CN110847258A - 一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统 - Google Patents

一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统 Download PDF

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刘春林
唐孟雄
胡贺松
岳云鹏
侯振坤
陈航
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Abstract

本发明公开了一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,通过在土试样和桩试样之间的间隙设置注浆管和与之相连的注浆装置,可以在土试样和桩试样安装到位之后对间隙进行目标类型浆体的注入,并通过竖直加压装置和周围装置对桩试样和土试样分别进行竖直方向上和侧围方向上的压力加载,与桩‑浆‑土界面在实际工程中的受力状态相同,并通过压力传感器和位移传感器对桩试样的试验参数进行全面的检测,可准确模拟桩侧注浆的桩型在实际工程中的力学特性,从而对桩‑浆‑土的界面剪切机理进行更深入的试验。

Description

一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统
技术领域
本发明涉及注浆界面剪切试验领域,尤其涉及一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统。
背景技术
高层建筑对地基承载力要求较高,桩基础作为一种重要的基础形式被广泛应用于建筑、道路、桥梁、港口等工程中。随着桩基础的创新发展,出现了许多新型大直径预制桩基础,如随钻跟管桩、静钻根植法桩、中掘法管桩等,这些非挤土或者部分挤土的新桩型具有施工速度快、预制程度高、节能环保等优点,而且桩周通常被注入的水泥浆或者水泥土浆包裹,以强化和提高桩侧摩阻力;对于深厚软土地区的桩基础,其承载力主要由桩侧摩阻力提供,关系到桩基础的承载性能。因此,桩-浆-土的界面剪切机理尤为重要,现有的试验方法或装置鲜少有较为合理考虑桩侧注浆后的剪切特性,对于桩-浆-土的界面剪切机理的试验数据较为缺失,因而需要设计一种可实现桩侧注浆的桩-浆体-土界面剪切系统,为注浆后的桩侧摩阻力研究提供手段。
发明内容
本发明的目的在于,针对上述问题,提供一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,可准确模拟桩侧注浆的桩型在实际工程中的力学特性,从而对桩-浆-土的界面剪切机理进行更深入的试验。
为解决上述技术问题,本发明基于以下技术方案进行实施:
一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,包括:
模型箱体;
设置在所述模型箱体内的桩试样和土试样;所述土试样设置在所述桩试样周围且与所述桩试样存在间隙;
设置所述桩试样上方的竖直加压装置、压力传感装置和位移传感装置;
设置在所述土试样外围的周围加压装置;
注浆装置,通过注浆管与所述模型箱体连接,所述注浆管的注浆出口通向所述土试样和所述桩试样之间的所述间隙;
主控装置,电连接至所述竖直加压装置、压力传感装置、位移传感装置、周围加压装置和注浆装置。
进一步的,所述模型箱体包括外箱体和内箱体;所述内箱体设置有所述桩试样和土试样;所述内箱体的顶部开口,所述内箱体的顶部开口对应所述土试样的区域设置有盖板以固定所述土试样。
进一步的,所述内箱体的两侧平行设置有两个侧板;所述竖直加压装置包括反力架和设置在所述反力架和所述桩试样之间的伺服加压装置,所述反力架的两端分别与所述两个侧板的顶边滑动连接以使得所述反力架可沿所述两个侧板的顶边移动。
进一步的,所述压力传感器分别设置在所述桩试样的顶部和底部,用于检测所述桩试样的顶部和底部的压力参数。
进一步的,所述位移传感器为激光位移传感器,所述激光位移传感器设置在所述桩试样的顶部并激光对准所述外箱体的上壁,以测量所述桩试样在竖直方向上的位移。
进一步的,所述周围加压装置包括:
