CN108279170A - 一种现场原位竖向压力加载装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种现场原位竖向压力加载装置和方法，所述装置包括反力支架；所述反力支架包括反力板、两端分别与所述反力板和地面固定连接的连接件；所述反力板下方依次设有施力组件和传力组件。本发明提供的技术方案，通过反力支架、施力组件和传力组件实现了对实验土块在原位进行竖向压力的加载，为不适于压重法的实验土体提供了一种可行可靠的方法；同时设置了球形连接件，避免了竖向压力荷载的偏心，确保了压力的竖向有效传递，保证了以次进行原位试验的可靠性。

Description

一种现场原位竖向压力加载装置和方法

技术领域

本发明涉及一种竖向压力加载技术，具体涉及一种现场原位竖向压力加载装置和方法。

背景技术

目前，获取岩土工程设计参数的试验手段主要有两种：一种为室内试验，另一种为原位试验。其中室内试验需要将现场岩土试样取回到实验室开展实验，岩土体在取样和运输过程易对岩土体造成扰动，造成土体结构发生变化，影响试验数据的准确性；原位试验选在岩土体所在位置就地开展试验工作，避免了岩土体的取样和运输环节，保证了岩土体的结构完整性，试验数据较室内试验更加准确。工程设计中，一般通过现场原位试验获取岩土工程设计参数。现场试验最关键的两个要素是：一要保证试验过程仪器方法操作的便捷性和简易性，此外要保证试验测试值的准确性，这也是目前输电线路地基基础设计参数测试领域中面临的最主要的两个问题之一。

对于部分现场原位试验需要向岩土体试样施加竖向荷载，如现场直剪试验、现场单向压缩试验。目前，岩土体现场原位试验多采用“压重法”提供作用于试验土样的竖向压力，即通过在试验土样中垒放重物，来施加作用于试验土样上的竖向作用力。压重法操作时为了实时显示堆载的准确荷载值，需要采用测力计量测每次堆载值大小，用以计算施加在试样上的竖向荷载，或者也可以在堆载下方放置一个液压千斤顶，在液压千斤顶上方堆载，利用堆载作为反力结构，采用液压千斤顶对试样施加竖向荷载，其中堆载的数量需以液压千斤顶施加的反向荷载为准，同时堆砌荷载需要在支撑结构上均匀分布，这样需要的作业面积很大，并且上述两项技术要求不易控制，实际操作需要的人力和物力较大，容易引起试验误差。

近年来部分学者提出在试样四周打锚杆，同时灌浆，利用锚杆基础作为反力结构，结合液压千斤顶向试样施加竖向力，这种方法必须得等到锚杆灌浆体养护28天以后方可开始试验，试验周期较长，不利于工程应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请人设计了一种现场原位竖向压力加载装置和方法；利用旋拧进入土体的螺旋锚基础作为反力结构结合液压千斤顶向试验土样施加竖向压力，一方面解决了压重法操作空间要求大、实施要求不易控制的弊端，另一方面也无需锚杆基础的养护，缩短了试验的周期。

本发明的目的是通过下述技术方案进行实现的：

本发明提供了一种现场原位竖向压力加载装置，所述装置包括反力支架、施力组件；其中，所述反力支架包括反力板、以及一端与所述反力板固定连接且呈对称分布的连接件，所述连接件的另一端用于与地面固定连接；所述反力板下表面与所述施力组件上方连接，所述施力组件下方设有传力组件，所述施力组件下方的传力组件被置于实验土块上方时将所述施力组件的竖向压力传递给所述实验土块。

优选的，所述连接件包括螺旋锚，所述连接件与地面固定连接的方式包括所述螺旋锚的下端旋入地面。

优选的，所述连接件包括涨壳锚杆，所述连接件与地面固定连接的方式包括将所述涨壳锚杆下端置于预先在地面钻挖的锚孔内并浇筑混凝土。

优选的，所述涨壳锚杆包括下端设有外螺纹的锚杆和与所述锚杆螺纹连接的涨壳机构。

优选的，所述涨壳机构包括圆柱形滑动件和U形涨壳侧翼；所述圆柱形滑动件轴心设有轴孔；轴孔内壁设有与所述外螺纹匹配的内螺纹；所述圆柱形滑动件两侧设有滑道；所述U形涨壳侧翼的两侧壁从下至上向内倾斜；所述圆柱形滑动件设于所述U形涨壳侧翼内，所述U形侧翼的两侧壁分别置于所述滑道内。

