CN104131544A - 现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置，由土压力测试系统和气压顶出系统构成，所述土压力测试系统包括带油膜的土压力传感器、测试电缆、测量仪表和传感器安装座，所述气压顶出系统包括气缸、气泵、压力管和气缸法兰，所述土压力传感器安装在传感器安装底座上，所述气缸的缸体通过气缸法兰安装在钢筋笼骨架上，所述气缸的活塞杆连接压力传感器的非受力面，所述气缸的气口通过压力管连接气泵。本发明的现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试方法安装操作简单，费用低廉，所需安装附件采购方便，安装精度高，测试结果可靠，易于推广应用。

Description

现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置和方法

技术领域

    本发明属于侧向土压力测试技术领域，具体地说是测试地下现浇钢筋混凝土结构侧向土压力时使用的装置，为地下结构的安全、设计提供真实可靠的侧向土压力数据。 

背景技术

侧向土压力是地下现浇混凝土结构所承受的主要荷载之一。事实上，对于地下现浇混凝土结构（如板桩码头结构）而言，理论计算的关键和难点是侧向土压力的计算。有了明确的土压力值就可以得到准确的结构弯矩，那么从理论上就可推算出较为准确的结构设计参数。因此，板桩码头新结构现场测试的主要目的之一就是得到土压力分布。 

地下现浇混凝土结构所承受的土压力属于界面土压力，其常用的埋设方法有挂布法、液压式顶出法。国内常用的方法是“挂布法”，该方法是预先在钢筋笼外安装挂布，然后在挂布外侧按设计要求深夜固定好土压力传感器，土压力传感器受压膜放在挂布处并对准土界面与挂布成平行状态，信号线放在挂布内并固定在挂布上，将挂布挂在钢筋笼的侧面。挂布可选用土工布，要求透水性能好，但不允许渗水泥浆，并且要有足够的强度。下钢筋笼后利用混凝土浇注时的外力，将挂布连带土压力传感器紧贴于墙侧土面。挂布法虽然安装埋设工艺简单，费用低廉，但影响测试结果的因素较多，无法保证土压力传感器的埋设质量。其主要问题在于：土压力传感器的受压面难以与墙面平行；土压力传感器难以紧贴墙壁；挂布的平顺难以保证。这些影响都会导致所测得的土压力失真。 

国外常用的方法是基康公司推荐的液压式顶出法。该方法由结构支撑盘、土压力传感器、双向液压千斤顶等主要装置组成。结构支撑盘上开有一个圆孔和螺栓孔，以固定压力传感器，并通过钢支撑连接到双向液压千斤顶的一端，支撑盘和反作用盘的上下两边稍作变曲，以避免它们在墙体侧面受到约束，反作用盘固定到双向液压千斤顶的另一端。千斤顶牢固地固定到钢筋上，以使反作用盘不能向外移动。液压管和信号电缆以1 m间隔绑扎在钢筋上。当钢筋笼下到要求的深度时，启动千斤顶，推动两个盘顶紧在结构体侧壁上，千斤顶的加载压力应大于千斤顶安装深度处的设计灌浆压力。保持千斤顶的压力，直到浇注的混凝土初凝。该方法安装精度高，能保证仪器的垂直度，是一种理想的安装方法。但安装附属结构造价昂贵，一般工程难以接受，只能适用于大型重点工程的重点监测断面，限制了其推广应用。 

本发明针对国内土压力测试技术的缺点及其影响因素，结合板桩结构施工特点和条件，借鉴国外采用的液压式顶出法安装技术的优点，开发出了一种板桩码头结构土压力测试安装埋设新装置。 

本发明的现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置安装操作简单，费用低廉，所需安装附件采购方便，安装精度高，土压力传感器受力与结构体保持垂直，土压力传感器受压面与土体接触紧密，可靠性强，易于推广使用。 

发明内容

本发明文针对国内结构侧向土压力测试技术的缺点及其影响因素，结合现浇钢筋混凝土地下结构施工特点和条件，借鉴国外采用的液压式顶出法安装技术的优点，开发出来的一种用于现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置和方法。 

本发明的现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置，由土压力测试系统和气压顶出系统构成，所述土压力测试系统包括带油膜的土压力传感器、测试电缆、测量仪表和传感器安装座，所述气压顶出系统包括气缸、气泵、压力管和气缸法兰，所述土压力传感器安装在传感器安装底座上，所述气缸的缸体通过气缸法兰安装在钢筋笼骨架上，所述气缸的活塞杆连接压力传感器的非受力面，所述气缸的气口通过压力管连接气泵。 

所述土压力传感器主要为可用于界面土压力测试的仪器，可采用振弦式或应变式土压力传感器。 

所述气缸为双作用气缸。 

作为本发明的进一步改进，所述压力传感器的测量元件端设有受压油膜，所述受压油膜为一个内部充油的密封腔体。采用受压油膜是为了增加土压力传感器与土体的接触面积，使土压力传感器受力均匀，以便提高土压力的测试精度。油膜内所充液体具有不可压缩的特性，通常可充机油，在充油过程中不能混入空气等除所充油质以外的其他杂质。 

