CN103389364A - 桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法，该装置包括矩形方框状底座，其内部中空部分的四个角处设置桩，桩顶表面齐平，角桩与底座所围起来的空腔部分设置一个平面呈十字形的异形水袋，四块钢化玻璃板围城形成一个矩形空间并安装在底座上，在桩和水袋上表面布置有多个土压力盒；多个土压力盒上方填充有路堤填料，路堤填料的顶面布置有位移计。本发明采用橡胶水袋充满水后逐层填筑路堤填料，水的不可压缩性使得路堤填筑至预定高度后桩土相对位移始终为零；通过逐渐放水的方式模拟软土的沉降，能准确控制桩土相对位移。

Description

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法

【技术领域】

本发明涉及一种试验装置，特别涉及一种测量桩承式路堤三维土拱效应的试验装置和方法。

【背景技术】

桩承式加筋路堤由路堤填料、一层或多层水平加筋体、一个个独立的桩帽和刚性桩组成，具有路堤总沉降和差异沉降小、工期短、路堤稳定性高的优点。土拱效应对路堤承载变形性状具有重要的影响。桩土相对位移的产生是路堤中出现土拱效应的根本原因。目前室内试验中常采用塑料泡沫材料模拟软土在荷载作用下产生的沉降，但其变形的大小、时间不可控。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法，以解决现有试验装置中模拟软土在荷载作用下产生的沉降时，变形的大小、时间不可控的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，包括底座，底座为一个矩形方框，其内部中空部分的四个角各设置一个桩，桩紧靠底座设置，桩的顶面和底座的顶面保持齐平，桩与底座所围起来的空腔部分内设置一个水平截面呈十字形的十字形水袋，水袋上设有若干导水管；四个角钢镶嵌在底座的四个内角，四个角钢之间连接形成一个角钢框架，四块钢化玻璃板与角钢框架连接；四块钢化玻璃板围成一个矩形空间；在桩和水袋上表面布置有多个土压力盒；四块钢化玻璃板围成的矩形空间内填充有路堤填料，所述路堤填料位于所述多个土压力盒上方；路堤填料的顶面布置有位移计。

本发明进一步的改进在于：土压力盒连接位于底座外侧的读数仪。

本发明进一步的改进在于：土压力盒与路堤填料之间设置有水平加筋体；该水平加筋体固定在桩上。

本发明进一步的改进在于：所述路堤填料采用漏斗分层填筑，每填完一层用水平尺调平并用压板压密，然后再铺填下一层路堤填料，直至预定高度。

本发明进一步的改进在于：水袋充水至其上表面与桩的顶面齐平后，再在水袋上表面设置土压力盒；然后再填充路堤填料。

本发明进一步的改进在于：试验时，将水袋中的水逐次向外放出，每次导水管以相同的速度放出相同体积的水；每次放水后测量各土压力盒读数及路堤沉降。

本发明进一步的改进在于：底座、桩均采用砖砌而成，且连接成一个整体。

本发明进一步的改进在于：水袋采用橡胶囊制作而成，水袋充满水的高度与桩的高度相同，且完全充满桩与底座所围起来的空腔部分。

本发明进一步的改进在于：水袋的四个侧面中央位置各设有一根导水管。

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验方法，包括：

1）、试验装置搭建：修建矩形方框状的底座，在底座内部中空部分的四个角各设置一个桩，桩紧靠底座设置，桩的顶面和底座的顶面保持齐平，桩与底座所围起来的空腔部分设置一个水平截面呈十字形的水袋；将四个角钢镶嵌在底座的四个内角，然后将四个角钢之间连接形成一个角钢框架；将四块钢化玻璃板与角钢框架连接，四块钢化玻璃板围成一个矩形空间；通过水袋上的导水管给水袋充水，使水袋上表面与桩帽的顶面齐平，然后关闭阀门停止充水；然后在桩和水袋上表面布置多个土压力盒；然后在多个土压力盒上方设置水平加筋体并与桩固定；然后在水平加筋体上分层填筑路堤填料至预定高度，然后在路堤填料的顶面布置若干位移计；

