CN114965251A

CN114965251A - 一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法

Info

Publication number: CN114965251A
Application number: CN202210492307.2A
Authority: CN
Inventors: 李玉彬; 贾利强; 吴明远; 何锦章; 励彦德; 张伟; 蒋树勤; 班富理; 蔡诚; 付佰勇; 崔冰; 过超; 韩冬冬; 黄月超; 王昊; 木林隆; 贺银; 马程
Original assignee: Guangxi Xingang Transportation Investment Co ltd; CCCC Highway Consultants Co Ltd; CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd
Current assignee: Guangxi Xingang Transportation Investment Co ltd; CCCC Highway Consultants Co Ltd; CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2022-05-07
Filing date: 2022-05-07
Publication date: 2022-08-30

Abstract

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法，所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统包括两个混凝土块和反压板，两个所述混凝土块之间通过水平千斤顶连接，两个所述混凝土块支撑所述反压板，所述反压板下表面与滚轴排接触，竖向千斤顶底部放置在反压板上，所述竖向千斤顶顶部抵住传力块，所述传力块被固定，使其抵住竖向千斤顶。本发明提供一种采用水平千斤顶，通过混凝土自平衡来抵消反力，通过竖向千斤顶和竖向锚杆来施加正向压力，无需再开挖基岩的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法。

Description

一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法。

背景技术

现有技术：

对于悬大跨度悬索桥锚碇基础来说，填芯混凝土和基底岩石的摩擦效应在桥梁工程中是非常重要的研究课题。缆力传递到锚碇后，竖向分力抵消一部分重力，水平分力将有拉动基础运动的趋势，这部分力需要由锚碇基础底部的摩擦力来承担，因此准确地测量锚碇基底摩擦系数对指导桥梁基础设计具有重要意义。

在本发明之前，发明专利(授权号：CN105547994B)公开了一种岩石摩擦系数的测定方法，该专利在进行现场取岩样后，进行室内岩石三轴试验，通过给岩样施加不同的围压和轴压，模拟实际工况，测得不同地层的摩擦系数。该专利测得的摩擦系数数据均一性好，但是岩石样本取样过程繁琐，尤其是针对一些高围压条件下的岩石，卸荷后岩石容易崩解，难以取到完整试样。室内试验施加围压和轴压，模拟的也是现场实际工况。这种方法是室内试验方法，室内试验虽然也能测得较为均一的数据，但是由于取样后岩石容易崩解，测试结果难以直接应用于工程设计。

对于锚碇基础来说，在基坑开挖完成后，为了获得更为准确的摩擦系数数据，有必要进一步探究原位测试技术。根据《工程地质手册》(第五版)，现场试验多采用现场直接剪切试验，使用平推法、斜推法或楔形体法来开展试验。但是上述试验方法，法向荷载施加时，一般都需要一定配重，水平推力施加时，现场需要能提供千斤顶的反力。对于锚碇基础底部的基岩来说，需要为千斤顶开挖一定深度的工作面，即水平千斤顶地方需要下挖，承压钢板后面是岩石面，存在施工困难的问题。

解决上述技术问题的难度和意义：

因此，基于这些问题，提供一种采用水平千斤顶，通过混凝土自平衡来抵消反力，无需再开挖基岩的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法具有重要的现实意义。

发明内容

本申请目的在于为解决现有技术中技术问题而提供一种采用水平千斤顶，通过混凝土自平衡来抵消反力，通过竖向千斤顶和竖向锚杆来施加正向压力，无需再开挖基岩的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法。

本申请实施例为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统包括两个混凝土块和反压板，两个所述混凝土块之间通过水平千斤顶连接，两个所述混凝土块支撑所述反压板，所述反压板下表面与滚轴排接触，竖向千斤顶底部放置在反压板上，所述竖向千斤顶顶部抵住传力块，所述传力块被固定，使其抵住竖向千斤顶。

本申请实施例还可以采用以下技术方案：

在上述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统中，进一步的，所述混凝土块上表面铺有承压板，所述承压板位于混凝土块与滚轴排之间。

使混凝土块的受力更均匀，避免滚轴排向两侧运动时，碾压破坏混凝土块。

在上述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统中，进一步的，所述传力块两端通过钢绞线与竖向锚杆连接，所述竖向锚杆固定在地面上。

