一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置製造方法

2023-04-28 20:14:21 1

一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置。工程實際中準確評價分析樁基側摩阻力具有較強的指導意義。本實用新型於試驗底盤上設置試驗樁，外圈為原狀試樣和側圍試樣頂面依次有測量頂塊、原狀試樣頂板和側圍試樣頂板；原狀試樣外圈設置有壓力室側壁，圍成的空間為壓力室，壓力室內灌注有圍壓液體形成圍壓；試驗樁底面設置有頂杆活塞，向上加力產生側壁摩擦，測量頂塊的頂面設置有壓力表和位移傳感器進行數據測量。本實用新型利用小成本的室內試驗，確定樁土界面關係，樁身在側向壓力作用下側摩阻力的發揮性狀，試驗成果具有前瞻性，對準確指導工程設計和施工具有重要的意義。
【專利說明】一種粧基礎側摩阻力室內試驗裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種樁基承載力測試裝置，具體涉及一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置。

【背景技術】
[0002]樁基礎是現有地基基礎中常用的工程措施，準確描述確定樁基承載力是工程設計中的重要環節之一。樁基承載力取決於樁端阻力和樁基側摩阻力，在豎向荷載作用下樁身材料發生彈性壓縮變形，如果側摩阻力不足以抵抗豎向壓力時，樁端阻力才產生作用。為提高樁的承載力，對樁基的側摩阻力的作用機理及發揮性狀進行研究具有極其重要的作用。
[0003]我國現行規範將樁基側摩阻力看作只與樁周土體性質和類型相關的一個常數，側摩阻力係數通過雙橋靜力觸探方法或經驗參數確定，實際工程中的樁基承載力需要通過試樁的載荷板試驗最終確定。國外一些知名學者則利用樁周土的力學性質確定側摩阻力，Tomlinson、Vesic等認為樁在粘性土中的側摩阻力近似等於土的不排水抗剪強度。Chandler將樁周土對樁身的側向壓力作為承載力設計參數，側向壓力隨樁埋深增大而增大。另外一些學者的研究認為樁的幾何特性、樁土模量比、樁土界麵條件等對側摩阻力有影響。
[0004]綜上所述，在複雜多變的工工程實際中，準確評價分析樁基側摩阻力不僅具有重要的研究價值，對實際工程設計也具有較強的指導意義。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，解決現有技術中樁基側摩阻力係數合理取值的問題，不僅可描述樁身側摩阻力大小和分布規律為工程設計提供可靠的設計參數依據，同時一定程度上確定樁基負摩阻力大小分布。
[0006]本實用新型所採用的技術方案是:
[0007]一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於:
[0008]設置有試驗底盤，試驗底盤上方中心處為試驗樁，試驗樁外圈為原狀試樣，原狀試樣外圈為側圍試樣；
[0009]試驗樁頂面設置有測量頂塊，原狀試樣頂面設置有原狀試樣頂板，側圍試樣頂面設置有側圍試樣頂板；
[0010]原狀試樣外圈設置有壓力室側壁，與原狀試樣之間有間隔；壓力室側壁高於原狀試樣，頂緣設置有壓力室頂板；壓力室頂板環周邊緣與試驗底盤之間固定有壓力室螺栓；試驗樁頂面的測量頂塊從壓力室頂板中心穿出；試驗底盤、側圍試樣、壓力室側壁、壓力室頂板、原狀試樣頂板、側圍試樣頂板和測量頂塊圍成的空間為壓力室，壓力室內灌注有圍壓液體；
[0011]試驗樁底面設置有頂杆活塞，頂杆活塞從試驗底盤中心穿入，頂杆活塞底部為液壓頂杆，液壓頂杆與液壓泵組相接，管路上設置有微流量計和壓力計；測量頂塊的頂面設置有壓力表和位移傳感器。
