专利名称：用于模型试验的微型桩模型及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型桩模型，特别是涉及一种用于模型试验的微型桩模型及其制作方法。
背景技术：
微型桩是指直径在90 300mm的钻孔灌注桩，最先用在地基加固中，后来逐渐应用于滑坡防治和边坡加固工程中。由于微型桩具有非开挖施工、对滑体扰动小、施工速度快等优点，近几年在边滑坡防治尤其是滑坡应急加固中得到了广泛应用。但是由于微型桩在滑坡防治中的应用历史较短，人们对其在滑坡作用下的受力变形规律了解的还不全面，尤其是微型桩桩径较小，长细比大，且工程中多以群桩的形式布设，桩土作用机理复杂，导致目前尚没有公认的合理设计方法。因此，要提出微型桩在滑坡防治中合理的设计方法，促进微型桩在滑坡防治中的广泛应用，首先应充分了解微型桩在滑坡作用下的性状，包括受力情况、内力分布规律及破坏模式等。目前的测试方法主要有现场试验和物理模型试验两种。现场试验是在实际工程中布设监测元件进行监测；物理模型试验是根据一定的相似比例设计试验模型，人工制作滑坡模型和微型桩模型，通过加载等手段使滑坡模型滑动，以此来监测微型桩的受力变形情况。现场试验最符合实际，但也存在一些缺点，主要有1.实际微型桩是通过钻孔-插入钢筋笼-压力注浆的工艺进行施工的，由于孔径较小、较深，导致压力盒等监测元件的布设很难实现，因此微型桩的受力情况无法监测；2.实际工程都是以防治为目的，设计时赋予了一定的安全系数，因此微型桩施工后滑坡处于稳定状态，各种监测元件的数据基本上变化不大，不能得出微型桩的内力分布规律及破坏模式。物理模型试验可自主设计模型，通过加载的方式可使滑坡模型滑动，可以得到微型桩从受力到破坏的全过程性状，因此目前研究微型桩在滑坡作用下的性状时通常采用物理模型试验的方法。在进行物理模型试验时，选用的微型桩模型的合理与否，对试验结果有较重要的影响。现有的模型试验中，常见用铝管或单根钢筋作为微型桩模型。由于实际微型桩是钢筋笼、钢筋束或钢管外裹水泥砂浆或混凝土的钢筋混凝土结构，采用铝管或钢筋作为微型桩模型不能很好的模拟微型桩与周围岩土的接触情况，而且铝管的破坏模式也与实际钢筋混凝土结构的微型桩有所不同。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的微型桩模型存在的缺陷，而提供一种新型结构的微型桩模型，所要解决的技术问题是使其更加符合实际应用中的微型桩，从而可以进行更加准确的实验研究。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种用于试验的微型桩模型，其包括钢筋笼，包括多根纵向主筋和将这些主筋横向连接的箍筋；注浆体，为柱体形状，并将所述的钢筋笼包覆；所述的钢筋笼的主筋上设有至少一个应变片，该应变片设有导线，该导线伸出注浆体；所述的注浆体的外壁上还设有至少一个应变片。所述的注浆体的材料为水泥、水泥砂浆、石膏或水泥砂浆与石膏的混合物。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的用于试验的微型桩模型的制作方法，包括以下步骤确定微型桩模型的参数；制备钢筋笼；在钢筋笼上设置应变片；将钢筋笼放置在模具中，向模具内加入注浆材料；注浆材料养护形成注浆体；在注浆体外壁设置应变片。较佳的，所述的确定微型桩模型的参数步骤包括确定微型桩模型的桩径、配筋截面积、弹性模量、微型桩模型的配筋形式及注衆体材料。在钢筋笼上每隔10_50cm设置一组横向向外伸出的对中支架，用于钢筋笼放入模具后能保持居中。设置应变片的步骤包括确定应变片的位置，在微型桩模型沿滑坡滑动方向的迎滑侧和背滑侧成对设置应变片；安装应变片，依次进行打磨应变片安装位置、清洗、粘贴应变片和养护工序；每个应变片都连接一段导线。 