CN110779800A - 一种压密注浆土钉抗拔力预测方法及装置和装置应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压密注浆土钉抗拔力预测方法及装置和装置应用方法，利用CPT试验来替代拉拔模型试验推算压密注浆土钉的注浆球体的抗拉拔力；进行试验时，在模型箱内的土样中设置多个土压力计，加载装置对土样加压，通过土压力计得到精确的土中压应力值，在不同的土压应力下进行CPT试验，可在实验室中获得处于不同压应力下的土样对触探装置产生的阻力，与处于已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力数据进行对比拟合，推算出处于其他土的边界条件下压密注浆土钉的抗拔力。在需进行压密注浆土钉加固的边坡或基坑的工程现场很适用，将标准CPT探头匀速贯入边坡中便可根据试验得出的锥尖阻力值精准地计算出该土层所需压密注浆土钉的密度以及灌浆球体的直径。

Description

一种压密注浆土钉抗拔力预测方法及装置和装置应用方法

技术领域

本发明属于岩土试验领域，具体涉及一种压密注浆土钉抗拔力预测方法及装置和装置应用方法。

背景技术

压密注浆土钉是一种新型边坡及基坑加固技术，其所形成的注浆球体是其抗拔力的主要承担部分，注浆球体表面积的大小以及其所处的土的边界条件，都影响着压密注浆土钉的抗拔力。利用传统的土钉抗拔力测试箱来进行拉拔模型试验过程复杂，成本较高，且很难在工程现场进行试验。

CPT试验中得出的锥体探头与土体之间的锥尖阻力同样也是与探头的截面积成正比，这与注浆球体在土中的受力方式是类似的，因此可以通过CPT试验建立其与不同土体密实度、应力场等边界条件下压密注浆土钉抗拔力的联系，以此预测压密注浆土钉在现场应用时的抗拔力。这样在工程现场只需在相应边坡进行CPT试验，便可利用CPT试验得出的锥尖阻力值预测出该土层中压密注浆土钉的抗拔力，这种试验相较于压密注浆土钉的拉拔试验更为简易。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种方法来推算出压密注浆土钉灌浆球体的抗拔力，其能利用较为简易且成本较低的CPT试验来替代试验过程复杂成本较高的压密注浆土钉抗拉拔试验；目的之二在于提供一种前述方法实施的试验装置；目的之三在于提供前述装置进行CPT试验的方法。

本发明提供的这种压密注浆土钉抗拔力预测方法，设置模型箱，在模型箱内填入土样，并在土样中设置微型土压力计，在模型箱外通过加载设备给土样施加水平静压力，再通过模型箱顶部设置的触探装置将静力探头压入土样中进行CPT试验，得出探头在土样中受到的锥尖阻力值，再将锥尖阻力与已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力进行对比、拟合，找到两者之间的关联并推算出其他状态下注浆球体的抗拔力。

本发明提供的这种根据上述方法进行CPT试验的装置，包括模型箱、反力架、加载装置和触探装置，模型箱包括顶面和一侧面开口的方形箱体，及安装于方形箱体侧面开口处的活动板，反力架的一端与方形箱体侧面开口处两侧的侧板连接，加载装置安装固定于反力架和活动板之间，触探装置通过安装梁固定于方形箱体顶面的中心位置处。

上述装置技术方案的一种实施方式中，所述方形箱体侧面开口处两侧的侧板对称设置有垂直内折的折弯边，方形箱体各侧板外壁均连接有井字形楞条架。

上述装置技术方案的一种实施方式中，所述活动板的高度小于方形箱体的高度，活动板的高度方向两侧对称设置有槽型挡条、底面两侧对称连接有滑轮，活动板的外侧设置有米字形楞条架。

上述装置技术方案的一种实施方式中，所述方形箱体的底板内表面对应所述滑轮位置处设置有尺寸大于滑轮尺寸的凹槽，活动板安装时，所述槽型挡条通过所述折弯边限位，所述滑轮可转动的嵌于凹槽中。

