩基的力学性能，进一步保障了测量结果的精确性。最为优选，横隔板由两块左右对称的带半圆缺口的半月形板拼合而成，两半圆缺口拼合成中心孔，每个半月形板的拼缝处也设有螺接用的带孔的侧翻边；横隔板下表面下凸有弧形卡条，而垫块的顶面设有与弧形卡条配合的弧形卡槽；首先，利用侧翻边能快捷方便的拼合出横隔板，且横隔板一圈的竖向螺孔也方便与最下层的侧壁单体的下法兰盘对接，且横隔板作为桩身套筒的底板也方便填土，况且横隔板与垫块间的卡合，使得桩身套筒与垫块的搁置更加稳固可靠。作为进一步优选，水平连接梁的两端分别与反力架的两立柱螺接，卡箍固定在水平连接梁中间，卡箍内径大于桩孔套管，卡箍侧壁设有螺纹孔，螺纹孔内旋合有用于抵紧桩孔套管的调节螺栓，这样，旋紧调节螺栓，就可以方便的实现桩孔套管的临时固定，旋松调节螺栓，则能快捷的松开，便于桩孔套管从土体中拔出，形成灌浆用的桩孔。作为又进一步优选，底兜为上部开口下部封闭的圆筒形，底兜内径等于横隔板中心孔的孔径，底兜上开口处设有一圈用于与桩身套筒横隔板螺接的连接法兰，这样，底兜可以方便快捷的悬吊固定在横隔板上，而且底兜作为桩孔最下端的一节，封闭了桩孔，为后续注浆成桩提供了前提。作为还一步优选，桩底套筒由左右两瓣对称的半底套筒拼合而成，每个半底套筒包括底板和侧弧形板，其拼缝处也设有螺接用的带孔的侧翻边；首先，带孔的侧翻边设计能方便的拼合，且方便地套住桩孔套管的底端，更方便安装埋设桩端压力传感器，且桩底套筒在抽出桩孔套管并灌浆沉管后，能稳固的支撑静钻根植桩，确保桩端压力传感器采集的桩端阻力的精确性。作为又还进一步改进，反力架的主梁上还设有附加千斤顶，附加千斤顶连接有用于对桩身套筒内的土体的顶面施加地面堆载的压板；这样，附加千斤顶经压板向桩基周边土体施加压力荷载，有效模拟地面堆载状况下，桩端阻力和桩侧摩阻力之间的相互关系。作为再还进一步改进，桩孔套管内设有U型的导液管；这样，可以通过热水传热，使得外混凝土保护层及周边土体受热膨胀，产生压力，即有效模拟对桩基施加温度荷载状况下，桩端阻力和桩侧摩阻力之间的相互关系。本专利技术要解决的又一个技术问题是，提供一种能排除桩端阻力的干扰、单独且精确的测得桩侧摩阻力的发挥，也能检测出桩端阻力和桩侧摩阻力同时存在时两者的相互关系，又能方便快捷的在安装试验装置的过程中同步成桩，且方便快捷的将各个传感器埋设在需要的高度及周向位置，且无需另挖测量孔，不对桩体的力学性能造成影响和破坏的静钻根植桩荷载传递机理模型试验方法。本专利技术的另一个技术解决方案是，提供一种静钻根植桩荷载传递机理模型试验方法，其步骤包括：a、在反力架立柱上固定两根不同高度且相互垂直的水平连接梁，再将桩孔套管穿过两水平连接梁的两个卡箍，并旋紧调节螺栓，以实现桩孔套管的临时悬吊固定；b、将左右两个半底套筒螺接拼合成整体，并将其固定在反力架底梁上，桩孔套管底端插入桩底套筒内，然后向桩底套本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：它包括反力架(1)、安装在反力架(1)顶梁(1.1)上用于对桩顶端施加轴向压力的主千斤顶(2)、搁置在反力架(1)底梁(1.2)的垫块(3)、搁置在垫块(3)上且内部填充土体以用于包裹桩身主体的桩身套筒(4)、用于埋在土体中以形成桩孔的桩孔套管(5)、安装在反力架(1)立柱(1.3)的水平连接梁(6)、安装在水平连接梁(6)上用于临时固定桩孔套管(5)的卡箍(7)；桩身套筒(4)下部的横隔板(4.1)设有供桩孔套管(5)穿过的中心孔(4.2)，该装置还包括一个与桩身套筒(4)横隔板(4.1)连接的用于浇注桩底端的底兜(8)或一个搁置在反力架(1)底梁(1.2)上且内部填充土体以用于包裹桩底端的桩底套筒(9)。

【技术特征摘要】
