一种组合锤置换墩墩体取样装置的制作方法

本发明涉及一种组合锤置换墩墩体取样装置，属于建筑工程的岩土工程领域。

背景技术：

大量的堤坝、码头、大型仓储、物流产业聚集区和电厂等这些近海工程正在规划之列，因此，沿海地区的软土加固技术值得深入地探讨和研究。尽管强夯法、强夯置换法和柱锤冲扩碎石桩法在工程建设中得到普遍应用，但是受到地基土类别的影响，这些方法具有一定的局限性。组合锤置换法继承了强夯法、强夯置换法和柱锤夯冲扩桩这三种方法的技术优势且弥补了各自技术上的缺陷，是一种优化后的的地基处理方式，在软基加固工程实践中取得了良好的效果，为了深入研究该工法加固软基的机理和承载性能，深刻认识置换墩的形态是一件非常必要的事情。

室内模型试验是认识墩体形态的一种常用的研究手段，因为室内试验具有经济、可控、灵活、方便等诸多优势。国内外开展过一些相关的试验工作，2007年a.p.ambily等研究碎石桩的力学行为时，在碎石桩中注入石膏，待凝固后去除周围淤泥，获得碎石桩的形态（behaviourofstonecloumnsbasedonexperimentalandfemanylsis[j].journalofgeotechnicalandgeoenvironmentalengineering,2007,133(4):405-415.）；2009年徐玉胜研究强夯置换法的加固机理时，挖掉置换墩的填料后注入水泥浆，凝固成型，得到了置换墩的形态（大能量强夯置换法处理深圳地区软土地基的应用研究[d].深圳：中国铁道科学研究院，2009）。上述方法在墩体形态研究方面起到一定的作用，但是不适用于研究组合锤置换墩的形态。首先，置换法加固软基时，置换料为散体材料，经动力夯实后，密实度高，如采用a.p.ambily的方法，石膏流动性较差，难以流入墩体底部。其次，组合锤是一种变直径夯锤的组合体，置换墩的纵截面必然不规则，如采用徐玉胜的方法，那么在开挖过程中，软土流动，缩颈现象严重，对于不规则截面的墩体而言，这种方式会导致墩体形态失真。目前，尚无组合锤置换墩体形态相关的取样装置。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种组合锤置换墩墩体取样装置，它能够深刻认识组合锤置换法加固软基时的墩体形态发展过程，具有直观、简便、结果可靠、经济实用的优点。

本发明提出的组合锤置换墩墩体取样装置，由加压支架1、槽型轨道2、模型箱支腿3、模型箱体4、圆筒机构5、取样器6、耳片7、插销8、液压油缸9、连接片10、槽口11、杠杆手柄12、封头板13和注液孔14组成，其中：加压支架1由方框底盘、两根立柱和一根横梁组成，方框底盘上焊接两根立柱一端，两根立柱另一端分别连接横梁，所述方框底盘上设有两根槽型轨道２，槽型轨道２上放置模型箱４，模型箱４可在方框底盘上来回滑动；所述液压油缸９的活塞顶端连接取样器６；所述取样器６是圆柱钢筒，它由一端封口和一端敞口两个半圆筒通过连接片10固定，封口一端的挡板上设有注液孔14，敞口一端用于插入墙头板13，加压支架1的横梁上固定液压油缸９，液压油缸９的活塞端朝向模型箱４；液压油缸９的活塞连接取样器6，液压油缸９通过管道连接杠杆手柄12；模型箱4内底部设有圆筒机构5，当杠杆手柄12向下压时，取样器6向下移动，并且它的下边缘一直伸入到模型箱底部的圆筒机构5中，圆筒机构５的开槽部位和取样器敞口端的槽口11二者重合时，将封头板13插入取样器6，模型箱中的置换墩和墩周土被封头板切割，就能进入取样器中；当提升杠杆手柄12时，取样器能够把置换墩和墩周土体从模型箱中提出；取样器6竖直放置；从注液孔注入na2o·3.5sio2和无水cacl2的混合液，使墩体材料胶结，水冲墩周表层土体，便得到完整的墩体。

本发明中，所述液压油缸采用双向液压千斤顶，液压油缸9连接杠杆手柄12，液压油缸固定于加压支架的横梁上，它的活塞朝向模型箱，便于连接取样器6。

本发明中，所述取样器是圆柱钢筒，其封口一端的挡板上还设有耳片7，耳片7通过销钉8将取样器6和液压油缸连接。注液孔14的目的是向置换墩中注入na2o·3.5sio2和无水cacl2的混合液。敞口端边缘开槽，槽口8是为了插入封头板。

本发明中，所述模型箱体4是长方体铁箱，顶部不封闭，底部中心有一个凸起的圆筒机构5，其直径大于取样器直径，圆筒机构底端封闭，侧壁上开槽，目的是插入取样器的封头板。模型箱底部四周安装有竖向支腿3，放置于加压支架的槽型轨道2上，模型箱可在槽形轨道上滑动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、取样装置简单，可操作性强；

2、采用na2o·3.5sio2和无水cacl2的混合液作为胶结体流动性好，更容易流到置换墩底部，置换墩体材料胶结更容易；

3、置换墩取样过程合理，避免了置换孔的缩径现象；

4、墩体形态直观、量测简便、试验结果可靠、经济实用。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为封头板插入取样器的示意图；

图3为取样器取出的示意图；

图4为封头板取出的示意图；

图5为取样器分离的示意图；

图6为置换墩与墩周土分离的示意图。

图中标号：1-加压支架、2-槽型轨道、3-模型箱支腿、4-模型箱、5-圆筒机构、6-取样器、7-耳片、8-销钉、9-液压油缸、10-连接片、11-槽口、12-手动千斤顶、13-封头板、14-注液孔。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施过程，凡是采用与本发明相似的结构及相似的变化，均应列入本发明的保护范围。

实例1：如图1所示，模型箱体4的模型箱支腿3放在槽型轨道2上面；加压支架1固定液压油缸；液压油缸一端连接杠杆手柄12，另一端连接取样器6；取样器6随液压油缸可上下移动。

如图2所示，取样器6向下一直移动到模型箱体底部的圆筒机构5中，封头板13通过圆筒机构5侧壁的槽插入取样器，当油压活塞9向上移动时，取样器6随之向上移动。

如图3所示，拔出销钉8，置换墩和墩周土体随取样器一起离开模型箱体4。置换墩和墩周土体从模型箱中取出，注液孔14的位置竖直向上，从孔中向取样器6中注入na2o·3.5sio2和无水cacl2的混合液，混合液发生化学反应，墩体材料胶结，静置2天。

如图4所示，将取样器6水平放置，取出封头板13。

如图5所示，将取样器6向左滑动，其上半圆筒离开，下半圆筒保持固定，露出置换墩表层土体。

如图6所示，用水冲置换墩表层的土体，胶结的置换墩与墩周土体逐渐分离，最后得到完整的置换墩，可观测置换墩的墩体形态。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种组合锤置换墩墩体取样装置。该装置包括加压支架，液压设备，取样器及模型箱。加压支架固定油压设备，液压设备连接取样器，取样器从模型箱中取出置换墩，在墩体中注入Na2O·3.5SiO2和无水CaCl2的混合液，墩体材料胶结后用水冲掉墩体上附着的表层土，即可获得完整的墩体。本发明可在实验室探索组合锤置换墩体形态发展的规律，为研究组合锤置换法的加固机理和承载性能奠定坚实的基础，此方法具有直观、简便、结果可靠、经济实用等优点。

技术研发人员：叶观宝;张振;张小龙
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2018.11.23
技术公布日：2019.02.12