CN106066393A - 一种桥头沉降补偿量测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种桥头沉降补偿量测试装置及测试方法，其中装置部分包括加压单元、模型箱和控制系统。加压单元包括框架、油缸、压头以及导向机构。框架呈“门”字型，包括第一支腿、第二支腿以及横梁。油缸设置于所述横梁的中部，其缸体与横梁固定连接，其活塞杆的杆端设置有压头，压头与框架之间设置有导向机构。模型箱包括箱体、路基路面模型、位移传感器和若干个钢管，路基路面模型设置于箱体的内部，箱体的上部设置有位移传感器。若干个钢管穿过箱体的内部与所述的箱体相连，且所述的钢管上设置有漏水孔。本发明通过模拟不同的路面结构，进而研究膨胀量的增长规律与补偿层的位置、厚度、侧限、密实程度以及石灰浆体的注入量之间的关系，为形成设计指标奠定基础。

Description

一种桥头沉降补偿量测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及桥梁建设技术领域，具体地说是一种桥头沉降补偿量测试装置及测试方法。

背景技术

桥头跳车不但影响路面行驶的舒适性，更重要的是容易产生交通安全事故。现有技术下，处理桥头跳车的方法很多，从地基处理、路基填料选择、施工工艺控制到后期养护等方面都提出了很多的措施，但是这些方法要么处理效果差，要么处理成本高，都不十分理想。另外，从沉降机理的角度考虑，沉降差异的产生是不可避免的，无论采用什么措施，只能解决沉降大小的问题。

根据以往的研究表明，钛石膏与粉煤灰在生石灰的激发下，会产生钙矾石膨胀体，如果在路基填筑过程中设置一层或者多层钛石膏、粉煤灰层作为补偿层，预留石灰浆体注入管道，在需要抬升路面时，通过向补偿层层注入石灰浆体，使钛石膏、粉煤灰层受到激发，生成钙钒石而发生自身膨胀，产生向上的顶升力，从而对沉降的路面进行补偿，消除桥头沉降现象，保证行车的安全性和舒适性。

此方法虽然能够从根本上消除桥头沉降现象，但是由于在补偿层产生膨胀以后，材料性能会发生变化，对于路面结构的受力也会产生一定影响。因此膨胀后的材料还会不会被压缩，会不会产生路面的不均匀抬升的问题，以及膨胀量的控制都是在实际应用中需要解决的问题。

发明内容

针对采用补偿层消除桥头沉降方法中存在的膨胀量如何控制等问题，本发明提供了一种桥头沉降补偿量测试装置和测试方法，该装置通过模拟不同的路面结构，进而研究膨胀量的增长规律与补偿层的位置、厚度、侧限、密实程度以及石灰浆体的注入量之间的关系，为形成设计指标奠定基础。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种桥头沉降补偿量测试装置，包括加压单元、模型箱和控制系统；

所述加压单元包括框架、油缸、压头以及导向机构；

所述框架呈“门”字型，包括第一支腿、第二支腿以及设置于第一支腿和第二支腿上部的横梁；

所述油缸设置于所述横梁的中部，其缸体与所述横梁固定连接，其活塞杆的杆端设置有压头；

所述压头包括连接板和第一压板，所述连接板与所述油缸的活塞杆的杆端固定连接，所述连接板的下侧设置有若干个第一压板，且若干个所述的第一压板呈“井”字状排布；

所述模型箱包括箱体、路基路面模型、第二压板、位移传感器和若干个钢管，所述路基路面模型设置于所述箱体的内部，所述箱体的上部设置有位移传感器，所述第二压板设置于所述路基路面模型的上方，与所述箱体滑动连接；

所述箱体包括底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板，所述的底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板共同围成了一个无盖的长方体结构；

所述第一侧板上设置有若干个呈矩阵排列的第一插孔，所述的第二侧板上设置有若干个呈矩阵排列的第二插孔，所述的第一插孔和第二插孔为一一对应的关系；

所述路基路面模型由下至上依次为路基层、底基层、基层和面层，且其中的路基层内设置有补偿层；

所述补偿层为按1:2～1:4比例混合的石膏和粉煤灰；

若干个所述的钢管通过分别设置于所述第一侧板和第二侧板上的第一插孔和第二插孔与所述的箱体相连，且所述的钢管上设置有漏水孔。

根据本发明的一个具体实施方式，所述导向机构包括设置于所述连接板的四个角上的导柱，其中靠近第一支腿一侧的导柱通过第一导向座与所述框架滑动连接，且与该侧导柱相配合的导向套与所述的第一导向座固定连接，靠近第二支腿一侧的导柱通过第二导向座与所述框架滑动连接，且与该侧导柱相配合的导向套与所述的第二导向座固定连接。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述补偿层的预埋深度范围为70厘米～90厘米，厚度范围为8厘米～15厘米。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述路基层的材料为级配良好的砾石混合料，所述的底基层为二灰碱渣稳定土，所述的基层为水泥稳定碎石，所述的面层为沥青混凝土。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述钢管的两端均分别设置有L型弯管。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述路基路面模型的横截面规格为1m×1m，所述路基层、底基层、基层和面层的厚度分别为80厘米，30厘米，25厘米和8厘米。