优选的，所述施力组件的上方同样设有传力组件，所述施力组件上方的传力组件位于所述反力板和所述施力组件之间。

优选的，所述施力组件上、下方的传力组件分别采用上压板和下压板。

优选的，所述施力组件包括千斤顶，所述千斤顶连接有油泵；所述千斤顶与所述油泵间的油管上设有分油阀。

优选的，所述反力板与所述施力组件之间通过球形连接件连接。

优选的，所述球形连接件包括球缺槽和设于所述球缺槽内的球形件。

优选的，所述装置还包括数据采集系统；

所述数据采集系统包括用于测量施力组件的施压的压力传感器、用于测量所述施力组件下方的传力组件施压的压力传感器、用于测量所述传力组件竖向位移的位移传感器以及分别与所述压力传感器和所述位移传感器连接的数据采集箱。

本发明提供了一种使用所述的装置进行现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将所述连接件固定于作业基坑底部；

在所述连接件之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块；

启动所述加载装置中的施力组件并均匀施压于所述施力组件下方的传力组件。

优选的，在将所述连接件固定于作业基坑底部之前，还包括：

确定满足预设要求的场地；

在所述场地挖设作业基坑。

优选的，所述实验土块的水平截面为正方形；所述作业基坑的横截面与所述实验土块的横截面同心且其边长与所述实验土块的横截面的边长差大于等于4m。

优选的，所述连接件设于所述实验土块水平截面的四角反向延长线上。

优选的，所述连接件之间的连接线所形成的正方形边长与所述实验土块水平截面的边长差为3m。

优选的，所述连接件为螺旋锚；所述将所述连接件固定于作业基坑底部，包括：

根据施工要求选择人工旋进方法或者机械钻进法在作业基坑底部安装螺旋锚。

优选的，所述机械钻进法包括：

将螺旋锚与作业基坑底部的相应位置相抵，启动所述植锚机；所述植锚机与所述螺旋锚连接；

所述植锚机对所述螺旋锚施加稳定下压力且保持一个转进方向使其匀速向下，直至所述螺旋锚旋入设定标高。

优选的，所述连接件为涨壳锚杆；所述将连接件固定于作业基坑底部，包括：

将涨壳锚杆置于预先在地面钻挖的锚孔中；

旋转所述涨壳锚杆使其与所述锚孔的侧壁紧固；

将所述涨壳锚杆与所述锚孔侧壁间的空隙浇筑混凝土。

优选的，所述挖设实验土块包括：

在作业基坑底部向下挖设一沟槽，位于沟槽中央的土方为实验土块。

优选的，在所述连接件之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块之后，还包括：

在所述实验土块外部套设保护套；所述保护套包括四个侧壁；所述侧壁的高度小于所述实验土块的高度。

与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的技术方案，通过反力支架、施力组件和传力组件实现了对实验土块在原位进行竖向压力的加载，为不适于压重法的实验土体提供了一种可行可靠的方法。

2、本发明提供的技术方案，设置了球形连接件，避免了竖向压力荷载的偏心，确保了压力的竖向有效传递，保证了以此进行原位试验的可靠性。

3、本发明提供的技术方案，施力组件采用液压千斤顶；反力架采用螺旋锚和反力板组成，避免了反力支架的立杆的安装复杂繁琐，避免浇筑等不能时时操作的长时步骤，增加了施力装置的使用效率，且省时省力，进而提高了原位试验的效率。

4、本发明提供的技术方案，采用人工旋进方法或者机械钻进法进行螺旋锚的安装，且位置处于实验土块的四周且其关于实验土块对称，能够有效传递、分担反力板受到的上拔力，为千斤顶对实验土块的竖向压力施加提供了保证。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1：本发明提供的装置的正视图；