所述的在钢筋笼上设置应变片的步骤包括对应变片安装位置进行打磨、清洗后，粘贴应变片；在注浆体外壁设置应变片的步骤包括对应变片安装位置进行打磨、清洗后，涂上一薄层的环氧树脂，待环氧树脂凝固后对环氧树脂进行打磨、清洗，然后粘贴桩身表面应变片。借由上述技术方案，本发明用于模型试验的微型桩模型及其制作方法至少具有下列优点(I)采用与原型相同或类似的材料制作模型，使微型桩模型与原型的内部结构形式相同(均为配筋外裹注浆材料)，试验得出的微型桩的破坏模式及内力分布规律等结果比较符合实际；(2)粘贴桩身表面应变片，可明确桩身注浆材料的变形及开裂情况(尤其是首先发生破坏的部位)；(3)采用塑料管材作为模具，方便、实用，将钢筋应变片导线就近引出减小对微型桩模型的抗弯刚度等物理量参数的影响。综上所述，本发明的用于模型试验的微型桩模型及其制作方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，并产生了好用及实用的效果。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
图I为本发明的用于模型试验的微型桩模型的截面结构示意图。图2为本发明的制备微型桩模型过程中的结构示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于模型试验的微型桩模型及其制作方法其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。该方法的具体步骤包括
(I)微型桩模型参数的确定。要研究的微型桩原型的参数为桩长L = 12m、桩径D = 300mm ;配筋采用6根直径 d = 28mm的钢筋，形式为钢筋笼；桩身采用水泥砂浆浇筑。根据试验条件，确定试验中微型桩模型的桩长L’ = 2m,则几何相似比Q = L/L’ =6。确定微型桩模型的材料为钢筋和水泥砂浆，则弹性模量相似比Ce= I。以几何相似比和弹性模量相似比为基础相似比，根据相似理论，可计算出各相关物理量的相似比，依此确定微型桩模型的各参数桩径D’ = 50毫米，配筋截面积As’ = 103mm2，取4根直径d’ = 6mm的钢筋，焊接成钢筋笼形式；水泥砂浆保护层厚度取5mm。(2)按确定的微型桩模型的配筋形式制作钢筋笼。如图I和图2所示，本实施例的钢筋笼由4根纵向主筋I和将这些主筋横向连接的箍筋2组成，所述的箍筋2可以在主筋垂直方向上设有多条。在主筋上设有应变片6，该应变片连接有导线8。在主筋I的垂直方向上，每隔30cm焊接一组对中支架5，使钢筋笼放入模具4后能保持居中。注浆体3为柱体形状，并将所述的钢筋笼完全包覆，所述的导线8伸出该注浆体。在该注浆体外壁上还设有应变片7，并连接有导线。(3)粘贴应变片。粘贴应变片的目的是为测试微型桩模型桩身各部位的应变，可进一步转化为弯矩和剪力。应变片分钢筋上应变片和桩身表面应变片两种。首先按照试验目的确定应变片测点的位置，一般在微型桩模型沿滑坡滑动方向的迎滑侧和背滑侧成对粘贴，应变片间距可根据需要自行设计，滑面和桩顶附近的应变片应加密。粘贴时应严格按照应变片的粘贴工序，即打磨-清洗-粘贴-养护的顺序进行，并做好应变片的防水和导线的保护工作，每个应变片都接出一段长约20cm左右的导线。(4)制作模具。由于微型桩模型是横截面为圆形的长杆件结构，可采用硬质的塑料管作为模具4(如PVC管)，所选模具的内径应与微型桩模型桩径相同。制作时，将模具沿纵向剖开，将钢筋笼放入模具内，并在应变片所处位置的模具上钻孔(孔径略超过导线直径即可)，将导线引出模具外。然后用透明胶带将模具的开口密封，防止注浆时发生漏浆现象，并用铁丝对模具进行锚箍，防止注浆时模具臌胀变形。