上述装置技术方案的一种实施方式中，方形箱体的三块侧板上对应活动板的高度位置处设置有一圈螺纹孔，各螺纹孔中连接有螺钉或者螺栓。

上述装置技术方案的一种实施方式中，所述反力架为A型架，它以尖角朝外水平布置，水平高度对应活动板的高度方向中心面，其两长边杆分别与所述方形箱体侧面开口处两侧的侧板连接固定。

上述装置技术方案的一种实施方式中，所述静力触探装置采用静力触探机，配套双桥探头；所述加载装置采用液压千斤顶，它沿水平方向布置，其一端固定于所述活动板外侧米字形楞条架的中心位置处，另一端固定于所述反力架的短边杆上。

上述装置技术方案的一种实施方式中，所述反力架上设置有多组用于安装所述加载装置的安装孔。

本发明提供的这种利用上述装置进行CPT试验的方法，包括以下步骤：

(1)在方形箱体侧面开口对面的侧板内侧设置多个微型土压力计作为土压力数据采集仪，然后往模型箱中装入土样至接近方形箱体侧板上限位杆件位置处后整平，在土样顶面盖上压板并通过限位杆件将压板压住；

(2)将双桥探头和土样中设置的微型土压力计的数据线分别接入各自的数据采集仪，并确保双桥探头和各微型土压力计均处于正常状态；

(3)通过液压千斤顶给活动板施加压力实现对模型箱内的土样进行水平施压；

(4)当土压力达到设计值时，液压千斤顶停止施压工作；

(5)通过模型箱顶部的静力触探机将双桥探头匀速打入土样内，同时双桥探头通过其数据采集仪记录不同贯入深度的锥尖阻力值；

(6)卸去加载装置，卸载土样，重新往模型箱中装入土样并整平后盖上压板并将其固定，调整液压千斤顶的压力值对土样施加不同的水平压力，采用同一直径的探头重复步骤(2)-(5)。

(7)卸去加载装置，卸载土样，重新填入土样并整平后盖上压板并将其固定，更换不同直径的双桥探头，保持步骤(6)的加载压力下重复步骤(2)-(5)。

(8)根据双桥探头连接的数据采集仪记录随贯入深度变化的锥尖阻力值，并绘制出锥尖阻力和贯入深度关系的曲线图；将静力触探所得出的数据与处于已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力数据进行对比、拟合，找出两者之间的关联，建立联系并可推算出在其他状态下不同球体直径的压密注浆土钉的抗拔力。

本发明首先提出了一种利用CPT试验来替代拉拔模型试验推算压密注浆土钉的注浆球体的抗拉拔力的预测方法，并且在该方法的指导之下提出了相应的试验装置，还给出了利用该装置进行模拟试验的方法。具体来说，在模型箱活动板对面的侧板内侧设置多个土压力计，将土样装入模型箱中，将土样整平后盖上压板并固定住，通过静载施加装置对土样进行加压，通过土压力计监测土样中的土压力来得到精确的土中压应力值，在不同的土压应力下进行CPT试验，能够在实验室中较为便捷地获得处于不同压应力下的土样对触探装置产生的阻力，进而与已知数据(处于已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力数据)进行对比拟合，从而可以根据CPT试验得出的锥尖阻力值推算出处于其他土的边界条件下压密注浆土钉的抗拔力。本发明在需要进行压密注浆土钉加固的边坡或基坑的工程现场非常适用，只需将符合规范要求的标准CPT探头匀速贯入边坡中，便可根据试验所得出的锥尖阻力值方便且精准地计算出该土层所需压密注浆土钉的密度以及灌浆球体的直径。

