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一.设计思路
本次赛题要求通过灰底白纸板做材料制作桩基础承载75KG的静荷载，桩周填料采用风干标准砂。本小组通过理论分析桩基础受力特点及前期测试实验，发现桩基础承载力主要是由桩周填料提供的侧摩擦力和桩端承载力提供，且桩端承载力产生的作用效应占总承载能力的80%以上。由以上分析，本小组决定采用灌注桩的形式进行设计，以充分发挥桩端承载力的特点。
二.设计图及方案说明
本次的基桩模型，我们小组采用灌注桩的形式，基本参数为桩长35cm，桩数为4根，桩径为4cm，纵向桩间距为24cm，横向桩间距为20cm。除基本参数外，其余外部构造包括桩身鱼鳞式刻槽、螺纹式刻痕以及桩底部粘合的五张共1mm厚，长宽10cm×10cm的灰底白纸板做成的垫块。
本次的施工设计作品图纸，我们小组以Revit、AUTOCAD作为辅助画图软件制作，利用BIM技术可视化、模拟性的特点和CAD的桩平面展示，更加形象立体的展示我们的设计作品，如下图2-1所示。
三.设计计算书
3.1.灰底白纸板与填料的摩擦系数测定
实验仪器：模型箱，电子弹簧测力计，灰底白纸板，中粗砂，砝码若干。
实验步骤：1.将中粗砂置于模型箱中，使其充满整个箱体，并将顶面抹平使其光滑。2.将若干灰底白纸板叠加，使其不会由于过于单薄而被拉断或是被压入填土中。3.多次更改上部砝码的质量，记录下恰好拉动砝码时弹簧测力计的示数。
因此，可得出结论：75kg上部荷载在该设计情况下满足承载力设计要求，稳定性高，符合设计。
四、实施情况
4.1实验数据记录
在基桩设计过程中，我们小组共进行了20多次试验，通过控制变量等方法进行不断地改进。最初的三次试验为试探性单桩试验，目的在于熟悉基桩施工流程和粗略估计单桩的承载效果。在基于控制变量法下，之后主要试验用料修改情况与试验结果如下所示：
实验一采用灌注圆桩的形式，桩数为4，直径为4cm，高度35厘米，封底面积为88的单片纸板
实验二采用灌注圆桩的形式，桩数为4，直徑为4era，高度35cm，封底面积扩大至100的三片纸板
实验三采用灌注圆桩的形式，桩数为3，直径为4cm，高度35cm，封底面积为100的三片纸板
实验四采用灌注圆桩的形式，桩数为3，直径为4cm，高度35cm，封底面积为100的三片纸板，在上下部位内部分别放人圆形管片支撑桩体，在中间外部包裹一层管片控制变形
实验五采用灌注圆台桩的形式，桩数为3，直径4cm，高度35cm，扩底直径10cm封底纸板为144的方形纸片
实验六采用灌注圆台桩的形式，桩数为3，直径4cm，高度35cm，扩底直径10cm封底纸板为144的方形纸片，在桩周雕刻螺纹
实验七采用灌注圆桩形式，桩数为3，直径4cm，高度35cm，封底面积为100的方形纸板三片，并在表面采用雕铸螺纹的方式
实验八采用灌注圆桩形式，桩数为4直径4cm高度35cm封底面積为100的方形纸板三片，并在表面采用雕铸螺纹的方式
实验九采用灌注桩形式，桩身为4，直径4cm，高度35cm，封底面积为100的方形纸片五片，并在表面采用雕筑螺纹和鱼鳞式刻槽的方法，同时采用分层刮平砂层，保持桩身水平。
基于理论的大量实验，让我们不断发展与进步。通过理论数值计算和施工过程中的改进，实验次数的累积，我们小组的沉降值逐步得到明显的控制，如下图所示：
4.2施工
4.2.1施工步骤
施工步骤主要分为三个部分，包括了基桩的制作过程，基桩的填埋，桩基的加载。
4.2.2注意事项
在经过多次实验我们发现了在施工中有许多细节直接或者间接的影响着沉降值，需要格外注意，因此我们将这些注意事项整理如下：
（1）在制作桩身的过程中，由于灰底白纸板较为刚性的特质，所以在做桩前用圆柱形模具依次使纸张有弧形的弯折度，方便之后的制作和避免纸张的损害；
（2）在粘接桩身过程中，务必胶带紧密贴合纸，避免出现缝隙，导致砂子进入桩内，影响桩的质量；
（3）在成桩的过程中，为了控制桩身摩擦力的减少，尽量使用双面胶内部贴合纸张，减少胶带在桩身外部的粘接，尽可能保持桩身的粗糙；