[0012]壓力室與圍壓泵組相接，管路上設置有圍壓表。
[0013]壓力室頂部、壓力室頂板上設置有溢流閥。
[0014]原狀試樣頂部連接有進水管，底部設置有I號排氣閥；
[0015]側圍試樣底部設置有2號排氣閥。
[0016]試驗底盤上表面設置有圓形的凸臺，試驗樁、原狀試樣和側圍試樣均置於凸臺上方，側圍試樣外壁與凸臺環周對齊。
[0017]試驗底盤置於平臺形的試驗臺上，試驗底盤底部設置內螺紋，試驗臺頂面設置有具有外螺紋的的凸臺，試驗底盤旋緊固定於試驗臺。
[0018]試驗臺下方設置有底座，底座邊緣固定有兩個立柱，試驗臺懸空固定於立柱；
[0019]液壓泵組和圍壓泵組置於底座上；
[0020]立柱頂端之間設置有橫梁，壓力表懸掛於橫梁。
[0021]原狀試樣頂板上表面設置有環套在測量頂塊外的圓筒，從壓力室頂板穿出；壓力室頂板中心孔緣設置上凸的環臺，原狀試樣頂板的圓筒頂緣設置有環周的外彎折，套於壓力室頂板的環臺，並通過螺釘固定；
[0022]原狀試樣頂板的圓筒與壓力室頂板之間設置有密封膠圈。
[0023]原狀試樣外包覆有彈性薄膜；
[0024]側圍試樣和試驗底盤的凸臺外包覆有彈性薄膜。
[0025]本實用新型具有以下優點:
[0026]本實用新型利用場地原狀土樣進行樁基的小成本的室內試驗，確定樁土界面關係，樁身在側向壓力作用下側摩阻力的發揮性狀，利用沉降浸水等手段測試樁負摩阻力，不僅在工程設計前可以給出側摩阻力參數取值方法及承載力計算方法，同時也為樁基作用機理的研究提供一個可靠有效的室內試驗手段。
[0027]在工程的勘察階段即可針對場內原狀土樣進行不同壓力條件下的建築樁基的室內側摩阻力測試，可以有針對性的描述不同樁基在不同工況條件下的側摩阻力特性，建立場內樁基側摩阻力分析模型及規律，不僅試驗成本小，且試驗成果具有前瞻性，對準確指導工程設計和施工具有重要的意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型結構圖。
[0029]圖2為A-A截面圖。
[0030]圖3為B大樣圖。
[0031 ] 圖中，1-立柱，2-橫梁，3-壓力表，4-位移傳感器，5-測量頂塊，6_原狀試樣頂板，7-密封膠圈，8-進水管，9-壓力室側壁，10-圍壓液體，11-圍壓表，12-1號排氣閥，13-試驗臺，14-微流量計，15-壓力計，16-液壓泵組，17-圍壓泵組，18-底座，19-壓力室頂板，20-側圍試樣頂板，21-側圍試樣，22-原狀試樣，23-試驗樁，24-頂杆活塞，25-試驗底盤，26-2號排氣閥，27-液壓頂杆，28-溢流閥，29-壓力室螺栓。

【具體實施方式】
[0032]下面結合【具體實施方式】對本實用新型進行詳細的說明。
[0033]本實用新型所涉及的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，設置有試驗底盤25，試驗底盤25上方中心處為試驗樁23，試驗樁23外圈為原狀試樣22，原狀試樣22外圈為側圍試樣21。試驗樁23頂面設置有測量頂塊5，原狀試樣22頂面設置有原狀試樣頂板6，側圍試樣21頂面設置有側圍試樣頂板20。
[0034]原狀試樣22外圈設置有壓力室側壁9，與原狀試樣22之間有間隔；壓力室側壁9高於原狀試樣22，頂緣設置有壓力室頂板19 ;壓力室頂板19環周邊緣與試驗底盤25之間固定有壓力室螺栓29 ;試驗樁23頂面的測量頂塊5從壓力室頂板19中心穿出；試驗底盤25、側圍試樣21、壓力室側壁9、壓力室頂板19、原狀試樣頂板6、側圍試樣頂板20和測量頂塊5圍成的空間為壓力室，壓力室內灌注有圍壓液體10。
