CN108643247B - 软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置及试验方法，该装置包括模型箱、支护桩模型、冠梁模型、内支撑模型、土体应力测量装置、桩体应变测量装置、基坑位移测量装置和试验土体，模型箱由钢板与有机玻璃构成；支护桩模型与内支撑模型采用PVC圆形管与PVC方形管构成，冠梁模型采用木板加工而成；土体应力测量装置由微型电阻土压力盒构成；桩体应变测量装置采由应变片构成。本发明可以对软土地区矩形基坑进行坑底土体加固后基坑开挖过程进行模拟，填补基坑底部土体加固模型试验研究的空白，为基坑底部土体加固后，基坑开挖对于自身与周边的影响的研究提供有效实验数据支持，为基坑工程设计与施工提供参考。

Description

软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置及试验方法，特别是涉及不同基坑底部土体加固形式下，基坑开挖模拟的模型试验装置及试验方法，可用于测量不同基坑开挖工况下基坑土压力和基坑变形问题。

背景技术

基坑变形涉及的因素较多，如土的性质、开挖方式、地下水情况、周围的环境等，对于基坑变形的控制通常从设计和施工两个方面进行考虑。设计中，选择合适的维护结构形式、合理的支撑结构体系、对锚杆和支撑施加预应力、对基坑底部(被动区)土体进行加固、保证围护结构最小入土深度可以有效减小基坑的变形；施工中，选择合理的施工顺序与土体开挖顺序，开挖前做好降水、开挖中做好防水等对于控制基坑变形也有很好的效果。

在软土地区，基坑工程中常采用对基坑底部土体进行加固的方法，来控制基坑的变形。坑底土体加固平面布置形式比较常见的是：满堂加固、抽条加固、裙边加固、墩式加固、格栅是加固等。目前国内外对坑内土体加固的研究大多使用数值模拟法和现场监测法。但是数值模拟法，数值模型的建立较为复杂、计算耗时而且与实际情况会有差距。现场监测法，耗时耗力，花费巨大，同时机械施工对于监测影响较大。目前对于基坑底部土体进行加固的模型试验还没有人进行过研究。

发明内容

本发明的发明目的是针对坑底加固研究中存在的不足，提供一种软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置及试验方法。

本发明的目的是这样实现的：一种矩形基坑底部土体加固模型试验装置，包括模型箱、支护桩模型、冠梁模型、内支撑模型、土体应力测量装置、桩体应变测量装置、基坑位移测量装置、试验土体、加固土体和薄木板。

所述模型箱前面、后面采用钢化有机玻璃，底面、左面和右面采用厚度为20mm的钢板制成。有机玻璃与钢板通过钢架围成模型箱。

所述模型箱前面有机玻璃中间位置沿着竖向进行刻度标定，顶部刻度为0。

所述模型箱右面钢板由两块相同钢板组成，所述两块钢板通过螺栓连接，可以拆卸。

所述模型箱右面两块钢板中，下部钢板中间顶部位置焊接一个小轮滑。

所述支护桩模型，采用PVC圆形管紧密排列通过冠梁模型连接成整体。

所述冠梁模型，采用木板加工而成，尺寸为100mm×40mm(宽×高)，长度根据模型箱宽度确定。对木板底面进行掏槽处理，掏槽为圆形，尺寸与PVC管相同，掏槽深20mm,掏槽个数与支护桩个数相同，凹槽用于固定支护桩。在木板正面长边进行掏槽处理，在长边的三等分区域掏出一个长50mm,宽10mm,深20mm的凹槽，用于固定支撑。

所述支撑模型支撑采用PVC空心方管，截面尺寸为：50mm×40mm×4mm(长×宽×壁厚)，长度根据基坑开挖尺寸确定。

所述土体应力测量装置，采用定制土压力盒，直径为15mm，厚度为4.8mm，量程为50kPa。埋设在所述PVC管迎土侧，沿着PVC管，每隔100mm布置一个。

所述桩体弯矩测量装置，将PVC管剖开，在PVC管两侧内壁等高粘贴应变片。在坑底以上，管内应变片每隔100mm布置一个；坑底以下，每隔50mm一个。粘贴好应变片后，将PVC管黏合成原样。

