CN110387913A - 一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法 - Google Patents
一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，属于基础工程中试验技术领域，包括竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统、数据记录系统、上剪切盒、下剪切盒、数据线；所述竖向加压系统、水平加压系统、侧向加压系统、切向加压系统均与数据记录系统通过数据线连接；首先制备管桩模拟试块，之后制备水泥土模拟试块，制备好劲性复合桩模拟试块后，进行模型试验。本发明通过施加三轴应力，将实验土模拟到原位受力状态，并借助水平推力将各种情况下的接触界面进行试验，为劲性复合桩的理论提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明属于基础工程中试验技术领域，具体涉及到一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法。
背景技术
水泥土复合桩是适用于软土地基的一种新型复合桩，由PHC管桩、钢管桩等在水泥土初凝前压入水泥土桩中复合而成的桩基础，也可将其用作复合地基。水泥土复合桩由芯桩和水泥土组成，芯桩与桩周土之间为水泥土。水泥搅拌桩的施工及芯桩的压入改善了桩周和桩端土体的物理力学性质及应力场分布，有效地改善了桩的荷载传递途径；桩顶荷载由芯桩传递到水泥土桩再传递到侧壁和桩端的水泥土体，有效地提高了桩的侧阻力和端阻力，从而有效地提高了复合桩的承载力，减小桩的沉降。而对于桩侧阻力的确定问题，主要分为现场试验和室内试验，但良种试验均存在一定的缺陷。
现场桩身侧阻力的试验方法存在较多不足，比如加载荷载普遍采用重力荷载标准块，当长桩和大直径桩实验时，这样导致的结果是需要较多的重力荷载标准块，极大的加载平台和上部试验空间，这些传统的试验方法导致了试验操作不精准，而且需要较多工作量。这种经验性的，均匀的，理想的室内试验并不能反映现场实际桩基础的混凝土，泥皮，土的成份以及他们的几何分布情况。因此，用实验室的桩土接触面直剪试验的试验结果来分析实际工程中的桩侧阻力作用规律，有可能可以反映出桩侧阻力的大致规律，但是不可避免地存在着很多误差。
因此，对现有试验方法的改进设计是十分必要的，否则势必会限制劲性复合桩的理论发展。基于此，本发明提出了一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，克服了现有技术的不足。通过施加三轴应力，将实验土模拟到原位受力状态，并借助水平推力将各种情况下的接触界面进行试验，为劲性复合桩的理论提供数据支撑。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：包括竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统、数据记录系统、上剪切盒、下剪切盒、数据线；所述竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统均与数据记录系统通过数据线连接；首先制备管桩模拟试块，处理过程如下：
步骤1：准备水泥、砂、石子、水、减水剂备用；
步骤2：将设定配比的水泥、砂、石子、减水剂放入搅拌罐，搅拌5min；
步骤3：将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
步骤4：将搅拌均匀的混凝土砂浆倒入一次成型模具，振捣、压实，将表面抹平；
步骤5：将模具放入养护箱，养护2天；
步骤6：拆除模具，利用数控刻刀在试块上表面刻出不同粗糙程度的槽沟；
步骤7：继续放回养护室养护26天，混凝土内芯试块制备完成；
步骤8：选取单轴抗压强度大于或等于30MPa的高强内芯作为合格高强内芯备用，将单轴抗压强度小于30MPa的高强内芯剔除；
水泥土模拟试块的制备过程如下：
（1）准备土体、水泥、水备用；
（2）将设定配比的土体和水泥放入搅拌罐，搅拌5min；
（3）将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