附图说明

图1为本发明一个实施例的主视结构示意图。

图2为图1中方形箱体去掉活动板后的结构示意图(方形箱体内已装土样)。

图3为图1的俯视示意图(未示出静力触探机)。

图4为图3中的A部放大示意图。

具体实施方式

本发明首先提出了一种利用CPT试验来替代目前拉拔模型试验推算压密注浆土钉的注浆球体的抗拉拔力的预测方法：设置模型箱，在模型箱内填入土样，并在土样中设置土压力计，在模型箱外通过静力加载设备给土样施加水平静压力，再通过模型箱顶部设置的触探装置将静力探头压入土样中进行CPT试验，得出探头在土样中受到的锥尖阻力值，再将锥尖阻力与已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力进行对比、拟合，找到两者之间的关联并推算出其他状态下注浆球体的抗拔力。

在上述方法的指导下设计了相应的试验装置，还给出了利用该装置进行模拟试验的方法。

如图1所示，本实施例公开的这种CPT试验装置，包括模型箱1、反力架2、加载装置3、触探装置4、静力探头5。

结合图1至图3可以看出，模型箱1包括由三块侧板11和一块底板12围成的方形箱体，及安装于方形箱体侧面开口处的活动板13。

为了增强方形箱体的整体刚度，在其三块侧板11的外侧连接井字形楞条架111。

两块相对的侧板对应开口侧面处有向内垂直的折弯边，该折弯边用于安装活动板13。

结合图1、图3和图4可以看出，活动板13的高度小于方形箱体的高度，活动板的高度方向两侧对称设置有开口朝外的槽型挡条131，槽型挡条的开口宽度比方形箱体侧板的折弯边厚度大较多。活动板13的下端两侧对称连接有滑轮。为了增加活动板13的刚度，在活动板的外侧连接有米字型楞条架132。方形箱体的底板12内表面对应滑轮位置处有凹槽，且凹槽的尺寸大于滑轮的尺寸。活动板13安装时，方形箱体侧面开口处两侧侧板的折弯边插入活动板的两槽型挡条中，活动板下端的滑轮嵌入方向箱体底板上的凹槽中。

所以活动板在方形箱体上安装好后，可有一定范围的水平移动。且可通过滑轮减少活动板与底板之间的摩擦力，使千斤顶的作用力损失尽可能减小。此外，若活动板与底板之间的摩擦力过大，可能引起过大的力矩导致土样受力不均匀，而滑轮则可有效减小这一效应。

方形箱体11的三块侧板上对应活动板13的高度位置处设置有一圈圆孔，圆孔处焊接螺母，螺母中连接螺杆14。在往模型箱内装入土样后，通过螺栓将土样顶面的压板6压住固定。

反力架2为A型架，采用矩形钢管制作，其两侧的长边杆端部有直折边。在方形箱体11上安装时水平布置，安装高度对应活动板12的高度方向中间位置处，两侧长边杆端部的直折边分别与方形箱体侧面开口处两侧的侧板焊接。这样可通过模型箱结构自身来抵消作用力，无需结构以外的反力设施。

反力架2在方形箱体11上安装好后，安装加载装置3。

本实施例的加载装置3采用液压千斤顶，安装时，液压千斤顶的固定端通过紧固件固定于反力架2的短边杆上，伸缩活动端固定于活动板12外侧米字型楞条架的中心位置处。触探装置4采用CLD-2型静力触探机。加载装置用来模拟试验土样的上覆土层压力。

在方形箱体两相对侧板的顶端之间焊接两根横梁，两横梁关于方形箱体横向中心面对称布置，触探装置4的下端通过紧固件安装固定于两横梁15上。

静力探头5采用探头采用可以测得锥尖阻力的双桥探头。双桥探头安装于探杆的下端，CLD-2型静力触探机夹持探杆并可将探杆下端的双桥探头匀速压入模型箱内的土样中。

下面以模型箱尺寸为100cm×100cm×120cm为例来详细说明利用上述装置进行CPT试验的具体步骤：

一、模型箱试验

(1)制作满足试验要求的模型箱，准备试验所需的土样，本试验采用松砂作为土样。

(2)将活动板门安装于方形箱体的侧面开口处，利用活动板两侧的槽型挡条和方形侧板的折弯边装配，同时注意使活动板底部的滑轮嵌入箱体下的凹槽中。由于槽型挡条的宽度比折弯边的厚度要大较多，且凹槽的尺寸大于滑轮的尺寸，所以给活动板施加水平力时，活动板可有一定范围的水平移动。

