一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型的制作方法

1.本技术涉及码头施工的技术领域，尤其是涉及一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型。


背景技术：

2.港口的吞吐量是衡量港口规模大小的最重要的指标，在大吨位级码头施工中，需要使用船舶辅助施工，且钢管桩沉桩施工更是码头工程关键工序，大吨级码头工程通过打桩船与运桩船的配合完成沉桩施工，为了满足码头的承载力要求，往往需要加密钢管桩，并使之形成群桩，从而使得大吨位级码头工程的斜钢管群桩密度高，在打桩过程中对桩的位置准确性、施工控制精度有很高要求。
3.相关技术中，由于大吨位级码头工程的斜钢管群桩密度高，且钢管桩扭角及斜率均较大，在相邻钢管桩相互穿插时，容易在泥面以下出现碰桩的现象，一般通过在cad平面图进行沉桩可行性研究，展现各桩平面位置；并结合碰桩计算相应公式计算，然后计算校核钢管桩之间是否碰桩。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：传统的cad平面展示不够直观，在实际施工过程中容易出现各种施工问题，因此仍有改进空间。


技术实现要素：

5.为了直观展示沉桩施工过程，本技术提供一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型。
6.本技术提供的一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型采用如下的技术方案：
7.一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型，包括沉桩模拟实验台、若干根钢管桩模型以及用于调整所述钢管桩模型扭角和倾斜角的沉桩定位模拟器，所述沉桩模拟实验台包括上端开口设置的盒体以及水平设置于箱体开口边缘的横向缩尺和纵向缩尺，所述横向缩尺与所述纵向缩尺相互垂直设置；所述盒体开口处滑动连接有与横向缩尺平行的横向定位线、与纵向缩尺平行的纵向定位线，所述横向定位线与纵向定位线交错设置。
8.通过采用上述技术方案，从而可按照所计算的模拟钢管桩桩位坐标，将横向定位线与纵向定位线移动到相应位置，横向定位线和纵向定位线的交点即为预沉桩位，横向缩尺与纵向缩尺便于直观体现预沉桩位的坐标，有利于提高沉桩模型位置的精确性，并通过沉桩定位模拟器调整钢管桩模型的扭角和倾斜角，使钢管桩模型真实模拟现场沉桩施工，将缩尺模型应用于沉桩施工，从而将二维平面图提升到了三维空间实物模拟验证，便于直观体现沉桩施工，同时可在动态模拟沉桩过程中，进行沉桩技术研究以及提前暴露实际钢管桩沉桩过程中可能会遇到的问题，又利于正式沉桩施工顺利进行。
9.优选的，盒体为铁制盒，所述纵向定位线两端以及横向定位线两端均设置有磁铁，若干所述磁铁均与盒体磁吸固定。
10.通过采用上述技术方案，使得当需要移动定位线时，只需将定位线的端部的磁铁从铁制的盒体取下，从而可自由移动定位线，使定位线移动至相应位置，随后将磁铁与盒体
进行磁吸固定，具有方便移动和固定的优点，便于操作者进行定位操作。
11.优选的，所述定位模拟器包括水平架设于盒体开口处的横杆、与所述横杆水平滑动连接的竖杆、与所述竖杆竖直滑动连接的基座以及与所述基座转动连接的连接杆以及供钢管桩模型穿过的套管；所述连接杆在水平面上摆动，所述套管与所述连接杆活动端转动连接，且所述套管在竖直平面上摆动；所述竖杆设置有竖向缩尺，所述基座设置有水平量角器，所述水平量角器环绕设置于连接杆的回转轴线，所述连接杆设置有竖向量角器，所述竖向量角器环绕设置于套管的回转轴线。
12.通过采用上述技术方案，将横杆架设在盒体开口处，从而可自由滑动横杆和竖杆，使将基座滑动至相应位置，通过竖向缩尺、竖向量角器以及水平量角器的设置，从而可通过竖直滑动基座滑动至桩顶的标高位置，并水平摆动连接杆以及竖直摆动套管，从而可将套管摆动至钢管桩的所需的角度和位置，套管长度方向即为沉桩时钢管桩沉桩方向，有利于提高模拟沉桩时的精确度。
13.优选的，所述基座包括滑动套接于竖杆外周面的套环以及与所述套环固定的底板，所述基座设置有制动螺栓，所述制动螺栓朝竖杆方向螺纹贯穿套环。
14.通过采用上述技术方案，从而可通过转动制动螺栓实现对套环的锁紧和释放，从而降低在模拟沉桩时基座出现下滑的概率，有利于减少因基座下滑而导致沉桩模拟的数据失准的情况。
15.优选的，所述连接杆位于水平量角器与底板之间。
16.通过采用上述技术方案，使得水平量角器不仅起到测量连接杆摆动角度的作用，同时也对连接杆具有限制作用，有利于提高连接杆水平摆动时的稳定性。