[0035]試驗樁23底面設置有頂杆活塞24，頂杆活塞24從試驗底盤25中心穿入，頂杆活塞24底部為液壓頂杆27，液壓頂杆27與液壓泵組16相接，管路上設置有微流量計14和壓力計15 ;測量頂塊5的頂面設置有壓力表3和位移傳感器4。
[0036]壓力室與圍壓泵組17相接，管路上設置有圍壓表11。壓力室頂部、壓力室頂板19上設置有溢流閥28。原狀試樣22頂部連接有進水管8，底部設置有I號排氣閥12 ;側圍試樣21底部設置有2號排氣閥26。
[0037]試驗底盤25上表面設置有圓形的凸臺，試驗樁23、原狀試樣22和側圍試樣21均置於凸臺上方，側圍試樣21外壁與凸臺環周對齊。
[0038]試驗底盤25置於平臺形的試驗臺13上，試驗底盤25底部設置內螺紋，試驗臺13頂面設置有具有外螺紋的的凸臺，試驗底盤25旋緊固定於試驗臺13。試驗臺13下方設置有底座18，底座18邊緣固定有兩個立柱2，試驗臺13懸空固定於立柱2 ;液壓泵組16和圍壓泵組17置於底座18上。立柱2頂端之間設置有橫梁2，壓力表3懸掛於橫梁2。
[0039]原狀試樣頂板6上表面設置有環套在測量頂塊5外的圓筒，從壓力室頂板19穿出；壓力室頂板19中心孔緣設置上凸的環臺，原狀試樣頂板6的圓筒頂緣設置有環周的外彎折，套於壓力室頂板19的環臺，並通過螺釘固定；原狀試樣頂板6的圓筒與壓力室頂板19之間設置有密封膠圈7。原狀試樣22外包覆有彈性薄膜；側圍試樣21和試驗底盤25的凸臺外包覆有彈性薄膜。
[0040]上述樁基礎側摩阻力室內試驗裝置的試驗方法，由以下步驟實現:
[0041]步驟一:將頂杆活塞24頂面與相鄰試驗底盤25頂面調平，在頂杆活塞24頂面上製備圓柱狀的原狀試樣22，直徑不大於擬試驗樁徑的4倍，在原狀試樣22外包覆彈性薄膜；
[0042]步驟二:將側圍試樣21的制樣筒套於試驗底盤25的凸臺上，在制樣筒內、原狀試樣22外圍填築土樣並夯實，製備側圍試樣21，夯實幹密度應等於原狀試樣22幹密度；
[0043]步驟三:取出側圍試樣21的制樣筒，將側圍試樣21頂部整平，將側圍試樣頂板20置於頂部，在側圍試樣21和試驗底盤25的凸臺外包覆彈性薄膜，底部用橡皮筋紮緊，將原狀試樣22和側圍試樣21同時封閉；
[0044]步驟四:在試驗底盤25上放置壓力室側壁9，並用壓力室螺栓29將壓力室頂板19與試驗底盤25緊固密封；
[0045]步驟五:鬆開原狀試樣頂板6和壓力室頂板19之間的螺釘，關閉液壓泵組16逆向閥穩定液壓頂杆27，打開溢流閥28，然後開啟圍壓泵組17向壓力室內注入圍壓液體10，壓力室注滿液體後擰緊溢流閥28，並逐漸加壓穩定到試驗圍壓；
[0046]步驟六:在試驗圍壓作用下，打開原狀試樣22和側圍試樣21中非飽和土的I號排氣閥12和2號排氣閥26,並維持穩定的固結壓力8小時,關閉I號排氣閥12和2號排氣閥26 ;飽和土固結穩定後，在I號排氣閥12和2號排氣閥26上連接孔隙水壓力計，測量試樣內部孔隙水壓力；
[0047]步驟七:取下測量頂塊5，向下垂直在原狀試樣22中心鑽孔，鑽至試驗底盤25並清孔，孔徑小於測量頂塊直徑；
[0048]步驟八:鑽孔完成後，向孔內注入模擬樁身的材料，製備試驗樁23，注入高度要低於原狀試樣頂板6的底面高度，維持穩定圍壓14天；
[0049]步驟九:待試驗樁23樁身強度達到要求後，安置壓力計3和位移傳感器4，緊固原狀試樣頂板6和壓力室頂板19之間的螺釘，開始試驗樁23樁身側摩阻力測試試驗；打開液壓泵組16，讀取微流量計14和壓力計15的初值；
[0050]步驟十:將預計樁基承載力分十級，調節液壓泵組16，分級加壓，微流量計14測定樁底位移，樁底位移I小時內小於0.0lmm後加下一級壓力；每級壓力下間隔10分鐘分別讀取微流量計14、壓力計15、壓力表3和位移傳感器4的值並記錄；當樁底位移在兩小時內不能穩定或壓力表3的值大於等於0.5倍壓力計15的值時,試驗完成；