一种桥头沉降补偿量测试方法，包括以下步骤，

a)、设定路基路面模型，所述路基路面模型由下至上依次为路基层、底基层、基层和面层，且其中的路基层内设置有补偿层，具体参数为：

补偿层的预埋深度为70厘米，厚度为11厘米；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：2；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80厘米、30厘米、25厘米、8厘米

路基路面模型的压实度为96％；

b)、根据步骤a)中设定的补偿层的预埋深度，在所述箱体上插入钢管，使钢管的轴线与所述补偿层的上表面的距离控制在5厘米～10厘米之间，然后在各个钢管的两端分别安装L型弯管；

c)、根据步骤a)中设定的各层的厚度，在箱体中依次铺设路基层、补偿层、底基层、基层和面层，并压实；

d)、在路基路面模型的上表面放置第二压板；

e)、在箱体的上部安装位移传感器；

f)、将安装好的模型箱放置到加压单元内部，并使压头位于第二压板的上方；

g)、通过控制系统控制油缸向路基路面模型施加压力，与此同时，通过位移传感器检测路基路面模型的沉降量，并且每隔一天记录一次数据，直至沉降达到稳定状态；

h)、向各个钢管内注入石灰浆体，并记录注入的石灰浆体的体积，然后通过位移传感器检测路基路面模型的抬升量，并且每隔一天记录一次数据，直至抬升达到稳定状态；

i)、重建路基路面模型，重复步骤b)～h)操作，设定的参数具体为

补偿层的预埋深度为80厘米，厚度为15厘米；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：3；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80厘米、30厘米、25厘米、8厘米；

路基路面模型的压实度为97％；

j)、重建路基路面模型，重复步骤b)～h)操作，设定的参数具体为

补偿层的预埋深度为90厘米，厚度为8厘米；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：4；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80厘米、30厘米、25厘米、8厘米；

路基路面模型的压实度为98％。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种桥头沉降补偿量测试装置，其模型箱内的路面结构与实际的路面结构基本相同，材料和路面各层的厚度相同，能够真实的模拟补偿层在实际应用时的工作状态，确保了实验数据的准确性。

2、由于测试装置本身结构紧凑，设计合理，不仅降低了测试装置的制造成本，节约了研究经费，而且可以根据需要进行位置转换，以模拟不同的应用环境(温度、湿度等)。

3、由于测试装置的加压单元和模型箱采用分体结构，这样在对一个模型箱进行试验的同时可以对另一个模型箱进行准备工作，可以统筹安排试验时间，缩短了试验周期。

4、通过本发明提供的一种桥头沉降补偿量测试方法，可以对膨胀量的增长规律与补偿层的位置、厚度、侧限、密实程度以及石灰浆体的注入量之间的关系进行研究，从而为形成系统的设计指标奠定基础。

5、通过本发明提供的一种桥头沉降补偿量测试方法，可以对不同土质、地质和填高的条件下，沉降产生量随时间的变化规律及补偿层的预埋的厚度和位置进行研究，形成用于确定补偿时机和补偿量的沉降量预测公式，并为设计指标体系奠定基础。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为本发明中加压单元的主视图；

图5为图4中的A-A剖视图；

图6为图5中A部分的放大结构示意图；

图7为本发明中加压单元的立体结构示意图；

图8为图7中B部分的放大结构示意图；

图9为本发明中模型箱的立体结构示意图；

图10为图9中C部分的放大结构示意图；

图11为本发明中模型箱去掉第一挡板之后的立体结构示意图；

图12为本发明中模型箱的主视图；

图13为本发明中模型箱的左视图；

图14为图13中的B-B剖视图；

图15为图14中D部分的放大结构示意图；

图16为实施例二的结构示意图。

图中：1-加压单元，11-框架，111-第一支腿，112-第二支腿，113-横梁，114-筋板，115-地脚板，12-油缸，13-压头，131-连接板，132-第一压板，14-导向机构，141-第一导向座，142-第二导向座，143-导向套，144-导柱，2-模型箱，21-箱体，211-底板，212-第一侧板，2121-第一插孔，213-第二侧板，214-第三侧板，215-第四侧板，22-路基路面模型，221-路基层，222-底基层，223-基层，224-面层，225-补偿层，23-第二压板，24-安装架，25-位移传感器，26-钢管，27-L型弯管。