（4）将合格高强内芯放入二次成型模具底部，二次成型模具高度是一次成型模具的1-10倍，其余参数与一次成型模具保持一致；
（5）将搅拌均匀的水泥土材料倒入二次成型模具，使得水泥土材料覆盖于高强内芯上部，并进行振捣、压实，将表面抹平；
（5）放养护室养护28天，劲性复合桩模拟试块制备完成；
制备好劲性复合桩模拟试块后，采用如下方案进行试验：
A．试块就位，将劲性复合桩模拟试块放入到剪切盒内，将管桩模拟试块位于剪切盒上部，水泥土材料位于剪切盒下部，将下部的水泥土材料进行固定，限制其发生移动；
B．竖向预压，打开竖向加压系统，加载速度为1mm/min-20mm/min，当竖向应力为0.5MPa时，保持竖向压力不变；
C．侧向加压，打开侧向加压系统，当侧向应力达到设计值时，保持侧向压力不变；
D．竖向加压，二次加载竖向压力，加载速度为0.2mm/min-10mm/min，当竖向应力达到设计值时，保持竖向压力不变；
E．切向加压，开启切向加压系统，加载速度为2N/s-20N/s，同时通过数据记录系统记录剪切力，即模拟的侧阻力；
F．试验过程，当剪切力达到峰值后逐渐下降，剪切应力降至峰值剪切力的20%时，或劲性复合桩模拟试块发生剪切破坏，剪切位移达到5cm时，停止加载，保存数据；
G．试验卸载，试验结束，首先卸载切向压力直至为0，然后卸载竖向压力直至为0，最后卸载侧向压力直至为0，取出试样留存，并对试验数据进行整理，获取剪切应力随剪切位移变化的曲线图。
优选地，所述步骤2中设定配比如下，水泥、砂、石、水之间的配合比为：1:2.3:3.01:0.41，减水剂用量为水泥用量的2%；其中水为纯净水，PH值范围为6.5-8.0；水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；砂为河砂，细度模数为2.3-3.0，平均粒径为0.25-0.5mm，最大粒径为3mm；石为普通碎石，最大粒径为40mm；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
优选地，所述步骤6中槽沟为半圆形结构，槽沟尺寸划分为五个等级，一级槽沟半圆体直径范围为5.0-4.0mm，二级槽沟半圆体直径范围为3.0-3.9mm，三级槽沟半圆体直径范围为1-2.9mm，四级槽沟半圆体直径范围为0.1-0.9mm，五级槽沟半圆体直径为0mm，相邻槽沟之间的距离为5cm-10cm。
优选地，所述模具内壁均匀涂抹1mm厚的脱模剂，脱模剂成分为矿物油。
优选地，所述（2）中设定配比如下，水泥的掺入量为土体质量的8%-15%。
优选地，所述侧向加压系统采用囊式水压加载或伺服液压加载，采用囊式水压加载速率为5N/s-50N/s，采用伺服液压加载速率为2N/s-20N/s。
本发明所带来的有益技术效果：
（1）本发明的装置可以测桩身水平侧阻力，实现了现场桩侧阻力的试验测试，克服了传统的现场荷载试验方法的间接计算推导桩身侧阻力的误差，和实验室配置桩土接触面试样的不真实试验结果；（2）竖向荷载加载系统采用了高强度可伸缩轴力杆加载，通过轴力加载单元分别控制轴力大小的方法，可以达到施加微竖向轴力增量步，精细实时调整竖向荷载的目的，同时，多个位移计可以实时监测竖向沉降，反映桩竖向侧阻力发挥的程度。（3）本发明的效果是该装置结构简单，使用方便，易于搬运，可重复使用，不用实际试桩，成本少，费用低，效费比高，能够模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状况，可在基桩设计施工前提供桩阻力相关参数，并辅助提供地基土的剪切模量、压缩模量等参数。
附图说明
图1为本发明劲性复合桩承载力切向测试的试验方法的结构正面剖切示意图。
图2为本发明劲性复合桩承载力切向测试的试验方法的结构侧面剖切示意图。
其中，1-竖向加压系统；2-侧向加压系统；3-切向加压系统；4-数据记录系统；5-上剪切盒；6-下剪切盒；7-数据线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
采用水泥的掺入量为10%的水泥土进行试验，具体试验过程如下所示：