气囊,设置在所述内箱体的内壁与所述土试样之间;
电动空气压缩机,通过充气管与所述气囊连接,并电连接至所述主控装置。
进一步的,所述反力架的两端设置有滑槽支座,所述滑槽支座与所述侧板的顶边配合。
进一步的,所述桩试样底部的所述压力传感器下方设置有弹性泡沫垫。
进一步的,所述内箱体的底部设置有排水阀。
进一步的,还包括桩土间隔板,用于在初始安装时设置在所述内箱体内所述桩试样和所述土试样之间以制造所述间隙。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明公开了一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,通过在土试样和桩试样之间的间隙设置注浆管和与之相连的注浆装置,可以在土试样和桩试样安装到位之后对间隙进行目标类型浆体的注入,并通过竖直加压装置和周围装置对桩试样和土试样分别进行竖直方向上和侧围方向上的压力加载,与桩-浆-土界面在实际工程中所受的压力相同,并通过压力传感器和位移传感器对桩试样的试验参数进行全面的检测与采集,可准确模拟桩侧注浆的桩型在实际工程中的力学特性,从而对桩-浆-土的界面剪切机理进行更深入的试验研究。
附图说明
图1是本发明实施例中所述的一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统的剖面结构示意图;
图2是本发明实施例中所述的一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统的俯视结构示意图;
图3是本发明实施例中所述的反力架与侧板的滑槽连接示意图;
图4是本发明实施例中所述的桩土间隔板的结构示意图;
图中:
1-桩试样;2-土试样;3-桩侧注浆体;3.1-桩土间隔板;4-模型箱体;4.1-外箱体;4.2-内箱体;4.3-侧板;5-周围加压装置;5.1-柔性气囊体;5.2-充气管;5.3-空气压缩机;6-封盖板;7-连接螺栓;8-注浆装置;8.1-注浆管;8.2-电动注浆机;8.3-注浆液;9-竖直加压装置;9.1-压力传感装置;9.2-伺服加压装置;9.3-激光位移传感装置;9.4-数据线;9.5-数据采集仪;10-反力架;11-电脑中控系统;12-弹性泡沫垫;13-排水阀;14-滑槽支座。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1-图3所示,本实施例公开了一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,包括模型箱体4、周围加压装置5、注浆装置8、竖直加压装置9、电脑中控系统11,具体的,模型箱体4内设置有桩试样1和土试样2;土试样2设置在桩试样1周围且与桩试样1存在间隙;具体的,竖直加压装置9设置在桩试样1上方,具体的,桩试样1上方还设置有压力传感装置9.1和位移传感装置9.3;具体的,周围加压装置5设置在土试样2的外围;具体的,注浆装置8通过注浆管8.1与模型箱体4连接,注浆管8.1的注浆出口通向土试样2和桩试样1之间的间隙,在使用时可以对间隙进行注浆以形成桩侧注浆体3。具体的,电脑中控系统11电连接至竖直加压装置9、压力传感装置9.1、位移传感装置9.3、周围加压装置5和注浆装置8,以对这些设备进行控制。
上述公开的剪切试验系统,通过在土试样和桩试样之间的间隙设置注浆管和与之相连的注浆装置,可以在土试样和桩试样安装到位之后对间隙进行目标类型浆体的注入,并通过竖直加压装置和周围装置对桩试样和土试样分别进行竖直方向上和侧围方向上的压力加载,与桩-浆-土界面在实际工程中所受的压力相同,并通过压力传感器和位移传感器对桩试样的试验参数进行全面的检测与采集,可准确模拟桩侧注浆的桩型在实际工程中的力学特性,从而对桩-浆-土的界面剪切机理进行更深入的试验。
具体的,模型箱体4包括外箱体4.1和内箱体4.2;内箱体4.2内设置有桩试样1和土试样2;内箱体4.2的顶部开口,内箱体4.2的顶部开口对应土试样2的区域设置有封盖板6以固定土试样2。具体的如图2所示,内箱体4.2顶部的封盖板6由多块子封盖板组成,用于覆盖全部土体,并通过连接螺栓7与模型箱4固定,限制土体在侧向气囊体充气加压时发生滑移。