[0051]步驟十一:整理試驗數據，根據微流量計14值計算各級合作作用下樁底位移量，壓力計15值計算樁底荷載力，壓力表3值計算樁頂反力發生時間與樁底荷載的關係；樁體發生剪切位移破壞後，用壓力計15、微流量計14測量值繪製樁身荷載-位移曲線圖；
[0052]取出試驗樁23，量取試樁外徑並計算其平均值，以試樁平均外徑作為剪切破壞面計算直徑分析該級圍壓下樁身側摩阻力；
[0053]步驟十二:通過壓力室注入圍壓液體10的兩，進行不同圍壓下的試驗樁23樁身側摩阻力測試。
[0054]上述試驗裝置可進行溼陷性黃土中樁基負摩阻力測試，完成模型樁施工後，將進水口 8外接水源充分浸水，關閉液壓泵組16，讀取樁基對地板的壓力。
[0055]樁基與樁周土作用關係與兩者的性質緊密相關，不同組合樁基側摩阻力發揮方式也不同，其破壞面有可能是樁周土的剪切破壞，亦有可能是樁基與側壁的滑動摩擦破壞。例如結構性較強土層中的鑽孔灌注樁，樁基破壞時的平均直徑就要大於鑽孔直徑，而預製樁的破壞則主要是沿樁基外側的滑動破壞。故而以單一側摩阻力或樁周土不排水強度評估樁基均存在一定偏差。
[0056]本實用新型採用將樁基模型置於原狀試樣當中，近似的模擬了工程中樁基的實際工況，並在原狀試樣外側增加了側圍土試樣消除了試驗尺寸效應帶來的誤差同時達到圍壓傳遞的效用，可以準確描述固結圍壓作用下樁基的工作狀況。在圍壓作用下以豎向液壓杆推動模擬樁基試樣移動，模擬樁基的實際工作狀態。室內試驗不僅可以模擬不同工況、設備測量精度也高、測量值準確、成本低、經濟可靠，在工程前期即可進行測試從而指導工程設計。測試結構不僅準確可靠，而且試驗結果具有直觀性，對樁基礎破壞規律的研究也具有重要實用價值。
[0057]現有樁基工程設計中採用固定側摩阻力值，即側摩阻力的大小隻與樁周土性質有關，或者利用靜力觸探資料進行修正取值。樁基承載力為側摩阻力與樁端阻力之和。
[0058]Qi^TjjMpu
[0059]Ui, Li為樁周第i層土的厚度和樁周長，qsu1、Qpu為第i層土的極限側摩阻力和持力層的極限端阻力，Ap為樁端截面積。對於摩擦樁，qsui的合理取值問題直接關係到工程安全性和成本造價，也是目前工程設計中遇到的一個重要問題。
[0060]本實用新型的樁基承載力計算公式為:
[0061]
O = V συ Lf.+A q

I μ I ip] pu
[0062]其中σ i為第i層土側向壓力，fsui為試驗所得側摩阻力係數；
[_ /如=(β-a)/釁久％
[0064]Q1, Q2分別為試樣下端和上端壓力測試試驗值，Is試樣高度，Dffl為試樁破壞外徑平均值，σ3為測試圍壓大小。
[0065]本實用新型試驗方法測試的不僅可以直接反映不同樁土組合結構破壞形式，樁基側摩阻力測試值中包含側向圍壓係數的影響，更能準確反映樁體實際工作狀態，這是當前工程中所不常見的，具有重要的研究意義和實用價值。
[0066]本實用新型的內容不限於實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案採取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 設置有試驗底盤(25 )，試驗底盤(25 )上方中心處為試驗樁(23 )，試驗樁(23 )外圈為原狀試樣(22)，原狀試樣(22)外圈為側圍試樣(21)； 試驗樁(23)頂面設置有測量頂塊(5)，原狀試樣(22)頂面設置有原狀試樣頂板(6)，側圍試樣(21)頂面設置有側圍試樣頂板(20)； 