具体实施方式

实施例一：

如图1至图3所示，所述的一种桥头沉降补偿量测试装置包括加压单元1、模型箱2和控制系统，且所述的加压单元1与模型箱2采用分体结构，所述的模型箱2设置于所述加压单元1的内部。

如图4所示，所述的加压单元1包括框架11、油缸12、压头13以及导向机构14。所述的框架11呈“门”字型，包括第一支腿111、第二支腿112以及设置于第一支腿111和第二支腿112上部的横梁113。为了增加整个框架11的刚度，如图7所示，所述的第一支腿111和第二支腿112均是由若干个方钢管焊接而成的方形框架，所述的横梁113为两根，分别设置于所述第一支腿111和第二支腿112的沿宽度方向的两端，所述的第一支腿111与横梁13之间以及第二支腿112与横梁13之间均设置有筋板114。所述第一支腿111和第二支腿112的底端均设置有地脚板115。

所述油缸12设置于所述横梁113的中部，其缸体与所述的横梁113固定连接，其活塞杆的杆端设置有压头13，如图7和图8所示，所述压头13包括连接板131和第一压板132，所述连接板131与油缸12的活塞杆的杆端通过螺纹固定连接，其下侧设置有若干个第一压板132，且所述的第一压板132呈“井”字状排布。这主要是为了在测试的过程中使路基路面模型22的各个点受力均匀。

为了避免在测试的过程中油缸12的活塞杆受到非轴向力的作用，所述的压头13与框架11之间设置有导向机构14。所述的导向机构14包括设置于所述连接板131的四个角上的导柱144，其中靠近第一支腿111一侧的导柱144通过第一导向座141与所述框架11滑动连接，且与该侧导柱144相配合的导向套143通过螺钉与所述的第一导向座141固定连接；靠近第二支腿112一侧的导柱144通过第二导向座142与所述框111架滑动连接，且与该侧导柱144相配合的导向套143通过螺钉与所述的第二导向座142固定连接。所述导柱144和导向套143之间设置有无油轴承。由于加工误差的存在，如图5和图6所示，所述的第一导向座141上设置的允许导柱144穿过的通孔的直径M大于所述导柱144的直径N，优选的，M为N的1.1倍，同理，所述的第二导向座142上设置的允许导柱144穿过的通孔的直径大于所述导柱144的直径。

如图9至图11所示，所述的模型箱2包括箱体21，所述箱体21包括底板211、第一侧板212、第二侧板213、第三侧板214和第四侧板215，工作时，其中的第一侧板212和第二侧板213与所述“门”字型框架11所在的平面平行，第三侧板214和第四侧板215与所述“门”字型框架11所在的平面垂直。所述的底板211、第一侧板212、第二侧板213、第三侧板214和第四侧板215共同围成了一个无盖的长方体结构，且所述的底板211的外边缘凸出于所述第一侧板212、第二侧板213、第三侧板214和第四侧板215的外侧，这主要是为了方便固定。所述的第一侧板212上设置有若干个呈矩阵排列的第一插孔2121，所述的第二侧板213上设置有若干个呈矩阵排列的第二插孔(图中未示出)，所述的第一插孔2121和第二插孔为一一对应的关系。

如图11所示，所述箱体21的内部修筑有路基路面模型22，所述的路基路面模型22由下至上依次为路基层221、底基层222、基层223和面层224，且其中的路基层221内设置有补偿层225，路基路面模型22的横截面的规格、各层的厚度以及补偿层的预埋深度可以按照实际情况进行选取。作为一种具体的实施方式，本实施例的路基路面模型22的横截面规格为1m×1m，路基层221、底基层222、基层223和面层224的厚度分别为80cm，30cm，25cm和8cm，补偿层225的预埋深度范围为70cm～90cm(以补偿层225的上表面为基准)，补偿层225的厚度范围为8cm～15cm。在这里，由于路基层221被补偿层225分割为上下两部分，其厚度为上、下两部分的厚度之和，即上、下两部分的厚度之和为80cm。所述路基层221的材料为级配良好的砾石混合料，所述的底基层222为二灰碱渣稳定土，所述的基层223为水泥稳定碎石，所述的面层224为沥青混凝土，所述的补偿层225为按一定比例混合的石膏和粉煤灰，混合比例范围为1：2～1:4。