图2：本发明提供的装置的结构图；

图3：本发明提供的涨壳机构的正视图；

图4：本发明提供的涨壳机构的俯视图；

图5：本发明提供的锚杆的正视图；

图6：本发明提供的涨壳锚杆涨壳前的主视图；

图7：本发明提供的涨壳锚杆涨壳后的主视图；

附图标记：1-螺旋锚，2-反力板，3-螺栓，4-千斤顶，5-油泵，6-油管、7-分油闸、8-上压板、9-下压板、10-球形连接件、11-球缺槽、12-球形件、13-涨壳锚杆、14-滑动件、15-轴孔、16-U形涨壳侧翼、17-侧壁、18-滑道、19-锚杆、20-锚孔。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1、

如图1和图7所述，本发明提供了一种现场原位竖向压力加载装置，所述装置包括反力支架和施力组件；其中，所述反力支架包括反力板2、以及一端与所述反力板固定连接且呈对称分布的连接件，所述连接件的另一端用于与地面固定连接；所述反力板2下表面与所述施力组件上方连接，所述施力组件下方设有传力组件，所述施力组件下方的传力组件被置于实验土块上方时将所述施力组件的竖向压力传递给所述实验土块；

所述连接件可以选择4根φ36mm，长3m的连接件。

如图1所示，所述连接件可以包括螺旋锚1，所述连接件与地面固定连接的方式可以包括所述螺旋锚1的下端旋入地面。

如图2-7所示，所述连接件可以包括涨壳锚杆13，其下端可以置于预先在地面钻挖的锚孔20内并浇筑混凝土；

具体实施时，可以采用钻孔设备钻出110mm直径、3m深的锚孔。

所述涨壳锚杆可以包括下端设有外螺纹的锚杆20和与所述锚杆螺纹连接的涨壳机构。

所述涨壳机构包括圆柱形滑动件14和U形涨壳侧翼16；所述圆柱形滑动件14轴心设有轴孔15；轴孔15内壁设有与所述外螺纹匹配的内螺纹；所述圆柱形滑动件14两侧设有滑道18；所述U形涨壳侧翼的两侧壁17从下至上向内倾斜；所述圆柱形滑动件14设于所述U形涨壳侧翼16内，所述U形侧翼的两侧壁17分别置于所述滑道18内。

所述施力组件的上方同样设有传力组件，所述施力组件上方的传力组件位于所述反力板2和所述施力组件之间。

所述施力组件上、下方的传力组件分别可以采用上压板8和下压板9。

所述施力组件可以包括千斤顶4；所述千斤顶4连接有油泵5；所述千斤顶4与所述油泵5间的油管6上设有分油阀7；所述千斤顶可以选择10t吨位、行程20mm的液压千斤顶。

所述反力板2与所述施力组件之间可以通过球形连接件10连接。

所述球形连接件10包括球缺槽11和设于所述球缺槽内的球形件12；所述球缺槽11的半径可以略大于所述球形件10的半径，所述球形件10一半体积置于所述球缺槽11内，因此所述球缺槽11与所述球形件10只存在一点接触，因此可以将所述施力组件施加于所述反力板2的压力集中于上述一点，如此避免了二者之间负载压力的偏心。

所述装置还可以包括数据采集系统；

所述数据采集系统包括用于测量施力组件的施压的压力传感器、用于测量所述施力组件下方的和传力组件施压的压力传感器和用于测量所述传力组件的竖向位移的位移传感器以及分别与所述压力传感器和所述位移传感器连接的数据采集箱。