一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：包括竖向加压系统1、侧向加压系统2、切向加压系统3、数据记录系统4、上剪切盒5、下剪切盒6、数据线7；所述竖向加压系统1、侧向加压系统2、切向加压系统3均与数据记录系统4通过数据线7连接；首先制备管桩模拟试块，处理过程如下：
步骤1：准备水泥、砂、石子、水、减水剂备用；
步骤2：将设定配比的水泥、砂、石子、减水剂放入搅拌罐，搅拌5min；
步骤3：将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
步骤4：将搅拌均匀的混凝土砂浆倒入一次成型模具，振捣、压实，将表面抹平；
步骤5：将模具放入养护箱，养护2天；
步骤6：拆除模具，利用数控刻刀在试块上表面刻出不同粗糙程度的槽沟；
步骤7：继续放回养护室养护26天，混凝土内芯试块制备完成；
步骤8：选取单轴抗压强度大于或等于30MPa的高强内芯作为合格高强内芯备用，将单轴抗压强度小于30MPa的高强内芯剔除；
水泥土模拟试块的制备过程如下：
（1）准备土体、水泥、水备用；
（2）将设定配比的土体和水泥放入搅拌罐，搅拌5min；
（3）将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
（4）将合格高强内芯放入二次成型模具底部，二次成型模具高度是一次成型模具的1倍，其余参数与一次成型模具保持一致；
（5）将搅拌均匀的水泥土材料倒入二次成型模具，使得水泥土材料覆盖于高强内芯上部，并进行振捣、压实，将表面抹平；
（5）放养护室养护28天，劲性复合桩模拟试块制备完成；
制备好劲性复合桩模拟试块后，采用如下方案进行试验：
A．试块就位，将劲性复合桩模拟试块放入到剪切盒内，将管桩模拟试块位于剪切盒上部，水泥土材料位于剪切盒下部，将下部的水泥土材料进行固定，限制其发生移动；
B．竖向预压，打开竖向加压系统，加载速度为1mm/min，当竖向应力为0.5MPa时，保持竖向压力不变；
C．侧向加压，打开侧向加压系统，当侧向应力达到设计值时，保持侧向压力不变；
D．竖向加压，二次加载竖向压力，加载速度为0.2mm/min，当竖向应力达到设计值时，保持竖向压力不变；
E．切向加压，开启切向加压系统，加载速度为2N/s，同时通过数据记录系统记录剪切力，即模拟的侧阻力；
F．试验过程，当剪切力达到峰值后逐渐下降，剪切应力降至峰值剪切力的20%时，或劲性复合桩模拟试块发生剪切破坏，剪切位移达到5cm时，停止加载，保存数据；
G．试验卸载，试验结束，首先卸载切向压力直至为0，然后卸载竖向压力直至为0，最后卸载侧向压力直至为0，取出试样留存，并对试验数据进行整理，获取剪切应力随剪切位移变化的曲线图。
优选地，所述步骤2中设定配比如下，水泥、砂、石、水之间的配合比为：1:2.3:3.01:0.41，减水剂用量为水泥用量的2%；其中水为纯净水，PH值为7.5；水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；砂为河砂，细度模数为2.5，平均粒径为0.35mm，最大粒径为3mm；石为普通碎石，最大粒径为40mm；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
优选地，所述步骤6中槽沟为半圆形结构，槽沟半圆体直径为3.0mm，相邻槽沟之间的距离为7cm。
优选地，所述模具内壁均匀涂抹1mm厚的脱模剂，脱模剂成分为矿物油。
优选地，所述（2）中设定配比如下，水泥的掺入量为土体质量的10%。
优选地，所述侧向加压系统采用囊式水压加载，采用囊式水压加载速率为5N/s。
实施例2：
采用水泥的掺入量为12%的水泥土进行试验，具体试验过程如下所示：
一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：包括竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统、数据记录系统、上剪切盒、下剪切盒、数据线；所述竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统均与数据记录系统通过数据线连接；首先制备管桩模拟试块，处理过程如下：