为了使路基路面模型22能够受力均匀，所述的路基路面模型22的上方设置有第二压板23，且所述的第二压板23与箱体21为滑动连接。

为了能够实时的检测路面沉降的情况，所述箱体21的上部设置有安装架24，所述的安装架24上设置有位移传感器25，所述的位移传感器25与所述的控制系统相连。为了使测试的数据尽可能的准确，避免路基路面模型22因为受力不均而产生不均匀沉降，所述的位移传感器25为四个，分别位于所述箱体21的四个角上。

安装模型箱2时，首先根据补偿层225的预埋深度选取合适高度的第一插孔2121和第二插孔，然后将带有漏水孔的钢管26分别插入到此高度的第一插孔2121以及与该第一插孔2121相对应的第二插孔内，使所述的带漏水孔的钢管26位于设定的补偿层225的上方，且所述的漏水孔朝下，所述钢管26的外径为60mm。然后按照试验要求在箱体21内修筑路基路面模型22，然后盖上第二压板23，装上安装架24和位移传感器25。为了方便石灰浆体的注入，所述钢管26的两端均设置有L型弯管27，且L型弯管27的位于竖直方向的开口朝上。最后将安装好的模型箱2放到加压单元1内，并通过油缸12对路基路面模型22进行预定项目的测试。

实施例二：

如图16所示，所述的加压单元包括放置于第二压板上的压头，所述压头上放置有一定重量的重物，通过重物自身的重力对路基路面模型进行加压测试。其余结构同实施例一。

一种桥头沉降补偿量测试方法，包括以下步骤：

a)、设定路基路面模型，所述路基路面模型由下至上依次为路基层、底基层、基层和面层，且其中的路基层内设置有补偿层，具体参数为：

补偿层的预埋深度为70cm，厚度为11cm；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：2；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80cm、30cm、25cm、8cm；

路基路面模型的压实度为96％。

b)、根据步骤a)中设定的补偿层的预埋深度，在所述箱体上插入钢管，使钢管的轴线与所述补偿层的上表面的距离控制在5cm～10cm之间，且所述钢管的漏水孔朝下，然后在各个钢管的两端分别安装L型弯管。

c)、根据步骤a)中设定的各层的厚度，在箱体中依次铺设路基层、补偿层、底基层、基层和面层，并压实。

d)、在路基路面模型的上表面放置第二压板。

e)、在箱体的上部如图9所示位置安装位移传感器。

f)、将安装好的模型箱放置到加压单元内部，并使压头位于第二压板的上方。

g)、通过控制系统控制油缸向路基路面模型施加压力，与此同时，通过位移传感器检测路基路面模型的沉降量，并且每隔一天记录一次数据，直至沉降达到稳定状态；

h)、向各个钢管内注入石灰浆体，并记录注入的石灰浆体的体积，然后通过位移传感器检测路基路面模型的抬升量，并且每隔一天记录一次数据，直至抬升达到稳定状态；

i)、重建模型，更改设定参数，重复步骤b)～h)操作，设定的参数具体为

补偿层的预埋深度为80cm，厚度为15cm；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：3；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80cm、30cm、25cm、8cm；

路基路面模型的压实度为97％。

j)、重建模型，更改设定参数，重复步骤b)～h)操作，设定的参数具体为

补偿层的预埋深度为90cm，厚度为8cm；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：4；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80cm、30cm、25cm、8cm；

路基路面模型的压实度为98％。

k)、根据步骤a)～j)所得到的数据，进行下列分析

(1)不同的土质、埋深的情况下，沉降产生量随时间的变化规律，形成沉降量预测公式，用于确定补偿时机和补偿量。

(2)膨胀量的增长规律研究与补偿层的成分比例、位置、厚度、无侧限抗压强度、密实程度以及石灰浆体的注入量之间的关系，分析得出最佳的比例模型。

Claims (7)

1.一种桥头沉降补偿量测试装置，其特征在于：

包括加压单元、模型箱和控制系统；

所述加压单元包括框架、油缸、压头以及导向机构；

所述框架呈“门”字型，包括第一支腿、第二支腿以及设置于第一支腿和第二支腿上部的横梁；

所述油缸设置于所述横梁的中部，其缸体与所述横梁固定连接，其活塞杆的杆端设置有压头；

所述压头包括连接板和第一压板，所述连接板与所述油缸的活塞杆的杆端固定连接，所述连接板的下侧设置有若干个第一压板，且若干个所述的第一压板呈“井”字状排布；

所述模型箱包括箱体、路基路面模型、第二压板、位移传感器和若干个钢管，所述路基路面模型设置于所述箱体的内部，所述箱体的上部设置有位移传感器，所述第二压板设置于所述路基路面模型的上方，与所述箱体滑动连接；

