本發(fā)明屬于巖土工程樁基模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨鉆跟管樁是指在鉆進(jìn)成孔的同時(shí)將PHC管樁沉至孔底，土巖渣從管樁內(nèi)排出，管壁外側(cè)灌注水泥漿，樁芯可根據(jù)設(shè)計(jì)需要通長(zhǎng)灌注、部分灌注或不灌注混凝土封閉形成的樁。隨鉆跟管樁與目前廣泛應(yīng)用的普通管樁相比，所述的普通管樁例如是采用打入或靜壓法施工，隨鉆跟管樁具有不擠土、變形小、噪音小等顯著特點(diǎn)，由于隨鉆跟管樁獨(dú)特的施工工藝，使其與普通管樁在荷載傳遞規(guī)律、沉降變形特征、失效破壞機(jī)制等方面存在較大差異。隨鉆跟管樁的樁端阻力比介于0.15～0.45，樁側(cè)摩阻力主要靠管樁外壁水泥漿與樁周土提供，水泥漿與土體膠結(jié)面的力學(xué)特性直接關(guān)系到隨鉆跟管樁—注漿體—樁周土組成的承載體系的穩(wěn)定性，是此類(lèi)樁失效破壞的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

由于現(xiàn)場(chǎng)原型試驗(yàn)費(fèi)用高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)不易采集等缺點(diǎn)，使得現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難以大規(guī)模開(kāi)展，而數(shù)值計(jì)算方法尚不足以全面模擬巖土體的復(fù)雜性，因此室內(nèi)模型試驗(yàn)成為目前研究水泥漿與樁周土之間相互作用機(jī)理的主要技術(shù)手段。但是室內(nèi)模型一般采用縮尺模型，成樁工藝無(wú)法完全再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程，因此研究一種操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)合理，可以形成與實(shí)際工程相似的水泥漿—樁周土膠結(jié)體的模型樁埋設(shè)方法顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋裝置及方法，采用本發(fā)明的模型樁，其樁周土的應(yīng)力狀態(tài)及水泥漿與土體的相互浸入情況與現(xiàn)場(chǎng)工況基本相符，本發(fā)明對(duì)于采用模型試驗(yàn)研究隨鉆跟管樁承載及破壞機(jī)理至關(guān)重要。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋裝置，包括模型箱、模型樁、組合鋼筒、土體和水泥漿；所述的模型樁、組合鋼筒、土體和水泥漿都容置于所述模型箱內(nèi)，所述的組合鋼筒可移除地套設(shè)于所述的模型樁外，所述的土體填充于所述的模型箱內(nèi)且于所述的組合鋼筒外的空間，所述的水泥漿灌注于所述的組合鋼筒與所述的模型樁之間。

具體地，所述的組合鋼筒包括嵌入塊和至少兩塊弧形鋼板，所述的弧形鋼板環(huán)繞圍設(shè)在所述的模型樁外，且所述的弧形鋼板相互銜接形成管狀，所述的嵌入塊可拆卸地置于相鄰兩塊弧形鋼板之間的銜接處。

進(jìn)一步，相鄰的兩塊弧形鋼板通過(guò)半榫卯活動(dòng)連接。

具體地，所述的嵌入塊等角度地環(huán)繞設(shè)置在所述的弧形鋼板之間的銜接處。

進(jìn)一步，所述的弧形鋼板為兩塊，所述的嵌入塊為兩個(gè)，所述的弧形鋼板銜接形成管狀，所述的嵌入塊分別置于兩塊弧形鋼板之間的銜接處。

進(jìn)一步，每塊弧形鋼板的一銜接邊設(shè)有榫頭和榫頭平臺(tái)，其另一銜接邊設(shè)有榫眼和榫眼平臺(tái)，所述的榫頭和榫眼平臺(tái)依該弧形鋼板的弧度彎曲；其中該榫頭位于外側(cè)，并自其根部至其端部逐漸徑向收窄，使該榫頭的橫截面呈椎狀。

具體地，所述的組合鋼筒通過(guò)設(shè)在相鄰的兩塊弧形鋼板的銜接處的外側(cè)上中下三個(gè)位置的金屬卡扣固定。

具體地，所述的模型樁的直徑D1為100～300mm，所述的組合鋼筒的外徑D2為D1+20mm，厚度為8～12mm；所述的嵌入塊的橫截面的長(zhǎng)10～30mm，寬4～6mm。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供另一技術(shù)方案如下：一種隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋方法，步驟如下：