（4）在进行基桩填砂前，调整桩身让其保持竖直，避免产生局部的偏心。然后开始边填砂边进行观察；
（5）在填砂过程中每隔一定高度，对砂子进行铺平，并对基桩进行调整，保持其竖直度；
（5）填砂完成后，用直尺平整和压实每根桩的桩顶部位置，使承台部位在桩顶上保持平直，避免偏心的出现；
五、总结
5.1创新点
1.圆桩的制作：我们小组在多次的实验中以及工程上的施工经验发现圆桩型的桩体具有结构上的优越性，桩身质量稳定等特点，因此在施工的过程中，我们采用了圆桩作为承载桩体，为了便于制作圆桩，我们采用3D模型打印的方式，采用有机塑料制作了长度为35cm，上下外直径都为4cm的圆柱体用于将纸板卷起，更方便的制作为圆桩的形式。
2.桩体侧面的打磨：在实验过程中我们发现，增大桩侧的摩阻力实际上就是增大桩侧接触面积的粗糙程度，因此我们采用雕刻螺纹的方式，在桩体的外侧壁以一定的上扬或者下扬的角度刮出一些较深的刮痕，这样一方面增大了粗糙程度，又增大了接触面积，使得桩体的摩阻力进一步增大。
3.桩体的鳞片式处理：灵感来源于挤扩桩的原理，增大砂体与桩体的接触面积，采用美工刀在桩体表面水平挂起一定量的纸片，使得纸片翘起，增大与砂体的接触面积和阻力，同时相比将纸片粘贴在桩体侧壁的方式，整体性更好也更加节省材料。
4.加厚型底座：在实验过程中我们发现，多层纸板粘贴形成的厚底板不仅仅可以起到增大接触面积提高端承力的作用，同时加厚了的底座刚度大，整体性好，也可以保证桩体的稳定性，减少沉降。
5.2影响实验预期及效果的主要因素
本次结构设计比赛，赛题中所体现出来的影响得分情况的因素主要是沉降量，但我们在实验过程中发现，手工制作同样是一个重要的因素，由于纸板材料的限制，工程上一些控制沉降效果非常理想的桩体并不能很好的制造出来，即使制作出来，效果也不是很理想，并不能达到预期效果，因此，在进行方案的设计时，我们主要考虑沉降量，是否方便制作这两个个方面，放弃了一些极具设计特色以及创新性的桩体设计，从简单制作，保证施工工艺和手工制作质量的角度出发，以简单可行的方式来保证桩体整体的质量，刚度和结构的稳定性来达到控制沉降的目的。
本次赛题要求通过灰底白纸板做材料制作桩基础承载75KG的静荷载，桩周填料采用风干标准砂。本小组通过理论分析桩基础受力特点及前期测试实验，发现桩基础承载力主要是由桩周填料提供的侧摩擦力和桩端承载力提供，且桩端承载力产生的作用效应占总承载能力的80%以上。由以上分析，本小组决定采用灌注桩的形式进行设计，以充分发挥桩端承载力的特点。
二.设计图及方案说明
本次的基桩模型，我们小组采用灌注桩的形式，基本参数为桩长35cm，桩数为4根，桩径为4cm，纵向桩间距为24cm，横向桩间距为20cm。除基本参数外，其余外部构造包括桩身鱼鳞式刻槽、螺纹式刻痕以及桩底部粘合的五张共1mm厚，长宽10cm×10cm的灰底白纸板做成的垫块。
本次的施工设计作品图纸，我们小组以Revit、AUTOCAD作为辅助画图软件制作，利用BIM技术可视化、模拟性的特点和CAD的桩平面展示，更加形象立体的展示我们的设计作品，如下图2-1所示。
三.设计计算书
3.1.灰底白纸板与填料的摩擦系数测定
实验仪器：模型箱，电子弹簧测力计，灰底白纸板，中粗砂，砝码若干。
实验步骤：1.将中粗砂置于模型箱中，使其充满整个箱体，并将顶面抹平使其光滑。2.将若干灰底白纸板叠加，使其不会由于过于单薄而被拉断或是被压入填土中。3.多次更改上部砝码的质量，记录下恰好拉动砝码时弹簧测力计的示数。
因此，可得出结论：75kg上部荷载在该设计情况下满足承载力设计要求，稳定性高，符合设计。
四、实施情况
4.1实验数据记录
在基桩设计过程中，我们小组共进行了20多次试验，通过控制变量等方法进行不断地改进。最初的三次试验为试探性单桩试验，目的在于熟悉基桩施工流程和粗略估计单桩的承载效果。在基于控制变量法下，之后主要试验用料修改情况与试验结果如下所示：
实验一采用灌注圆桩的形式，桩数为4，直径为4cm，高度35厘米，封底面积为88的单片纸板
实验二采用灌注圆桩的形式，桩数为4，直徑为4era，高度35cm，封底面积扩大至100的三片纸板
