CN105064426A - 微型注浆碎石钢管桩室内试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置及其试验方法，包括注浆设备，圆盘形放置在试验平台上的、在顶面设有圆环形立柱槽的钢模底座，插接在立柱槽上的圆筒形的圆柱钢模，位于在圆柱钢模上、直径小于圆柱钢模内径的圆柱形玻璃板，架设在钢模底座、圆柱钢模和圆柱形玻璃板正上方的加载支架，在支架顶板和圆柱形玻璃板之间连接加压弹簧，加载支架设有可向下移动的支架顶板，移动支架顶板可以调整加压弹簧的伸缩长度，进而可以模拟现场施工条件制作出在不同上覆压力情况下的微型的注浆碎石钢管桩的部分桩体，供试验室测试其力学指标，帮助优化施工方案。

Description

微型注浆碎石钢管桩室内试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种模拟现场施工条件在实验室内制备出微型的注浆碎石钢管桩的室内试验装置及其试验方法。

背景技术

目前，工程中改良地基土特性，提高其竖向承载力的技术措施多种多样，包括强夯法、复合地基法和注浆法等。其中，微型注浆碎石钢管桩以其施工干扰小、无污染、施工工艺简单和造价低等优势逐渐成为工程中提高地基土承载力的重要方式之一，广泛应用在解决路基沉陷、边坡失稳、桥头跳车等工程病害问题上。

然而，由于注浆碎石钢管桩桩身直径小，现场施工成桩后对桩体取样的难度大且成本高，因此如何确定微型注浆碎石钢管桩成桩质量和桩体强度成为关键问题。研究开发一种可以模拟现场实际施工状况而制备的微型注浆碎石钢管桩的室内试验装置，为优化设计和制定合适的施工方案提供相应物理力学参考指标是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置及其试验方法，可以模拟现场施工条件制作出在不同上覆压力情况下的微型的注浆碎石钢管桩的部分桩体，供试验室测试其力学指标，帮助优化施工方案。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术特征，一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，所述微型注浆碎石钢管桩室内试验装置包括注浆设备，圆盘形放置在试验平台上的、在顶面设有圆环形立柱槽的钢模底座，插接在立柱槽上的圆筒形的圆柱钢模，位于在圆柱钢模上、直径小于圆柱钢模内径的圆柱形玻璃板，架设在钢模底座、圆柱钢模和圆柱形玻璃板正上方的加载支架，所述圆柱钢模为竖切分开的至少两个拼接而成，所述玻璃板中轴线上设有通孔；所述加载支架包括被支撑在钢模底座正上方的支架顶板，至少三个均匀固定在钢模底座外围、帮助固定支架顶板的反力杆，连接在支架顶板和圆柱形玻璃板之间的加压弹簧，所述加压弹簧至少为三个，所述反力杆上端部穿透支架顶板，反力杆穿过支架顶板的部分螺接螺母，所述支架顶板上设有与其下方玻璃板上通孔竖直方向对应的顶板通孔；所述注浆设备包括注浆机，自顶板通孔以及通孔竖直插入圆柱钢模底部的注浆钢管，连接注浆机出浆口和注浆钢管连接件。

