CN108005130B - 一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法 - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
Abstract
本发明公开了一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，将原状土制作为重塑土，通过控制含水率的变化，采用多维加载装置施加荷载，进行膨胀土地基上桩基础的上拔和下压承载特性试验，获得相应的上拔荷载及下压荷载与上拔位移及下压位移的关系，从而了解随着含水率的改变，桩基础承载力的变化情况，主要包括如下步骤：（1）重塑土土样制备；（2）模型箱填注重塑土土样；（3）桩基模型的制作；（4）传感器埋置；（5）施加竖向荷载；（6）试验结束。本发明可以有效测试膨胀土地基桩基础的上拔承载力，简单易行，经济可靠。
Description
技术领域
本发明属于输电线路塔基础工程建设领域，具体是一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法。
背景技术
我国输电技术已迈入“特高压”时代。而暴雨、干旱、冰灾雪灾等极端天气逐渐增多，输电工程建设也迎来了极大的挑战，作为架空输电线路重要组成部分的杆塔基础同时也面临着新的考验。
膨胀岩土组成含有多量的强亲水性粘土矿物，具有吸水量大、高塑性以及剧烈的膨胀性与收缩性等工程特性，膨胀岩土地基遇水后的崩解、胀缩、泥化等作用将造成杆塔基础的失稳，在其上修筑输电线路存在一定问题和困难，给工程质量带来严重隐患。
目前，现有规范《架空输电线路基础设计技术规程》（DLT 5219-2014）尚未对膨胀岩土地基上修筑杆塔基础做出具体规定，因此，研究膨胀土其工程特性对杆塔基础承载力的影响规律，对于解决我国电网建设中膨胀岩土地基中输电线路塔基设计、建设、运营维护等问题显得尤为重要。为弥补输电线路膨胀土地基承载力现有研究的不足，针对膨胀土地基上桩基础抗拔承载力研究亟待解决的问题，本发明提出一种测试含水率对输电线路膨胀土地基桩基础承载特性影响的试验方法，从而更好的指导输电线路膨胀土地基上桩基础的工程实践。
公告号为CN 106337446 B的专利公开了一种桩基础抗拔性能测试的室内试验装置及其试验方法，该发明制作重塑土土样以及桩基模型的方法过于简单，不能保证试验的可靠性和代表性。公告号为CN 104631519 B的专利公开了一种复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验装置及试验方法，该发明试验操作不够简便，而且不能对膨胀土地基的桩基础承载特性进行试验。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）：重塑土土样制备：将原状土晒干、粉碎制作为重塑土；
步骤（2）：模型箱填注重塑土土样：所述重塑土土样加水搅拌达到预定的含水率后填注至模型箱内；
步骤（3）：桩基模型的制作：参考实际工程中钻孔灌注桩的桩身材料和桩身参数，按照抗弯刚度的相似比制备桩基模型；
步骤（4）：传感器埋置：在所述桩基模型内埋设力传感器、位移传感器和土压力传感器，桩体和桩底土压力传感器埋置完成后，对土体回填，击实桩周土体，取样测量其干密度，保证和周围土体干密度一致；
步骤（5）：施加竖向荷载：清理试验平台，摆正试验平台上多维力加载装置的加载夹具，使其自然垂直向下，避免在加载过程中产生弯矩；将已装备好重塑土土样和传感器的模型箱从滑动平台推入到所述加载夹具下方，移动所述加载夹具保证其与模型桩的加载头紧密连接，防止加载过程中产生错动；通过液压加载系统向桩顶部实施组合荷载，施加荷载时采用力控制方式，试样加载过程中的各项试验数据包括桩顶压力、桩顶位移，桩底土压力以及应变片数据通过计算机自动数据采集处理系统自动采集，进行完下压试验后，需更换位置，重新钻孔进行上拔试验；
步骤(6)：试验结束：关闭所述多维力加载装置后关闭加载装置控制程序，断开电源。
优选的，所述步骤（1）中，土样制备严格按照《土工试验规程》SL237－032－1999执行。
优选的，所述步骤（2）中，将重塑土土样分层击实至天然干密度1.70g/cm3，分层面进行刮毛处理。
优选的，所述步骤（3）中，所述桩基模型的桩身内等距布置应变片，所述应变片用胶水密封，所述桩基模型的桩头处设置开孔以引出应变片导线，所述应变片导线与应变仪电连接，所述应变仪电连接于电脑。
优选的，所述步骤（4）中，所述桩基模型桩顶的力传感器和位移传感器固定在多维力加载装置上，所述桩基模型内部距离桩底2cm处设置土压力传感器，土体表面设置位移传感器，用于测量含水率变化过程中膨胀土的体积变化，所述力传感器、位移传感器和土压力传感器的导线均与多维力加载装置电连接，所述多维力加载装置电连接于电脑。
优选的，所述步骤（5）中，完成下压和上拔试验后，向模型箱加水，保证桩顶位置恒定，同时检测桩的内力变化以及土体表面位移的变化，加水深度达到大气影响层深度后，停止加水，重新挖孔进行第二组含水率的试验。
优选的，所述多维力加载装置连接伺服器。
