(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210612679.4 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 青岛理工大 学 地址 266525 山东省青岛市黄岛区嘉陵江 东路777号 申请人 江苏大学 (72)发明人 张鹏　刘鸣　成亮　朱珍　王旭春　 管晓明　杜明庆　 (74)专利代理 机构 北京开阳星知识产权代理有 限公司 1 1710 专利代理师 李玉宾 (51)Int.Cl. G01N 25/20(2006.01) G01D 21/02(2006.01) E02D 33/00(2006.01) (54)发明名称 一种桩周 土体固化之后能量桩工作性能的 研究方法 (57)摘要 一种桩周 土体固化之后能量桩工作性能的 研究方法， 涉及土木工程技术领域， 包括： 步骤1、 模型桩的制作； 步骤2、 实验准备； 步骤3、 普通情 况下实验数据采集； 步骤4、 桩周土体处理； 步骤 5、 桩周土体处理之后实验数据采集； 步骤6、 实验 数据分析。 本发 明针对普通情况下的实验数据及 各种桩周土体处理之后的实验数据进行对比分 析， 通过对比分析能够获取能够保障模型桩桩体 性能的土体处理方法， 并分析出能够破坏或降低 模型桩桩体性能的土体处理方法， 从而对工程实 践活动具有良好的指导 意义。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114878633 A 2022.08.09 CN 114878633 A 1.一种桩周土体固化之后能量桩工作性能的研究方法， 其特征为： 包括： 步骤1、 模型桩 的制作； 步骤2、 实验准备； 步骤3、 普通情况下实验数据采集； 步骤4、 桩周土体处理； 步骤5、 桩周土体处 理之后实验数据采集； 步骤6、 实验数据分析。 2.如权利要求1所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的步骤1包括如下具体步骤： 1 a.模型桩比例的确定； 1b.模 型桩模具的确定： 1c.导热管 的制作： 1d.模型桩混凝 土制作： 1e.模型桩混凝 土浇筑： 1f.模型桩拆模及养护。 3.如权利要求2所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的具体步骤1 a中， 模型桩与实际工程桩的比例为0.05/1； 所述的具体步骤1c中， 利用柔 性的PVC管材充当导热管， 并采用2种手段之中的一种来使PVC管材定型， 其一是钢丝外部缠 绕增加刚度的方法来使PVC管定型； 其二则是仿照实际施工过程， 利用铁丝弯成桩内钢筋的 笼状结构， 然后将PVC管绑扎在铁丝笼上， 使其定型； 所述的具体步骤1d中， 模型桩的混凝土 强度为C30， 并以此为依据在网络上找到 常用的C30 混凝土的配合比： 所述的具体步骤1e中， 模型桩混凝土的浇筑可以采用2种 方法进行， 分别 是： (1)与现场桩浇筑方法相同的导管浇 筑法； (2)为梁柱式构件的现浇法， 即将混凝土直接倾倒至模具内， 浇筑一定高度后用橡胶 锤均匀敲击桩模具的侧壁， 将混入混凝土中的空气震 出； 采用2种浇筑方法都应当在浇筑一 定高度后将导热管置入桩模具内， 而且整个浇筑过程中， 导热管应始终保持在模型桩的中 央位置， 以免位置的偏差导致实验出现误差； 所述的具体步骤1f中， 在混凝土浇筑3天左右 进行拆模， 然后要根据模型桩的强度发展情况以及表面状况进行浇水养护。 4.如权利要求3所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的步骤2包括如下具体步骤： 2a.实验目标的确定； 2b.