[发明专利]一种模拟分布式后压浆桩土体系相互作用试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟分布式后压浆桩土体系相互作用试验装置与方法，所述装置包括压浆试样制作箱和用于作用在压浆试样制作箱上的轴压补偿设备，其中压浆试样制作箱下箱侧壁开孔引出注浆管并与分流阀连接用于注入水泥浆液的压浆装置，该压浆装置上设有压浆控制传感器，且连接数据采集仪实时监测并储存压浆关键参数的动态变化，并传输至电脑控制系统。本发明解决了考虑实际浆液注入对界面剪切特性的影响与批量试样制作的统一性与均匀性问题，为开展后压浆桩‑注浆体‑土体三者之间的接触界面剪切特性研究提供有效的试验手段；其次，可深入揭示分布式后压浆桩‑土体系相互耦合作用机理，进而可扩大分布式后压浆在超长大直径桩基础中的应用前景。

技术领域

本发明涉及土木工程领域的桩基后压浆室内试验装置及试验方法，尤其涉及一种模拟分布式后压浆桩-土体系相互作用的试验装置及其使用方法。

背景技术

随着超高层建筑、大跨度桥梁的不断涌现，其建筑高度和桥梁跨径的不断刷新，对超长大直径桩基础承载力的需求越来越高，而桩基础尺寸的加大会增加桩基施工难度，并且易导致成孔的垂直度、安全与质量难以保证，从而影响超长大直径桩基础的应用。后压浆技术被认为是解决上述问题、提升超长大直径桩承载性能的有效手段，因而后压浆技术被推广至超长大直径桩基础建设中。

尽管后压浆技术能有效地改善超长桩施工所带来的不利影响，但由于现有桩侧后压浆装置的断面间距大、压浆孔开塞率低以及浆液分布不均匀等问题，使注入的浆液不能沿桩身全范围覆盖且桩-土体系不能有效地形成一个紧密协同工作的系统。为解决现有装置存在的问题，申请人所在课题组首次提出超长桩分布式后压浆理念，并研发出一套分布式后压浆装置。由于超长桩注入水泥浆时，浆液会沿着桩身上返、下渗并渗入到接触面周围土颗粒的间隙中，使原来的超长桩-土结构形成新的超长桩-注浆体-土结构，导致后压浆超长桩在荷载传递规律和承载特性方面与传统超长桩基础有所不同。后压浆超长桩的桩-土体系存在超长桩-注浆体和注浆体-桩周土的两个荷载传递接触面，超长桩-注浆体-桩周土之间的界面剪切特性与荷载传递规律直接关系到后压浆超长桩-土体系相互耦合作用机理及承载特性，但目前对这方面的研究尚处于探索阶段。

由此可见，土与结构接触界面剪切力学特性研究是分析后压浆桩-土体系相互作用的基础。然而，目前均是以浆液平铺方式或浆液以规则形态展开的研究，未考虑浆液注入对界面剪切特性的影响。因此，提出一种模拟实际工程后压浆桩-土体系相互作用的试验装置是研究后压浆桩-注浆体-土体三者之间的接触界面剪切特性的关键。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种可实现桩-注浆体-土接触界面剪切力学特性的模型试验试样批量制备，且有效地确保试样的统一性与均匀性的模拟实际工程分布式后压浆桩-土体系相互作用的试验装置。

本发明的另一个发明目的是提供该模拟分布式后压浆桩土体系相互作用试验装置的使用方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种模拟分布式后压浆桩土体系相互作用试验装置，包括压浆试样制作箱和用于作用在压浆试样制作箱上的轴压补偿设备，其中所述压浆试样制作箱包括用于装填土试样的上箱、用于装填桩试样的下箱和位于下箱桩试样中的注浆管，该注浆管通过压浆试样制作箱下箱侧壁开孔引出由分流阀连接用于注入水泥浆液的压浆装置；所述轴压补偿设备通过钢垫块施加压力至压浆试样制作箱上箱土试样，并且轴压补偿设备上方设置反力架。

优选的，所述压浆试样制作箱上箱、下箱由可拆卸的铝合金板组成，且压浆试样制作箱下箱与输浆管连接的一面开设一系列进浆口。

进一步，所述轴压补偿设备在模拟低荷载作用时直接使用承压板加压，在模拟高水平荷载作用时采用气缸和反力架提供垂直应力，该气缸通过传输线路连接电脑控制系统。

优选的，所述压浆装置包括空气压缩机、储浆罐、调压阀和输浆管，该输浆管上还设有压浆控制传感器。