(3)在方形箱体侧面开口侧对应侧板的内侧中部设置YT-200G型应变式微型土压力计：上下五排，每排设置三个，每排之间的间距为15cm布置五个，用以监测加载装置施加压力时土样中压应力的大小，压力计的数据线从侧板穿过从方形箱体的上端伸出与数据采集仪连接。

(4)向模型箱中填入土样并整平，当土样填至高于活动门0.5cm时，在土样顶面盖上压板，并通过各螺栓压住压板。压板的中心位置处设置圆孔，以便双桥探头穿过。

(5)将液压千斤顶的固定端底面通过螺栓固定于反力架的短边杆上，固定位置以液压千斤顶的伸缩端对应活动板的中心位置为准，以使加载时模型箱内的土样受力更为均匀，安装好液压千斤顶之后开始对活动板施加静力(约为12KN)，同时通过安装在模型箱内的YT-200G型应变式微型土压力计监测土中压应力并通过数据采集仪记录下来。

(6)将CLD-2型静力触探机用螺栓固定在模型箱顶面的横梁上，将双桥探头安装在探杆上，探杆安装在静力触探机上，保持探杆垂直。

(7)将直径为35.7mm的双桥探头和土样中设置的YT-200G型应变式微型土压力计的数据线分别接入各自的数据采集仪，对双桥探头和各YT-200G型应变式微型土压力计进行调试，确保它们均处于正常状态。

(8)转动CLD-2型静力触探机的转轴，将双桥探头匀速贯入土样中，控制贯入速率在1.2m/min，当双桥探头贯入土样中约50cm后停止贯入，根据双桥探头连接的数据采集仪记录不同贯入深度的锥尖阻力值。

(9)卸载加载装置，卸载土样，重新填入土样并整平，更换直径为43.7mm的双桥探头，并在步骤(5)相同的压力下重复步骤(5)-(8)。

(10)卸载加载装置，卸载土样，重新填入土样并整平，改变液压千斤顶施加的压力，分别采用步骤(7)和步骤(9)中两种直径的双桥探头重复步骤(5)-(8)。

二、分析

根据双桥探头连接的数据采集仪记录随贯入深度变化的锥尖阻力值，并绘制出锥尖阻力和贯入深度关系的曲线图。然后将静力触探所得出的数据与处于已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力数据进行对比、拟合，找出两者之间的关联，建立联系并可推算出在其他状态下不同球体直径的压密注浆土钉的抗拔力。

本发明首先提出了一种利用CPT试验来替代拉拔模型试验推算压密注浆土钉的注浆球体的抗拉拔力的试验方法，并且在该方法的指导之下提出了相应的测试装置，还给出了利用该装置进行模拟试验的方法。在模型箱活动板对侧的侧板内侧设置多个土压力计，将土样装入模型箱中，将土体整平后盖上压板并固定住，通过静载施加装置对土样进行加压，监测土体中的土压力来得到精确的土中压应力值，在不同的土压应力下进行CPT试验，能够在实验室中较为便捷地获得处于不同压应力下的土样对触探装置产生的阻力，进而与已知数据(处于已知压力、土样状态下的注浆球体抗拔力数据)进行对比拟合，从而可以根据CPT试验得出的锥尖阻力值推算出处于其他土的边界条件下压密注浆土钉的抗拔力。

这种方法在需要进行压密注浆土钉加固的边坡或基坑的工程现场非常适用，只需将符合规范要求的标准CPT探头匀速贯入边坡中，便可根据试验所得出的锥尖阻力值方便且精准地计算出该土层所需压密注浆土钉的密度以及灌浆球体的直径。

