一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置

本技术涉及扩体桩植入法沉桩的模型试验，具体为一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置。

背景技术：

1、根固桩与扩体桩为桩基工程发展的一种复合桩型，突破了我国长期以来传统灌注桩能耗高、泥浆排放大，预制桩技术工艺落后、穿越硬土层难等技术发展瓶颈，大幅提升了我国桩基技术现代化水平，填补了多项国内空白。与传统灌注桩相比，根固桩和扩体桩综合造价降低了约20%-30%，资源消耗降低40%-60%，减少碳排放量50%以上。扩体桩是预制桩外侧包裹水泥浆、水泥土混合料、水泥砂浆混合料、细石混凝土等，形成的桩端以上一定范围的桩身扩体或全长扩体的混凝土预制桩，属于根固桩的一种。与传统预制桩相比，扩体桩水平承载力提高了30%-50%，桩体竖向承载力提高70%-100%，承载力与抗震性能大幅提升的同时，节能减排优势更加明显，突破了我国桩基领域长期以来的技术瓶颈。

2、公开号为cn113404098a的专利公开了一种本实用新型涉及一种沉桩模型试验装置及试验方法，该试验装置包括组装式模型箱、填充至模型箱内且每隔一定深度设置有一层彩色标志层的试验土体、用于向模型桩施加压力并使模型桩沉入试验土体内的荷载施加装置、以及用于对模型桩和试验土体进行监测的监测系统，其中，该模型箱包括：呈u型且于u型开口侧可拆卸地对接的第一半模型室和第二半模型室；透明挡板，可拆卸地封挡于第一半模型室的u型开口侧；移动支架，包括横跨于第一半模型室的上方的横梁，横梁上沿长度方向滑动装设有供荷载施加装置连接的水平移动装置。

3、公开号为cn114215118ad的专利申请公开了一种管桩沉桩试验装置，包括模型槽：用于盛放砂样；支撑件：安装在模型槽顶部，支撑件安装有竖向位移驱动机构，竖向位移驱动机构能够与模型桩固定连接；限位机构：包括安装在支撑件的至少三组限位件，限位件能够与模型槽的槽壁构成模型桩穿过的空间，并且能够与模型桩外侧面接触，与模型槽的槽壁共同作用限制模型桩偏离竖向的运动；所述模型槽的槽壁采用透明材质制成。

4、当前扩体桩沉桩后的研究已经形成一套较为完整的理论体系，但在沉桩过程中尤其是植入法沉桩时采用静压桩机压入预制管桩的压桩力方面的研究尚处于起步阶段。实际工程中,压桩力即沉桩阻力的正确估算对合理地评价不同土体的沉桩可能性及选择沉桩设备、防止工程事故、提高经济效益等方面意义重大。为弥补理论研究的不足,扩体桩需进行一定数量的模型试验，在模型试验中通过对模型管桩进行加载植入并测量压桩力、侧阻力及端阻力的数值,分析其变化规律,对于研究扩体桩的沉桩情况、控制预制管桩的沉桩质量方面有着十分重要的作用。鉴于此，很有必要通过科学合理的试验方法和设备开展相关模型试验。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的扩体桩采用植入法沉桩时在研究预制管桩的沉桩阻力、桩端阻力和桩侧摩阻力的分布和变化规律等沉桩过程方面的试验装置和试验方法的不足，本实用新型提供了一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置。

2、本实用新型的目的是这样实现的：

3、一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，包括模型箱（1）、加载装置（2）、传力框架（3）、拉压传感器（4）、定位套筒（5）、模型管桩（6）、垂直导向装置（7）、pvc管（8），所述模型箱（1）用于装填试验用土，填至持力层后埋设pvc管（8），装填完毕拔出pvc管（8）成孔，孔内灌注扩体材料，开展试验时将布设有应变片（18）的模型管桩（6）套在垂直导向装置（7）上，模型管桩上端套在定位套筒（5）内，模型管桩（6）通过加载装置（2）进行沉桩，通过布设于模型管桩（6）上的应变片（18）和加载装置（2）上的拉压传感器（4）实现对沉桩阻力、桩端阻力及桩侧摩阻力的监测。