(1)首先將至少兩塊弧形鋼板相互銜接，形成管狀，將嵌入塊放置于相鄰兩塊弧形鋼板之間的銜接處，并在所述的兩塊弧形鋼板銜接處的外側(cè)上中下三個(gè)位置采用金屬卡扣固定，組成組合鋼筒；

(2)接著把所述的組合鋼筒放置于模型箱內(nèi)的預(yù)置模型樁的樁位處，在所述的模型箱中分層填土，每到所述的金屬卡扣位置，將所述的金屬卡扣解開(kāi)，對(duì)土體進(jìn)行壓密夯實(shí)，如此反復(fù)直至所述的土體達(dá)到所述的預(yù)置的模型樁的頂端；

(3)然后把所述的模型樁吊入所述的組合鋼筒內(nèi)固定，在所述的模型樁的樁周與組合鋼筒之間的空隙中灌注水泥漿；

(4)最后把所述的嵌入塊抽出，靜止一段時(shí)間后，將全部弧形鋼板吊出，即完成隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆兜穆裨O(shè)工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用組合鋼筒進(jìn)行保護(hù)，隔開(kāi)了土體與模型樁之間的空隙，便于灌注水泥漿，灌注水泥漿后，把嵌入塊抽出，使弧形鋼板在周?chē)耐馏w壓力作用下徑向運(yùn)動(dòng)，這樣既可以釋放周?chē)耐馏w在填土壓實(shí)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)大側(cè)壓力，同時(shí)土體隨著弧形鋼板徑向擠壓，形成與水泥漿的粗糙接觸面，經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比表明，此時(shí)的樁周土應(yīng)力狀態(tài)及樁周土與水泥漿的接觸關(guān)系與實(shí)際狀態(tài)更加相似，試驗(yàn)效果良好，試驗(yàn)結(jié)果合理。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中：

圖1是實(shí)施例的模型試驗(yàn)裝置布置示意圖。

圖2是實(shí)施例的組合鋼筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是實(shí)施例的組合鋼筒變化狀態(tài)一示意圖。

圖4是實(shí)施例的組合鋼筒變化狀態(tài)二示意圖。

圖5是實(shí)施例的組合鋼筒變化狀態(tài)三示意圖。

圖中：模型箱-1；模型樁-2；組合鋼筒-3；嵌入塊-4；弧形鋼板-32；榫頭-321；榫頭平臺(tái)-323；榫眼-325；榫眼平臺(tái)-327。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例

如圖1～圖5所示，實(shí)施例的隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋裝置，包括模型箱1、模型樁2、組合鋼筒3、土體和水泥漿。模型樁2、組合鋼筒3、土體和水泥漿都容置于模型箱1內(nèi)，組合鋼筒3可移除地套設(shè)于模型樁2外，土體填充于模型箱1內(nèi)且組合鋼筒3外的空間，水泥漿灌注于組合鋼筒3與模型樁2之間。

其中，組合鋼筒3包括兩塊弧形鋼板32、兩個(gè)嵌入塊4和多個(gè)金屬卡扣，兩塊弧形鋼板32的兩側(cè)邊銜接，形成管狀，兩個(gè)嵌入塊4分別對(duì)應(yīng)地可拆卸地抵頂于兩塊弧形鋼板32之間的銜接處，在每塊弧形鋼板32的銜接處的外側(cè)上中下三個(gè)位置采用金屬卡扣固定，組成組合鋼筒3。

具體地，兩塊弧形鋼板32之間采用半榫卯形式連接，每塊弧形鋼板32的一銜接邊設(shè)有榫頭321，且相對(duì)地，榫頭321位于外側(cè)，榫頭平臺(tái)323位于內(nèi)側(cè)；該弧形鋼板32的另一銜接邊設(shè)有榫眼325，且相對(duì)地，榫眼325位于外側(cè)，榫眼平臺(tái)327位于內(nèi)側(cè)。而且，榫頭與榫眼相互匹配，榫頭平臺(tái)和榫眼平臺(tái)相互匹配，每塊弧形鋼板32的榫頭321和榫眼平臺(tái)327都依該弧形鋼板32的弧度彎曲，這有利于銜接處的活動(dòng)。而嵌入塊4抵頂在該榫頭平臺(tái)323和榫眼平臺(tái)327之間，稍微放大組合鋼筒3的圓周，此為圖2的組合鋼筒3的狀態(tài)一(圖3)，待土體填充完畢及水泥漿灌注完畢后，抽離兩個(gè)嵌入塊4，此為圖2的組合鋼筒3的狀態(tài)二(圖4)，待嵌入板4拔出后，空隙之間的土體會(huì)對(duì)兩塊弧形鋼板32徑向壓縮，組合鋼筒3的圓周變小，此為圖2的組合鋼筒3的狀態(tài)三(圖5)。