所述基坑位移测量装置，采用百分表与磁性表座构成。

所述基坑位移测量包括支护桩顶侧向位移测量与桩后土体竖向位移测量。

所述桩顶侧向位移测量点布置在冠梁上，使用百分表测得。

所述桩后土体竖向位移测量点，垂直于冠梁，水平向每隔100mm布置一个，使用百分表测得。

所述试验土体包括普通软土与加固土体。

所述加固土体采用水灰比1:1超细水泥浆液与普通软土进行混合，超细水泥浆液用量取普通软土质量的8％。

所诉薄木板用于围成基坑底部土体加固区域。

本发明有益效果为：

本发明试验装置可以对基坑底部土体不同加固形式进行模拟，通过各种量测仪器，可精确测出基坑开挖过程中，围护结构与基坑的应力变化与变形情况。围护结构的抗倾覆能力也能通过本装置测出。本试验装置操作方便，设计的仪器构造简单，易于操作。采用本试验装置对基坑底部土体不同加固形式进行试验研究，可谓实际工程提供良好的咨询与建议。

附图说明

图1是试验装置剖面图；

图2是试验装置俯视图；

图3是冠梁底面图；

图4是冠梁上表面图；

图5是支护桩应变片布置图；

图6是土压力盒布置图；

图7是位移测量装置布置图；

图8是模型试验流程图；

图9抗倾覆模型试验图

图中：1.模型箱左面钢板；2.模型箱前面有机玻璃刻度；3.冠梁模型；4.内支撑模型；5.模型箱右面上部钢板；6.滑轮；7.模型箱右面下部钢板；8.模型箱前面有机玻璃；9.支护桩模型；10.模型箱后面有机玻璃；11.冠梁下表面圆形掏槽；12.冠梁上表面方形掏槽；13.位移测量装置，百分表；14.应变片；15.微型电阻土压力盒；16.百分表；17.细线；18.砝码。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1至图9，一种软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置及试验方法，该装置包括模型箱、支护桩模型、冠梁模型、内支撑模型、土体应力测量装置、桩体应变测量装置和基坑位移测量装置。

所述模型箱左面为一块厚20mm的钢板1，右面为两块尺寸相同的钢板5、7组成，前、后面为有机玻璃8、10，通过钢架围成。

所述模型箱前面有机玻璃8，在表面竖向进行刻度标记2，顶部刻度为0。

所述模型箱右面下部钢板7，在顶部焊接一个滑轮6。

所述支护桩模型9，由PVC圆形管组成。

所述冠梁模型3，通过对木板进行加工而成，尺寸为100mm×40mm(宽×高)，长度根据模型箱宽度确定。冠梁模型3上表面进行方形掏槽12处理，在长边的三等分区域掏出一个长50mm,宽10mm,深20mm的凹槽，用于固定支撑。下表面进行圆形掏槽11处理，尺寸与PVC管相同，掏槽深20mm,掏槽个数与支护桩个数相同，凹槽用于固定支护桩。

所述内支撑模型4，由方形PVC管组成，截面尺寸为：50mm×40mm×4mm(长×宽×壁厚)，长度根据基坑开挖尺寸确定。

所述土体应力测量装置由微型电阻土压力盒15组成。

所述桩体应变测量装置由应变片14组成。

所述基坑位移测量装置由百分表13组成。

具体实验步骤如下：

1、本试验装置针对矩形基坑，故选取基坑的一半进行模拟。

2、如图5所示，将应变片14沿着支护桩模型9进行粘贴。在坑底以上，每隔100mm布置一个；坑底以下，应变片14之间间隔减小，每隔50mm一个.

