CN106571099A - 一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，包括气压机、储浆罐和模型箱，气压机与储浆罐内部通过气压管连通，储浆罐的上部设置有灌浆口，储浆罐的底部设置有出浆口，出浆口通过注浆管与模型箱相连；通过调整模型箱内的纵向隔板和横向隔板，可以调整成型室的大小，进而调整注浆试件的有效尺寸，模拟不同道路基层或路基同尺寸大小的脱空。当抽出纵向隔板和横向隔板，调整活动板的初始高度，可模拟不同高度的脱空。注浆结束脱模时，可通过气压机向密闭的充气腔内充气加压，使活动板上升，将试件顶起脱模，简单方便。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，涉及模拟装置，具体涉及一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置。
背景技术
在行车荷载和自然环境作用下，道路基层或路基容易出现冲刷脱空、强度不足等病害，注浆加固补强是处置这些病害的有效方法。然而现场注浆施工过程具有很强的隐蔽性和不确定性，很难观测到道路内部浆液的流动和分布情况，这给注浆设计和实际施工带来诸多困难。室内模拟试验是研究注浆加固补强效果的常用方法，能够以较低的成本模拟现场注浆效果，为实际工程应用提供参考。现有注浆模拟装置多是在固定尺寸的封闭容器内注入浆液，不能有效模拟道路基层或路基在不同脱空程度下的注浆加固补强效果，且脱模困难，不利于注浆成型试件后续试验的研究。鉴于此，亟需研发一种针对道路基层或路基在不同脱空程度下注浆加固补强效果室内模拟试验装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，以较低的成本完成道路基层或路基不同程度的冲刷脱空时注浆加固补强效果的室内模拟，检验道路注浆加固补强中各种理论分析和数值计算，为道路注浆加固补强室内设计和实际工程应用提供参考。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，包括气压机、储浆罐和模型箱，气压机与储浆罐内部通过气压管连通，储浆罐的上部设置有灌浆口，储浆罐的底部设置有出浆口，出浆口通过注浆管与模型箱相连；
所述的模型箱包括箱体和上盖板，所述的上盖板上设置有多个注浆孔，每个注浆孔旁边的上盖板上对应设置有一个带有调节夹的注浆深度调节架，注浆管安装在调节夹上且与注浆孔相连；
所述的箱体内安装有与箱体底部平行的活动板，箱体侧壁上竖向设置有滑动导轨，活动板上设置有与滑动导轨配合的滑动头，活动板在箱体内能够沿着滑动导轨竖向运动，活动板将箱体分割为成型腔和密封的充气腔，箱体底部安装有用于支撑和调节活动板初始位置的调整螺杆，箱体底部还设置有充气头；
成型腔内安装有相互垂直的纵向隔板和横向隔板，纵向隔板与箱体的纵向侧壁平行且等长，与纵向隔板接触的箱体的一对横向侧壁上设置有多个横向限位孔，，横向限位销插入横向限位孔中限定纵向隔板的横向位置；纵向隔板的一侧沿着纵向加工有纵向滑动槽，横向隔板的一侧设置有滑动块，滑动块与纵向滑动槽配合安装，横向隔板的另一侧与箱体的纵向侧壁接触，纵向隔板的纵向滑动槽内沿着纵向设置有多个纵向限位孔，纵向限位销插入纵向限位孔中限定横向隔板的纵向位置；
成型腔内，纵向隔板、横向隔板、箱体的一个纵向侧壁、箱体的一个横向侧壁、活动板和上盖板构成一个立方体状的成型室，成型室的四壁配套有防护侧板。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的箱体和上盖板之间通过搭扣锁连接。
所述的上盖板包括上层钢板和下层橡胶垫，上层钢板和下层橡胶垫之间通过固定螺栓连接。
所述的注浆孔沿着矩形的上盖板的对角线均匀分布。
所述的注浆孔配有堵孔塞。
所述的上盖板上还设置有与成型室相连通的排气阀。
所述的横向隔板为多个带有燕尾槽和燕尾键的分离式隔板拼接组成。
所述的储浆罐的顶部设置有气压计和气压调节阀，储浆罐的出浆口上设置有出浆阀门和流量表。
所述的储浆罐内设置有搅拌桨。
所述的搅拌桨与搅拌手柄相连驱动。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)通过调整模型箱内的纵向隔板和横向隔板，可以调整成型室的大小，进而调整注浆试件的有效尺寸，模拟不同道路基层或路基同尺寸大小的脱空。当抽出纵向隔板和横向隔板，调整活动板的初始高度，可模拟不同高度的脱空。
(Ⅱ)注浆结束脱模时，可通过气压机向密闭的充气腔内充气加压，使活动板上升，将试件顶起脱模，简单方便。
