CN113502859B - 一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置及试验方法，涉及土工试验仪器开发技术领域，主要是为了解决现有的用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置存在不能满足不同尺寸桩周土体试样的试样需求的问题，包括空气压缩机、阀门、顶板、底板、侧板、气压表、环形螺母、竖向连杆、横向连杆、微型振捣器和振捣器悬挂，该装置由两块顶板、五块侧板以及一块底板通过竖向连杆、横向连杆以及环形螺母拼接固定组成，第三侧板上外侧悬挂微型振捣器，第一顶板接有阀门以及气压表，内部分成三块区域分别为加压室、混凝土室以及土样室，加压室连接空气压缩机，其中土样室划分为四块区域，可灵活改变土样室尺寸，以满足不同类型桩周土体试样的尺寸需求。

Description

一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置及试验方法

技术领域

本发明涉及土工试验仪器开发技术领域，具体是一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置及试验方法。

背景技术

对于现场浇筑的灌注桩，由于桩周围的土体是多孔介质，在灌浆的过程中会有部分混凝土浆液沿着土中的孔隙向周边土体渗透，形成水泥土；且水泥土在灌注桩不同深度的分布因混凝土浆液应力大小的差异而存在差别，桩基的承载能力与桩周围土体物理力学性质和桩-土间的相互作用机理有很大的关系，特别对于灌注桩等现场浇筑的钢筋混凝土桩，灌浆的过程中混凝土浆液向土体内部孔隙渗透形成的水泥土粘聚力和内摩擦角较桩周围土体有所提高，进而增强桩基承载能力。

而传统的混凝土浆液渗透装置，没有考虑灌注桩浇筑过程中不同桩深位置的混凝土应力，不能准确地模拟混凝土所处的应力大小，因此无法获得不同深度的混凝土浆液渗透形成水泥土的空间分布情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置及试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置，包括第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板、第一顶板、第二顶板和底板,四块侧板、两块顶板以及一块底板通过竖向连杆、横向连杆以及环形螺母组装而成,第一顶板连接有阀门、进气孔和压力表，第二侧板下部装有振捣器悬挂，振捣器悬挂上通过螺母固定安装有微型振捣器。

作为本申请进一步的方案：所述驱动机构上还设置有第一平衡组件，所述第一平衡组件包括：

与偏心部连接的转动件，所述偏心部的偏心运动用于带动转动件运动；以及

与转动件连接的第一滑动件，运动的转动件用于带动第一滑动件做直线运动。

作为本申请再进一步的方案：还包括气压室、混凝土室和土样室，所述土样室划分为若干区域，所述气压室通过输气管路连接空气压缩机。

作为本申请再进一步的方案：所述第一顶板、第二顶板和底板由若干竖向连杆以及环形螺母连接固定，两块第一侧板由若干横向连杆以及环形螺母连接固定，所述第一侧板上开设有沟槽，第一侧板与第二侧板以及第三侧板嵌入连接。

作为本申请再进一步的方案：所述第一顶板上方开设有进气孔，进气孔处安装有阀门，阀门通过输气管路连接空气压缩机，所述进气孔和阀门连接气压室，所述气压室内安装有用于测量内部压力的压力表，阀门和空气压缩机用于控制气压室的压力。

作为本申请再进一步的方案：所述空气压缩机通过输气管路连接进气孔，空气压缩机用于为气压室提供模拟不同桩深位置混凝土浆液的特定应力。

作为本申请再进一步的方案：所述第一侧板、底板以及第二顶板分别开设有若干沟槽，所述第三侧板以安装在若干沟槽内的方式达到将土样室划分为若干区域的目的。

作为本申请再进一步的方案：所述气压室内还设置有橡胶模，橡胶膜与混凝土室之间设置有亚克力板，用于阻止橡胶模与混凝土直接接触所造成的橡胶模破损。

作为本申请再进一步的方案：所述气压室通过与混凝土室相连的方式以达到气压室对施加压力模拟灌注桩不同桩深位置的应力环境的目的，混凝土室通过与土样室相连的方式以达到混凝土浆液渗入土样的几何形态和得到灌注桩不同桩深位置桩周水泥土的空间分布规律的目的。

一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：将所取原状土样放入土样室，将第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板、底板以及第二顶板通过竖向连杆、横向连杆以及环形螺母进行组装固定；