4、所述垂直导向装置（7）由带有滚珠轴承（15）的圆环（16）与连接钢杆（17）焊接而成，所述上部圆环（16）两端焊接有对称的“t”型钢杆（14），所述垂直导向装置（7）安装在透明亚克力板（9）与最上部可拆卸钢板（13）预留凹槽处。

5、所述圆环（16）半径与滚珠轴承（15）的半径之差为模型管桩外径的一半，两圆环（16）的距离为10cm。

6、所述模型箱（1）通过螺栓与框架（3）底座连接形成装配式整体。

7、所述拉压传感器（4）上部通过螺栓和法兰盘（12）与加载装置（2）连接，下部通过螺栓与定位套筒（5）连接。

8、所述可拆卸钢板（13）通过螺栓与两侧角钢连接，所述可拆卸钢板（13）上焊接圆环把手便于拆卸。

9、所述的模型箱（1）顶部至传力框架（3）顶板的距离大于模型管桩（6）桩长与加载装置（2）前伸部分以及拉压传感器长度之和。

10、所述定位套筒（5）设置开口以便导线伸出。

11、积极有益效果：本实用新型通过装配式沉桩模型试验装置，根据工程实践中的施工工艺进行试验方法的设计，对于研究扩体桩沉桩过程的沉桩阻力以及探寻其阻力的减小措施具有重大的科研价值和经济效益。利用本试验装置及其试验方法，可探寻各种工况下的植入法扩体桩的沉桩阻力、桩端阻力及桩侧摩阻力，通过获得的数据进行观察分析，为后续扩体桩沉桩过程的相关研究提供理论依据。

技术特征：

1.一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)、加载装置(2)、传力框架(3)、拉压传感器(4)、定位套筒(5)、模型管桩(6)、垂直导向装置(7)、pvc管(8)，所述模型箱(1)用于装填试验用土，填至持力层后埋设pvc管(8)，装填完毕拔出pvc管(8)成孔，孔内灌注扩体材料，开展试验时将布设有应变片(18)的模型管桩(6)套在垂直导向装置(7)上，模型管桩上端套在定位套筒(5)内，模型管桩(6)通过加载装置(2)进行沉桩，通过布设于模型管桩(6)上的应变片(18)和加载装置(2)上的拉压传感器(4)实现对沉桩阻力、桩端阻力及桩侧摩阻力的监测。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：所述垂直导向装置(7)由带有滚珠轴承(15)的圆环(16)与连接钢杆(17)焊接而成，所述圆环(16)两端焊接有对称的“t”型钢杆(14)，所述垂直导向装置(7)安装在透明亚克力板(9)与最上部可拆卸钢板(13)预留凹槽处。

3.根据权利要求2所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：所述圆环(16)半径与滚珠轴承(15)的半径之差为模型管桩外径的一半，两圆环(16)的距离为10cm。

4.根据权利要求1所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)通过螺栓与框架(3)底座连接形成装配式整体。

5.根据权利要求1所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：所述拉压传感器(4)上部通过螺栓和法兰盘(12)与加载装置(2)连接，下部通过螺栓与定位套筒(5)连接。

6.根据权利要求2所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：所述可拆卸钢板(13)通过螺栓与两侧角钢连接，所述可拆卸钢板(13)上焊接圆环把手便于拆卸。

7.根据权利要求1所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：模型箱(1)顶部至传力框架(3)顶板的距离大于模型管桩(6)桩长与加载装置(2)前伸部分以及拉压传感器的长度之和。

8.根据权利要求1所述的一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，其特征在于：所述定位套筒(5)设置开口以便导线伸出。

技术总结本技术公开了一种用于研究扩体桩沉桩的模型试验装置，试验装置包括模型箱、加载装置、传力框架、拉压传感器、定位套筒、模型管桩、垂直导向装置、PVC管。本技术对于研究扩体桩沉桩过程的沉桩阻力以及探寻其阻力的减小措施具有重大的科研价值和经济效益,利用本试验装置，可探寻各种工况下的植入法扩体桩沉桩阻力、桩端阻力及桩侧摩阻力，通过获得的数据进行观察分析，为后续扩体桩沉桩过程的相关研究提供理论依据。技术研发人员：张景伟,包一帆,李嘉,郑博文,陈宣宇,刘拴成,张展广,孙佩,常雪洁,黎杰受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：20230817技术公布日：2024/6/11