在上述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统中，进一步的，所述水平千斤顶和竖向千斤顶上安装有压力表。

在上述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统中，进一步的，所述混凝土块强度与锚碇内填芯混凝土强度相同，混凝土块高度不应小于推力方向边长的1/2。

在上述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统中，进一步的，所述混凝土块上表面铺有承压板，所述承压板位于混凝土块与滚轴排之间，所述传力块两端通过钢绞线与竖向锚杆连接，所述竖向锚杆固定在地面上，水平千斤顶和竖向千斤顶上安装有压力表。

一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法，所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法采用上述任一项所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统。

一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法，所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法包括以下步骤：

步骤一：现场浇筑混凝土块，浇筑混凝土块前，应将剪切面岩体表面清洗干净，混凝土块浇筑完成后，应进行养护，试验前应确认混凝土块达到设计强度；

步骤二：在两块混凝土块之间安装水平千斤顶，在混凝土块顶部按照所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统安装承压板、滚轴排、反压板、竖向千斤顶、传力块，把钢绞线的另一端与传力块连接。

在上述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法中，进一步的，所述步骤一之前包括以下步骤：平整基础场地，划分试验区域。进行竖向锚杆施工，之后将钢绞线的一端与竖向锚杆相连；所述步骤二还包括承压板与滚轴排接触的一面应涂抹润滑油。

以减小滚轴排滑动时与承压板之间的摩擦力。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：

1、本发明主要用于对悬索桥锚碇基础底部岩石与填芯混凝土摩擦系数进行快速测试，现场进行竖向抗拔锚杆施工，经过竖向千斤顶进行力的传递后，将锚杆的抗拔力转换为摩擦测试系统的竖向压力，水平千斤顶通过混凝土自平衡来抵消反力，无需再开挖基岩，测试过程经济可靠，可以更为方便地在锚碇基础底部进行摩擦系数测试，具有一定推广价值。

附图说明

以下将结合附图来对本申请实施例的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本申请范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图中：

1、混凝土块，2、承压板，3、反压板，4、竖向千斤顶，5、水平千斤顶，6、竖向锚杆，7、钢绞线，8、滚轴排，9、压力表，10、传力块。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1

自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统主要由混凝土块1、承压板2、反压板3、竖向千斤顶4、水平千斤顶5、竖向锚杆6、钢绞线7、滚轴排8、压力表9、传力块10组成。

混凝土块1采用与锚碇内填芯混凝土等强的混凝土，采用现场浇筑，浇筑混凝土前，应将剪切面岩体表面清洗干净，混凝土试体高度不应小于推力方向边长的1/2，试体浇筑完成后，应进行养护，试验前应测定混凝土强度，在确认混凝土达到设计强度后，应及时进行试验。

使用同等强度的混凝土，是为了让现场试验尽量与实际工况相同，不同强度的混凝土，与基岩的结合程度还是有差别的。

承压板2采用不锈钢板，放置在混凝土块1和滚轴排8之间，使混凝土块1的受力更均匀，避免滚轴排8向两侧运动时，碾压破坏混凝土块1。滚轴排8起到方便滑动的作用。加装了滚轴排8后，滑动不会对承压板2和混凝土块1产生摩擦力。这样设计正应力下的摩擦力，就都是在混凝土和岩石界面产生。

反压板3放置在滚轴排8和竖向千斤顶3之间，用于将竖向千斤顶3液压启动时形成的反压力均匀传递到承压板2和混凝土块1上。

竖向千斤顶4向上移动，拉力经由传力块9后由竖向锚杆5和钢绞线6承担，压力由反压板3、承压板2和混凝土块1承担；

水平千斤顶5提供水平推力，推力和反力均由混凝土块1承担，实现了受力的自平衡；

竖向锚杆6预先在岩石地基上钻孔埋设；

压力表9反映竖向千斤顶4和水平千斤顶5的内力。

现在承压板2的上面为滚轴排8，涂抹了润滑油，摩擦力很小，可以忽略不计。

实施例2

自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法包括以下步骤：

步骤一：设备进场，平整基础场地，划分试验区域；

步骤二：进行竖向锚杆6施工，之后将钢绞线7的一端与竖向锚杆6相连；

步骤三：现场浇筑混凝土块1，浇筑混凝土块1前，应将剪切面岩体表面清洗干净，试体浇筑完成后，应进行养护，试验前应确认混凝土达到设计强度。之后在两块混凝土块1之间安装水平千斤顶5，在混凝土块1顶部安装承压板2、滚轴排8、反压板3、竖向千斤顶4、传力块10，最后把钢绞线7的另一端与传力块10连接。承压板2与滚轴排8接触的一面应涂抹润滑油，以减小滚轴排8滑动时与承压板2之间的摩擦力。

