CN109930636B - 测量沉井底部深层地基承载力的装置及其安装和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测量沉井底部深层地基承载力的装置及其安装和测量方法，通过在沉井首节钢壳拼装时，将主动土压力计安装在刃角底部钢壳上，之后正常浇筑钢壳内部混凝土，正常接高，主动土压力计随沉井一同下沉至一定深度，与深层土体直接接触。然后通过位于沉井外部的液压油泵对主动土压力计内的油缸施加压力，油缸和底板在液压作用下直接对地基土进行加载，并通过位移传感器监控位移，进而得到原位土的Q‑s曲线，实现原位测量沉井底部深层地基的承载力。
Description
技术领域
本发明涉及一种地基土承载力测量装置及其安装和测量方法，具体涉及一种测量沉井底部深层地基承载力的装置及其安装和测量方法。
背景技术
沉井基础具有埋深大、整体稳定性好、刚度大、抗震性能好、能承受较大的垂直荷载和水平荷载等特点，是除桩基础之外的另一种应用较多的桥梁基础形式。不仅可以作为悬索桥的锚碇基础，还可以作为桥梁的中塔深水基础。沉井刃角底部地基承载力是决定沉井尺寸的重要指标之一，由于沉井下沉会对地基土产生较大地扰动，使得地勘所得地基土承载力与实际承载力偏差较大。并且，由于目前尚无沉井下沉一定深度后地基承载力的原位测试方法，导致沉井的设计具有一定的盲目性，往往造成大量的浪费。
随着社会经济的发展，公路铁路建设力度逐年加大，大跨度桥梁日益增多。目前我国沉井基础深度、长度均超过百米大关。而且沉井尺寸越大，施工费用越高，工期越长，同时沉井翻砂、突沉、难沉的风险也越大。如能在沉井下沉一定深度后原位测试沉井底部地基承载力，不仅可以掌握沉井下沉对土体的扰动情况，还可根据原位测试结果确定沉井是否需要继续下沉，进而减小沉井盲目下沉风险，降低造价。因此沉井下沉一定深度后深层地基承载力的原位测试显得尤为重要，对促进大跨度桥梁的发展具有重要意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种测量沉井底部深层地基承载力的装置，该装置能够实现原位测量沉井底部地基承载力。
本发明的另一目的是提供一种上述装置的安装方法。
本发明的第三个目的是提供一种采用上述装置测量沉井底部深层地基承载力的方法。
技术方案：本发明所述的一种测量沉井底部深层地基承载力的装置，包括设置于沉井刃角底部的主动土压力计、位于沉井外部的位移信号接收装置和液压油泵、传输组件；所述主动土压力计包括密封箱、油缸和位移传感器；所述密封箱具有顶板、底板和侧壁板，所述底板与沉井刃角底部的钢壳齐平；所述油缸和所述位移传感器均设置于该密封箱内，且油缸的两端分别抵接于所述顶板和底板上；所述传输组件包括信号传输线和油管，所述信号传输线连接位移传感器和信号接收装置，所述油管连接液压油泵和油缸；当向油缸加压时，油缸推动底板向下移动，位移传感器测量底板向下的位移并传输给信号接收装置。
其中，所述油缸设置的数量根据预估的地基承载力确定，油缸总压力为预估的地基承载力的两倍以上。从而保证施加的荷载可达到地基极限承载力。
所述密封箱为长方体密封箱，该长方体密封箱的宽度与沉井刃角底部钢壳的宽度一致，长度根据所述油缸的数量确定。
具体的，当具有多个油缸时，所述多个油缸在所述密封箱的长度方向上均匀设置。
进一步的，所述密封箱内设置不少于三个位移传感器，所述位移传感器设置于所述顶板和所述底板之间，且均匀排布于密封箱内。从而能够更加精确的测量底板的位移。
为了保护信号传输线路和油管不被混凝土破坏，所述传输组件还包括保护管，所述保护管一端连通所述密封箱，另一端设置于沉井上方，所述信号传输线和油管均穿设于该保护管内。
而本发明所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置的安装方法所采用的技术方案包括下列步骤：
(1)拼装沉井首节钢壳；
(2)在需测地基承载力部位切割刃角底部钢壳钢板形成底板，并将底板与沉井刃角底部钢壳点焊连接；
(3)安装油缸、位移传感器，并且将油管和信号传输线通过保护管引上地表；
(4)焊接顶板和侧壁板，形成所述密封箱；
(5)按照常规施工方法浇筑沉井混凝土；
(6)将主动土压力计同沉井一起下沉至一定深度，完成安装。
对应于上述测量沉井底部深层地基承载力的装置，本发明提供的一种测量方法所采用的技术方案包括下列步骤：
步骤一、通过液压油泵对油缸加压，使油缸对顶板和底板施加推力；
步骤二、利用沉井自重提供反作用力，从而顶板不动，底板与刃角底部钢壳点焊处断开，向下移动并作为载荷板给深层地基施压；
