CN105862943B - 一种混凝土扩展基础试验装置及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土扩展基础试验装置及实现方法，包括基坑、土压力盒、混凝土扩展基础试件、应变片、传力短柱、液压静力压桩机和传力素混凝土桩，在所述混凝土扩展基础试件底面的四个角各设置一个土压力盒，位于一条对角线的两个角处的土压力盒沿与其相邻的两边及对角线各设置有一个土压力盒，三个土压力盒与其相邻的角上的土压力盒的分布呈正方形；应变片在混凝土扩展基础试件的一条斜边和对应的底边各设置有两个，斜边和底边上靠近传力短柱的两个应变片位于同一竖直线上，应变片关于混凝土扩展基础试件的一个垂直对称面对称。本发明使用合理地设置了应变片与土压力盒的位置，提高了针对宽高比大于2.5的混凝土扩展基础试件的试验准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土扩展基础足尺试验领域，具体涉及一种混凝土扩展基础试验装置及实现方法。
背景技术
目前，混凝土扩展基础是输电线铁塔的主要形式之一。特高压输电线路建设中，基础造价占总体投资的16%~20%，因此基础的优化设计对于节省工期与造价起着重要作用。
减少地基土的开挖深度，即降低基础台阶的高度，从经济的角度来说可以大幅度减少造价，并且可以加快工期。但是，混凝土扩展基础严格遵守现行国家行业标准中台阶宽高比不超过2.5的要求，所以降低基础台阶的高度，混凝土扩展基础的台阶宽高比就会超过规范限制。而且在使用混凝土扩展基础的时候，由于下压力越来越大，以及部分地质情况地基承载力低，基础底板面积往往需要增大。实际上，混凝土扩展基础宽高比不超过2.5的限值是基于基础底部应力平截面分布假定的需求出发的，突破目前对混凝土扩展基础台阶宽高比限制的要求，需要对台阶宽高比超过2.5的大宽高比混凝土扩展基础的基底反力分布情况进行试验研究，以更好地认识这一类基础的受力特性与基底反力分布规律。
对于混凝土扩展基础而言，室外足尺试验更能客观地反映出其真实受力特性，但是，传统的混凝土扩展基础足尺试验装置在针对宽高比超过2.5限值的混凝土扩展基础试件时，混凝土扩展基础试件上贴应变片的位置以及在混凝土扩展基础试件底部铺设土压力盒的布置方式不能很好地反应出宽高比超过2.5的混凝土扩展基础试件在加载过程中所产生的形变以及基底的反力分布规律，使得足尺试验的试验准确度降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统扩展基础足尺试验方法的缺陷，提供一种混凝土扩展基础试验装置及实现方法，解决传统扩展基础足尺试验方法在试验宽高比大于2.5的混凝土扩展基础试件时，贴应变片和铺设土压力盒的位置不能很好地反应出混凝土扩展基础试件在加载过程中所产生的形变以及基底的反力分布规律的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种混凝土扩展基础试验装置，包括基坑，所述基坑底部设置有埋于回填土层中的土压力盒，所述土压力盒上方设置有混凝土扩展基础试件，所述混凝土扩展基础试件上设置有应变片，混凝土扩展基础试件顶部安装有传力短柱，还包括液压静力压桩机，所述液压静力压桩机的钳口夹有位于传力短柱上方的传力素混凝土桩，在所述混凝土扩展基础试件底面的四个角各设置一个土压力盒，位于其中一条对角线的两个角处的土压力盒沿与其相邻的两边及对角线各设置有一个土压力盒，后设置的三个土压力盒与其相邻的角上的土压力盒的分布呈正方形；所述应变片在混凝土扩展基础试件的一条斜边和对应的底边各设置有两个，其中，斜边和底边上靠近传力短柱的两个应变片位于同一竖直线上，所述四个应变片关于混凝土扩展基础试件的一个垂直对称面对称。现有技术中，传统的混凝土扩展基础足尺试验装置在试验大宽高比的混凝土扩展基础，即比一般混凝土扩展基础矮、底面积大、宽高比大于2.5限值的混凝土扩展基础，混凝土扩展基础试件上贴应变片以及在混凝土扩展基础试件底部铺设土压力盒的布置位置不能很好地反应出混凝土扩展基础试件在加载过程中所产生的形变以及基底的反力分布规律，使得足尺试验的试验准确度降低。为了解决这个问题，本发明重新设置了贴应变片的位置以及混凝土扩展基础底面设置土压力盒的位置，通过实践发现，此种铺设方式能够有效地反应出宽高比大于2.5限值的混凝土扩展基础试件在加载过程中所产生的形变以及基底的反力分布规律。