具体的,内箱体4.2的两侧平行设置有两个侧板4.3;竖直加压装置包括反力架10和设置在反力架10和桩试样1之间的伺服加压装置9.2,反力架10的两端分别与两个侧板4.3的顶边滑动连接以使得反力架10可沿两个侧板的顶边移动。具体的,反力架10的两端设置有滑槽支座14,滑槽支座14与侧板4.3的顶边配合,如图3所示。通过这样设置,反力架可以在初始安装时先移动到一边,以使得工作人员可以安装桩试样和内箱体等设备,等到安装完成后再将反力架移动回桩试样的正上方。
具体的,压力传感器9.1分别设置在桩试样1的顶部和底部,用于检测桩试样1的顶部和底部的压力参数。具体的,桩试样1底部的压力传感器9.1下方设置有弹性泡沫垫12。桩底放置弹性泡沫垫12的目的在于减少桩端阻力,更真实模拟桩土的侧面竖向剪切特性。
具体的,位移传感器9.3为激光位移传感器,激光位移传感器9.3设置在外箱体4.1的上壁并激光对准桩试样1的顶部,以测量桩试样1在竖直方向上的位移。
具体的,周围加压装置5包括柔性气囊体5.1和电动空气压缩机5.3,柔性气囊体5.1设置在内箱体4.2的内壁与土试样2之间,具体的,柔性气囊体5.1环绕于土试样2的外周围,柔性气囊体5.1可根据内腔气压的大小膨胀和收缩,能够使桩周较为均匀地受到围压作用。电动空气压缩机5.3通过充气管5.2与气囊5.1连接,并电连接至电脑中控系统11,电脑中控系统11启动空气压缩机5.3初步给气囊体5.1充气,从而模拟桩侧围压施加,并初步压实土试样2。理论上在通过气囊装置5施加围压过程中土试样2会发生一定变化,但在保证桩-浆-土界面挤密的情况下,气囊装置5引起的土体压缩量不是很大,因而本发明方法是通过气囊体的充气膨胀替代土体压缩量,不影响试验效果。
具体的,本剪切系统还包括桩土间隙板3.1,用于在初始安装时设置在内箱体4.2内桩试样1和土试样2之间以制造间隙,具体地,其结构如图4所示,可根据试验需求制作不同注浆厚度、粗糙度、纹理结构。
具体的,内箱体4.2的底部还设置有排水阀13,根据试验内容需要控制排水阀13的开与关,控制土试样2的含水状态,通过这样设置,本系统可通过顶部注水底部排水方式控制土样含水率与现场相符,在保证与实际工程相同的桩试样、土环境情况下,无需考虑其他过多影响因素,可准确得到实际工程桩的接触面剪应力。
本实施例还对应于上述系统公开了一种剪切试验方法,其步骤如下;
(1)按实际需要制作桩试样1和与之相匹配的桩土间隙板3.1,具体地,桩土间隙板3.1包裹在桩试样1的外周,用于模拟桩-土间隙,为后续桩-土间隙内注浆做准备;
(2)在内箱体4.2的中部放入桩试样1、土试样2和桩土间隙板3.1,然后在土试样2的外侧安装柔性气囊体5.1;柔性气囊体5.1通过充气管5.2与空气压缩机5.3相连,启动空气压缩机5.3初步给气囊体5.1充气,从而模拟桩侧围压施加,并初步压实土试样2;
(3)初步压实土试样2后,将顶部封盖板6盖好,并通过连接螺栓7将顶部封盖板6与内箱体4.2的侧壁固定;
(4)通过控制空气压缩机5.3,降低柔性气囊体5.1的气压,然后将桩土间隙板3.1拔出,从而形成桩-土间隙;具体地,必要时可先拔出桩试样1,再拔出桩土间隙板3.1,最后再放入桩试样1;
(5)桩侧注浆试验:借助桩底注浆装置8对桩-土间隙进行注浆,桩底注浆装置8由注浆管8.1、电动注浆机8.2和注浆液8.3组成,将配好的注浆液8.3装入电动注浆机8.2并启动电动按钮即可开始桩-土间隙注浆作业,注浆液填充满桩-土间隙并静置一段时间后形成注浆体3.2;
(6)安装加载量测系统9:依次将压力传感器9.1、加载设备9.2、激光位移传感器9.3安放在桩试样1的顶部,其中加载设备9.2与顶部反力架10相连接,借其施加桩顶反力;数据采集仪9.5通过数据线9.4与各传感器、加压设备连接;电脑中控系统11通过数据线9.4控制空气压缩机5.3、注浆机8.2和数据采集仪9.5的运转、数据采集和分析。
(7)桩-浆体-土界面剪切试验:启动电脑中控系统11,根据需要通过柔性气囊体5.1施加桩试样1的侧向围压,通过加压设备9.2对桩试样1施加竖向压力;在竖向加载作用下,桩试样1发生竖向滑动,桩试样1所受到的压力和位移,分别通过压力传感器9.1和位移传感器9.3获得。