优选的，所述桩基模型材料选用铝合金，所述桩基模型弹性模量为71GPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明将原状土制作为重塑土土样，通过控制含水率的变化，采用多维力加载装置施加荷载，进行膨胀土地基上桩基础的上拔和下压承载特性试验，获得相应的上拔荷载及下压荷载与上拔位移及下压位移的关系，从而了解随着含水率的改变，桩基础承载力的变化情况，简单易行，经济可靠。本发明按照规程制备重塑土土样，使得试验更加准确，更具代表性，模型箱填注重塑土土样时采用分层填注的方法，而且分层面上做刮毛处理，可以保证不同土层间粘合良好，桩基模型内埋设传感器后，对土体回填，并对桩周土体击实，取样测量其干密度，保证和周围土体干密度一致，减小操作造成试验误差，提高准确性，对桩基模型进行试验时，摆正试验平台上的加载夹具，使其自然垂直向下，避免在加载过程中产生弯矩，将已装备好土样和传感器的模型箱从滑动平台推入到加载夹具下方，移动加载夹具保证其与模型桩的加载头紧密连接，防止加载过程中产生错动，试样加载过程中的各项试验数据包括桩顶压力、桩顶位移，桩底土压力以及应变片数据通过计算机自动数据采集处理系统自动采集，自动化程度高，操作简便，数据可靠，土体表面位移传感器主要用于测量含水率变化过程中膨胀土的体积变化，桩体和桩底土压力器埋置完成后对土体回填，并对桩周土体击实，取样测量其干密度，保证和周围土体干密度一致，提高试验的准确性。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明实施例一中含水率对承载力的影响曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例一
如图1~2所示，一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，步骤（1）：重塑土土样制备：将原状土晒干、粉碎制作为重塑土；
具体的，土样制备严格按照《土工试验规程》SL237－032－1999执行。
步骤（2）：模型箱填注重塑土土样：所述重塑土土样加水搅拌达到15%含水率后填注至模型箱内；
具体的，所述模型箱的尺寸为800mm×800mm×1200mm，将重塑土土样分层击实至天然干密度1.70g/cm3，分层面进行刮毛处理。
步骤（3）：桩基模型的制作：参考实际工程中钻孔灌注桩的桩身材料和桩身参数，按照抗弯刚度的相似比制备桩基模型；
具体的，所述桩基模型的尺寸为40mm×40mm×540mm，所述桩基模型的桩身内等距布置应变片，所述应变片用胶水密封，所述桩基模型的桩头处设置开孔以引出应变片导线，所述应变片导线与应变仪电连接，所述应变仪电连接于电脑。
步骤（4）：传感器埋置：在所述桩基模型内埋设力传感器、位移传感器和土压力传感器，桩体和桩底土压力传感器埋置完成后，对土体回填，击实桩周土体，取样测量其干密度，保证和周围土体干密度一致；
具体的，所述桩基模型桩顶的力传感器和位移传感器固定在多维力加载装置上，所述桩基模型内部距离桩底2cm处设置土压力传感器，土体表面设置位移传感器，用于测量含水率变化过程中膨胀土的体积变化，所述力传感器、位移传感器和土压力传感器的导线均与多维力加载装置电连接，所述多维力加载装置电连接于电脑。
步骤（5）：施加竖向荷载：清理试验平台，摆正试验平台上多维力加载装置的加载夹具，使其自然垂直向下，避免在加载过程中产生弯矩；将已装备好重塑土土样和传感器的模型箱从滑动平台推入到所述加载夹具下方，移动所述加载夹具保证其与模型桩的加载头紧密连接，防止加载过程中产生错动；通过液压加载系统向桩顶部实施组合荷载，施加荷载时采用力控制方式，试样加载过程中的各项试验数据包括桩顶压力、桩顶位移，桩底土压力以及应变片数据通过计算机自动数据采集处理系统自动采集，进行完下压试验后，需更换位置，重新钻孔进行上拔试验；
具体的，完成下压和上拔试验后，向模型箱加水，保证桩顶位置恒定，同时检测桩的内力变化以及土体表面位移的变化，加水深度达到大气影响层深度后，停止加水，重新挖孔进行含水率为25%的试验。
步骤（6）：试验结束：关闭所述多维力加载装置后关闭加载装置控制程序，断开电源。
本发明预制含水率分别为10%、15%、25%、35%的重塑土土样进行上拔和下压试验，得出如图2所示的桩基础承载力与含水率的关系，如图2所示，随着含水率的增加，桩基础承载力先增大后减小，含水率为15%时桩基础承载力最大。
实施例二
步骤（1）：重塑土土样制备：将原状土晒干、粉碎制作为重塑土；
具体的，土样制备严格按照《土工试验规程》SL237－032－1999执行。
步骤（2）：模型箱填注重塑土土样：所述重塑土土样加水搅拌达到25%含水率后填注至模型箱内；
具体的，将重塑土土样分层击实至天然干密度1.70g/cm3，分层面进行刮毛处理。
步骤（3）：桩基模型的制作：参考实际工程中钻孔灌注桩的桩身材料和桩身参数，按照抗弯刚度的相似比制备桩基模型；
具体的，所述桩基模型的桩身内等距布置应变片，所述应变片用胶水密封，所述桩基模型的桩头处设置开孔以引出应变片导线，所述应变片导线与应变仪电连接，所述应变仪电连接于电脑。
步骤（4）：传感器埋置：在所述桩基模型内埋设力传感器、位移传感器和土压力传感器，桩体和桩底土压力传感器埋置完成后，对土体回填，击实桩周土体，取样测量其干密度，保证和周围土体干密度一致；