实施例2、

基于同一发明构思，本发明还提供了一种利用上述的装置进行现场原位竖向压力加载的方法，所述方法包括如下步骤：

将所述连接件固定于作业基坑底部，本实施例中的连接件采用螺旋锚1；

在所述螺旋锚1之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块；

启动加载装置中的施力组件并均匀施压于所述施力组件下方的传力组件。

在将所述连接件固定于作业基坑底部之前，还包括：

确定满足预设要求的场地；

在所述场地挖设作业基坑。

所述实验土块的水平截面为正方形；所述作业基坑的横截面与所述实验土块的横截面同心且其边长与所述实验土块的横截面的边长差大于等于4m。

所述螺旋锚1设于所述实验土块水平截面的四角反向延长线上。

所述螺旋锚1之间的连接线所形成的正方形边长与所述实验土块水平截面的边长差为3m。

安装所述螺旋锚1时，

根据施工要求选择人工旋进方法或者机械钻进法在作业基坑底部安装螺旋锚1；保证所述螺旋锚1竖直：

所述人工旋进方法适用于地基较软的条件；

所述机械钻进法适用于地基较硬的条件。

所述机械钻进法包括：

将螺旋锚1与作业基坑底部的相应位置相抵，启动所述植锚机；所述植锚机与所述螺旋锚连接；

所述植锚机向所述螺旋锚1施加稳定下压力且保持一个转进方向使其匀速向下，直至所述螺旋锚1旋入设定标高。

所述挖设实验土块包括：

在作业基坑底部向下挖设一沟槽，位于沟槽中央的土方为实验土块；须保证挖出的试验土样满足直接剪切试验的试验大小要求；

在所述连接件间连接线形成的中心位置挖设实验土块之后，还包括：

在所述实验土块外部套设保护套；所述保护套包括四个侧壁；所述侧壁的高度小于所述实验土块的高度；

将螺旋锚1的自由端与反力板2采用螺栓连接，并在所述反力板2与所述实验土块之间从下至上依次放置下压板9、千斤顶4、上压板8、球形连接件10的球形件12和球缺槽11。

实施例3、

基于同一发明构思，本发明还提供了一种利用上述的装置进行现场原位竖向压力加载的方法，所述方法包括如下步骤：

将所述连接件固定于作业基坑底部；本实施例中的所述连接件采用涨壳锚杆13，可以选择4根φ36mm、3m长的涨壳锚杆；

在所述涨壳锚杆13之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块；

启动所述加载装置中的施力组件并均匀施压于所述施力组件下方的传力组件。

在将所述连接件固定于作业基坑底部之前，还包括：

确定满足预设要求的场地；

在所述场地挖设作业基坑。

所述实验土块的水平截面为正方形；所述作业基坑的横截面与所述实验土块的横截面同心且其边长与所述实验土块的横截面的边长差大于等于4m。

所述涨壳锚杆13设于所述实验土块水平截面的四角反向延长线上。

所述涨壳锚杆13之间的连接线所形成的正方形边长与所述实验土块水平截面的边长差为3m。

将所述涨壳锚杆13固定于作业基坑底部，包括：

将涨壳锚杆13置于锚孔20中；可以采用钻孔设备钻出110mm直径、3m深的锚孔20，然后将4根φ36mm、3m长的涨壳锚杆13支立于锚孔20中；

旋转所述涨壳锚杆13使其与所述锚孔20的侧壁紧固；旋转所述涨壳锚杆13的所述锚杆19，其沿所述滑动件14向下运动直至与所述U形涨壳侧翼16的底壁相抵，继续旋转所述锚杆19，在螺纹的相互作用下，所述滑动件14相对所述锚杆19和所述U形涨壳侧翼16向上运动，由于所述U形涨壳侧翼16的两侧壁17从下至上向内倾斜；因此侧壁17间的距离不满足容纳所述滑动件14；因此两侧壁17被所述滑动件14撑开；所述侧壁17向外张开与所述锚孔20的侧壁发生接触并直至相互紧固。

将所述涨壳锚杆13与所述锚孔20侧壁间的空隙浇筑混凝土；具体可以选择浇筑C30细石混凝土；并进行养护。

所述挖设实验土块包括：

在作业基坑底部向下挖设一沟槽，位于沟槽中央的土方为实验土块；须保证挖出的试验土样满足直接剪切试验的试验大小要求；

在所述涨壳锚杆13之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块之后，还包括：

在所述实验土块外部套设保护套；所述保护套包括四个侧壁；所述侧壁的高度小于所述实验土块的高度；

将涨壳锚杆13的自由端与反力板2采用螺栓3连接，并在所述反力板2与所述实验土块之间从下至上依次放置下压板9、千斤顶4、上压板8、球形连接件10的球形件12和球缺槽11。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (21)

1.一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述装置包括反力支架、施力组件；其中，所述反力支架包括反力板、以及一端与所述反力板固定连接且呈对称分布的连接件，所述连接件的另一端用于与地面固定连接；所述反力板下表面与所述施力组件上方连接，所述施力组件下方设有传力组件，所述施力组件下方的传力组件被置于实验土块上方时将所述施力组件的竖向压力传递给所述实验土块。