进一步地，所述混凝土扩展基础底面的边长为2500mm，位于对角线上的土压力盒与沿其相邻两边设置的土压力盒之间的距离为850mm。通过实践发现，按照这个比例铺设土压力盒能有效地反映出宽高比大于2.5限值的混凝土扩展基础试件底部的反力分布规律。
进一步地，所述传力短柱顶部和传力素混凝土桩底部设置有尺寸相同的凹槽，所述凹槽内设置有压力传感器，所述压力传感器连接有压力测定仪器。当传力短柱顶部和传力素混凝土桩底部接触时，形成的凹槽内壳设置压力传感器，压力传感器的尺寸最好和凹槽尺寸相匹配，可避免在加载时压力传感器发生移动，设置好压力传感器后，通过外接的压力测定仪器可以实测每级荷载的大小，便于在加载过程中控制加载速度使荷载稳定。另外，压力传感器也可以设置在液压静力压桩机的钳口与传力素混凝土桩之间、传力短柱与扩展基础试件之间、水平放置在传力素混凝土桩或传力短柱内部。
一种混凝土扩展基础试验的实现方法，包括以下步骤：
（a）、足尺试验前准备工作，包括利用试验机对土压力盒进行荷载检定、利用标准电阻仪筛选出能满足要求的胶基混凝土应变片、准备好压力传感器以及清理工作现场不必要的杂物；
（b）、足尺试验所需装置的搭建工作，包括开挖基坑、埋设土压力盒、铺设混凝土垫层、铺设钢筋网、浇铸混凝土、混凝土养护、贴应变片、放置压力传感器以及液压静力压桩机就位；
（c）、使用液压静力压桩机对混凝土扩展基础试件进行加载；
（d）、试验完成后对现场的清理工作。
本方法分为四大步骤，首先是进行足尺试验前的准备工作，准备工作包括利用试验机对土压力盒进行荷载检定、利用标准电阻仪筛选出能满足要求的胶基混凝土应变片、准备好压力传感器以及清理工作现场不必要的杂物，准备工作完成后，开始搭建试验相关装置和设备，搭建工作包括开挖基坑、埋设土压力盒、铺设混凝土垫层、铺设钢筋网、浇铸混凝土、混凝土养护、贴应变片、放置压力传感器以及液压静力压桩机就位，搭建完成后使用液压静力压桩机进行加载，加载完毕后清理现场。通过试验所测得的数据，就可以对扩展基础的受力特性、应变状态与基底反力分布进行分析，以判断扩展基础台阶的宽高比是否可以超过2.5的限值。本发明采用更佳的布置方法贴应变片和铺设土压力盒，大大提高了针对宽高比大于2.5限值的混凝土扩展基础试件的试验准确度，使试验结果与真实情况接近，另外对于大宽高比的混凝土扩展基础，传统的混凝土扩展基础足尺试验加载系统则需要大面积的搭建反力架和千斤顶，不仅浪费时间，而且增大了试验成本，使足尺试验的效率降低。本发明不采用千斤顶反力架体系进行加载，而是用液压静力压桩机进行静力加载。实际工程中作用于扩展基础顶部的轴心压力或偏心压力可以用液压静力压桩机产生的垂直静压力来模拟，液压静力压桩机较反力架具有拥有移动方便、成本低、施工时无噪音、无振动、无污染的优点，而且省去了搭设反力架这一繁琐的操作流程，大大加快了试验进程。不仅缩短了足尺试验的时间还节约了试验成本。
进一步地，所述步骤（b）中开挖基坑时开挖深度直到持力层，基坑周边的土体需要进行支护，在场地周边设置排水沟。基坑周边的土体需要一定程度的支护，可以采用放坡或者内支撑等方法，挖好的基坑表层的虚土需要先清理掉，之后再修平坑底，在场地周边设置排水沟的目的是保证雨天时场地内不会有积水。
进一步地，所述步骤（b）中，埋设土压力盒时，首先在计划埋设压力盒的位置铺细砂并压实，细砂厚度为1至3厘米，然后使土压力盒水平放置于细砂上方并来回移动土压力盒，之后连接土压力盒与振弦频率检测仪，最后在土压力盒上方放置细砂并回填土，土压力盒上方铺设的细砂厚度为5至7厘米，回填土层比土压力盒的高5至7厘米。在计划埋设压力盒的位置铺细砂并压实使得土压力盒底面受力均匀，使土压力盒水平放置于细砂上方并来回移动土压力盒以达到土压力盒与细砂层无空隙且紧密接触的目的，土压力盒与振弦频率检测仪连接，可以使操作人员通过振弦频率检测仪观察到扩展基础的基底反力分布情况。土压力盒下方铺设的细砂厚度为1至3厘米可以使得土压力盒底面受力均匀，土压力盒上方铺设的细砂厚度为5至7厘米，可以避免应力集中，回填土层高度与土压力盒上方铺上细砂后的高度相同，方便之后在其上方铺设混凝土垫层。