步骤2：安装微型振捣器，配置混凝土，将其倒入混凝土室，打开微型振捣器进行振捣直至表面产生浮浆无气泡无下沉为止；

步骤3：将气压室与混凝土室之间放置亚克力板，气压室内腔套上橡胶模，然后安装固定第一顶板并检查装置气密性；

步骤4：进气孔连接输气管路，开启空气压缩机，打开阀门，当气压室达到设定气压时，关闭阀门和空气压缩机；

步骤5：将试样养护28天之后，剖开土样并记录浆液渗透距离；

步骤6：根据灌注桩不同桩深位置应力大小，设定不同气压，重复步骤1-5，统计不同气压下浆液渗透形成水泥土分布，进而得到灌注桩不同深度桩周水泥土的空间分布规律。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

1、主体结构由两块顶板、五块侧板以及一块底板通过竖向连杆、横向连杆以及环形螺母拼接固定组成，具有拆装方便，可快速投入使用的特点；可以克服传统设备体积庞大，操作繁琐的缺点；

2、将土样室划分为四块区域，灵活改变土样室尺寸，以满足不同尺寸桩周土体试样的试验需求，提高仪器的适用性；

3、根据不同桩深位置混凝土不同的应力情况，对混凝土施加不同的压力，能够准确模拟灌注桩不同桩深位置的混凝土浆液渗透的应力大小，进而观察浆液扩散的几何形态，基于此可以获得桩周水泥土的分布情况，最终得到灌注桩不同桩深位置的桩周水泥土的空间分布规律。

附图说明

图1为本发明的正面立体结构示意图。

图2为本发明的背面立体结构示意图。

图3为本发明的整体侧视结构示意图。

图4为本发明的整体俯视结构示意图。

图5为本发明的整体A-A剖面示意图。

图6为本发明的第一侧板结构示意图。

图7为本发明的底板结构示意图。

图8为本发明的第一顶板结构示意图。

图9为本发明的第二顶板结构示意图。

图中：1-阀门、2-进气孔、3-第一环形螺母、4-竖向连杆、5-压力表、6-第四侧板、7-第二顶板、8-底板、9-微型振捣器、10-振捣器悬挂、11-横向连杆、12-第二侧板、13-第一侧板、14-第三侧板、15-第一顶板、16-空气压缩机、17-橡胶模、18-输气管路、19-气压室、20-混凝土室、21-土样室、22-沟槽、23-螺纹孔、24-阀门连接孔、25-压力表连接孔、26-第二环形螺母、27-第三环形螺母、28-第四环形螺母、29-第五环形螺母、30-第六环形螺母、31-第七环形螺母、32-第八环形螺母、33-第九环形螺母、34-第十环形螺母、35-亚克力板、36-第一土样室、37-第二土样室、38-第二土样室、39-第二土样室。

具体实施方式

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。

请参阅图1至图3，本实施例提供了一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置，包括第一侧板13、第二侧板12、第三侧板14、第四侧板6、第一顶板15、第二顶板7和底板8,四块侧板、两块顶板以及一块底板通过竖向连杆4、横向连杆11以及环形螺母3组装而成,第一顶板15连接有阀门1、进气孔2和压力表5，第二侧板12下部装有振捣器悬挂10，振捣器悬挂10上通过螺母固定安装有微型振捣器9。

请参阅图1至图3，在以上所述的技术方案中，四块侧板、两块顶板以及一块底板通过竖向连杆4、横向连杆11以及第一环形螺母3、第二环形螺母26、第三环形螺母27、第四环形螺母28、第五环形螺母29、第六环形螺母30、第七环形螺母31、第八环形螺母32、第九环形螺母33、第十环形螺母34组合连接而成一个主体，其中四块侧板、两块顶板以及一块底板通过竖向连杆4、横向连杆11均开设有螺纹孔23，具有拆装方便，可快速投入使用的特点；可以克服传统设备体积庞大，操作繁琐的缺点。

请参阅图8，进一步的，第一顶板15分别开有阀门连接孔24以及压力表连接孔25。

请参阅图5，进一步的，所述第一顶板15、第二顶板7和底板8由若干竖向连杆4以及环形螺母3连接固定，两块第一侧板13由若干横向连杆11以及环形螺母3连接固定，所述第一侧板13上开设有沟槽22，第一侧板13与第二侧板12以及第三侧板14嵌入连接，本方案中竖向连杆4和横向连杆11的数量均为四根，第一侧板13与第二侧板12以及第三侧板14之间通过沟槽22嵌入连接，具有操作简单和拆装方便的特点。