上述公开的剪切试验系统和方法具有以下优点:
(1)本剪切系统及试验方法的气囊装置通过充气对土试样进行挤压,这与桩-浆-土在实际工程中所受的水平压力一致;可准确模拟桩侧注浆的桩型在实际工程中的力学特性。
(2)本剪切系统及试验方法的桩-浆-土接触面剪切试验系统及方法,能够对不同粗糙度及纹理的注浆界面进行试验模拟。
(3)本剪切系统及试验方法,通过桩底注浆的方式使得与实际工程注浆方式相一致,并通过注浆系统控制注浆压力与水灰比,可准确得到实际工程桩侧注浆效果。
(4)本剪切系统及试验方法,可通过顶部注水底部排水方式控制土样含水率与现场相符,在保证与实际工程相同的桩试样、土环境情况下,无需考虑其它过多影响因素,可准确得到实际工程桩的接触面剪应力。
(5)本剪切系统及试验方法,步骤简洁明了,通过中控系统控制大部分试验操作,可操作性强,便于实现;同时,对桩试样与注浆厚度及粗糙度不做限制,应用范围广。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明做任何形式上的限制,故凡未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,包括:
模型箱体;
设置在所述模型箱体内的桩试样和土试样;所述土试样设置在所述桩试样周围且与所述桩试样存在间隙;
设置所述桩试样上方的竖直加压装置、压力传感装置和位移传感装置;
设置在所述土试样外围的周围加压装置;
注浆装置,通过注浆管与所述模型箱体连接,所述注浆管的注浆出口通向所述土试样和所述桩试样之间的所述间隙;
主控装置,电连接至所述竖直加压装置、压力传感装置、位移传感装置、周围加压装置和注浆装置。
2.根据权利要求1所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述模型箱体包括外箱体和内箱体;所述内箱体设置有所述桩试样和土试样;所述内箱体的顶部开口,所述内箱体的顶部开口对应所述土试样的区域设置有盖板以固定所述土试样。
3.根据权利要求2所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述内箱体的两侧平行设置有两个侧板;所述竖直加压装置包括反力架和设置在所述反力架和所述桩试样之间的伺服加压装置,所述反力架的两端分别与所述两个侧板的顶边滑动连接以使得所述反力架可沿所述两个侧板的顶边移动。
4.根据权利要求1所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述压力传感器分别设置在所述桩试样的顶部和底部,用于检测所述桩试样的顶部和底部的压力参数。
5.根据权利要求2所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述位移传感器为激光位移传感器,所述激光位移传感器设置在所述桩试样的顶部并激光对准所述外箱体的上壁,以测量所述桩试样在竖直方向上的位移。
6.根据权利要求2所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述周围加压装置包括:
气囊,设置在所述内箱体的内壁与所述土试样之间;
电动空气压缩机,通过充气管与所述气囊连接,并电连接至所述主控装置。
7.根据权利要求3所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述反力架的两端设置有滑槽支座,所述滑槽支座与所述侧板的顶边配合。
8.根据权利要求4所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述桩试样底部的所述压力传感器下方设置有弹性泡沫垫。
9.根据权利要求2所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,所述内箱体的底部设置有排水阀。
10.根据权利要求2所述的可实现桩侧注浆的界面剪切试验系统,其特征在于,还包括桩土间隔板,用于在初始安装时设置在所述内箱体内所述桩试样和所述土试样之间以制造所述间隙。
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