所述箱体包括底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板，所述的底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板共同围成了一个无盖的长方体结构；

所述第一侧板上设置有若干个呈矩阵排列的第一插孔，所述的第二侧板上设置有若干个呈矩阵排列的第二插孔，所述的第一插孔和第二插孔为一一对应的关系；

所述路基路面模型由下至上依次为路基层、底基层、基层和面层，且其中的路基层内设置有补偿层；

所述补偿层为按1:2～1:4比例混合的石膏和粉煤灰；

若干个所述的钢管通过分别设置于所述第一侧板和第二侧板上的第一插 孔和第二插孔与所述的箱体相连，且所述的钢管上设置有漏水孔。

2.根据权利要求1所述的一种桥头沉降补偿量测试装置，其特征在于：所述导向机构包括设置于所述连接板的四个角上的导柱，其中靠近第一支腿一侧的导柱通过第一导向座与所述框架滑动连接，且与该侧导柱相配合的导向套与所述的第一导向座固定连接，靠近第二支腿一侧的导柱通过第二导向座与所述框架滑动连接，且与该侧导柱相配合的导向套与所述的第二导向座固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种桥头沉降补偿量测试装置，其特征在于：所述补偿层的预埋深度范围为70厘米～90厘米，厚度范围为8厘米～15厘米。

4.根据权利要求1所述的一种桥头沉降补偿量测试装置，其特征在于：所述路基层的材料为级配良好的砾石混合料，所述的底基层为二灰碱渣稳定土，所述的基层为水泥稳定碎石，所述的面层为沥青混凝土。

5.根据权利要求1所述的一种桥头沉降补偿量测试装置，其特征在于：所述钢管的两端均分别设置有L型弯管。

6.根据权利要求1所述的一种桥头沉降补偿量测试装置，其特征在于：所述路基路面模型的横截面规格为1m×1m，所述路基层、底基层、基层和面层的厚度分别为80厘米，30厘米，25厘米和8厘米。

7.一种利用权利要求1-6任意一项权利要求所述一种桥头沉降补偿量测试方法，其特征在于：

包括以下步骤，

a)、设定路基路面模型，所述路基路面模型由下至上依次为路基层、底基层、基层和面层，且其中的路基层内设置有补偿层，具体参数为

补偿层的预埋深度为70厘米，厚度为11厘米；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：2；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80厘米、30厘米、25厘米、8厘米

路基路面模型的压实度为96％；

b)、根据步骤a)中设定的补偿层的预埋深度，在所述箱体上插入钢管，使钢管的轴线与所述补偿层的上表面的距离控制在5厘米～10厘米之间，然后在各个钢管的两端分别安装L型弯管；

c)、根据步骤a)中设定的各层的厚度，在箱体中依次铺设路基层、补偿层、底基层、基层和面层，并压实；

d)、在路基路面模型的上表面放置第二压板；

e)、在箱体的上部安装位移传感器；

f)、将安装好的模型箱放置到加压单元内部，并使压头位于第二压板的上方；

g)、通过控制系统控制油缸向路基路面模型施加压力，与此同时，通过位移传感器检测路基路面模型的沉降量，并且每隔一天记录一次数据，直至沉降达到稳定状态；

h)、向各个钢管内注入石灰浆体，并记录注入的石灰浆体的体积，然后通过位移传感器检测路基路面模型的抬升量，并且每隔一天记录一次数据，直至抬升达到稳定状态；

i)、重建路基路面模型，重复步骤b)～h)操作，参数具体为

补偿层的预埋深度为80厘米，厚度为15厘米；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：3；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80厘米、30厘米、25厘米、8厘米；

路基路面模型的压实度为97％；

j)、重建路基路面模型，重复步骤b)～h)操作，设定的参数具体为

补偿层的预埋深度为90厘米，厚度为8厘米；

补偿层中石膏和粉煤灰的混合比例为1：4；

路基层、底基层、基层以及面层的材料分别为级配良好的砾石混合料、二灰碱渣稳定土、水泥稳定碎石、沥青混凝土；

路基层、底基层、基层以及面层的厚度分别为80厘米、30厘米、25厘米、8厘米；

路基路面模型的压实度为98％。