步骤三、获取油缸所施加荷载值，并通过位移信号接收装置采集位移传感器监控的底板向下位移；
步骤四、得到地基的Q-s曲线，确定深层地基的承载力。
有益效果：该装置在沉井刃角底部设置主动土压力计，通过油缸和底板对深层地基施加荷载，并通过位移传感器监控位移，得到原位土的Q-s曲线，从而确定深层地基的承载力。该装置利用沉井自重提供反力，避免了传统地基承载力测试所需配重或锚桩，测试费用大大降低。如果下沉一定深度后测量地基承载力不满足设计要求，沉井继续下沉后，该装置还可重复使用。
该安装方法通过在沉井首节钢壳拼装时，将主动土压力计安装在刃角底部钢壳上，之后正常浇筑钢壳内部混凝土，主动土压力计随沉井一同下沉至一定深度，与深层土体直接接触。沉井下沉过程中，主动土压力计作为沉井的一部分，不会影响沉井自身刚度及沉井下沉，同时沉井钢壳内混凝土对主动土压力计起到保护作用。主动土压力计可根据需要布置在沉井刃角底部任意位置，数量和位置灵活，既可针对地勘确定的薄弱地基进行有针对性地测量，又可全面测量整个沉井底部的地基承载力。
该测量方法通过在沉井下沉到一定深度后，主动土压力计在液压作用下直接对地基土进行加载，底板起到载荷板作用，进而得到原位土的Q-s曲线，确定深层地基的承载力。由于是沉井下沉后才进行地基承载力测试，故可排除沉井下沉对地基土承载力的干扰，得到真实的地基承载力，测试结果可靠。
土压力计现场焊接安装，施工便捷，承载力测试时，工作人员在地表施加荷载并获得试验数据，工作环境安全。
附图说明
图1是本发明的装置在沉井的刃角底部测试深层地基承载力示意图；
图2是本发明的装置的主动土压力计侧面结构示意图；
图3是图2中主动土压力计沿A-A线的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本实施例公开一种测量沉井底部深层地基承载力的装置，包括在沉井100的刃角底部设置的主动土压力计1，位于沉井100外部的位移信号接收装置2和液压油泵3，以及由信号传输线4、油管5和保护管6组成的传输组件。
一并参阅图2所示，主动土压力计1包括密封箱、油缸10和位移传感器11；该密封箱为长方体密封箱，该长方体密封箱的宽度与沉井100刃角底部钢壳的宽度一致。密封箱具有矩形的钢制顶板12、矩形的钢制底板13和钢制侧壁板14，顶板12与底板13上下相对设置。
具体的，该顶板12的尺寸与侧壁板14所围成的外环状钢板的上部边框外缘的尺寸一致，且两者焊接形成一体。顶板12上开设有管线穿设孔，直径与保护管6一致，保护管6下端焊接在该管线穿设孔上，保护管6紧贴沉井100的钢壳 101内壁设置，其上端设置于沉井100上方。
该底板13的尺寸与侧壁板14所围成的外环状钢板的下部边框内缘的尺寸一致。底板13为主动土压力计1安装位置处沉井100刃角底部的钢壳钢板切割而成，且与沉井100刃角底部的钢壳101齐平。底板13四周与沉井100刃角底部的钢壳101钢板点焊连接，保证在施加荷载时焊接断裂，使得底板13与钢壳101 分离对深层地基施加荷载，从而起到载荷板的作用。
侧壁板14所围成的外环状钢板与沉井100刃角底部的钢壳101焊接形成一体。
油缸10和位移传感器11均设置于该密封箱内，油缸10的两端分别抵接于顶板12和底板13上。在本实施例中，油缸10的底部固定连接在底板13的上表面，油缸10的活塞抵靠于顶板12的下表面。油缸10通过穿设于保护管6中的油管5连接液压油泵3，当液压油泵3向油缸10加压时，油缸10顶推底板13 给地基土施压。
进一步的，如图3所示，油缸10设置的数量根据预估的地基承载力确定，油缸总压力为预估的地基承载力的两倍以上，保证可达到地基极限承载力。当具有多个油缸10时，多个油缸10在该长方体密封箱的长度方向上均匀布置，从而实现对底板13 均匀加载载荷。同时，该密封箱的长度根据油缸10的数量确定。
位移传感器11设置于顶板12和底板13之间，用于测量底板13向下的位移。为了保障测量的准确性，在密封箱内位移传感器11的设置数量不少于三个，且均匀排布在密封箱内。请再次参阅图3所示，本实施例中的四个位移传感器11 沿着密封箱的长度方向均匀分布。当然，作为优选，可以在四角及中心位置分别布设位移传感器，从而保障测量的准确性。位移传感器11通过穿设于保护管6 中的信号传输线4连接信号接收装置2，从而将位移传感器11测得的底板13位移传输给信号接收装置2。
本实施例还提供一种上述测量沉井底部深层地基承载力的装置的安装方法，包括下列步骤：
(1)拼装沉井100首节钢壳101；