17.优选的，所述竖杆开设有容纳槽，所述竖向缩尺容纳于所述容纳槽内。
18.通过采用上述技术方案，将竖向缩尺容纳在容纳槽内，从而减少了竖向缩尺与套环之间的摩擦，有利于避免竖向缩尺被套环所磨损。
19.优选的，所述盒体内设置有打桩船模型和运桩船模型。
20.通过采用上述技术方案，由于打桩船及运装船体积均较大，打桩船安全、精确的沉桩所需抛锚的水域范围较大，且沉桩过程中两船需不停的变换船位，通过制作打桩船模型和运桩船模型，从而可在沉桩模拟实验实施动态模拟，又利于确定打桩船、运桩船的移船路径，有利于提高施工的安全性。
21.优选的，所述连接杆设置有水平指针，所述水平指针长度方向与连接杆长度方向一致，且所述水平指针尖端指向水平量角器的刻度。
22.通过采用上述技术方案，使得在摆动连接杆时。水平指针跟随连接杆同步摆动，从而可直观观测到连接杆的摆动角度，有利于提高钢管桩模型扭角数据的准确性。
附图说明
23.图1是本技术实施例中一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型的结构示意图。
24.图2是图1中a处的放大示意图。
25.图3是本技术实施例中沉桩定位模拟器的爆炸图。
26.附图标记说明：1、沉桩模拟实验台；11、盒体；12、横向缩尺；13、纵向缩尺；2、打桩船模型；3、运桩船模型；4、钢管桩模型；5、横向定位线；6、纵向定位线；7、磁铁；8、沉桩定位
模拟器；81、横杆；82、竖杆；821、水平滑套；8211、锁紧螺栓；822、容纳槽；823、竖向缩尺；83、基座；831、套环；8311、制动螺栓；832、底板；833、水平量角器；834、支撑座；84、连接杆；841、锁固螺栓；842、水平指针；843、连接块；844、通槽；845、竖向量角器；846、竖向指针；847、限制螺栓；85、套管；851、沉孔。
具体实施方式
27.以下结合附图1
‑
3对本技术作进一步详细说明。
28.本技术实施例公开一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型。参照图1，一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型包括沉桩模拟实验台、若干根钢管桩模型以及沉桩定位模拟器，沉桩模拟实验台内设有运桩船模型和打桩船模型。
29.参照图1，沉桩模拟实验台1包括盒体11、两组横向缩尺12以及两组纵向缩尺13。盒体11为上端开口设置的铁制盒，盒体11开口呈矩形，两组横向缩尺12分别粘接固定于盒体11开口处的两条长边边缘的外侧，两组纵向缩尺13分别粘接固定于盒体11开口处的两条宽边边缘的外侧，纵向缩尺13以及横向缩尺12的起始零点均位于自身的中点处，便于将码头工作平台中心作为原点建立坐标系。盒体11内装有30cm高的中粗砂，用于模拟大海原始泥面厚度，盒体11内装有超出中粗砂上表面20cm的水，用于模拟海水。
30.参照图1，桩直径、长度也同样以1:100比例缩小成模型，即钢管桩模型4采用φ12mm小钢管加工制作而成。
31.参照图1，盒体11开口处设有与横向缩尺12平行的横向定位线5、与纵向缩尺13平行的纵向定位线6，横向定位线5与纵向定位线6垂直交错设置。横向定位线5与纵向定位线6的交点即为预沉桩位。纵向定位线6两端以及横向定位线5两端均固定有磁铁7，磁铁7均与铁制盒外侧壁磁吸固定，从而通过将定位线移动至与相应缩尺的刻度重合，便于直观体现预沉桩位的坐标。
32.参照图1和图2，沉桩定位模拟器8包括水平架设于盒体11开口两条宽边边缘之间的横杆81,横杆81为方钢，横杆81与横向缩尺12平行，横杆81外周面滑动套接有水平滑套821。
33.参照图1和图3，沉桩定位模拟器8还包括竖直插入中粗砂内的竖杆82，竖杆82上端焊接固定于水平滑套821，水平滑套821设有锁紧螺栓8211，所述锁紧螺栓8211朝横杆81方向螺纹贯穿水平滑套821，通过转动锁紧螺栓8211，用锁紧螺栓8211抵紧横杆81，便于对竖杆82位置进行锁固。竖杆82设有竖向缩尺823，竖向缩尺823长度方向与竖杆82长度方向一致。竖杆82一侧开设有容纳竖向缩尺823的容纳槽822。
34.参照图1和图3，沉桩定位模拟器8还包括基座83，基座83包括滑动套接于竖杆82外周面的套环831、固定于套环831一侧的支撑座834以及固定于支撑座834上端面的底板832，底板832水平设置。底板832上端面固定有弧状的水平量角器833，水平量角器833与竖向缩尺823两者位于竖杆82的同一侧，便于操作者同时观测到水平量角器833与竖向缩尺823。套环831设置有制动螺栓8311，制动螺栓8311朝竖杆82方向螺纹贯穿套环831，通过转动制动螺栓8311，使制动螺栓8311抵紧竖杆82，便于对基座83位置进行锁固。