本发明只需普通气缸及加压装置作为附件，主要包括气缸、土压力传感器安装座、压力管、气泵、土压力传感器紧固件和气缸法兰。气缸在市场上很容易采购，依据结构混凝土保护层厚度和成槽误差，确定其行程一般控制在15~20 cm，土压力传感器配制受压油膜，土压力传感器通过背部预留的螺口与气缸之间通过气缸活塞连杆相连。 

本发明的现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试方法，包括下列步骤： 

步骤1  对工程场地进行施工勘察，掌握土层的分布情况及土体物理力学参数指标、地下水位，根据勘察结果，确定理论上不同深度土压力传感器的量程，进而确定气缸密封压力和行程、气泵的功率、压力管的材料和内外管尺寸；

步骤2  组装气缸和压力传感器：在气缸两端法兰，压力传感器安装受压油膜； 

步骤3  安装位置放样：在钢筋笼制作完成后，根据设计高程在钢筋笼上自上而下确定土压力传感器的安装位置；

步骤4  安装气缸和压力传感器：将组装好的土压力传感器通过气缸活塞杆与组装好的气缸连接，调整土压力传感器受压油膜的受力面方向，使受力面与钢筋笼的对应面平行，然后用钢筋分别与气缸法兰和钢筋笼焊接，完成整体固定；

步骤5  安装土压力传感器保护板：在土压力传感器上下两侧安装保护板，以便在下钢筋笼时防止刮碰施工槽壁而损坏；

步骤6  安装气缸压力管：压力管有两根，分别和气缸的两个气口连接，用于送压、减压；

步骤7  进行仪器和气缸性能测试，测试合格后分别进行测试电缆和压力管的绑扎，与测试电缆和压力管与钢筋接触部分设置保护套，优选钢管作为保护套；

步骤8  完成上述步骤后，重新测试确定土压力传感器的实际安装位置，位置测试确定以土压力传感器的受压油膜中心为测试点，同时测试土压力传感器的读数，并记录其实际位置和读数；

步骤9  将钢筋笼下入指定施工槽位，将钢筋笼下到设计位置；

步骤10 填写安装埋设记录：在混凝土浇注前测试土压力传感器的读数，然后将压力管连接到气泵上，缓慢加压，同时连续读取土压力传感器的读数，当读数发生突然变化时表明土压力传感器与所测土体发生接触，密封相应的压力管并记下土压力传感器的相应读数；

步骤11  混凝土初凝再次读取土压力传感器的数值，去除相应的压力管，凝固后按观测频率要求正常进行土压力测试。

本发明的现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试方法安装操作简单，费用低廉，所需安装附件采购方便，安装精度高，测试结果可靠，易于推广应用。 

附图说明

图1 为本发明实施例1的结构示意图 

图1中，1为土压力感器；2为受压油膜；3为测试电缆；4、为双向气缸；5为压力管；6为气泵；7为钢筋笼骨架；8气缸活塞杆；9气缸进出气接口；10气缸法兰；11钢筋。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明进行详细描述。 

实施例1

下面根据图１所示，对本发明的现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置和方法作进一步详细说明。

现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置100，由土压力测试系统和气压顶出系统构成，土压力测试系统包括带油膜的土压力传感器1、测试电缆3、测量仪表和传感器安装座，气压顶出系统包括气缸4、气泵6、压力管5和气缸法兰10，压力传感器1的测量元件端设有受压油膜2。压力传感器1通过其底部预留的螺口与气缸活塞8连接，气缸1的缸体通过气缸法兰10与钢筋11焊接在钢筋笼骨架7上，气缸的气口9通过压力管5连接气泵6。土压力传感器1采用振弦式或应变式。 

现浇钢筋混凝土地下结构现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试方法如下： 

将组装好的土压力传感器与气缸连接好，通过法兰与钢筋焊接相连，钢筋一端焊接在气缸法兰上，另一端焊接在钢筋笼上，调整土压力传感器受力面的方向并固定，使受力面与钢筋笼的对应面平行。这样，受力面的方向取决于结构体的垂直度。连接压力管，并进行仪器和气缸性能测试，测试合格后分别进行测试电缆和压力管的绑扎，与钢筋接触部分需做保护套，有条件的可用钢管保护。钢筋笼安装到指定位置后，在地面通过气泵进行加压，通过气缸将土压力传感器顶出至侧壁，加压大小根据实际工程和土压力传感器的高程位置决定。加压过程中要进行压力观测，混凝土初凝后打开气阀排出压力管内气体。

具体步骤如下： 

步骤1 对工程场地进行施工勘察（尤其是地下结构区域），掌握土层的分布情况及土体物理力学参数指标、地下水位，根据勘察结果，确定理论上不同深度土压力传感器1的量程，进而确定气缸4密封压力和行程、气泵6的功率、压力管5的材料和内外管尺寸；