(2)在需测地基承载力部位切割刃角底部钢壳101钢板形成底板13 ，并将底板13与沉井100刃角底部钢壳101点焊连接；
(3)安装油缸10、位移传感器11，并且将油管5和信号传输线4通过保护管6引上地表；
(4)焊接顶板12和侧壁板14，形成所述密封箱；
(5)按照常规施工方法浇筑沉井混凝土102；
(6)将主动土压力计1同沉井100一起下沉至一定深度，完成安装。
而对应于上述测量装置的测量方法，包括下列步骤：
步骤一、通过液压油泵3对油缸10加压，使油缸10对顶板12和底板13 施加推力；
步骤二、利用沉井100自重提供反作用力，从而顶板12不动，底板13与刃角底部钢壳101点焊处断开，向下移动并作为载荷板给深层地基施压；
步骤三、获取油缸10所施加荷载值，并通过位移信号接收装置2采集位移传感器11监控的底板13向下位移；
步骤四、得到地基的Q-s曲线，确定深层地基的承载力。
Claims (7)
1.一种测量沉井底部深层地基承载力的装置，其特征在于，包括设置于沉井(100)刃角底部的主动土压力计(1)、位于沉井(100)外部的位移信号接收装置(2)和液压油泵(3)、传输组件；所述主动土压力计(1)包括密封箱、油缸(10)和位移传感器(11)；所述密封箱具有顶板(12)、底板(13)和侧壁板(14)，所述底板(13)与沉井(100)刃角底部的钢壳(101)齐平，底板(13)由沉井(100)刃角底部钢壳切割形成；所述油缸(10)和所述位移传感器(11)均设置于该密封箱内，且油缸(10)的两端分别抵接于所述顶板(12)和底板(13)上，油缸(10)设置的数量根据预估的地基承载力确定，油缸总压力为预估的地基承载力的两倍以上；所述密封箱为长方体密封箱，该长方体密封箱的宽度与沉井(100)刃角底部钢壳的宽度一致，长度根据所述油缸(10)的数量确定；所述传输组件包括信号传输线(4)和油管(5)，所述信号传输线(4)连接位移传感器(11)和信号接收装置(2)，所述油管(5)连接液压油泵(3)和油缸(10)；当向油缸(10)加压时，油缸(10)推动底板(13)向下移动，位移传感器(11)测量底板(13)向下的位移并传输给信号接收装置(2)。
2.根据权利要求1所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置，其特征在于，当具有多个油缸(10)时，所述多个油缸(10)在所述密封箱的长度方向上均匀设置。
3.根据权利要求1所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置，其特征在于，所述密封箱内设置不少于三个位移传感器(11)，所述位移传感器(11)设置于所述顶板(12)和所述底板(13)之间，且均匀排布于密封箱内。
4.根据权利要求1所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置，其特征在于，所述传输组件还包括保护管(6)，所述保护管(6)一端连通所述密封箱，另一端设置于沉井(100)上方，所述信号传输线(4)和油管(5)均穿设于该保护管(6)内。
5.根据权利要求4所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置，其特征在于，所述保护管(6)紧贴沉井(100)的钢壳(101)内壁设置。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置的安装方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)拼装沉井首节钢壳；
(2)在需测地基承载力部位切割刃角底部钢壳钢板形成底板，并将底板与沉井刃角底部钢壳点焊连接；
(3)安装油缸、位移传感器，并且将油管和信号传输线通过保护管引上地表；
(4)焊接顶板和侧壁板，形成所述密封箱；
(5)按照常规施工方法浇筑沉井混凝土；
(6)将主动土压力计同沉井一起下沉至一定深度，完成安装。
7.一种采用权利要求1-5任一项所述的测量沉井底部深层地基承载力的装置的测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一、通过液压油泵对油缸加压，使油缸对顶板和底板施加推力；
步骤二、利用沉井自重提供反作用力，从而顶板不动，底板与刃角底部钢壳点焊处断开，向下移动并作为载荷板给深层地基施压；
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