(5)注浆。将模具的一端封实，从另一端进行注浆。注浆材料根据计算所得的弹性模量确定，一般为水泥砂浆或水泥、石膏和水的混合物、或者水泥砂浆与石膏的混合物。注浆时采用振动棒等振动工具将浆液充分振动，使砂浆充填密实。(6)养护。注浆完成后，放置24小时即可拆模(可根据所用材料的不同调整拆模时间)，此后按相应的养护方法进行养护。(7)粘贴桩身表面应变片。微型桩模型养护完成后，粘贴桩身表面应变片，通常在微型桩模型沿滑坡滑动方向的迎滑侧和背滑侧成对粘贴，应变片间距可根据需要自行设计，滑面和桩顶附近的应变片应加密。制作时，将相应桩身表面需粘贴应变片的位置进行打磨、清洗后，涂上一薄层的环氧树脂，待其凝固后对环氧树脂进行打磨、清洗，然后粘贴桩身表面应变片，并做好导线固定与保护、应变片防水措施。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种用于试验的微型桩模型，其特征在于其包括钢筋笼，包括多根纵向主筋和将这些主筋横向连接的箍筋；注浆体，为柱体形状，并将所述的钢筋笼包覆；所述的钢筋笼的主筋上设有至少一个应变片，该应变片设有导线，该导线伸出注浆体；所述的注浆体的外壁上还设有至少一个应变片。
2.根据权利要求I所述的用于试验的微型桩模型，其特征在于所述的注浆体的材料为水泥、水泥砂浆、石膏或水泥砂浆与石膏的混合物。
3.权利要求I或2所述的用于试验的微型桩模型的制作方法，其特征在于包括以下步骤确定微型桩模型的参数；制备钢筋笼；在钢筋笼上设置应变片；将钢筋笼放置在模具中，向磨具内加入注浆材料；注浆材料养护形成注浆体；在注浆体外壁设置应变片。
4.根据权利要求3所述的用于试验的微型桩模型的制作方法，其特征在于所述的确定微型桩模型的参数步骤包括确定微型桩模型的桩径、配筋截面积、弹性模量、微型桩模型的配筋形式及注浆体材料。
5.根据权利要求4所述的用于试验的微型桩模型的制作方法，其特征在于还包括在钢筋笼上每隔10-50cm设置一组横向向外伸出的对中支架，用于钢筋笼放入模具后能保持居中。
6.根据权利要求4所述的用于试验的微型桩模型的制作方法，其特征在于所述的设置应变片的步骤包括确定应变片的位置，在微型桩模型沿滑坡滑动方向的迎滑侧和背滑侧成对设置应变片;安装应变片，依次进行打磨应变片安装位置、清洗、粘贴应变片和养护工序；每个应变片都连接一段导线。
7.根据权利要求3所述的用于试验的微型桩模型的制作方法，其特征在于，所述的在钢筋笼上设置应变片的步骤包括对应变片安装位置进行打磨、清洗后，粘贴应变片；所述的在注浆体外壁设置应变片的步骤包括对应变片安装位置进行打磨、清洗后，涂上一薄层的环氧树脂，待环氧树脂凝固后对环氧树脂进行打磨、清洗，然后粘贴应变片。
全文摘要
本发明是关于一种用于模型试验的微型桩模型及其制作方法，该用于试验的微型桩模型包括钢筋笼，包括多根纵向主筋和将这些主筋横向连接的箍筋；注浆体，为柱体形状，并将所述的钢筋笼包覆；所述的钢筋笼的主筋上设有至少一个应变片，该应变片设有导线，该导线伸出注浆体；所述的注浆体的外壁上还设有至少一个应变片。该微型桩模型的制作方法包括确定微型桩模型的参数；制备钢筋笼；在钢筋笼上设置应变片；将钢筋笼放置在模具中，向模具内加入注浆材料；注浆材料养护形成注浆体；以及在注浆体外壁设置应变片。本发明的微型桩模型与原型的内部结构形式相同，试验得出的微型桩的破坏模式及内力分布规律等结果更加符合实际。
文档编号G01N1/28GK102535530SQ20111044978
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者冯振, 李滨, 殷跃平, 门玉明, 闫金凯 申请人:中国地质科学院地质力学研究所