请参阅图5，进一步的，还包括气压室19、混凝土室20和土样室21，所述土样室21划分为若干区域，所述气压室19通过输气管路18连接空气压缩机16。

请参阅图1至图9，进一步的，所述第一侧板13、底板8以及第二顶板7分别开设有若干沟槽22，所述第三侧板14以安装在若干沟槽22内的方式达到将土样室21划分为若干区域的目的，本方案中，第一侧板13、底板8以及第二顶板7上的沟槽22的数量为四道，第三侧板14能够通过四道沟槽22固定于不同的位置，以此将土样室21划分为四块区域第一土样室36、第二土样室37、第三土样室38、第四土样室39，可灵活改变土样室尺寸，以满足不同尺寸桩周土体试样的试验需，提高了仪器的适用性。

请参阅图1至图5，进一步的，所述第一顶板15上方开设有进气孔2，进气孔2处安装有阀门1，阀门1通过输气管路18连接空气压缩机16，所述进气孔2和阀门1连接气压室19，所述气压室19内安装有用于测量内部压力的压力表5，阀门1和空气压缩机16用于控制气压室19的压力，使用时，利用压力表5来测量气压室19压力，还可以通过阀门1和空气压缩机16来控制气压室19的压力大小。

请参阅图5，进一步的，所述空气压缩机16通过输气管路18连接进气孔2，空气压缩机16用于为气压室19提供模拟不同桩深位置混凝土浆液的特定应力。

请参阅图5，进一步的，所述气压室19内还设置有橡胶模17，橡胶膜17与混凝土室20之间设置有亚克力板35，用于阻止橡胶模17与混凝土直接接触所造成的橡胶模17破损。

请参阅图5，作为本申请一种实施例，所述气压室19通过与混凝土室20相连的方式以达到气压室19对施加压力模拟灌注桩不同桩深位置的应力环境的目的，混凝土室20通过与土样室21相连的方式以达到混凝土浆液渗入土样的几何形态和得到灌注桩不同桩深位置桩周水泥土的空间分布规律的目的。

一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：将所取原状土样放入土样室21，将第一侧板13，第二侧板12，第三侧板14，第四侧板6、底板8以及第二顶板7通过组装竖向连杆4、横向连杆11以及环形螺母3组装固定；

步骤2：安装微型振捣器10，配置混凝土，将其倒入混凝土室20，打开微型振捣器10进行振捣直至表面产生浮浆无气泡无下沉为止；

步骤3：将气压室19与混凝土室20之间放置亚克力板35，气压室19内腔套上橡胶模17，然后安装固定第一顶板15并检查装置气密性；

步骤4：进气孔2连接输气管路18，开启空气压缩机16，打开阀门1，当气压室19达到设定气压时，关闭阀门1和空气压缩机16；

步骤5：将试样养护28天之后，剖开土样并记录浆液渗透距离；

步骤6：根据灌注桩不同桩深位置混凝土浆液渗透的应力大小，设定不同气压，重复步骤1-5，统计不同压力条件下浆液渗透形成水泥土分布，进而得到灌注桩不同桩深位置的桩周水泥土分布规律。

本申请使用时，首先将所取原状土样放入土样室21，然后将第一侧板13、第二侧板12、第三侧板14、第四侧板6、底板8以及第二顶板7通过竖向连杆4、横向连杆11以及环形螺母3进行组装固定，接着安装微型振捣器10，配置混凝土，将其倒入混凝土室20，打开微型振捣器10进行振捣直至表面产生浮浆无气泡无下沉为止，接着将气压室19与混凝土室20之间放置亚克力板35，气压室19内腔套上橡胶模17，接着安装固定第一顶板15并检查装置气密性，接着进气孔2连接输气管路18并开启空气压缩机16，紧接着打开阀门1，当气压室19达到设定气压时，关闭阀门1和空气压缩机16，紧接着将试样养护28天之后，剖开土样并记录浆液渗透距离，最后根据灌注桩不同桩深位置应力大小，设定不同气压，重复以上步骤，统计不同气压下浆液渗透形成水泥土分布，进而得到灌注桩不同深度桩周水泥土的空间分布规律。