2）、试验：试验装置搭建完成后进行试验，水袋逐次向外放水，每次导水管以相同的速度放出相同体积的水，每次放水后再测量各土压力盒读数及路堤沉降，直到出现等沉面，试验结束。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明采用橡胶水袋充满水后逐层填筑路堤填料，水的不可压缩性使得路堤填筑至预定高度后桩土相对位移始终为零；更为关键的是，通过逐渐放水的方式模拟软土的沉降，准确控制桩土相对位移，以较快的速度模拟实际地基漫长的固结沉降过程，缩短了试验时间。本发明揭示了桩土相对位移是出现土拱效应的先决条件。水袋为水平截面呈十字形的异形水袋，放水后上表面所成形状为一个壳体形状，与实际工程地基在路堤荷载作用下的变形形状较为吻合，能很好的模拟三维土拱效应。

通过本发明装置和方法能够揭示出桩承式路堤桩土应力比随桩土相对位移的变化规律，存在一个临界桩土相对位移使得桩土应力比最大。利用本发明装置和方法能够准确的确定三维土拱路堤等沉面高度。

【附图说明】

图1是本发明试验装置的示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视图。

图中：1、底座，2、桩，3、水袋，4、钢化玻璃板，5、角钢架，6、土压力盒，7、水平加筋体，8、路堤填料，9、位移计，10、导水管。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2所示，本发明桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，包括底座1、桩2、水袋3、钢化玻璃板4、角钢5、土压力盒6、水平加筋体7、路堤填料8、位移计9、导水管10和读数仪。

底座1为一个矩形方框，其内部中空部分的四个角各设置一个桩2，桩2紧靠底座1设置，桩2的顶面和底座1的顶面保持齐平，桩2与底座1所围起来的空腔部分设置一个水平截面呈十字形的十字形水袋3，水袋3四个侧面中央位置留有导水管10；四个角钢5镶嵌在底座1的四个内角，四个角钢5之间连接形成一个角钢框架，四块钢化玻璃板4与角钢框架连接；四块钢化玻璃板4围成一个矩形空间；在桩2和水袋3上表面布置有多个土压力盒6；多个土压力盒6上方四块钢化玻璃板围成的矩形空间内填充有路堤填料8，路堤填料8的顶面布置有位移计9。

填充路堤填料8前，先将连接在水袋3四个侧面的导水管10有序排列，接着给水袋3充水，使水袋3上表面与桩帽2的顶面齐平，然后关闭阀门；然后在桩2和水袋3上表面布置多个土压力盒6，然后在四块钢化玻璃板4围成的矩形空间内填充路堤填料8，路堤填料8采用漏斗分层填筑，每填完一层用水平尺调平并用压板压密，然后再铺填下一层路堤填料，达到预定高度，在路堤填料8顶面观测点处布置位移计9。然后进行试验，水袋3逐次向外放水，每次导水管10以相同的速度放出相同体积的水，放水后再测量各土压力盒6读数及路堤沉降，重复进行上述水袋放水、土压力及路堤沉降测量的过程。路堤填筑过程中，水袋3中的水没有被放出，可以用来模拟实际工程快速堆载过程；路堤填筑完毕后，水袋中的水逐渐放出，水袋上表面下降，可以以较快的速度模拟实际地基漫长的固结沉降过程，缩短了试验时间。

水袋3为水平截面呈十字形的异形水袋，放水后上表面所成形状为一个壳体形状，与实际工程地基在路堤荷载作用下的变形形状较为吻合，能很好的模拟三维土拱效应，而其尺寸大小根据试验所需设置。

压板的重量根据试验需要设置，且压板的尺寸与四块钢化玻璃板4围城的矩形空间内径吻合。

水袋3放出水的体积用来计算桩土相对位移，具体试验具体计算。

土压力盒6、位移计9的量程和精度根据试验要求确定。

底座1和桩2均采用砖砌而成，且连接成一个整体。底座1和桩2是整个试验装置的基础，防止水袋3在路堤荷载作用下向外膨胀。水袋3采用橡胶囊制作而成，是整个试验装置的核心部位，桩2和水袋3共同承担路堤填料8传递的竖向荷载。水平加筋体7的设置与其材料性质应根据试验的要求确定，应铺设在土压力盒6上方，且用扁铁和膨胀螺栓固定在边桩2上。为使所有试验的路堤填料8都具有相近的容重，采用分层填筑，每层路堤填完后用压板压密。

