本发明公开了一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，该控制装置包括定位板、悬臂梁、套管、导杆和接头，悬臂梁呈水平状态，悬臂梁的一端固定连接在定位板的侧面，悬臂梁的另一端固定连接在套管的外表面；导杆的横截面为设有棱角的平面；套管中设有与导杆相匹配的轴向通孔，套管的轴向通孔呈竖直状态；套管套在导杆的外侧；接头包括底板和连接管，连接管的底面固定连接在底板的几何中心上，连接管的上部与导杆的下部固定连接，底板上设有至少两个均匀分布在底板的几何中心周围的通孔。该控制装置可以满足模型试验中桩基沉贯垂直度的要求，确保在模型试验中，桩基可以沿竖直方向沉贯。
1.一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，该控制装置包括定位板（1）、悬臂梁（2）、套管（3）、导杆（4）和接头（5），悬臂梁（2）呈水平状态，悬臂梁（2）的一端固定连接在定位板（1）的侧面，悬臂梁（2）的另一端固定连接在套管（3）的外表面；导杆（4）的横截面为设有棱角的平面；套管（3）中设有与导杆（4）相匹配的轴向通孔，套管（3）的轴向通孔呈竖直状态；套管（3）套在导杆（4）的外侧；接头（5）包括底板（501）和连接管（502），连接管（502）的底面固定连接在底板（501）的几何中心上，连接管（502）的上部与导杆（4）的下部固定连接，底板（501）上设有至少两个均匀分布在底板（501）的几何中心周围的通孔（503）。
2.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，还包括筋板（6），筋板（6）的底面固定连接在悬臂梁（2）的顶端，筋板（6）的一个侧面固定连接在定位板（1）的侧面。
3.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，还包括限位块（7），该限位块（7）固定连接在导杆（4）的顶面，且限位块（7）的底面面积大于套管（3）的轴向通孔的横截面面积。
4.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的套管（3）的高度为导杆（4）的高度的五分之一至三分之二。
5.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的通孔（503）为两个，且两个通孔（503）以底板（501）的几何中心为对称点相互对称。
6.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的通孔（503）为三个，且三个通孔（503）与底板（501）几何中心的连线之间的夹角为
7.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的连接管（502）的上部与导杆（4）的下部固定连接是指：连接管（502）的上部空腔侧壁上设有相对的两个第一定位孔，导杆（4）的下部位于连接管（502）的上部空腔中，导杆（4）的下部设有一个第二定位孔，螺栓固定在第一定位孔和第二定位孔中。
8.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的定位板（1）、悬臂梁（2）和套管（3）均由钢制成。
9.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的悬臂梁（2）的纵截面呈工字形。
10.按照权利要求1所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的底板（501）的横截面呈正三角形，或者正方形。
一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置
技术领域
[0001] 本发明属于建筑领域中用于模型试验的装置，具体来说，涉及一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置。
背景技术
[0002] 桩基础是一种历史悠久、优点突出的基础型式，其作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上，以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。桩基础具有承载力高、沉降量小而均匀、沉降速率缓慢等特点。它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用，已广泛用于工业建筑、民用建筑、桥梁、水利等工程中。