步骤2  组装气缸和压力传感器：在气缸两端法兰，压力传感器安装受压油膜； 

步骤3  安装位置放样，在钢筋笼制作完成后，根据设计高程在钢筋笼上自上而下确定土压力传感器1的安装位置；

步骤4  安装气缸4和压力传感器1：将组装好的土压力传感器1通过气缸活塞杆8与组装好的气缸4连接，调整土压力传感器受压油膜的受力面方向，使受力面与钢筋笼的对应面平行，然后用钢筋11分别与气缸法兰10和钢筋笼骨架7焊接，完成整体固定；

步骤5  安装土压力传感器保护板：在土压力传感器1上下两侧安装保护板，以便在下钢筋笼时防止刮碰施工槽壁而损坏；

步骤6  安装气缸压力管5：压力管有两根，分别和气缸的两个气口连接，用于送压、减压；

步骤7 布置并绑扎测试电缆3：将各个土压力传感器1的测试电缆3按顺序自下而上绑扎到钢筋笼上，绑扎间距1~2 m，绑扎时要注意控制电缆的松紧，给予一定的预留量，防止变形时损坏；

步骤8  布置并绑扎气缸压力管5，由于压力管5数量相对较多，且其受到挤压可能会导致气体压入困难，在完成压力传递后即失去作用，所以绑扎时只需注意避开混凝土浇注和振捣即可；

步骤9  完成上述步骤后，重新测试确定土压力传感器1的实际安装位置，位置测试确定以土压力传感器1的受压油膜2中心为测试点，同时测试土压力传感器1的读数，并记录其实际位置和读数；

步骤10  将钢筋笼下入指定施工槽位，待钢筋笼下到设计位置后，把测试电缆3线引至集线箱，将压力管5临时放入密封袋中并注意防止受外界因素破坏；

步骤11  填写安装埋设记录，在混凝土浇注前测试土压力传感器1的读数，然后将压力管5连接到气泵6上，缓慢加压，同时连续读取土压力传感器1的读数，当读数发生突然变化时表明土压力传感器1与所测土体发生接触，密封相应的压力管5并记下土压力传感器1的相应读数。

步骤12  混凝土初凝再次读取土压力传感器1的数值，此时可去除相应的压力管5，凝固后按观测频率要求正常进行土压力测试。 

Claims (5)

1.现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试装置，由土压力测试系统和气压顶出系统构成，其特征是，所述土压力测试系统包括土压力传感器、测试电缆、测量仪表和传感器安装座，所述气压顶出系统包括气缸、气泵、压力管和气缸法兰，所述土压力传感器安装在传感器安装底座上，所述气缸的缸体通过气缸法兰安装在钢筋笼骨架上，所述气缸的活塞杆连接压力传感器的非受力面，所述气缸的气口通过压力管连接气泵。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述土压力传感器采用振弦式或应变式土压力传感器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述气缸为双作用气缸。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述压力传感器的测量元件端设有受压油膜，所述受压油膜为一个内部充油的密封腔体。

5.现浇钢筋混凝土地下结构侧向土压力测试方法，其特征是，该方法包括下列步骤：

步骤1  对工程场地进行施工勘察，掌握土层的分布情况及土体物理力学参数指标、地下水位，根据勘察结果，确定理论上不同深度土压力传感器的量程，进而确定气缸密封压力和行程、气泵的功率、压力管的材料和内外管尺寸；

步骤2  组装气缸和压力传感器：在气缸两端法兰，压力传感器安装受压油膜； 

步骤3  安装位置放样：在钢筋笼制作完成后，根据设计高程在钢筋笼上自上而下确定土压力传感器的安装位置；

步骤4  安装气缸和压力传感器：将组装好的土压力传感器通过气缸活塞杆与组装好的气缸连接，调整土压力传感器受压油膜的受力面方向，使受力面与钢筋笼的对应面平行，然后用钢筋分别与气缸法兰和钢筋笼焊接，完成整体固定；

步骤5  安装土压力传感器保护板：在土压力传感器上下两侧安装保护板，以便在下钢筋笼时防止刮碰施工槽壁而损坏；

步骤6  安装气缸压力管：压力管有两根，分别和气缸的两个气口连接，用于送压、减压；

步骤7  进行仪器和气缸性能测试，测试合格后分别进行测试电缆和压力管的绑扎，与测试电缆和压力管与钢筋接触部分设置保护套，优选钢管作为保护套；

步骤8  完成上述步骤后，重新测试确定土压力传感器的实际安装位置，位置测试确定以土压力传感器的受压油膜中心为测试点，同时测试土压力传感器的读数，并记录其实际位置和读数；

步骤9 将钢筋笼下入指定施工槽位，将钢筋笼下到设计位置；

步骤10 填写安装埋设记录：在混凝土浇注前测试土压力传感器的读数，然后将压力管连接到气泵上，缓慢加压，同时连续读取土压力传感器的读数，当读数发生突然变化时表明土压力传感器与所测土体发生接触，密封相应的压力管并记下土压力传感器的相应读数；

步骤11  混凝土初凝再次读取土压力传感器的数值，去除相应的压力管，凝固后按观测频率要求正常进行土压力测试。