本發明屬于巖土工程樁基模型試驗技術領域，具體涉及一種隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋裝置及方法。

背景技術：

隨鉆跟管樁是指在鉆進成孔的同時將PHC管樁沉至孔底，土巖渣從管樁內排出，管壁外側灌注水泥漿，樁芯可根據設計需要通長灌注、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，由于隨鉆跟管樁獨特的施工工藝，使其與普通管樁在荷載傳遞規律、沉降變形特征、失效破壞機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，水泥漿與土體膠結面的力學特性直接關系到隨鉆跟管樁—注漿體—樁周土組成的承載體系的穩定性，是此類樁失效破壞的關鍵科學問題。

由于現場原型試驗費用高、試驗數據不易采集等缺點，使得現場試驗難以大規模開展，而數值計算方法尚不足以全面模擬巖土體的復雜性，因此室內模型試驗成為目前研究水泥漿與樁周土之間相互作用機理的主要技術手段。但是室內模型一般采用縮尺模型，成樁工藝無法完全再現現場施工過程，因此研究一種操作簡單、經濟合理，可以形成與實際工程相似的水泥漿—樁周土膠結體的模型樁埋設方法顯得尤為重要。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋裝置及方法，采用本發明的模型樁，其樁周土的應力狀態及水泥漿與土體的相互浸入情況與現場工況基本相符，本發明對于采用模型試驗研究隨鉆跟管樁承載及破壞機理至關重要。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋裝置，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，所述的組合鋼筒可移除地套設于所述的模型樁外，所述的土體填充于所述的模型箱內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，所述的弧形鋼板環繞圍設在所述的模型樁外，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。

進一步，相鄰的兩塊弧形鋼板通過半榫卯活動連接。

具體地，所述的嵌入塊等角度地環繞設置在所述的弧形鋼板之間的銜接處。

進一步，所述的弧形鋼板為兩塊，所述的嵌入塊為兩個，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。

進一步，每塊弧形鋼板的一銜接邊設有榫頭和榫頭平臺，其另一銜接邊設有榫眼和榫眼平臺，所述的榫頭和榫眼平臺依該弧形鋼板的弧度彎曲；其中該榫頭位于外側，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設在相鄰的兩塊弧形鋼板的銜接處的外側上中下三個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10～30mm，寬4～6mm。

為了達到上述目的，本發明提供另一技術方案如下：一種隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋方法，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上中下三個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的預置模型樁的樁位處，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，對土體進行壓密夯實，如此反復直至所述的土體達到所述的預置的模型樁的頂端；

(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，靜止一段時間后，將全部弧形鋼板吊出，即完成隨鉆跟管樁模型試驗模型樁的埋設工作。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明采用組合鋼筒進行保護，隔開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，使弧形鋼板在周圍的土體壓力作用下徑向運動，這樣既可以釋放周圍的土體在填土壓實過程中產生的過大側壓力，同時土體隨著弧形鋼板徑向擠壓，形成與水泥漿的粗糙接觸面，經試驗對比表明，此時的樁周土應力狀態及樁周土與水泥漿的接觸關系與實際狀態更加相似，試驗效果良好，試驗結果合理。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：

圖1是實施例的模型試驗裝置布置示意圖。

圖2是實施例的組合鋼筒的結構示意圖。

圖3是實施例的組合鋼筒變化狀態一示意圖。

圖4是實施例的組合鋼筒變化狀態二示意圖。

圖5是實施例的組合鋼筒變化狀態三示意圖。

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-323；榫眼-325；榫眼平臺-327。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例

如圖1～圖5所示，實施例的隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋裝置，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，組合鋼筒3可移除地套設于模型樁2外，土體填充于模型箱1內且組合鋼筒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、兩個嵌入塊4和多個金屬卡扣，兩塊弧形鋼板32的兩側邊銜接，形成管狀，兩個嵌入塊4分別對應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的銜接處的外側上中下三個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的一銜接邊設有榫頭321，且相對地，榫頭321位于外側，榫頭平臺323位于內側；該弧形鋼板32的另一銜接邊設有榫眼325，且相對地，榫眼325位于外側，榫眼平臺327位于內側。而且，榫頭與榫眼相互匹配，榫頭平臺和榫眼平臺相互匹配，每塊弧形鋼板32的榫頭321和榫眼平臺327都依該弧形鋼板32的弧度彎曲，這有利于銜接處的活動。而嵌入塊4抵頂在該榫頭平臺323和榫眼平臺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的狀態一(圖3)，待土體填充完畢及水泥漿灌注完畢后，抽離兩個嵌入塊4，此為圖2的組合鋼筒3的狀態二(圖4)，待嵌入板4拔出后，空隙之間的土體會對兩塊弧形鋼板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的狀態三(圖5)。

進一步，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的外側面，且榫頭321的橫截面呈椎狀。之所以采用此設計方法，是考慮到在組合鋼筒3外側填土后，土體會填充弧形鋼板32銜接處的空隙，若采用端部為平面式的設計，當嵌入板4拔出后，空隙之間的土體會對組合鋼筒3的徑向壓縮產生阻礙，影響周圍土側壓力釋放的效果。

本發明的隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋方法，其步驟如下：

(1)首先將兩個嵌入塊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銜接處的外側上中下三個位置采用金屬卡扣固定，組成穩定牢固的組合鋼筒3；

(2)接著把組合鋼筒3放置于模型箱1內的預置模型樁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，對土體進行壓密夯實，如此反復直至所述的土體達到預置的模型樁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)最后把兩個嵌入塊4抽出，靜止一段時間使兩塊弧形鋼板32徑向運動以釋放側向土壓力后，緩慢將兩塊弧形鋼板32吊出，即完成隨鉆跟管樁模型試驗模型樁的埋設工作。

從實施例可見，兩塊弧形鋼板32設置的主要目的在于，形成管狀并套設模型樁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。

從實施例可見，嵌入塊4設置的主要目的在于，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動以釋放側向土壓力，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，具有至少一個嵌入塊即能滿足所述設置目的。進一步，實施例對稱設置嵌入塊能均衡地釋放側向土壓力，因此，作為本發明的優選方案，設有至少兩個嵌入塊的情況下，其等角度地環繞設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，優選地，所述的固定部件為金屬卡扣。

具體地，模型樁2為預制樁。

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的橫截面的長度為10～30mm，寬度為4～6mm。

本實施例所述隨鉆跟管樁模型試驗中樁的預埋裝置和方法的其它結構參見現有技術。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發明技術方案的范圍內。