3、如图6所示，在支护桩模型9迎土侧，沿着PVC管，每隔100mm粘贴一个微型电阻土压力盒15。

4、将支护桩模型9与冠梁模型3下表面的圆形掏槽11通过玻璃胶黏合成一体，待完全凝固后，架设在模型箱指定位置。

5、加固土体的制备，采用水灰比1:1超细水泥浆液与试验土体进行混合，所述超细水泥浆液用量取试验土体质量的8％。

6、对模型箱进行填土，采用分层填筑的方式，逐层压实。

7、如图8③所示，当土体填入达到预定加固土体底部高度时,用几块薄木板围成加固区域，底部铺设塑料薄膜，防止加固土体的浆液流失，将加固区域围好后，将制备好的加固土体浇筑到加固区域，并且压实。将试验土体继续填入模型箱，直到与加固土体等高，压实后抽离薄木板，继续填土指定高度。

8、填土完成后，架设基坑位移测量装置13。

9、基坑采用分层开挖的方式，第一层土体开挖完成后，架设内支撑模型4，如图8⑥所示。

10、每层土体开挖,记录各项仪器读数，直到开挖到指定深度位置结束。

Claims (1)

1.一种软土地区矩形基坑底部土体加固模型试验装置的试验方法，其特征在于，所述装置包括模型箱、支护桩模型、冠梁模型、内支撑模型、土体应力测量装置、桩体应变测量装置、基坑位移测量装置和试验土体；

所述模型箱前后面采用有机玻璃，左面采用20mm厚钢板，右面采用两块相同钢板连接而成，可拆卸；

所述模型箱前面有机玻璃表面进行刻度标记，玻璃顶部刻度为0；

所述模型箱右面下部钢板，在顶部中间位置焊接滑轮；

所述冠梁模型采用木板加工而成，尺寸为宽100mm，高40mm，长度根据模型箱宽度确定，对木板底面进行掏槽处理，掏槽为圆形，尺寸与PVC管相同，掏槽深20mm，掏槽个数与支护桩个数相同，凹槽用于固定支护桩，在木板正面长边进行掏槽处理，在长边的三等分区域掏出一个长50mm,宽10mm,深20mm的凹槽，用于固定内 支撑；

所述内支撑模型的内支撑采用PVC空心方形管，截面尺寸为：长50mm、宽40mm、壁厚4mm，内支撑的长度根据基坑开挖尺寸确定；

所述土体应力测量装置采用微型电阻土压力盒测定，在PVC管迎土侧每隔100mm布置一个；

所述桩体应变测量装置采用应变片测定，沿着支护桩模型进行粘贴，在坑底以上，每隔100mm布置一个，坑底以下，每隔50mm布置一个；

所述基坑位移测量装置采用百分表测定，位移测量包括桩顶侧向位移与桩后土体竖向位移，所述桩顶侧向位移，通过使用百分表测定冠梁侧向位移测出；所述桩后土体竖向位移，通过使用百分表，沿着桩后土体水平方向每隔100mm布置一个测量点测出；

所述方法包括以下步骤：

1)将支护桩模型与冠梁模型下表面的圆形掏槽通过玻璃胶黏合成一体，待完全凝固后，架设在模型箱指定位置；

2)对模型箱进行填土，采用分层填筑的方式，逐层压实，当土体填入达到预定加固土体底部高度时，用几块薄木板围成加固区域，底部铺设塑料薄膜，防止加固土体的浆液流失，将加固区域围好后，将制备好的加固土体浇筑到加固区域，并且压实，将试验土体继续填入模型箱，直到与加固土体等高，压实后抽离薄木板，继续填土指定高度；

3)填土完成后，架设基坑位移测量装置；

4)基坑采用分层开挖的方式，第一层土体开挖完成后，架设内支撑模型；

5)每层土体开挖，记录各项仪器读数，直到开挖到指定深度位置结束；

6)基坑抗倾覆能力试验，土体开挖完成后，将模型箱右面上部钢板取走，在支护桩模型中，选取一根PVC管在基坑底部位置处系上细线，通过滑轮连接砝码，对该PVC管施加水平力，在该PVC管距离坑底4cm位置处，施加水平力前，架设一个百分表用于测量该位置在水平力作用下，位移变化情况。

Images