[发明专利]一种测试管桩与注浆土体之间静力剪切特性的试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程试验装置技术领域，具体涉及一种测试管桩与注浆土体之间静力剪切特性的试验装置及方法。

背景技术

结构与注浆岩土土体之间力学特性研究是岩土工程领域的重要课题之一，是解决结构与注浆土体之间相互作用的前提。传统试验装置：单剪仪、直剪仪、扭剪仪和循环加载剪切仪等，均人为假定结构与土的接触界面为破坏面，而实际上结构与土界面剪切破坏时界面剪切强度可能高于土体本身的剪切强度，使得剪切破坏面发生在土体内部。针对结构与周围包裹的水泥注浆土体而言，通常水泥浆与结构的粘结强度要高于普通的注浆土体强度，剪切破坏面将发生在注浆土体内部，形成一个具有一定厚度的剪切破坏带。因此，现有的剪切试验装置难以真实、准确地测定和观测分析结构与注浆土体之间的剪切特性。

管桩是高层建筑物的常用基础形式，主要用作建筑物的抗压、抗拔和抗水平力等。采用大直径随钻跟管钻机(专利号：ZL 200820158894.7)施工的管桩，管壁外侧灌注水泥浆(钻孔直径较管桩直径大40～100mm)以提高管桩的侧摩阻力，然而，管桩与其桩周注浆土体的剪切、错动、和脱开等非连续变形破坏问题，尚缺乏深入系统的研究。主要原因是目前的结构与土的剪切试验设备大部分是平面上的，少有关于弧面的剪切试验研究，尺寸一般也较小，无法模拟结构与注浆土体在单调加载或者循环加载条件下的实际力学行为。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有试验设备测试精度不高，针对性不强，取样不可靠，试验结果离散性大的技术问题，提供一种操作简便、测试准确、样本接近工程实际的测试管桩与注浆土体之间静力剪切特性的试验装置及方法。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述测试管桩与注浆土体之间静力剪切特性的试验装置，包括管桩模型试验箱、加载机构和监测系统，所述管桩模型试验箱包括箱体、设置在箱体内的管桩、用于填充箱体的土体、设置在管桩外圆周上的水泥浆；所述管桩底部设置有支承部；

所述监测系统包括设置在管桩上部的位移传感器、设置在加载机构上的压力传感器、以及设置在所述管桩外表面的一排或一排以上的应变花组；所述应变花组沿所述管桩圆周方向均匀分布；

所述应变花组包括沿所述管桩中心轴方向均匀分布的若干应变花，所述应变花连接有自动记录仪。

进一步地，所述支承部为压缩板或塑料泡沫板，在制作模型箱时，为管桩提供竖向承载力，在试验时能产生较大的压缩变形，使得管桩在尽可能理想的状态下测试其与注浆土体之间的剪切情况。

进一步地，所述加载机构包括设置在所述管桩顶部的桩帽、船筏和水平放置于船筏上的主梁，所述船筏的数量为偶数且对称分布于管桩轴线的两侧，所述船筏与所述主梁活动连接，所述桩帽与主梁之间设置有千斤顶，所述千斤顶的轴心线与所述主梁的重心线相互重合。千斤顶为管桩施加压力，船筏和主梁为千斤顶提供反力，使得加载机构更稳定，施加的压力范围较大，适用范围广。

进一步地，所述船筏沿竖直方向设置有开口固定孔，所述主梁在背离船筏一侧设置有小梁，所述小梁上设置有与所述开口固定孔同轴的连接孔，贯穿所述开口固定孔和连接孔设置有螺栓，所述船筏和主梁通过所述小梁和螺栓活动连接。

进一步地，所述船筏上堆载有配重块。

进一步地，所述配重块为水泥砼块、钢块或沙袋。

进一步地，测试模型较小时，所述加载机构为压力试验机，方便操作，适用于小型模型试验。

一种测试管桩与注浆土体之间静力剪切特性的试验方法，其步骤包括：

(1)将管桩放置在箱体内，并且在管桩底部放置支承部；

(2)在管桩外套设与管桩对应的钢套筒，钢套筒内表面与管桩外表面之间预留用于灌注水泥浆的空隙；所述管桩外表面贴有若干应变花；管桩顶部设置有位移传感器；

(3)所述钢套筒的内径比所述管桩的外径大20mm～100mm，可根据试验研究的需要制作不同厚度的水泥注浆体；

(4)用土体填充箱体，并且将土体夯实；

(5)在管桩与钢套筒之间灌注水泥浆，并且一边灌注水泥浆一边拔出钢套筒，或在水泥浆初凝前拔出所述钢套筒；所述管桩与所述土体之间灌注特定水灰比的水泥浆，所述水泥浆的水灰比为0.4～1.0，针对砂土优选0.7；

(6)加载机构从上部通过承压板对管桩施加竖向压力，逐步增加压力，直到管桩与周围水泥注浆体之间发生剪切破坏；所述加载机构上设置有压力传感器；

(7)记录所述应变花、位移传感器和压力传感器的数据。