進(jìn)一步，榫頭321自其根部至其端部逐漸徑向收窄，使該榫頭321的橫截面呈椎狀。則，榫頭321處于組合鋼筒3的外側(cè)面，且榫頭321的橫截面呈椎狀。之所以采用此設(shè)計(jì)方法，是考慮到在組合鋼筒3外側(cè)填土后，土體會(huì)填充弧形鋼板32銜接處的空隙，若采用端部為平面式的設(shè)計(jì)，當(dāng)嵌入板4拔出后，空隙之間的土體會(huì)對(duì)組合鋼筒3的徑向壓縮產(chǎn)生阻礙，影響周?chē)羵?cè)壓力釋放的效果。

本發(fā)明的隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋方法，其步驟如下：

(1)首先將兩個(gè)嵌入塊4分別放置于兩塊弧形鋼板32的銜接處，并在所述的兩塊弧形鋼板32銜接處的外側(cè)上中下三個(gè)位置采用金屬卡扣固定，組成穩(wěn)定牢固的組合鋼筒3；

(2)接著把組合鋼筒3放置于模型箱1內(nèi)的預(yù)置模型樁2的樁位處，在模型箱1中分層填土，每到金屬卡扣位置，將所述的金屬卡扣解開(kāi)，對(duì)土體進(jìn)行壓密夯實(shí)，如此反復(fù)直至所述的土體達(dá)到預(yù)置的模型樁2的頂端；

(3)然后把模型樁2吊入組合鋼筒3內(nèi)固定，在模型樁2的樁周與組合鋼筒3之間的空隙中灌注水泥漿至距離模型樁2的樁頂1/5～1/4h處，其中，h為模型樁2的高度；

(4)最后把兩個(gè)嵌入塊4抽出，靜止一段時(shí)間使兩塊弧形鋼板32徑向運(yùn)動(dòng)以釋放側(cè)向土壓力后，緩慢將兩塊弧形鋼板32吊出，即完成隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆兜穆裨O(shè)工作。

從實(shí)施例可見(jiàn)，兩塊弧形鋼板32設(shè)置的主要目的在于，形成管狀并套設(shè)模型樁2，因此，可以得到，組成組合鋼筒3的鋼板不僅限于兩塊，則，也不僅限于半圓弧形狀，組成組合鋼筒3的可以是兩塊以上的弧形鋼板。

從實(shí)施例可見(jiàn)，嵌入塊4設(shè)置的主要目的在于，抵頂在相鄰兩塊弧形鋼板的銜接處，使抽離嵌入塊4后，所述的兩塊相鄰弧形鋼板能徑向運(yùn)動(dòng)以釋放側(cè)向土壓力，并順利吊出組成組合鋼筒3的全部弧形鋼板，因此，可以得到，具有至少一個(gè)嵌入塊即能滿足所述設(shè)置目的。進(jìn)一步，實(shí)施例對(duì)稱(chēng)設(shè)置嵌入塊能均衡地釋放側(cè)向土壓力，因此，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，設(shè)有至少兩個(gè)嵌入塊的情況下，其等角度地環(huán)繞設(shè)置在組成所述的組合鋼筒的弧形鋼板之間的銜接處。而且，可知，在所有的銜接處都需要固定部件固定，優(yōu)選地，所述的固定部件為金屬卡扣。

具體地，模型樁2為預(yù)制樁。

具體地，為確保組合鋼筒3拼合順暢，所述的至少兩塊弧形鋼板組成直徑唯一的組合鋼筒3。

具體地，模型樁2的直徑D1為100～300mm，為了防止組合鋼筒3的兩塊弧形鋼板32拔出時(shí)碰撞模型樁2，組合鋼筒3的外徑D2為(D1+20mm)，厚度為8～12mm。且，嵌入塊4的橫截面的長(zhǎng)度為10～30mm，寬度為4～6mm。

本實(shí)施例所述隨鉆跟管樁模型試驗(yàn)中樁的預(yù)埋裝置和方法的其它結(jié)構(gòu)參見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。