[0003] 在实际工程中，保证桩基的垂直度是重要的控制技术之一。目前，在现场施工过程中，控制桩基垂直度的常规方法有以下三种：（1）在桩机机架两侧分别安装一吊线锤，通过吊线锤调整桩机机架垂直度，从而控制桩段垂直度；（2）在距桩机两侧15m~20m处分别放置一吊线锤，通过观察桩段与吊线锤来调节桩的垂直度；（3）通过仪器（如经纬仪、全站仪等）控制桩的垂直度。关于桩基础的工程性状，试验研究是重要的研究方法之一，因桩基础尺寸较大，研究时多以模型试验为主。在开展桩基础的模型试验时，为了与实际工况一致，同样需保证桩基模型垂直贯入地基中去。由于桩基模型较小，现场施工过程中所采用的保证桩基垂直度的方法在室内模型试验时不适用，故如何保证桩基模型的沉贯垂直度是重要的试验技术问题，也是试验难点之一。
发明内容
[0004] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，该控制装置可以满足模型试验中桩基沉贯垂直度的要求，确保在模型试验中，桩基可以沿竖直方向沉贯。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，该控制装置包括定位板、悬臂梁、套管、导杆和接头，悬臂梁呈水平状态，悬臂梁的一端固定连接在定位板的侧面，悬臂梁的另一端固定连接在套管的外表面；导杆的横截面为设有棱角的平面；套管中设有与导杆相匹配的轴向通孔，套管的轴向通孔呈竖直状态；套管套在导杆的外侧；接头包括底板和连接管，连接管的底面固定连接在底板的几何中心上，连接管的上部与导杆的下部固定连接，底板上设有至少两个均匀分布在底板的几何中心周围的通孔。
[0007] 进一步，所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，还包括筋板，筋板的底面固定连接在悬臂梁的顶端，筋板的一个侧面固定连接在定位板的侧面。
[0008] 进一步，所述的套管的高度为导杆的高度的五分之一至三分之二。
[0009] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0010] 1. 满足模型试验中模型桩基沉贯垂直度的要求，确保在模型试验中，桩基可以沿竖直方向沉贯。本发明的控制装置包括定位板、悬臂梁、套管、导杆和接头。悬臂梁呈水平状态。套管中的轴向通孔呈竖直状态。插入套管中的导杆也就处于竖直状态。由于导杆的横截面为设有棱角的平面，套管中设有与导杆相匹配的轴向通孔，导杆在套管中不会发生定轴转动和竖向偏转。因此，与导杆固定连接的模型桩只能垂直的贯入地基中去。本发明的装置满足模型试验中模型桩基沉贯垂直度的要求，可以确保在模型试验中，桩基可以沿竖直方向沉贯。
[0011] 2.结构简单，易于安装和拆卸，便于重复使用。本发明的控制装置包括定位板、悬臂梁、套管、导杆和接头。整个控制装置仅由这五个部件组成，组成的零件数量少，结构简单。同时，导杆和接头之间可以采用可拆卸的连接方式，例如用螺栓连接，便于导杆和接头之间的安装和拆卸。当接头或导杆损坏，可以随时更换该部件，而其他部件仍然可以继续使用。在装配时，接头和模型桩之间也采用可拆卸的连接方式，例如用螺栓和螺帽连接。在模型桩沉贯之后，可以从模型桩上拆卸接头，然后在利用该装置去沉贯其他模型桩。也就是说，本发明的控制装置可以多次使用在不同的模型桩上。
[0012] 3. 模型桩基沉贯工作效率高、准确度高。本发明的控制装置，当将定位板固定在墙壁或构件上，保证悬臂梁呈水平状态时，即可进行模型桩基沉贯工作。在沉贯过程中，无需再调整垂直度，简化了沉贯步骤，加快了沉贯进度，提高了沉贯工作效率高。另外，模型桩基沉贯的垂直度是依靠本发明的装置来实现的，排除了人的主观判断，保证的模型桩基沉贯垂直度的准确度。
[0013] 4.应用范围广。本发明的控制装置应用并不局限于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制，同样也适用于模型试验中其他物件沉贯垂直度的控制。
附图说明
[0014] 图1为本发明的结构示意图。
[0015] 图2为本发明中底板的仰视图。
[0016] 图3为本发明与模型桩的装配示意图。