35.参照图1和图3，沉桩定位模拟器8还包括水平设置于底板832上端面的连接杆84，连接杆84与底板832转动连接，且连接杆84的回转轴线竖直设置。水平量角器833环绕于连
接杆84的回转轴线，水平量角器833的圆心位于连接杆84的回转轴线上。水平量角器833与底板832之间形成供连接杆84水平摆动的间隙。连接杆84上端面固定有水平指针842，水平指针842长度方向与连接杆84长度方向一致，且水平指针842尖端指向水平量角器833的刻度。连接杆84与底座之间设有锁固螺栓841，锁固螺栓841沿连接杆84的回转轴线方向依次贯穿水平指针842、连接杆84、底板832以及支撑座834，通过调节锁固螺栓841下端处的螺母，可实现对连接杆84的解锁功能和制动功能。
36.参照图1和图3，沉桩定位模拟器8还包括供钢管桩模型4穿过的套管85，连接杆84的活动端焊接固定有连接块843，套管85与连接块843转动连接，且套管85的回转轴线与横杆81平行。连接块843背离连接杆84的一侧开设有容纳套管85的通槽844，通槽844上下两端开口设置。套管85与连接块843之间设有两组分置于套管85两侧的限制螺栓847，两个限制螺栓847朝套管85的回转轴线方向螺纹贯穿连接块843，套管85两侧分别开设有供对应限制螺栓847插入的沉孔851。通过调节限制螺栓847的松紧，有利于实现对套管85的解锁功能和制动功能，便于套管85在竖直平面摆动。
37.参照图1和图3，连接杆84端部的连接块843固定有竖向量角器845，竖向量角器845位于连接杆84的一侧，竖向量角器845环绕设置于套管85的回转轴线，竖向量角器845的圆心位于套管85的回转轴线上。套管85外侧固定有与竖向量角器845对应的竖向指针846，竖向指针846长度方向与套管85长度方向一致，且竖向指针846的尖端指向竖向量角器845的刻度。其中一个限制螺栓847沿套管85的回转轴线方向依次贯穿竖向指针846和竖向量角器845，有利于提高竖向指针846摆动时的稳定性。
38.本技术实施例一种用于模拟沉桩施工的缩尺模型的实施原理的具体操作如下：
39.s1首先上下滑动套环831，将套环831移动至待沉桩的钢管桩模型4的桩顶标高位置，水面标高按+1m计算，并拧紧锁紧螺栓8211和制动螺栓8311，使套环831和基座83的位置固定；
40.s2 将水平滑套821在横杆81上，并将水平滑套821滑至方钢中间位置，然后再将方钢架在盒体11两个宽边边缘之间；
41.s3 将套管85摆至竖直状态，此时竖向指针846在竖向量角器845的读数为90
°
；
42.s4 进行模拟钢管桩扭角换算，计算出钢管桩模型4所需扭将在水平量角器833上所需的读数；
43.s5 将连接杆84调整至步骤3中计算出的读数位位置，即是将水平指针842调整至水平量角器833的相应读数位置，拧紧锁固螺栓841的螺母，对连接杆84位置进行固定；
44.s6 水平移动横杆81，将套管85移动至预沉桩位处，此时，横向定位线5与竖向定位线在水平面上的投影相切于套管85外圈在水平上的投影，且横杆81两端分别在对应纵向缩尺13的读数相同，然后拧紧锁紧螺栓8211，对水平滑套821进行固定；由于此时横向定位线5与纵向定位线6相交点的坐标未重合，因此应将原坐标值均减去钢管桩本体的半径尺寸6mm，从而得出预沉桩位的具体坐标；
45.s7 将套管85转动至钢管桩模型4所需斜率位置，即是将竖向指针846摆动至该钢管桩本体所对应的角度位置，最后两个拧紧限制螺栓847；
46.s8将钢管桩模型4沿着套管85内壁开始下沉，待钢管桩模型4下端接触砂层后，开始使用小锤慢慢锤击沉桩，直至钢管桩模型4的桩顶与套管85顶部平齐为止，然后慢慢将套
管85斜向上移出，完成该根模拟钢管桩沉桩；
47.s9 模拟桩模型下沉进行完后，进行打桩船移位及沉桩可行性验证，将打桩船模型2置于已沉桩附近，并将打桩船模型2的管架缓慢套入已沉的管桩模型中，查看打桩船模型2周边情况，之后均按照初步确定的沉桩顺序表依次进行模拟沉桩、移位，并做好相应照片、表格记录，若发现已沉斜桩影响船舶移位或影响下一根未沉桩时，并及时作出参数调整，随着已沉桩模拟模型的增多，移动打桩船模型2的过程中，还需留意抛锚地址的选择，提前做好相应记录（包括照相、表格记录等），选出最佳抛锚位置，避免造成对已沉桩的扰动以及减少抛锚次数，提高施工效率。
48.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。