步骤四：开启竖向千斤顶4，施加竖向荷载，法向荷载宜分1级～3级施加，分级可视法向应力的大小和岩性而定。加载采用时间控制，应每5min施加一级荷载，加载后应立即测读每级荷载下的法向位移，5min后再测读一次，即可施加下一级荷载。施加至预定荷载后，应每5min测读一次，当连续两次测读的法向位移之差不大于0.01mm时，可开始施加水平荷载。

步骤五：开启水平千斤顶5，施加水平荷载，按预估的最大剪切荷载分8级～12级施加，当施加荷载引起的水平位移明显增大时，可适当增加水平荷载分级；水平荷载采用时间控制，每5min施加一级，应在每级荷载施加前后对各位移测表测读一次，接近剪断时，应密切注视和测读荷载变化情况及响应的位移，荷载和位移应同步观测。混凝土块1剪断后，应继续施加水平荷载，直至测出趋于稳定的剪切荷载值为止。

步骤六：将水平荷载缓慢退载为零，观测混凝土块1回弹情况，试验结束。在退荷过程中，仍应保持法向应力为常数。

步骤七：数据整理，计算摩擦系数，摩擦系数＝水平推力/竖向压力。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本实施例现场进行竖向抗拔锚杆施工，经过竖向千斤顶进行力的传递后，将锚杆的抗拔力转换为摩擦测试系统的竖向压力，水平千斤顶通过混凝土自平衡来抵消反力，无需再开挖基岩，测试过程经济可靠，可以更为方便地在锚碇基础底部进行摩擦系数测试。

综上所述，本发明提供一种采用水平千斤顶，通过混凝土自平衡来抵消反力，无需再开挖基岩的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统及测试方法。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，其特征在于：所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统包括两个混凝土块和反压板，两个所述混凝土块之间通过水平千斤顶连接，两个所述混凝土块支撑所述反压板，所述反压板下表面与滚轴排接触，竖向千斤顶底部放置在反压板上，所述竖向千斤顶顶部抵住传力块，所述传力块被固定，使其抵住竖向千斤顶。

2.根据权利要求1所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，其特征在于：所述混凝土块上表面铺有承压板，所述承压板位于混凝土块与滚轴排之间。

3.根据权利要求1所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，其特征在于：所述传力块两端通过钢绞线与竖向锚杆连接，所述竖向锚杆固定在地面上。

4.根据权利要求1所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，其特征在于：所述水平千斤顶和竖向千斤顶上安装有压力表。

5.根据权利要求1所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，其特征在于：所述混凝土块强度与锚碇内填芯混凝土强度相同，混凝土块高度不应小于推力方向边长的1/2。

6.根据权利要求1所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统，其特征在于：所述混凝土块上表面铺有承压板，所述承压板位于混凝土块与滚轴排之间，所述传力块两端通过钢绞线与竖向锚杆连接，所述竖向锚杆固定在地面上，水平千斤顶和竖向千斤顶上安装有压力表。

7.一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法，其特征在于：所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法采用权利要求1-6任一项所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统。

8.一种自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法，其特征在于：所述自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法包括以下步骤：

步骤二：在两块混凝土块之间安装水平千斤顶，在混凝土块顶部按照权利要求6所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测定系统安装承压板、滚轴排、反压板、竖向千斤顶、传力块，把钢绞线的另一端与传力块连接。

9.根据权利要求8所述的自平衡式混凝土与岩石摩擦系数测试方法，其特征在于：所述步骤一之前包括以下步骤：平整基础场地，划分试验区域。进行竖向锚杆施工，之后将钢绞线的一端与竖向锚杆相连；所述步骤二还包括承压板与滚轴排接触的一面应涂抹润滑油。