[0017] 图中有：定位板1、悬臂梁2、套管3、导杆4、接头5、底板501、连接管502、通孔503、筋板6、限位块7、模型桩8。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0019] 如图1和图2所示，本发明的一种用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，包括定位板1、悬臂梁2、套管3、导杆4和接头5。定位板1、悬臂梁2和套管3的材质优选由钢制成。钢材质可以减小零件的变形量，使得零件保持自身的形状。悬臂梁2的纵截面优选呈工字形，当然悬臂梁2的纵截面也可以是其他形状，例如矩形。悬臂梁2呈水平状态。悬臂梁2的一端固定连接在定位板1的侧面，悬臂梁2的另一端固定连接在套管3的外表面。导杆4的横截面为设有棱角的平面。导杆4的横截面不能是圆形。导杆4的横截面优选为正多边形，例如正三角形、正方形、正五边形。导杆4的横截面为正多边形时，导杆4在套管3中就不能发生转动，且制作便利。套管3中设有与导杆4相匹配的轴向通孔，套管3套在导杆4的外侧。套管3的轴向通孔的横截面形状与导杆4的横截面形状相同，且套管
3的轴向通孔与导杆4相匹配。套管3与导杆4之间的空隙，可以通过机械制造工艺进行控制。套管3与导杆4之间的空隙越小，导杆4在套管3中产生的倾斜就越小，越有利于保证导杆4处于竖直方向。套管3的轴向通孔呈竖直状态。这样，插入套管3中的导杆4也就处于竖直状态。接头5包括底板501和连接管502。底板501的横截面为有几何中心的规则形状，例如正三角形，或者正方形。连接管502的底面固定连接在底板501的几何中心上，连接管502的上部与导杆4的下部固定连接，底板501上设有至少两个均匀分布在底板
501的几何中心周围的通孔503。当通孔503为偶数个数时，例如，2个或者4个，通孔503以底板501的几何中心为对称点的相互对称。当通孔503为奇数个数时，通孔503与底板
501几何中心的连线之间的夹角相等。例如，通孔503为3个时，通孔503与底板501几何中心的连线之间的夹角为120度。
[0020] 为加强定位板1和悬臂梁2之间连接的牢靠性，所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，还包括筋板6，筋板6的底面固定连接在悬臂梁2的顶端，筋板6的一个侧面固定连接在定位板1的侧面。通过筋板6，减小悬臂梁2所受的弯矩，从而减小悬臂梁2的变形，最大程度上保持悬臂梁2与定位板1之间垂直。
[0021] 所述的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置，还包括限位块7，该限位块7固定连接在导杆4的顶面，且限位块7的底面面积大于套管3的轴向通孔的横截面面积。因为限位块7的底面面积大于套管3的轴向通孔的横截面面积，所以限位块7不会进入套管3的轴向通孔中。这样，导杆4就不会完全穿过套管3的轴向通孔。另外，设置限位块7，有利于操作人员通过手握限位块7，将导杆4插入套管3的轴向通孔中。
[0022] 进一步，所述的套管3的高度为导杆4的高度的五分之一至三分之二。这样，一方面可以发挥套管3高度的作用，从而达到限制导杆4竖向偏转的目的；另一方面，套管3的高度小于导杆4的高度，这样为模型桩8与导杆4的连接，以及通过导杆4顶部施加下压荷载使得模型桩8沉贯到预设位置留下了足够的操作空间。
[0023] 进一步，所述的连接管502的上部与导杆4的下部固定连接有多种方式，本发明优选以下的连接方式：连接管502的上部空腔侧壁上设有相对的两个第一定位孔，导杆4的下部位于连接管502的上部空腔中，导杆4的下部设有一个第二定位孔，螺栓固定在第一定位孔和第二定位孔中。通过螺栓连接连接管502和导杆4，安装和拆卸都很方便。
[0024] 如图3所示，该结构的用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置的使用过程是：第一步，在混凝土模型桩8的上部预埋螺帽，螺帽的顶部与模型桩8顶部齐平；第二步，将定位板1固定在墙体或构件上，保证悬臂梁2的顶面处于水平位置，同时与悬臂梁2固定连接的套管3 的轴向通孔处于竖直位置；第三步，将导杆4的底端从套管3的上部插入套管3的轴向通孔中；接着，将接头5的连接管502和导杆4的下部通过螺栓固定连接；第四步，将接头5的底板501上的通孔503与混凝土模型桩8顶面的螺帽相对应，然后从通孔503的外侧拧入螺栓，使得螺栓和螺帽相匹配；第五步，在导杆4的顶端施加向下的竖向力，将混凝土模型桩8压入土体并达到预设深度；第六步，混凝土模型桩8达到预设深度后，拆卸螺帽和螺栓，使得混凝土模型桩8和装置分离。
[0025] 在上述用于模型试验中桩基沉贯垂直度的控制装置的使用过程中，通过水平的悬臂梁2、与悬臂梁2相垂直且具有一定高度的套管3的轴向通孔和横截面具有棱角的导杆4，保证了导杆4垂直且不能发生定轴转动和竖向偏转。当将模型桩8通过接头5与导杆4固定连接后，模型桩8也不能发生转动和竖向偏转，从而保证了模型桩8只能垂直的贯入地基中去。