(Ⅲ)箱体与上盖板为分离式，搭扣锁连接，且上盖板装有橡胶垫，拆卸方便，密封性好。
(Ⅳ)注浆深度调节架与调节夹配合使用，可调整注浆管的注浆深度。
(Ⅴ)储浆罐为下部成圆弧状的桶型，搅拌桨下部为弧状，可防止地聚物注浆材料沉淀，保持地聚物注浆材料均匀。搅拌手柄通过O型密封圈实现密封，保证储浆容器整体密封性良好。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为上盖板整体结构示意图。
图3为上盖板的剖视结构示意图。；
图4为堵孔塞的结构示意图。
图5为模型箱整体结构示意图。
图6为模型箱内部的俯视结构示意图。
图7为纵向隔板的整体结构示意图。
图8为纵向隔板的正视结构示意图。
图9为横向隔板的正视结构示意图。
图10为分离式隔板的俯视结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-气压机，2-储浆罐，3-模型箱，4-气压管，5-注浆管；
(2-1)-灌浆口，(2-2)-出浆口，(2-3)-气压计，(2-4)-气压调节阀，(2-5)-出浆阀门，(2-6)-流量表，(2-7)-搅拌桨，(2-8)-搅拌手柄；
(3-1)-箱体，(3-2)-上盖板，(3-3)-注浆孔，(3-4)-注浆深度调节架，(3-5)-调节夹，(3-6)-活动板，(3-7)-滑动导轨，(3-8)-滑动头，(3-9)-成型腔，(3-10)-充气腔，(3-11)-调整螺杆，(3-12)-充气头，(3-13)-纵向隔板，(3-14)-横向隔板，(3-15)-横向限位孔，(3-16)-横向限位销，(3-17)-纵向滑动槽，(3-18)-滑动块，(3-19)-纵向限位孔，(3-20)-纵向限位销，(3-21)-成型室，(3-22)-防护侧板，(3-23)-搭扣锁，(3-24)-堵孔塞，(3-25)-排气阀，(3-26)-万向轮；
(3-2-1)-上层钢板，(3-2-2)-下层橡胶垫，(3-2-3)-固定螺栓；
(3-14-1)-分离式隔板，(3-14-2)-燕尾槽，(3-14-3)-燕尾键。
(3-25-1)-塞体，(3-25-2)-旋转手柄，(3-25-3)-橡胶密封圈，(3-25-4)-外螺纹。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例：
遵从上述技术方案，如图1至图10所示，本实施例给出一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置,包括气压机1、储浆罐2和模型箱3，气压机1与储浆罐2内部通过气压管4连通，储浆罐2的上部设置有灌浆口2-1，储浆罐2的底部设置有出浆口2-2，出浆口2-2通过注浆管5与模型箱3相连；
所述的模型箱3包括箱体3-1和上盖板3-2，所述的上盖板3-2上设置有多个注浆孔3-3，每个注浆孔3-3旁边的上盖板3-2上对应设置有一个带有调节夹3-5的注浆深度调节架3-4，注浆管5安装在调节夹3-5上且深入注浆孔3-3中；
所述的箱体3-1内安装有与箱体3-1底部平行的活动板3-6，箱体3-1侧壁上竖向设置有滑动导轨3-7，活动板3-6上设置有与滑动导轨3-7配合的滑动头3-8，活动板3-6在箱体3-1内能够沿着滑动导轨3-7竖向运动，活动板3-6将箱体3-1分割为成型腔3-9和密封的充气腔3-10，箱体3-1底部安装有用于支撑和调节活动板3-6初始位置的调整螺杆3-11，箱体底部还设置有充气头3-12；
成型腔3-9内安装有相互垂直的纵向隔板3-13和横向隔板3-14，纵向隔板3-13与箱体3-1的纵向侧壁平行且等长，与纵向隔板3-13接触的箱体3-1的一对横向侧壁上设置有多个横向限位孔3-15，，横向限位销3-16插入横向限位孔3-15中限定纵向隔板3-13的横向位置；纵向隔板3-13的一侧沿着纵向加工有纵向滑动槽3-17，横向隔板3-14的一侧设置有滑动块3-18，滑动块3-18与纵向滑动槽3-17配合安装，横向隔板3-14的另一侧与箱体3-1的纵向侧壁接触，纵向隔板3-13的纵向滑动槽3-17内沿着纵向设置有多个纵向限位孔3-19，纵向限位销3-20插入纵向限位孔3-19中限定横向隔板3-14的纵向位置；
成型腔3-9内，纵向隔板3-13、横向隔板3-14、箱体3-1的一个纵向侧壁、箱体3-1的一个横向侧壁、活动板3-6和上盖板3-2构成一个立方体状的成型室3-21，成型室3-21的四壁配套有防护侧板3-22。
箱体3-1和上盖板3-2之间通过搭扣锁3-23连接。