原狀試樣(22)外圈設置有壓力室側壁(9)，與原狀試樣(22)之間有間隔；壓力室側壁(9)高於原狀試樣(22)，頂緣設置有壓力室頂板(19);壓力室頂板(19)環周邊緣與試驗底盤(25)之間固定有壓力室螺栓(29);試驗樁(23)頂面的測量頂塊(5)從壓力室頂板(19)中心穿出；試驗底盤(25)、側圍試樣(21)、壓力室側壁(9)、壓力室頂板(19)、原狀試樣頂板(6)、側圍試樣頂板(20)和測量頂塊(5)圍成的空間為壓力室，壓力室內灌注有圍壓液體(10)； 試驗樁(23)底面設置有頂杆活塞(24)，頂杆活塞(24)從試驗底盤(25)中心穿入，頂杆活塞(24)底部為液壓頂杆(27)，液壓頂杆(27)與液壓泵組(16)相接，管路上設置有微流量計(14)和壓力計(15);測量頂塊(5)的頂面設置有壓力表(3)和位移傳感器(4)。
2.根據權利要求1所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 壓力室與圍壓泵組(17)相接，管路上設置有圍壓表(11)。
3.根據權利要求2所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 壓力室頂部、壓力室頂板(19)上設置有溢流閥(28)。
4.根據權利要求3所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 原狀試樣(22)頂部連接有進水管(8)，底部設置有I號排氣閥(12)； 側圍試樣(21)底部設置有2號排氣閥(26)。
5.根據權利要求4所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 試驗底盤(25)上表面設置有圓形的凸臺，試驗樁(23)、原狀試樣(22)和側圍試樣(21)均置於凸臺上方，側圍試樣(21)外壁與凸臺環周對齊。
6.根據權利要求5所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 試驗底盤(25)置於平臺形的試驗臺(13)上，試驗底盤(25)底部設置內螺紋，試驗臺(13)頂面設置有具有外螺紋的的凸臺，試驗底盤(25)旋緊固定於試驗臺(13)。
7.根據權利要求6所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 試驗臺(13)下方設置有底座(18)，底座(18)邊緣固定有兩個立柱(2)，試驗臺(13)懸空固定於立柱(2); 液壓泵組(16)和圍壓泵組(17)置於底座(18)上； 立柱(2 )頂端之間設置有橫梁(2 )，壓力表(3 )懸掛於橫梁(2 )。
8.根據權利要求7所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 原狀試樣頂板(6)上表面設置有環套在測量頂塊(5)外的圓筒，從壓力室頂板(19)穿出；壓力室頂板(19)中心孔緣設置上凸的環臺，原狀試樣頂板(6)的圓筒頂緣設置有環周的外彎折，套於壓力室頂板(19)的環臺，並通過螺釘固定； 原狀試樣頂板(6)的圓筒與壓力室頂板(19)之間設置有密封膠圈(7)。
9.根據權利要求8所述的一種樁基礎側摩阻力室內試驗裝置，其特徵在於: 原狀試樣(22)外包覆有彈性薄膜；側圍試樣(21)和試驗底盤(25)的凸臺外包覆有彈性薄膜。
【文檔編號】E02D33/00GK203960918SQ201420390608
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】於基寧, 李妍, 舒磊, 高志偉, 王向陽, 李響, 孟祥連, 孫良鑫, 辛文棟, 郭剛, 薛寶科 申請人:中鐵第一勘察設計院集團有限公司