进一步地，所述步骤（b）中，应变片贴好后，连接应变片与应变箱，应变箱测得数据后传输给电脑，由DH3816静态应变测量仪软件进行自动记录与分析。使用静态应变测量仪软件可以在电脑中自动记录数据并进行分析，从而减少操作人员的工作量。通过静态应变测量仪软件分析得到的数据可以使操作人员观察到扩展基础试件上应力的变化情况。
进一步地，所述步骤（b）中，将压力传感器放置于扩展基础上部事先预留设置好的凹槽内并固定好其位置，将压力传感器与场外电脑连接。将压力传感器放置在预先设置好的凹槽内使得压力传感器在加载过程中不会发生移动，将压力传感器连接场外电脑后可以在加载过程中实测每级荷载的大小，便于在加载过程中控制加载速度使荷载稳定。
进一步地，所述步骤（b）中，使用液压静力压桩机的起吊机将预制好的传力混凝土桩吊入压桩机的压桩箱内，用液压静力压桩机的夹桩钳口夹住传力混凝土桩，缓慢降低传力混凝土桩，使其与压力传感器对齐，将压力传感器卡在传力混凝土桩的下部预留凹槽内。传力混凝土桩底部的凹槽与扩展基础顶部的凹槽契合，将压力传感器卡在凹槽内，加载过程中压力传感器不会发生移动，使加载荷载的测定更加准确。
进一步地，所述步骤（c）在进行正式加载之前进行预加载。施加预加载，待预加载检测仪表正常工作并与预期数据一致后再正式加载。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提出了一种混凝土扩展基础试验装置，该装置通过合理地布置土压力盒在混凝土扩展基础试件底面的位置、以及在混凝土扩展基础试件上贴应变片的位置，提高了针对宽高比大于2.5限值的混凝土扩展基础试件的试验准确度，使试验与实际操作的情况更加接近；
2、本发明使用液压静力压桩机代替了反力架和千斤顶体系，有效地提高了针对宽高比大于2.5的混凝土扩展基础试验的实验效率，节省了成本且减少了时间；
3、本发明通过实践得出应当在钢弦式土压力盒上方设置厚度为5至7厘米的细砂，使应力很好分布，增加了试验的精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的流程图；
图2为应变片布置位置的示意图；
图3为土压力盒布置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图2和图3所示，本实施例为一种混凝土扩展基础试验装置，包括基坑，所述基坑底部设置有埋于回填土层中的土压力盒，所述土压力盒上方设置有混凝土扩展基础试件，所述混凝土扩展基础试件上设置有应变片，混凝土扩展基础试件顶部安装有传力短柱，还包括液压静力压桩机，所述液压静力压桩机的钳口夹有位于传力短柱上方的传力素混凝土桩，其特征在于，在所述混凝土扩展基础试件底面的四个角各设置一个土压力盒，位于其中一条对角线的两个角处的土压力盒沿与其相邻的两边及对角线各设置有一个土压力盒，后设置的三个土压力盒与其相邻的角上的土压力盒的分布呈正方形；所述应变片在混凝土扩展基础试件的一条斜边和对应的底边各设置有两个，其中，斜边和底边上靠近传力短柱的两个应变片位于同一竖直线上，所述四个应变片关于混凝土扩展基础试件的一个垂直对称面对称。进一步地，所述混凝土扩展基础底面的边长为2500mm，位于对角线上的土压力盒与沿其相邻两边设置的土压力盒之间的距离为850mm。进一步地，所述传力短柱顶部和传力素混凝土桩底部设置有尺寸相同的凹槽，所述凹槽内设置有压力传感器，所述压力传感器连接有压力测定仪器。工作时，先挖好基坑，在基坑底部按照图3所示位置铺设土压力盒，之后在土压力盒上方放置混凝土扩展基础试件，在混凝土扩展基础试件上按照图2所示位置设置应变片，将土压力盒与振弦频率检测仪相连，应变片与静态应变测量仪相连接，在混凝土扩展基础试件顶部安装传力短柱，传力短柱顶部设置凹槽，凹槽内放置压力传感器，压力传感器与压力测定仪器连接，通过控制液体静力压桩机钳口夹住传力素混凝土桩，传力素混凝土桩底部凹槽与传力短柱顶部凹槽对齐，最后开始加载，通过压力测定仪器、振弦频率检测仪以及静态应变测量仪所测得的数据即可分析混凝土扩展基础试件的受力特性与基底反力分布规律。