上盖板3-2包括上层钢板3-2-1和下层橡胶垫3-2-2，上层钢板3-2-1和下层橡胶垫3-2-2之间通过固定螺栓3-2-3连接。
注浆孔3-3沿着矩形的上盖板3-2的对角线分布。
注浆孔3-3配有堵孔塞3-24。堵孔塞3-25包括塞体3-25-1，塞体顶部设置有旋转手柄3-25-2，塞体3-25-1上靠近旋转手柄的位置设置有一层橡胶密封圈3-25-3，橡胶密封圈3-25-3下方的塞体3-25-1上设置有与注浆孔3-3内壁上的内螺纹配合的外螺纹3-25-4。
上盖板3-2上还设置有与成型室3-21相连通的排气阀3-25。
横向隔板3-14为多个带有燕尾槽3-14-2和燕尾键3-14-3的分离式隔板3-14-1拼接组成。
储浆罐2的顶部设置有气压计2-3和气压调节阀2-4，储浆罐2的出浆口2-2上设置有出浆阀门2-5和流量表2-6。储浆罐2内设置有搅拌桨2-7。搅拌桨2-7与搅拌手柄2-8相连驱动。模型箱3底部设置有万向轮3-26。活动板3-6四周设置有密封条。注浆管5采用高压软管。
以下结合两个具体的例子说明本发明的工作过程。
应用例1：
现今最常用的基层为水泥稳定级配碎石基层，假定待加固补强道路为高速公路或一级公路，选定水泥稳定级配碎石作为模拟试验的基层材料。参考《公路路面基层施工技术细则》(JTGT F20-2015)中的相关规定，基层材料具体级配构成见表1。
表1 基层水泥稳定级配碎石级配
路面基层部分脱空时，假定4.75mm以下细集料被冲刷流失，只剩下4.75mm以上粗集料，参照原脱空路面基层材料配比，将4.75mm以上粗集料混合，制得脱空模拟所用松散粗集料混合料。通过调整螺杆3-12调整活动板3-7的初始位置，调整模型箱3内纵向隔板3-13的位置和横向隔板3-14的位置以及分离式隔板3-14-1组成的横向隔板3-14的宽度，放置防护侧板3-22，使得成型室3-21的长宽有效尺寸为60cm×60cm，并固定隔板位置。在防护侧板3-22的内壁涂一层润滑油，将制得的脱空模拟松散粗集料混合料放入成型室3-21内，盖上上盖板3-2，扣上搭扣锁3-23密封。选择合适的注浆孔3-3，将注浆管5通过注浆孔3-3放入模型箱内。将表1级配中4.75mm粒径以下集料按比例混合均匀作为注浆用细集料，将地聚物胶浆、细集料、水按照质量比为1：2.0：0.5的比例混合并搅拌均匀作为最终注浆材料，将制备好的注浆材料通过灌浆口2-1注入储浆罐2中，密封灌浆口并搅拌10min。连接好气压机1、储浆罐2和模型箱3等部件，组成完整的道路注浆加固补强室内模拟系统。
开启气压机1，储浆罐2内压力缓慢升至1.2MPa时，开启出浆阀门2-5，浆液进入模拟箱3的成型室3-21。首先使注浆管5位于较低位置，并打开排气阀3-25，有利于成型室3-21内多余气体排出，使得浆液扩散均匀。注浆过程中观察流量表2-6的读数，当其读数增长较慢时，通过注浆深度调节架3-4和调节夹3-5的调节，使注浆管上移，继续注浆，并观察储浆容器流量表读数，当其读数趋于稳定时停止注浆。注浆完成后静置养生12h，注浆材料与成型室3-21内松散集料胶结并具有初始强度，去掉上盖板3-2，利用气压机1向充气腔3-10内充气加压，使活动板3-6上升，成型室内注浆材料与粗集料形成的胶结体脱模，形成完整试件。
观察试件外观，注浆材料分布等表观形态，并将试件在常温下养生至3d、7d、28d龄期，然后通过钻心取样、切割制取圆柱形试件，观察圆柱形试件外观，并测试其抗压强度。试验结果如表2所示。
表2 路面基层脱空时地聚物注浆加固补强效果室内模拟试验结果
由表2可知，该装置能够较好地模拟实际道路路面基层冲刷脱空时注浆加固补强效果，成型的试件完好。通过该装置的室内模拟，试验结果表明地聚物是一种良好的道路路面基层注浆加固补强材料，快硬早强，其3d、7d抗压强度分别达到28d抗压强度的75％和90％以上，可作为道路基层快速修补材料。
应用例2：
当模拟路基脱空冲刷脱空时，将实施例1中的松散粗集料更换为松散砂性土，其余注浆过程相同。注浆完成后静置养生12h后脱模，并将试件在常温下养生至3d、7d、28d龄期，通过钻心取样、切割制取钻取 圆柱形试件，观察圆柱形试件外观，并测试其回弹模量。试验结果如表3所示。
表3 路基脱空时地聚物注浆加固补强效果室内模拟试验结果
由表3可知，该装置能够较好地模拟实际道路路基冲刷脱空时地聚物注浆加固补强效果，成型的试件完好。通过该装置的室内模拟，试验结果表明地聚物是一种良好的道路路基注浆加固补强材料，快硬早强，其3d、7d抗压强度分别达到28d抗压强度的70％和85％以上，可作为道路路基快速修补材料。
Claims (10)