步骤1：准备水泥、砂、石子、水、减水剂备用；
步骤2：将设定配比的水泥、砂、石子、减水剂放入搅拌罐，搅拌5min；
步骤3：将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
步骤4：将搅拌均匀的混凝土砂浆倒入一次成型模具，振捣、压实，将表面抹平；
步骤5：将模具放入养护箱，养护2天；
步骤6：拆除模具，利用数控刻刀在试块上表面刻出不同粗糙程度的槽沟；
步骤7：继续放回养护室养护26天，混凝土内芯试块制备完成；
步骤8：选取单轴抗压强度大于或等于30MPa的高强内芯作为合格高强内芯备用，将单轴抗压强度小于30MPa的高强内芯剔除；
水泥土模拟试块的制备过程如下：
（1）准备土体、水泥、水备用；
（2）将设定配比的土体和水泥放入搅拌罐，搅拌5min；
（3）将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
（4）将合格高强内芯放入二次成型模具底部，二次成型模具高度是一次成型模具的2倍，其余参数与一次成型模具保持一致；
（5）将搅拌均匀的水泥土材料倒入二次成型模具，使得水泥土材料覆盖于高强内芯上部，并进行振捣、压实，将表面抹平；
（5）放养护室养护28天，劲性复合桩模拟试块制备完成；
制备好劲性复合桩模拟试块后，采用如下方案进行试验：
A．试块就位，将劲性复合桩模拟试块放入到剪切盒内，将管桩模拟试块位于剪切盒上部，水泥土材料位于剪切盒下部，将下部的水泥土材料进行固定，限制其发生移动；
B．竖向预压，打开竖向加压系统，加载速度为2mm/min，当竖向应力为0.5MPa时，保持竖向压力不变；
C．侧向加压，打开侧向加压系统，当侧向应力达到设计值时，保持侧向压力不变；
D．竖向加压，二次加载竖向压力，加载速度为0.5mm/min，当竖向应力达到设计值时，保持竖向压力不变；
E．切向加压，开启切向加压系统，加载速度为7N/s，同时通过数据记录系统记录剪切力，即模拟的侧阻力；
F．试验过程，当剪切力达到峰值后逐渐下降，剪切应力降至峰值剪切力的20%时，或劲性复合桩模拟试块发生剪切破坏，剪切位移达到5cm时，停止加载，保存数据；
G．试验卸载，试验结束，首先卸载切向压力直至为0，然后卸载竖向压力直至为0，最后卸载侧向压力直至为0，取出试样留存，并对试验数据进行整理，获取剪切应力随剪切位移变化的曲线图。
优选地，所述步骤2中设定配比如下，水泥、砂、石、水之间的配合比为：1:2.3:3.01:0.41，减水剂用量为水泥用量的2%；其中水为纯净水，PH值范围为7.7；水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；砂为河砂，细度模数为2.5，平均粒径为0.4mm，最大粒径为3mm；石为普通碎石，最大粒径为40mm；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
优选地，所述步骤6中槽沟为半圆形结构，槽沟半圆体直径为4.0mm，相邻槽沟之间的距离为8cm。
优选地，所述模具内壁均匀涂抹1mm厚的脱模剂，脱模剂成分为矿物油。
优选地，所述（2）中设定配比如下，水泥的掺入量为土体质量的12%。
优选地，所述侧向加压系统采用伺服液压加载，采用伺服液压加载速率为5N/s。
本发明劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，通过施加三轴应力，将实验土模拟到原位受力状态，并借助水平推力将各种情况下的接触界面进行试验，为劲性复合桩的理论提供数据支撑。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：包括竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统、数据记录系统、上剪切盒、下剪切盒、数据线；所述竖向加压系统、侧向加压系统、切向加压系统均与数据记录系统通过数据线连接；首先制备管桩模拟试块，处理过程如下：
步骤1：准备水泥、砂、石子、水、减水剂备用；
步骤2：将设定配比的水泥、砂、石子、减水剂放入搅拌罐，搅拌5min；
步骤3：将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