实施例2
如图1所示，一种混凝土扩展基础试验的实现方法，包括以下步骤：
（a）、足尺试验前准备工作，包括利用试验机对土压力盒进行荷载检定、利用标准电阻仪筛选出能满足要求的胶基混凝土应变片、准备好压力传感器以及清理工作现场不必要的杂物；
（b）、足尺试验所需装置的搭建工作，包括开挖基坑、埋设土压力盒、铺设混凝土垫层、铺设钢筋网、浇铸混凝土、混凝土养护、贴应变片、放置压力传感器以及液压静力压桩机就位；
（c）、使用液压静力压桩机对混凝土扩展基础试件进行加载；
（d）、试验完成后对现场的清理工作。
进一步地，所述步骤（b）中开挖基坑时开挖深度直到持力层，基坑周边的土体需要进行支护，在场地周边设置排水沟。进一步地，所述步骤（b）中，埋设土压力盒时，首先在计划埋设压力盒的位置铺细砂并压实，细砂厚度为1至3厘米，然后使土压力盒水平放置于细砂上方并来回移动土压力盒，之后连接土压力盒与振弦频率检测仪，最后在土压力盒上方放置细砂并回填土，土压力盒上方铺设的细砂厚度为5至7厘米，回填土层比土压力盒的高5至7厘米。进一步地，所述步骤（b）中，应变片贴好后，连接应变片与应变箱，应变箱测得数据后传输给电脑，由DH3816静态应变测量仪软件进行自动记录与分析。进一步地，所述步骤（b）中，将压力传感器放置于扩展基础上部事先预留设置好的凹槽内并固定好其位置，将压力传感器与场外电脑连接。进一步地，所述步骤（b）中，使用液压静力压桩机的起吊机将预制好的传力混凝土桩吊入压桩机的压桩箱内，用液压静力压桩机的夹桩钳口夹住传力混凝土桩，缓慢降低传力混凝土桩，使其与压力传感器对齐，将压力传感器卡在传力混凝土桩的下部预留凹槽内。进一步地，所述步骤（c）在进行正式加载之前进行预加载。
在使用本方法时，首先进行足尺试验前准备工作：包括利用试验机对土压力盒进行荷载检定、利用标准电阻仪筛选出能满足要求的胶基混凝土应变片、准备好压力传感器以及清理工作现场不必要的杂物。然后，搭建足尺试验所需用到的装置和设备，开挖基坑，开挖深度直到持力层，对基坑周边的土体进行支护，在场地周围设置排水沟，挖好基坑后，在基坑底部铺一层厚度为2cm的细砂层，在细砂层上方放置土压力盒，在土压力盒上方铺设5cm厚的细砂层，之后回填土，回填土层高度等于土压力盒的高度加上5cm细砂层的高度，将土压力盒与振弦频率检测仪相连接，之后在回填土层上方铺设混凝土垫层，在混凝土垫层上方铺设基础的钢筋骨架，按照扩展基础的结构施工图，在钢筋网的周边支起模板，并浇筑要求强度的混凝土以及其上部构造，之后按照国家标准的混凝土养护条件养护基础28天，也可以加早强剂加快养护，养护完成后，在扩展基础试件侧面贴上胶基混凝土应变片，应变片直接利用测试线与应变箱相连，应变箱测得数据后传输给电脑，由DH3816静态应变测量仪软件进行自动记录与分析，在扩展基础试件顶部的凹槽内放置压力传感器，连接压力传感器与场外电脑，最后液压静力压桩机入场，液压静力压桩机入场的起吊机将预制好的传力混凝土桩吊入压桩机的压桩箱内，用液压静力压桩机的夹桩钳口夹住传力混凝土桩，缓慢降低传力混凝土桩，并使其与压力传感器对齐，正好将压力传感器卡在传力混凝土桩底部和扩展基础试件顶部预留的凹槽内，搭建装置和设备工作完成后，进行预加载，预加载所施加的载荷为最大载荷的3%~10%，待预加载检测仪表工作正常，与预期基本一致后再正式加载，正式加载采用单循环逐级递增加载。开始按100kN加载，到试件快要出现裂缝后按50kN加载到试件裂缝的宽度达到0.3mm，之后又按100kN加载到扩展基础不能持荷或者是达到设备的加载上限，加载过程中，每级加载稳定1至2秒后进行读数。当达到极限承载力后，进行卸载，并记录相应的数据，试验完成后清理场地。