1.一种道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，包括气压机(1)、储浆罐(2)和模型箱(3)，气压机(1)与储浆罐(2)内部通过气压管(4)连通，储浆罐(2)的上部设置有灌浆口(2-1)，储浆罐(2)的底部设置有出浆口(2-2)，出浆口(2-2)通过注浆管(5)与模型箱(3)相连；
所述的模型箱(3)包括箱体(3-1)和上盖板(3-2)，所述的上盖板(3-2)上设置有多个注浆孔(3-3)，每个注浆孔(3-3)旁边的上盖板(3-2)上对应设置有一个带有调节夹(3-5)的注浆深度调节架(3-4)，注浆管(5)安装在调节夹(3-5)上且与注浆孔(3-3)相连；
所述的箱体(3-1)内安装有与箱体(3-1)底部平行的活动板(3-6)，箱体(3-1)侧壁上竖向设置有滑动导轨(3-7)，活动板(3-6)上设置有与滑动导轨(3-7)配合的滑动头(3-8)，活动板(3-6)在箱体(3-1)内能够沿着滑动导轨(3-7)竖向运动，活动板(3-6)将箱体(3-1)分割为成型腔(3-9)和密封的充气腔(3-10)，箱体(3-1)底部安装有用于支撑和调节活动板(3-6)初始位置的调整螺杆(3-11)，箱体底部还设置有充气头(3-12)；
成型腔(3-9)内安装有相互垂直的纵向隔板(3-13)和横向隔板(3-14)，纵向隔板(3-13)与箱体(3-1)的纵向侧壁平行且等长，与纵向隔板(3-13)接触的箱体(3-1)的一对横向侧壁上设置有多个横向限位孔(3-15)，，横向限位销(3-16)插入横向限位孔(3-15)中限定纵向隔板(3-13)的横向位置；纵向隔板(3-13)的一侧沿着纵向加工有纵向滑动槽(3-17)，横向隔板(3-14)的一侧设置有滑动块(3-18)，滑动块(3-18)与纵向滑动槽(3-17)配合安装，横向隔板(3-14)的另一侧与箱体(3-1)的纵向侧壁接触，纵向隔板(3-13)的纵向滑动槽(3-17)内沿着纵向设置有多个纵向限位孔(3-19)，纵向限位销(3-20)插入纵向限位孔(3-19)中限定横向隔板(3-14)的纵向位置；
成型腔(3-9)内，纵向隔板(3-13)、横向隔板(3-14)、箱体(3-1)的一个纵向侧壁、箱体(3-1)的一个横向侧壁、活动板(3-6)和上盖板(3-2)构成一个立方体状的成型室(3-21)，成型室(3-21)的四壁配套有防护侧板(3-22)。
2.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的箱体(3-1)和上盖板(3-2)之间通过搭扣锁(3-23)连接。
3.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的上盖板(3-2)包括上层钢板(3-2-1)和下层橡胶垫(3-2-2)，上层钢板(3-2-1)和下层橡胶垫(3-2-2)之间通过固定螺栓(3-2-3)连接。
4.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的注浆孔(3-3)沿着矩形的上盖板(3-2)的对角线分布。
5.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的注浆孔(3-3)配有堵孔塞(3-24)。
6.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的上盖板(3-2)上还设置有与成型室(3-21)相连通的排气阀(3-25)。
7.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的横向隔板(3-14)为多个带有燕尾槽(3-14-2)和燕尾键(3-14-3)的分离式隔板(3-14-1)拼接组成。
8.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的储浆罐(2)的顶部设置有气压计(2-3)和气压调节阀(2-4)，储浆罐(2)的出浆口(2-2)上设置有出浆阀门(2-5)和流量表(2-6)。
9.如权利要求1所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的储浆罐(2)内设置有搅拌桨(2-7)。
10.如权利要求9所述的道路基层或路基注浆加固补强效果室内模拟装置，其特征在于，所述的搅拌桨(2-7)与搅拌手柄(2-8)相连驱动。
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