步骤4：将搅拌均匀的混凝土砂浆倒入一次成型模具，振捣、压实，将表面抹平；
步骤5：将模具放入养护箱，养护2天；
步骤6：拆除模具，利用数控刻刀在试块上表面刻出不同粗糙程度的槽沟；
步骤7：继续放回养护室养护26天，混凝土内芯试块制备完成；
步骤8：选取单轴抗压强度大于或等于30MPa的高强内芯作为合格高强内芯备用，将单轴抗压强度小于30MPa的高强内芯剔除；
水泥土模拟试块的制备过程如下：
（1）准备土体、水泥、水备用；
（2）将设定配比的土体和水泥放入搅拌罐，搅拌5min；
（3）将水倒入搅拌罐与混合物混合，边搅拌边倒水，搅拌15min；
（4）将合格高强内芯放入二次成型模具底部，二次成型模具高度是一次成型模具的1-10倍，其余参数与一次成型模具保持一致；
（5）将搅拌均匀的水泥土材料倒入二次成型模具，使得水泥土材料覆盖于高强内芯上部，并进行振捣、压实，将表面抹平；
（5）放养护室养护28天，劲性复合桩模拟试块制备完成；
制备好劲性复合桩模拟试块后，采用如下方案进行试验：
A．试块就位，将劲性复合桩模拟试块放入到剪切盒内，将管桩模拟试块位于剪切盒上部，水泥土材料位于剪切盒下部，将下部的水泥土材料进行固定，限制其发生移动；
B．竖向预压，打开竖向加压系统，加载速度为1mm/min-20mm/min，当竖向应力为0.5MPa时，保持竖向压力不变；
C．侧向加压，打开侧向加压系统，当侧向应力达到设计值时，保持侧向压力不变；
D．竖向加压，二次加载竖向压力，加载速度为0.2mm/min-10mm/min，当竖向应力达到设计值时，保持竖向压力不变；
E．切向加压，开启切向加压系统，加载速度为2N/s-20N/s，同时通过数据记录系统记录剪切力，即模拟的侧阻力；
F．试验过程，当剪切力达到峰值后逐渐下降，剪切应力降至峰值剪切力的20%时，或劲性复合桩模拟试块发生剪切破坏，剪切位移达到5cm时，停止加载，保存数据；
G．试验卸载，试验结束，首先卸载切向压力直至为0，然后卸载竖向压力直至为0，最后卸载侧向压力直至为0，取出试样留存，并对试验数据进行整理，获取剪切应力随剪切位移变化的曲线图。
2.根据权利要求1所述的一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：所述步骤2中设定配比如下，水泥、砂、石、水之间的配合比为：1:2.3:3.01:0.41，减水剂用量为水泥用量的2%；其中水为纯净水，PH值范围为6.5-8.0；水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；砂为河砂，细度模数为2.3-3.0，平均粒径为0.25-0.5mm，最大粒径为3mm；石为普通碎石，最大粒径为40mm；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
3.根据权利要求1所述的一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：所述步骤6中槽沟为半圆形结构，槽沟尺寸划分为五个等级，一级槽沟半圆体直径范围为5.0-4.0mm，二级槽沟半圆体直径范围为3.0-3.9mm，三级槽沟半圆体直径范围为1-2.9mm，四级槽沟半圆体直径范围为0.1-0.9mm，五级槽沟半圆体直径为0mm，相邻槽沟之间的距离为5cm-10cm。
4.根据权利要求1所述的一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：所述模具内壁均匀涂抹1mm厚的脱模剂，脱模剂成分为矿物油。
5.根据权利要求1所述的一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：所述（2）中设定配比如下，水泥的掺入量为土体质量的8%-15%。
6.根据权利要求1所述的一种劲性复合桩承载力切向测试的试验方法，其在于：所述侧向加压系统采用囊式水压加载或伺服液压加载，采用囊式水压加载速率为5N/s-50N/s，采用伺服液压加载速率为2N/s-20N/s。
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