本发明所述支架顶板和玻璃板之间连接有用于测弹簧形变长度的百分表。

本发明所述注浆钢管底端出口外设有滤网。

本发明所述玻璃板上均匀分布有多个竖直方向通透的透气孔。

本发明所述圆柱钢模包括左半钢模和右半钢模，左半钢模与右半钢模上靠近拼接处分别设有相对应的凸耳，所述位于拼接处两边的两个凸耳使用可拆卸的螺栓连接。

本发明所述钢模底座在外边沿处沿着水平方向向外设有至少三个反力柱底部连接部，所述反力柱底部连接部上设有可被反力杆插入的通孔。

一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，包括以下步骤：一、将圆柱钢模与钢模底座上的立柱槽插接后组装到一起，将反力杆与钢模底座上的反力柱底部连接部连接，在圆柱钢模内壁用润滑油刷洗一遍；二、将级配碎石分层均匀撒入圆柱钢模内，至级配碎石厚度达到4cm；三、将注浆钢管的一端竖直放入圆柱钢模内铺好的级配碎石上方，然后继续分层撒入级配碎石至达到圆柱钢模顶部；四、通过通孔将玻璃板从注浆钢管另一端穿入，直至到达圆柱钢模内铺设的级配碎石顶部；五、在玻璃板的上表面连接加压弹簧；六、将支架顶板通过顶板通孔穿过注浆钢管与反力杆通过螺母连接，支架顶板的下表面上连接加压弹簧；七、依据所需试验的上覆压力以及加载弹簧固有的劲度系数计算得出加载弹簧应有的长度，旋紧或者旋松螺母调整加载弹簧的长度；八、通过连接件将注浆钢管的顶端和注浆机连接，连接好后开始注浆，待浆液溢出钢模顶部后，停止注浆，并移去注浆机和连接件；九、静置24小时，然后拆除支架顶板、加载弹簧和玻璃板；十、将注浆钢管高出圆柱钢模的部分锯断；十一、拆除圆柱钢模，得到试样；十二、对试样养护28天，得到微型注浆碎石钢管桩；十三、对微型注浆碎石钢管桩进行试验并记录实验数据。

本发明所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，所述步骤一中的圆柱钢模由左半钢模和右半钢模通过其上的凸耳经螺栓连接成。

本发明所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，所述步骤三中，注浆钢管插入圆柱钢模的一端连接有滤网。

本发明所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，所述步骤六完成后，在支架顶板和玻璃板之间连接百分表。

与现有技术相比，本发明微型注浆碎石钢管桩室内试验装置通过调整钢模和钢管尺寸、注浆设备、玻璃板上方加载弹簧的长度数值，对微型注浆碎石钢管桩的不同桩体和钢管尺寸、注浆压力、上覆压力等现场条件进行模拟，进而综合考虑现场施工条件下制作出的微型注浆碎石钢管桩的成桩质量和桩体强度，为现场施工的优化设计和制定合适的施工方案提供了技术支持。

附图说明

图1为所述微型注浆碎石钢管桩室内试验装置纵剖图。

图2为玻璃板结构示意图。

图3为钢模底座结构示意图。

图4为圆柱钢模横截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1～图4所示，本发明一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，在试验室内模拟现场的施工环境，，利用设置不同上覆压力来制备注浆碎石钢管桩所处不同深度的一段桩体，并对该段桩体进行物理力学测试，来帮助预测现场施工时的注浆碎石钢管桩的成桩质量和桩体强度，进而改进施工方案、优化施工设计。所述微型注浆碎石钢管桩室内试验装置包括钢模底座1、圆柱钢模2、圆柱形玻璃板3、加载支架4以及注浆设备5。

如图1所示，所述钢模底座1为可放置在试验平台上的圆盘形结构，在其顶面设有圆环形的立柱槽11，所述圆柱钢模2为竖切分开的至少两个拼接而成的圆筒形，拼合后正好可以插接在立柱槽11上，所述圆柱钢模2和钢模底座1围成的空间用于装放级配碎石和注入的水泥浆来制备成微型注浆碎石钢管桩，所述玻璃板3正好位于圆柱钢模2内装好了的级配碎石上，玻璃板3的直径略小于圆柱钢模2的内径，可以使玻璃板3置入圆柱钢模2内。所述加载支架4架设在钢模底座1、圆柱钢模2和圆柱形玻璃板3的正上方；所述加载支架4包括支撑在钢模底座1正上方的支架顶板41和至少三个均匀固定在钢模底座1外围、协助固定支架顶板41的反力杆42，所述反力杆42上端部穿透支架顶板41，反力杆42穿过支架顶板41的部分螺接螺母43；在支架顶板41和圆柱形玻璃板3之间设有加压弹簧44，加压弹簧44可以给玻璃板3提供向下的压力，为节省材料，并适应实验室的小规模操作，仅在实验室内模拟出现场需要施工的注浆碎石钢管桩的部分桩体，根据加压弹簧44提供的上覆压力数值，能模拟出注浆碎石钢管桩任意一段注浆碎石钢管桩体的实际成桩密实度，即桩体内的孔隙比，提供不同的加压弹簧44，根据弹簧自身的劲度系数和收缩的长度，可以计算出压力的大小，只需通过调整螺母43可控制弹簧44的收缩长度既可得到需要的压力，所述加压弹簧44至少为三个，通过调整支架顶板41和玻璃板3之间的距离来调整加压弹簧44的长度，通过旋紧或旋松螺母43来调整支架顶板41和玻璃板3之间的距离；所述玻璃板3中轴线上设有通孔31，所述支架顶板41上设有与其下方玻璃板3上通孔31竖直方向对应的顶板通孔411；所述注浆设备5包括注浆机51，自顶板通孔411以及通孔31竖直插入圆柱钢模2底部的注浆钢管53，连接注浆机51出浆口和注浆钢管53的连接件52，注浆机51可以将水泥浆通过注浆钢管53注入圆柱钢模2内，填充在圆柱钢模2内的级配碎石之间的空隙内形成微型注浆碎石钢管桩。