Claims (10)

1.一种压密注浆土钉抗拔力预测方法，其特征在于：本方法设置模型箱，在模型箱内填入土样，并在土样中设置微型土压力计，在模型箱外通过加载设备给土样施加水平静压力，再通过模型箱顶部设置的触探装置将静力探头压入土样中进行CPT试验，得出探头在土样中受到的锥尖阻力值，再将锥尖阻力与已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力进行对比、拟合，找到两者之间的关联并推算出其他状态下注浆球体的抗拔力。

2.一种根据上述方法进行CPT试验的装置，其特征在于：它包括模型箱、反力架、加载装置和静力触探装置，模型箱包括顶面和一侧面开口的方形箱体，及安装于方形箱体侧面开口处的活动板，反力架的一端与方形箱体侧面开口处两侧的侧板连接，加载装置安装固定于反力架和活动板之间，静力触探装置通过安装梁固定于方形箱体顶面的中心位置处。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述方形箱体侧面开口处两侧的侧板对称设置有垂直内折的折弯边，方形箱体各侧板外壁均连接有井字形楞条架。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述活动板的高度小于方形箱体的高度，活动板的高度方向两侧对称设置有槽型挡条、底面两侧对称连接有滑轮，活动板的外侧设置有米字形楞条架。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述方形箱体的底板内表面对应所述滑轮位置处设置有尺寸大于滑轮尺寸的凹槽，活动板安装时，所述槽型挡条通过所述折弯边限位，所述滑轮可转动的嵌于凹槽中。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述方形箱体的三块侧板上对应活动板的高度位置处设置有一圈螺纹孔，各螺纹孔中连接有螺钉或者螺栓。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述反力架为A型架，它以尖角朝外水平布置，水平高度对应活动板的高度方向中心面，其两长边杆分别与所述方形箱体侧面开口处两侧的侧板连接固定。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述静力触探装置采用静力触探机，配套双桥探头；所述加载装置采用液压千斤顶，它沿水平方向布置，其一端固定于所述活动板外侧米字形楞条架的中心位置处，另一端固定于所述反力架的短边杆上。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述反力架上设置有多组用于安装所述加载装置的安装孔。

10.一种利用权利要求2所述装置进行CPT试验来推算出压密注浆土钉灌浆球体抗拔力的方法，包括以下步骤：

(1)在方形箱体侧面开口对面的侧板内侧设置多个微型土压力计，然后往模型箱中装入土样至接近方形箱体侧板上限位杆件位置处后整平，在土样顶面盖上压板并通过限位杆件将压板压住；

(2)将双桥探头和土样中设置的微型土压力计的数据线分别接入各自的数据采集仪，并确保双桥探头和各微型土压力计均处于正常状态；

(3)通过液压千斤顶给活动板施加压力实现对模型箱内的土样进行水平施压；

(4)通过微型土压力计连接的数据采集仪反映土压力达到设计值时，液压千斤顶停止施压工作；

(5)通过模型箱顶部的静力触探机将双桥探头匀速打入土样内，同时双桥探头通过其数据采集仪记录随贯入深度变化的锥尖阻力值；

(6)卸去加载装置，卸载土样，重新往模型箱中装入土样并整平后盖上压板并将其固定，调整液压千斤顶的压力值对土样施加不同的水平压力，采用同一直径的探头重复步骤(2)-(5)；

(7)卸去加载装置，卸载土样，重新填入土样并整平后盖上压板并将其固定，更换不同直径的双桥探头，保持步骤(6)的加载压力下重复步骤(2)-(5)；

(8)根据双桥探头所测得的锥尖阻力，记录每一次试验中双桥探头的锥尖阻力和贯入深度的关系，并绘制出曲线图；将静力触探所得出的数据与处于已知压力土样状态下的注浆球体抗拔力数据进行对比、拟合，找出两者之间的关联，建立联系并可推算出在其他状态下不同球体直径的压密注浆土钉的抗拔力。

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