1.一种静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：它包括反力架(1)、安装在反力架(1)顶梁(1.1)上用于对桩顶端施加轴向压力的主千斤顶(2)、搁置在反力架(1)底梁(1.2)的垫块(3)、搁置在垫块(3)上且内部填充土体以用于包裹桩身主体的桩身套筒(4)、用于埋在土体中以形成桩孔的桩孔套管(5)、安装在反力架(1)立柱(1.3)的水平连接梁(6)、安装在水平连接梁(6)上用于临时固定桩孔套管(5)的卡箍(7)；桩身套筒(4)下部的横隔板(4.1)设有供桩孔套管(5)穿过的中心孔(4.2)，该装置还包括一个与桩身套筒(4)横隔板(4.1)连接的用于浇注桩底端的底兜(8)或一个搁置在反力架(1)底梁(1.2)上且内部填充土体以用于包裹桩底端的桩底套筒(9)。2.根据权利要求1所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：桩身套筒(4)包括筒侧壁和下部的横隔板(4.1)，筒侧壁包括多层侧壁单体(4.3)，每层侧壁单体(4.3)设有上下两个法兰盘，每层侧壁单体(4.3)的上法兰盘(4.4)与上一层侧壁单体(4.3)的下法兰盘(4.5)螺接，横隔板(4.1)的边缘设有一圈竖向螺孔(4.6)，底层侧壁单体(4.3)的下法兰盘(4.5)与横隔板(4.1)边缘的一圈螺孔(4.6)螺接；每层侧壁单体(4.3)由多块弧形侧板(4.7)首尾螺接而成，每块弧形侧板(4.7)两侧均设有用于与相邻弧形侧板(4.7)螺接的带孔的侧翻边(10)。3.根据权利要求2所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：横隔板(4.1)由两块左右对称的带半圆缺口的半月形板拼合而成，两半圆缺口拼合成中心孔(4.2)，每个半月形板的拼缝处也设有螺接用的带孔的侧翻边(10)；横隔板(4.1)下表面下凸有弧形卡条(4.8)，而垫块(3)的顶面设有与弧形卡条(4.8)配合的弧形卡槽(3.1)。4.根据权利要求1所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：水平连接梁(6)的两端分别与反力架(1)的两立柱(1.3)螺接，卡箍(7)固定在水平连接梁(6)中间，卡箍(7)内径大于桩孔套管(5)，卡箍(7)侧壁设有螺纹孔，螺纹孔内旋合有用于抵紧桩孔套管(5)的调节螺栓(11)。5.根据权利要求1所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：底兜(8)为上部开口下部封闭的圆筒形，底兜(8)内径等于横隔板(4.1)中心孔(4.2)的孔径，底兜(8)上开口处设有一圈用于与桩身套筒(4)横隔板(4.1)螺接的连接法兰(8.1)。6.根据权利要求1所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：桩底套筒(9)由左右两瓣对称的半底套筒(9.1)螺接拼合而成，每个半底套筒(9.1)包括底板和侧弧形板，其拼缝处也设有螺接用的带孔的侧翻边(10)。7.根据权利要求1所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：反力架(1)的主梁上还设有附加千斤顶(12)，附加千斤顶(12)连接有用于对桩身套筒(4)内的土体的顶面施加地面堆载的压板(13)。8.根据权利要求1所述的静钻根植桩荷载传递机理模型试验的装置，其特征在于：桩孔套管(5)内设有U型的导液管(14)。9.基于权利要求1～8所述的装置的静钻根植桩荷载传递机理模型试验方法，其特征在于：其步骤包括：a、在反力架(1)立柱(1.3)上固定两根不同高度且相互垂直的水平连接梁(6)，将桩孔套管(5)穿过两水平连接梁(6)的两个卡箍(7)，并旋紧调节螺栓(11)，以实现桩孔套管(5)的临时悬吊固定；b、将左右两个半底套筒(9.1)螺接拼合成整体，并将其固定在反力架(1)底梁(1.2)上，桩孔套管(5)的底端插入桩底套筒(9)内，然后向桩底套筒(9)内填土，且填土时在桩孔套...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠瑾，方鹏飞，王文军，谢新宇，李金柱，
申请(专利权)人：浙江大学宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33