综上所述，本发明通过对混凝土施加不同的压力用来模拟灌注桩不同桩深位置的真实应力大小，进而观察浆液扩散范围和扩散的几何形态，基于此可以获得桩周水泥土的分布规律，最终得到灌注桩不同桩深位置的桩周水泥土分布规律。

需要特别说明的是，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式，以上所述实施例仅表达了本技术方案的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术方案专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变性、改进及替代，这些都属于本技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置，其特征在于，包括第一侧板（13）、第二侧板（12）、第三侧板（14）、第四侧板（6）、第一顶板（15）、第二顶板（7）和底板（8）,四块侧板、两块顶板以及一块底板通过竖向连杆（4）、横向连杆（11）以及环形螺母（3）组装而成,第一顶板（15）连接有阀门（1）、进气孔（2）和压力表（5），第二侧板（12）下部装有振捣器悬挂（10），振捣器悬挂（10）上通过螺母固定安装有微型振捣器（9）；

还包括气压室（19）、混凝土室（20）和土样室（21），所述土样室（21）划分为若干区域，所述气压室（19）通过输气管路（18）连接空气压缩机（16）；

所述第一顶板（15）、第二顶板（7）和底板（8）由若干竖向连杆（4）以及环形螺母（3）连接固定，两块第一侧板（13）由若干横向连杆（11）以及环形螺母（3）连接固定，所述第一侧板（13）上开设有沟槽（22），第一侧板（13）与第二侧板（12）以及第三侧板（14）嵌入连接；

所述第一顶板（15）上方开设有进气孔（2），进气孔（2）处安装有阀门（1），阀门（1）通过输气管路（18）连接空气压缩机（16），所述进气孔（2）和阀门（1）连接气压室（19），所述气压室（19）内安装有用于测量内部压力的压力表（5），阀门（1）和空气压缩机（16）用于控制气压室（19）的压力；

所述空气压缩机（16）通过输气管路（18）连接进气孔（2），空气压缩机（16）用于为气压室（19）提供模拟不同桩深位置混凝土浆液的特定应力。

2.根据权利要求1所述一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置，其特征在于，所述第一侧板（13）、底板（8）以及第二顶板（7）分别开设有若干沟槽（22），所述第三侧板（14）以安装在若干沟槽（22）内的方式达到将土样室（21）划分为若干区域的目的。

3.根据权利要求2所述一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置，其特征在于，所述气压室（19）内还设置有橡胶膜（17），橡胶膜（17）与混凝土室（20）之间设置有亚克力板（35），用于阻止橡胶膜（17）与混凝土直接接触所造成的橡胶膜（17）破损。

4.根据权利要求3所述一种用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置，其特征在于，所述气压室（19）通过与混凝土室（20）相连的方式以达到气压室（19）对施加压力模拟灌注桩不同桩深位置的应力环境的目的，混凝土室（20）通过与土样室（21）相连的方式以达到混凝土浆液渗入土样的几何形态和得到灌注桩不同桩深位置桩周水泥土的空间分布规律的目的。

5.应用于权利要求1-4任一所述的用于获取灌注桩桩周水泥土分布的装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将所取原状土样放入土样室（21），将第一侧板（13）、第二侧板（12）、第三侧板（14）、第四侧板（6）、底板（8）以及第二顶板（7）通过竖向连杆（4）、横向连杆（11）以及环形螺母（3）进行组装固定；

步骤2：安装微型振捣器（9），配置混凝土，将其倒入混凝土室（20），打开微型振捣器（9）进行振捣直至表面产生浮浆无气泡无下沉为止；

步骤3：将气压室（19）与混凝土室（20）之间放置亚克力板（35），气压室（19）内腔套上橡胶膜（17），然后安装固定第一顶板（15）并检查装置气密性；

步骤4：进气孔（2）连接输气管路（18），开启空气压缩机（16），打开阀门（1），当气压室（19）达到设定气压时，关闭阀门（1）和空气压缩机（16）；

步骤5：将试样养护28天之后，剖开土样并记录浆液渗透距离；

步骤6：根据灌注桩不同桩深位置应力大小，设定不同气压，重复步骤1-5，统计不同气压下浆液渗透形成水泥土分布，进而得到灌注桩不同深度桩周水泥土的空间分布规律。