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种混凝土扩展基础试验装置，包括基坑，所述基坑底部设置有埋于回填土层中的土压力盒，所述土压力盒上方设置有混凝土扩展基础试件，所述混凝土扩展基础试件上设置有应变片，混凝土扩展基础试件顶部安装有传力短柱，还包括液压静力压桩机，所述液压静力压桩机的钳口夹有位于传力短柱上方的传力素混凝土桩，其特征在于，在所述混凝土扩展基础试件底面的四个角各设置一个土压力盒，位于其中一条对角线的两个角处的土压力盒沿与其相邻的两边及对角线各设置有一个土压力盒，后设置的三个土压力盒与其相邻的角上的土压力盒的分布呈正方形；所述应变片有八个，八个应变片分成两组，每组四个，两组应变片以混凝土扩展基础试件的中心轴线为对称轴，呈旋转对称设置，每一组应变片在混凝土扩展基础试件的一条斜边和对应的底边各设置有两个，其中，斜边和底边上靠近传力短柱的两个应变片位于同一竖直线上；
所述混凝土扩展基础试件 底面的边长为2500mm，位于对角线上的土压力盒与沿其相邻两边设置的土压力盒之间的距离为850mm；
所述传力短柱顶部和传力素混凝土桩底部设置有尺寸相同的凹槽，所述凹槽内设置有压力传感器，所述压力传感器连接有压力测定仪器。
2.一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）、足尺试验前准备工作，包括利用试验机对土压力盒进行荷载检定、利用标准电阻仪筛选出能满足要求的胶基混凝土应变片、准备好压力传感器以及清理工作现场不必要的杂物；
（b）、足尺试验所需装置的搭建工作，包括开挖基坑、埋设土压力盒、铺设混凝土垫层、铺设钢筋网、浇铸混凝土、混凝土养护、贴应变片、放置压力传感器以及液压静力压桩机就位；
（c）、使用液压静力压桩机对混凝土扩展基础试件进行加载；
（d）、试验完成后对现场的清理工作；
其中所述混凝土扩展基础试件底面的四个角各设置一个土压力盒，位于其中一条对角线的两个角处的土压力盒沿与其相邻的两边及对角线各设置有一个土压力盒，后设置的三个土压力盒与其相邻的角上的土压力盒的分布呈正方形；所述应变片有八个，八个应变片分成两组，每组四个，两组应变片以混凝土扩展基础试件的中心轴线为对称轴，呈旋转对称设置，每一组应变片在混凝土扩展基础试件的一条斜边和对应的底边各设置有两个，其中，斜边和底边上靠近传力短柱的两个应变片位于同一竖直线上。
3.根据权利要求2所述的一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，所述步骤（b）中开挖基坑时开挖深度直到持力层，基坑周边的土体需要进行支护，在场地周边设置排水沟。
4.根据权利要求2所述的一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，所述步骤（b）中，埋设土压力盒时，首先在计划埋设土 压力盒的位置铺细砂并压实，细砂厚度为1至3厘米，然后使土压力盒水平放置于细砂上方并来回移动土压力盒，之后连接土压力盒与振弦频率检测仪，最后在土压力盒上方放置细砂并回填土，土压力盒上方铺设的细砂厚度为5至7厘米，回填土层比土压力盒高5至7厘米。
5.根据权利要求2所述的一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，所述步骤（b）中，应变片贴好后，连接应变片与应变箱，应变箱测得数据后传输给电脑，由DH3816静态应变测量仪软件进行自动记录与分析。
6.根据权利要求2所述的一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，所述步骤（b）中，将压力传感器放置于扩展基础上部事先预留设置好的凹槽内并固定好其位置，将压力传感器与场外电脑连接。
7.根据权利要求2所述的一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，所述步骤（b）中，使用液压静力压桩机的起吊机将预制好的传力素 混凝土桩吊入压桩机的压桩箱内，用液压静力压桩机的夹桩钳口夹住传力素混凝土桩，缓慢降低传力素混凝土桩，使其与压力传感器对齐，将压力传感器卡在传力素 混凝土桩的下部预留凹槽内。
8.根据权利要求2所述的一种混凝土扩展基础试验的实现方法，其特征在于，所述步骤（c）在进行正式加载之前进行预加载。
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