进一步的为了方便模拟现场的操作，在所述支架顶板41和玻璃板3之间设置用于测弹簧形变长度的百分表45(如图1所示)，当百分表45的读数到达需要的长度数值时，可以停止弹簧的形变，也就是停止旋紧或旋松螺母43。为了防止随着水泥浆注入使得级配碎石之间的空气排出不通畅而影响成桩质量，在所述玻璃板3上均匀分布有多个竖直方向通透的透气孔32(如图2所示)。由于施工中级配碎石经常会堵塞注浆钢管53，因此在所述注浆钢管53的底端出口外设有滤网531。

一种优选的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，为所述反力杆42与钢模底座1连接在一起，可以使其整体更加稳固，具体的在所述钢模底座1在外边沿处沿着水平方向向外设有至少三个反力柱底部连接部12，所述反力柱底部连接部12上设有可被反力杆42插入的孔(如图3所示)，反力杆42与反力柱底部连接部12可以螺接，或可以通过螺母固定连接。

为方便鉴定制成的微型注浆碎石钢管桩的质量，需要将制成的微型注浆碎石钢管桩自圆柱钢模2内拆卸下来，为方便拆卸，所述圆柱钢模2包括左半钢模21和右半钢模22，左半钢模21与右半钢模22上靠近拼接处分别设有相对应的凸耳23，所述位于拼接处两边的两个凸耳23使用可拆卸的螺栓连接。

具体的，一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置的室内试验方法，包括以下步骤：

一、将左半钢模21和右半钢模22通过其上的凸耳23经螺栓连接成圆柱钢模2，然后与钢模底座1上的立柱槽11插接，进而与钢模底座1组装到一起，将反力杆42与钢模底座1上的反力柱底部连接部12连接，在圆柱钢模2内壁用润滑油刷洗一遍，以方便后续脱模。

二、模拟现场施工情况，将级配碎石分层均匀撒入圆柱钢模2内，至级配碎石厚度达到4cm时停止。

三、在注浆钢管53的底端连接滤网531。

四、将注浆钢管53连有滤网531的一端竖直放入圆柱钢模2内铺好的级配碎石上方，然后继续分层撒入级配碎石至达到圆柱钢模2顶部。

五、通过通孔31将玻璃板3从注浆钢管53另一端穿入，直至到达圆柱钢模2内铺设的级配碎石顶部。

六、在玻璃板3的上表面连接加压弹簧44。

七、将支架顶板41通过顶板通孔411穿过注浆钢管53与反力杆42通过螺母43连接，支架顶板41的下表面上连接加压弹簧44。

八、在支架顶板41和玻璃板3之间连接百分表45。

九、依据预期的桩端上覆压力以及加载弹簧44固有的劲度系数计算得出加载弹簧44应有的长度，根据百分表45的数值显示旋紧或者旋松螺母43调整加载弹簧44的长度，从而模拟现场施工中应有的柱端上覆压力，施加到玻璃板3上。

十、通过连接件52将注浆钢管53的顶端和注浆机51连接，连接好后开始注浆，待浆液溢出钢模顶部后，停止注浆，并移去注浆机51和连接件52。

十一、静置24小时，然后拆除支架顶板41、加载弹簧44和玻璃板3。

十二、将注浆钢管53高出圆柱钢模2的部分锯断。

十三、拆除圆柱钢模2，得到试样，观察试样内部浆液填充情况，进行拍照和记录。

十四、依据混凝土立方体抗压强度试验标准养护条件(20±2℃，相对湿度95％)，对试样养护28天，得到微型注浆碎石钢管桩。

十五、参照混凝土立方体抗压强度试验规程(GB/T50081‐2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)对微型注浆碎石钢管桩进行试验，并记录试验数据。

十六、对微型注浆碎石钢管桩桩身进行切片，根据水泥浆与碎石面积比，得出不同上覆压力下的碎石桩桩身孔隙比，根据孔隙比数据判断该施工预计有的质量、以及得到的微型注浆碎石钢管桩的桩身强度。

Claims (10)

1.一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，其特征在于：所述微型注浆碎石钢管桩室内试验装置包括注浆设备(5)，圆盘形放置在试验平台上的、在顶面设有圆环形立柱槽(11)的钢模底座(1)，插接在立柱槽(11)上的圆筒形的圆柱钢模(2)，位于在圆柱钢模(2)上、直径小于圆柱钢模(2)内径的圆柱形玻璃板(3)，架设在钢模底座(1)、圆柱钢模(2)和圆柱形玻璃板(3)正上方的加载支架(4)，所述圆柱钢模(2)为竖切分开的至少两个拼接而成，所述玻璃板(3)中轴线上设有通孔(31)；