按照试验要求砌筑所需要的底座1和桩2的尺寸，制作相应尺寸的橡胶水袋3，保证水袋3与底座1之间没有间隙。在底座1上预留缝，使得角钢5与钢化玻璃板4组成的槽架正好嵌在底座1内，保证整体的稳固。将连接在水袋3上的橡胶水管有序排列，接着给水袋3充水，使水袋3上表面与桩2顶面齐平，然后关闭阀门，在桩2和水袋3上表面设置土压力盒6，采用双面胶把土压力盒6底面与桩2和水袋3上表面粘紧，土压力盒6通过导线与试验槽外的读数仪相连接，在路堤填筑过程中读取读数仪的读数，可得到土压力与路堤高度之间的关系。待路堤填筑到预定高度后，在路堤顶面观测点布置位移计9，可得到在整个试验过程路堤顶面沉降与桩土相对位移之间的关系。路堤填到预定高度，水袋3逐次进行放水，通过读取读数仪的读数，可以得到在放水过程中土压力与桩土相对位移之间的关系。当桩土相对位移较大，而路堤顶面无差异沉降时，表明路堤中已出现等沉面，实验结束。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：包括底座（1），底座（1）为一个矩形方框，其内部中空部分的四个角各设置一个桩（2），桩（2）紧靠底座（1）设置，桩（2）的顶面和底座（1）的顶面保持齐平，桩（2）与底座（1）所围起来的空腔部分内设置一个水平截面呈十字形的十字形水袋（3），水袋（3）上设有若干导水管（10）；四个角钢（5）镶嵌在底座（1）的四个内角，四个角钢（5）之间连接形成一个角钢框架，四块钢化玻璃板（4）与角钢框架连接；四块钢化玻璃板（4）围成一个矩形空间；在桩（2）和水袋（3）上表面布置有多个土压力盒（6）；四块钢化玻璃板（4）围成的矩形空间内填充有路堤填料（8），所述路堤填料（8）位于所述多个土压力盒（6）上方；路堤填料（8）的顶面布置有位移计（9）。

2.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：土压力盒（6）连接位于底座（1）外侧的读数仪。

3.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：土压力盒（6）与路堤填料（8）之间设置有水平加筋体（7）；该水平加筋体（7）固定在桩（2）上。

4.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：所述路堤填料（8）采用漏斗分层填筑，每填完一层用水平尺调平并用压板压密，然后再铺填下一层路堤填料，直至预定高度。

5.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：水袋（3）充水至其上表面与桩（2）的顶面齐平后，再在水袋（3）上表面设置土压力盒（6）；然后再填充路堤填料（8）。

6.根据权利要求5所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：试验时，将水袋（3）中的水逐次向外放出，每次导水管（10）以相同的速度放出相同体积的水；每次放水后测量各土压力盒（6）读数及路堤沉降。

7.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：底座（1）、桩（2）均采用砖砌而成，且连接成一个整体。

8.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：水袋（3）采用橡胶囊制作而成，水袋（3）充满水的高度与桩（2）的高度相同，且完全充满桩（2）与底座（1）所围起来的空腔部分。

9.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置，其特征在于：水袋（3）的四个侧面中央位置各设有一根导水管（10）。

10.桩承式加筋路堤三维土拱效应试验方法，其特征在于，包括：

1）、试验装置搭建：修建矩形方框状的底座（1），在底座（1）内部中空部分的四个角各设置一个桩（2），桩（2）紧靠底座（1）设置，桩（2）的顶面和底座（1）的顶面保持齐平，桩（2）与底座（1）所围起来的空腔部分设置一个水平截面呈十字形的水袋（3）；将四个角钢（5）镶嵌在底座（1）的四个内角，然后将四个角钢（5）之间连接形成一个角钢框架；将四块钢化玻璃板（4）与角钢框架连接，四块钢化玻璃板（4）围成一个矩形空间；通过水袋（3）上的导水管（10）给水袋（3）充水，使水袋（3）上表面与桩帽（2）的顶面齐平，然后关闭阀门停止充水；然后在桩（2）和水袋（3）上表面布置多个土压力盒（6）；然后在多个土压力盒（6）上方设置水平加筋体（7）并与桩（2）固定；然后在水平加筋体（7）上分层填筑路堤填料（8）至预定高度，然后在路堤填料（8）的顶面布置若干位移计（9）；

2）、试验：试验装置搭建完成后进行试验，水袋（3）逐次向外放水，每次导水管（10）以相同的速度放出相同体积的水，每次放水后再测量各土压力盒（6）读数及路堤沉降，直到出现等沉面，试验结束。

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