2.根据权利要求1所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述连接件包括螺旋锚，所述连接件与地面固定连接的方式包括所述螺旋锚的下端旋入地面。

3.根据权利要求1所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述连接件包括涨壳锚杆，所述连接件与地面固定连接的方式包括将所述涨壳锚杆下端置于预先在地面钻挖的锚孔内并浇筑混凝土。

4.根据权利要求3所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述涨壳锚杆包括下端设有外螺纹的锚杆和与所述锚杆螺纹连接的涨壳机构。

5.根据权利要求4所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述涨壳机构包括圆柱形滑动件和U形涨壳侧翼；所述圆柱形滑动件轴心设有轴孔；轴孔内壁设有与所述外螺纹匹配的内螺纹；所述圆柱形滑动件两侧设有滑道；所述U形涨壳侧翼的两侧壁从下至上向内倾斜；所述圆柱形滑动件设于所述U形涨壳侧翼内，所述U形侧翼的两侧壁分别置于所述滑道内。

6.根据权利要求1所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述施力组件的上方同样设有传力组件，所述施力组件上方的传力组件位于所述反力板和所述施力组件之间。

7.根据权利要求6所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述施力组件上、下方的传力组件分别采用上压板和下压板。

8.根据权利要求1所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述施力组件包括千斤顶，所述千斤顶连接有油泵；所述千斤顶与所述油泵间的油管上设有分油阀。

9.根据权利要求1所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述反力板与所述施力组件之间通过球形连接件连接。

10.根据权利要求9所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述球形连接件包括球缺槽和设于所述球缺槽内的球形件。

11.根据权利要求1所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述装置还包括数据采集系统；

所述数据采集系统包括用于测量施力组件的施压的压力传感器、用于测量所述施力组件下方的传力组件施压的压力传感器、用于测量所述传力组件竖向位移的位移传感器以及分别与所述压力传感器和所述位移传感器连接的数据采集箱。

12.使用权利要求1至权利要求11中任一项所述的装置进行现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将所述连接件固定于作业基坑底部；

在所述连接件之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块；

启动所述加载装置中的施力组件并均匀施压于所述施力组件下方的传力组件。

13.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，在将所述连接件固定于作业基坑底部之前，还包括：

确定满足预设要求的场地；

在所述场地挖设作业基坑。

14.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述实验土块的水平截面为正方形；所述作业基坑的横截面与所述实验土块的横截面同心且其边长与所述实验土块的横截面的边长差大于等于4m。

15.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述连接件设于所述实验土块水平截面的四角反向延长线上。

16.根据权利要求15所述的一种现场原位竖向压力加载装置，其特征在于，所述连接件之间的连接线所形成的正方形边长与所述实验土块水平截面的边长差为3m。

17.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述连接件为螺旋锚；所述将所述连接件固定于作业基坑底部，包括：

根据施工要求选择人工旋进方法或者机械钻进法在作业基坑底部安装螺旋锚。

18.根据权利要求17所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述机械钻进法包括：

将螺旋锚与作业基坑底部的相应位置相抵，启动所述植锚机；所述植锚机与所述螺旋锚连接；

所述植锚机对所述螺旋锚施加稳定下压力且保持一个转进方向使其匀速向下，直至所述螺旋锚旋入设定标高。

19.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述连接件为涨壳锚杆；所述将连接件固定于作业基坑底部，包括：

将涨壳锚杆置于预先在地面钻挖的锚孔中；

旋转所述涨壳锚杆使其与所述锚孔的侧壁紧固；

将所述涨壳锚杆与所述锚孔侧壁间的空隙浇筑混凝土。

20.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，所述挖设实验土块包括：

在作业基坑底部向下挖设一沟槽，位于沟槽中央的土方为实验土块。

21.根据权利要求12所述的一种现场原位竖向压力加载的方法，其特征在于，在所述连接件之间的连接线形成的中心位置挖设实验土块之后，还包括：

在所述实验土块外部套设保护套；所述保护套包括四个侧壁；所述侧壁的高度小于所述实验土块的高度。