实验准备， 包括实验 材料准备、 实 验器材准备、 技术准备； 所述的实验器材包括： 土压力盒、 应变片、 温度传感器、 百分表、 探针 式温度计、 水流循环仪、 恒温实验箱、 恒温水浴锅、 应变仪、 温度采集仪； 所述的土压力盒埋 在模型桩底部， 并用于测试能模型底部压力数据； 应变片与温度传感器黏贴于模型桩的表 面， 通过导线与相应的数据采集仪器连接， 应变片与温度传感器在 模型桩的四周均匀分布， 并用胶水分别黏贴在桩身顶端下方10cm、 桩身中间以及桩底上方10cm三处地方， 应变片用 于测试模型桩在工作过程中表面的应力应变情况， 温度传感器记录模型桩的温度变化情 况； 百分表安置在模型桩顶部用于测试桩顶位移情况； 除了以上埋置于试验箱土体内 以及 安装在模型桩周围的实验器材外； 所述的实验器材还包括探针式温度计， 探针式温度计用 于测试模型桩外周土体温度变化以及与能量桩导热管相连接的水管出水口温度； 水流循环 仪即水泵， 通过水管将其入水 口一端与恒温水浴锅相连， 出水口一端与能量桩导热管 的入 水口一端相连， 启动后用于进行桩内水流循环； 恒温实验箱， 用于为实验进行提供场所， 模 型桩及外周土体均设于恒温试验箱内； 恒温水浴锅， 用于制备恒温水， 恒温水为模型桩流入 水， 通过水流循环仪抽取其中的恒温水， 使其流入能量桩的导热管中； 应变仪和温度采集 仪， 用于采集应变片和温度传感器的数据， 并安置于恒温试验箱的外侧 通过数据线与电脑 相连， 具体情况如图所示。 5.如权利要求4所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的步骤3中， 普通情况是指在 桩周土体处理之前开展一次实验并采集相应数据， 目的是 为了采集相应数据与桩周土体处理之后 情况形成实验对照； 包括如下具体步骤： 3a.实验设 备检查； 3b.启动恒温水浴锅将水加热至相应温度； 3c.启动水泵开始水流循环； 3d进 行数据权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114878633 A 2采集， 所述的数据采集包括： 采集模型桩桩底压力数据； 采集桩体应变数据； 采集桩体温度 数据； 采集桩顶位移数据； 采集桩周土体温度以及与能量桩导热 管出水口处水温。 6.如权利要求5所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的步骤4包括如下4种土体处 理方法， 分别为： 4a.填充压实法： 以模型桩为中心按照先近后 远的顺序进行分层填充压实， 在压实模型 桩周围20cm内的土体时， 为避免压实使压力过大导致模型桩上应变片和温度传感器脱落， 应采用轻锤多击的方法进行； 即锤击力度小， 锤击次数多， 直至 达到压实要求； 4b.注浆法： 所述的注浆法包括2种方式： (1)使用注浆仪器注浆： 在桩周土体填充之前 预先将注浆管埋入土体之中， 然后利用注浆仪器将处理剂注入土体之中； (2)渗透法： 将处 理剂倾倒在桩周土体上， 让其在重力的作用下自行向下渗透， 直到处理剂将桩周土体完全 淹没并超过土体上表面1 ‑2cm； 4c.搅拌压实法： 将需要填充用的土体与处理剂均匀搅拌之后， 然后倒入实验箱内， 分 层填充分层压实； 4d.搅拌注浆法： 先将一种较稳定的化合材料与土充分搅拌， 搅拌时将该材料的使用较 设计值稍微提高一些， 然后在桩周填土分层压实之后通过注浆的方法将其他材料灌入土 体， 让其完成化合反应从而产生强度； 也可以为： 每层土均采用搅拌注浆法， 这样分步多次 搅拌注浆， 直至 土体达到预期强度。 7.如权利要求6所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的步骤4中， 通过各种桩周土体处理方法模拟工程现场的各种桩周土体的实际情况， 所 述的步骤5中， 针对 所模拟出的各种桩周土体实际情况分别进 行数据采集， 包括如下具体步 骤： 4a.实验设备检查。 2.启动恒温水浴锅将水加热至相应温度。 3.启动水泵开始水流循环； 主要数据采集为： 土压力盒采集模型桩桩底压力数据； 应变片采集模 型桩桩体应变数据； 温 度传感器采集桩体温度数据； 桩顶百分表采集桩顶位移数据； 探针式温度计采集桩周土体 温度以及与能量桩导热管相连接的水管出水 口处水温； 需要注意的是： 在桩周土体处理之 后土体产生 强度之前将采集土体温度的探针式温度计提前置入桩周土体之中， 避免后 期土 体强度过高， 探针式温度计无法插 入土体。 8.如权利要求7所述的一种桩周土体 固化之后能量桩工作性 能的研究方法， 其特征为： 所述的具体步骤6中， 针对普通情况下 的实验数据及各种桩周土体处理之后的实验数据进 行对比分析， 通过对比分析获取不同处理方法下能量桩的热交换效率以及 桩体表面的温度 变化以及应力应 变情况最终 获得该处理方法下的热力耦合效应。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114878633 A 3