实验三采用灌注圆桩的形式，桩数为3，直径为4cm，高度35cm，封底面积为100的三片纸板
实验四采用灌注圆桩的形式，桩数为3，直径为4cm，高度35cm，封底面积为100的三片纸板，在上下部位内部分别放人圆形管片支撑桩体，在中间外部包裹一层管片控制变形
实验五采用灌注圆台桩的形式，桩数为3，直径4cm，高度35cm，扩底直径10cm封底纸板为144的方形纸片
实验六采用灌注圆台桩的形式，桩数为3，直径4cm，高度35cm，扩底直径10cm封底纸板为144的方形纸片，在桩周雕刻螺纹
实验七采用灌注圆桩形式，桩数为3，直径4cm，高度35cm，封底面积为100的方形纸板三片，并在表面采用雕铸螺纹的方式
实验八采用灌注圆桩形式，桩数为4直径4cm高度35cm封底面積为100的方形纸板三片，并在表面采用雕铸螺纹的方式
实验九采用灌注桩形式，桩身为4，直径4cm，高度35cm，封底面积为100的方形纸片五片，并在表面采用雕筑螺纹和鱼鳞式刻槽的方法，同时采用分层刮平砂层，保持桩身水平。
基于理论的大量实验，让我们不断发展与进步。通过理论数值计算和施工过程中的改进，实验次数的累积，我们小组的沉降值逐步得到明显的控制，如下图所示：
4.2施工
4.2.1施工步骤
施工步骤主要分为三个部分，包括了基桩的制作过程，基桩的填埋，桩基的加载。
4.2.2注意事项
在经过多次实验我们发现了在施工中有许多细节直接或者间接的影响着沉降值，需要格外注意，因此我们将这些注意事项整理如下：
（1）在制作桩身的过程中，由于灰底白纸板较为刚性的特质，所以在做桩前用圆柱形模具依次使纸张有弧形的弯折度，方便之后的制作和避免纸张的损害；
（2）在粘接桩身过程中，务必胶带紧密贴合纸，避免出现缝隙，导致砂子进入桩内，影响桩的质量；
（3）在成桩的过程中，为了控制桩身摩擦力的减少，尽量使用双面胶内部贴合纸张，减少胶带在桩身外部的粘接，尽可能保持桩身的粗糙；
（4）在进行基桩填砂前，调整桩身让其保持竖直，避免产生局部的偏心。然后开始边填砂边进行观察；
（5）在填砂过程中每隔一定高度，对砂子进行铺平，并对基桩进行调整，保持其竖直度；
（5）填砂完成后，用直尺平整和压实每根桩的桩顶部位置，使承台部位在桩顶上保持平直，避免偏心的出现；
五、总结
5.1创新点
1.圆桩的制作：我们小组在多次的实验中以及工程上的施工经验发现圆桩型的桩体具有结构上的优越性，桩身质量稳定等特点，因此在施工的过程中，我们采用了圆桩作为承载桩体，为了便于制作圆桩，我们采用3D模型打印的方式，采用有机塑料制作了长度为35cm，上下外直径都为4cm的圆柱体用于将纸板卷起，更方便的制作为圆桩的形式。
2.桩体侧面的打磨：在实验过程中我们发现，增大桩侧的摩阻力实际上就是增大桩侧接触面积的粗糙程度，因此我们采用雕刻螺纹的方式，在桩体的外侧壁以一定的上扬或者下扬的角度刮出一些较深的刮痕，这样一方面增大了粗糙程度，又增大了接触面积，使得桩体的摩阻力进一步增大。
3.桩体的鳞片式处理：灵感来源于挤扩桩的原理，增大砂体与桩体的接触面积，采用美工刀在桩体表面水平挂起一定量的纸片，使得纸片翘起，增大与砂体的接触面积和阻力，同时相比将纸片粘贴在桩体侧壁的方式，整体性更好也更加节省材料。
4.加厚型底座：在实验过程中我们发现，多层纸板粘贴形成的厚底板不仅仅可以起到增大接触面积提高端承力的作用，同时加厚了的底座刚度大，整体性好，也可以保证桩体的稳定性，减少沉降。
5.2影响实验预期及效果的主要因素
本次结构设计比赛，赛题中所体现出来的影响得分情况的因素主要是沉降量，但我们在实验过程中发现，手工制作同样是一个重要的因素，由于纸板材料的限制，工程上一些控制沉降效果非常理想的桩体并不能很好的制造出来，即使制作出来，效果也不是很理想，并不能达到预期效果，因此，在进行方案的设计时，我们主要考虑沉降量，是否方便制作这两个个方面，放弃了一些极具设计特色以及创新性的桩体设计，从简单制作，保证施工工艺和手工制作质量的角度出发，以简单可行的方式来保证桩体整体的质量，刚度和结构的稳定性来达到控制沉降的目的。