具体的，所述桩基模型桩顶的力传感器和位移传感器固定在多维力加载装置上，所述桩基模型内部距离桩底2cm处设置土压力传感器，土体表面设置位移传感器，用于测量含水率变化过程中膨胀土的体积变化，所述力传感器、位移传感器和土压力传感器的导线均与多维力加载装置电连接，所述多维力加载装置电连接于电脑。
步骤（5）：施加竖向荷载：清理试验平台，摆正试验平台上多维力加载装置的加载夹具，使其自然垂直向下，避免在加载过程中产生弯矩；将已装备好重塑土土样和传感器的模型箱从滑动平台推入到所述加载夹具下方，移动所述加载夹具保证其与模型桩的加载头紧密连接，防止加载过程中产生错动；通过液压加载系统向桩顶部实施组合荷载，施加荷载时采用力控制方式，试样加载过程中的各项试验数据包括桩顶压力、桩顶位移，桩底土压力以及应变片数据通过计算机自动数据采集处理系统自动采集，进行完下压试验后，需更换位置，重新钻孔进行上拔试验；
具体的，完成下压和上拔试验后，向模型箱加水，保证桩顶位置恒定，同时检测桩的内力变化以及土体表面位移的变化，加水深度达到大气影响层深度后，停止加水，重新挖孔进行第二组含水率的试验。
步骤（6）：试验结束：关闭所述多维力加载装置后关闭加载装置控制程序，断开电源。
本实施例将采集的土样粉碎后加水制成含水率为25%的重塑土土样，采用多维力加载装置对重塑土土样上的桩基模型进行上拔和下压承载试验。所述多维力加载装置连接伺服器，所述桩基模型材料选用铝合金，所述桩基模型弹性模量为71GPa。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明 的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）：重塑土土样制备：将原状土晒干、粉碎制作为重塑土；
步骤（2）：模型箱填注重塑土土样：所述重塑土土样加水搅拌达到预定的含水率后填注至模型箱内；
步骤（3）：桩基模型的制作：参考实际工程中钻孔灌注桩的桩身材料和桩身参数，按照抗弯刚度的相似比制备桩基模型；
步骤（4）：传感器埋置：在所述桩基模型内埋设力传感器、位移传感器和土压力传感器，桩体和桩底土压力传感器埋置完成后，对土体回填，击实桩周土体，取样测量其干密度，保证和周围土体干密度一致；
步骤（5）：施加竖向荷载：清理试验平台，摆正试验平台上多维力加载装置的加载夹具，使其自然垂直向下，避免在加载过程中产生弯矩；将已装备好重塑土土样和传感器的模型箱从滑动平台推入到加载夹具下方，移动加载夹具保证其与模型桩的加载头紧密连接，防止加载过程中产生错动；通过液压加载系统向桩顶部实施组合荷载，施加荷载时采用力控制方式，试样加载过程中的各项试验数据包括桩顶压力、桩顶位移，桩底土压力以及应变片数据通过计算机自动数据采集处理系统自动采集，进行完下压试验后，需更换位置，重新钻孔进行上拔试验；
步骤（6）：试验结束：关闭所述多维力加载装置后关闭加载装置控制程序，断开电源。
2.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述步骤（1）中，土样制备严格按照《土工试验规程》SL237－032－1999执行。
3.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述步骤（2）中，将重塑土土样分层击实至天然干密度1.70g/cm3，分层面进行刮毛处理。
4.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述桩基模型的桩身内等距布置应变片，所述应变片用胶水密封，所述桩基模型的桩头处设置开孔以引出应变片导线，所述应变片导线与应变仪电连接，所述应变仪电连接于电脑。
5.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述桩基模型桩顶的力传感器和位移传感器固定在多维力加载装置上，所述桩基模型内部距离桩底2cm处设置土压力传感器，土体表面设置位移传感器，用于测量含水率变化过程中膨胀土的体积变化，所述力传感器、位移传感器和土压力传感器的导线均与多维力加载装置电连接，所述多维力加载装置电连接于电脑。
6.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述步骤（5）中，完成下压和上拔试验后，向模型箱加水，保证桩顶位置恒定，同时检测桩的内力变化以及土体表面位移的变化，加水深度达到大气影响层深度后，停止加水，重新挖孔进行第二组含水率的试验。
7.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述多维力加载装置连接伺服器。
8.如权利要求1所述的含水率对膨胀土地基桩基础承载特性影响的测试方法，其特征在于：所述桩基模型材料选用铝合金，所述桩基模型弹性模量为71GPa。
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| GR01 | Patent grant | ||
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