所述加载支架(4)包括被支撑在钢模底座(1)正上方的支架顶板(41)，至少三个均匀固定在钢模底座(1)外围、帮助固定支架顶板(41)的反力杆(42)，连接在支架顶板(41)和圆柱形玻璃板(3)之间的加压弹簧(44)，所述加压弹簧(44)至少为三个，所述反力杆(42)上端部穿透支架顶板(41)，反力杆(42)穿过支架顶板(41)的部分螺接螺母(43)，所述支架顶板(41)上设有与其下方玻璃板(3)上通孔(31)竖直方向对应的顶板通孔(411)；

所述注浆设备(5)包括注浆机(51)，自顶板通孔(411)以及通孔(31)竖直插入圆柱钢模(2)底部的注浆钢管(53)，连接注浆机(51)出浆口和注浆钢管(53)连接件(52)。

2.根据权利要求1所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，其特征在于：所述支架顶板(41)和玻璃板(3)之间连接有用于测弹簧形变长度的百分表(45)。

3.根据权利要求2所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，其特征在于：所述注浆钢管(53)底端出口外设有滤网(531)。

4.根据权利要求3所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，其特征在于：所述玻璃板(3)上均匀分布有多个竖直方向通透的透气孔(32)。

5.根据权利要求4所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，其特征在于：所述圆柱钢模(2)包括左半钢模(21)和右半钢模(22)，左半钢模(21)与右半钢模(22)上靠近拼接处分别设有相对应的凸耳(23)，所述位于拼接处两边的两个凸耳(23)使用可拆卸的螺栓连接。

6.根据权利要求5所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置，其特征在于：所述钢模底座(1)在外边沿处沿着水平方向向外设有至少三个反力柱底部连接部(12)，所述反力柱底部连接部(12)上设有可被反力杆(42)插入的通孔。

7.一种微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，包括以下步骤：

一、将圆柱钢模(2)与钢模底座(1)上的立柱槽(11)插接后组装到一起，将反力杆(42)与钢模底座(1)上的反力柱底部连接部(12)连接，在圆柱钢模(2)内壁用润滑油刷洗一遍；

二、将级配碎石分层均匀撒入圆柱钢模(2)内，至级配碎石厚度达到4cm；

三、将注浆钢管(53)的一端竖直放入圆柱钢模(2)内铺好的级配碎石上方，然后继续分层撒入级配碎石至达到圆柱钢模(2)顶部；

四、通过通孔(31)将玻璃板(3)从注浆钢管(53)另一端穿入，直至到达圆柱钢模(2)内铺设的级配碎石顶部；

五、在玻璃板(3)的上表面连接加压弹簧(44)；

六、将支架顶板(41)通过顶板通孔(411)穿过注浆钢管(53)与反力杆(42)通过螺母(43)连接，支架顶板(41)的下表面上连接加压弹簧(44)；

七、依据所需试验的上覆压力以及加载弹簧(44)固有的劲度系数计算得出加载弹簧(44)应有的长度，旋紧或者旋松螺母(43)调整加载弹簧(44)的长度；

八、通过连接件(52)将注浆钢管(53)的顶端和注浆机(51)连接，连接好后开始注浆，待浆液溢出钢模顶部后，停止注浆，并移去注浆机(51)和连接件(52)；

九、静置24小时，然后拆除支架顶板(41)、加载弹簧(44)和玻璃板(3)；

十、将注浆钢管(53)高出圆柱钢模(2)的部分锯断；

十一、拆除圆柱钢模(2)，得到试样；

十二、对试样养护28天，得到微型注浆碎石钢管桩；

十三、对微型注浆碎石钢管桩进行试验并记录实验数据。

8.根据权利要求7所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，其特征在于：所述步骤一中的圆柱钢模(2)由左半钢模(21)和右半钢模(22)通过其上的凸耳(23)经螺栓连接成。

9.根据权利要求7所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，其特征在于：所述步骤三中，注浆钢管(53)插入圆柱钢模(2)的一端连接有滤网(531)。

10.根据权利要求7所述的微型注浆碎石钢管桩室内试验装置试验方法，其特征在于：所述步骤六完成后，在支架顶板(41)和玻璃板(3)之间连接百分表(45)。