[发明专利]一种模拟注浆扩底桩抗抜承载力的试验方法

摘要

本发明涉及一种模拟注浆扩底桩抗抜承载力的试验方法，通过模型试验的方法，把复杂的注浆过程等价转换为较简单的扩大头等直径扩大的方案模拟真实情况。采用室内桩土模型试验仪，进行扩底桩抗抜试验模拟，获得拉力和位移之间的关系，从而了解注浆成型扩底桩的桩土抗拔承载力力学特性。一种测试注浆成型扩底桩抗拔承载力特性的试验方法包括如下步骤1、制作模型桩和标定土压力盒；2、埋置模型桩和土压力盒；3、连接加载设备；4、抗抜加载测试。与现有技术相比，本发明可以有效测试新型注浆成型扩底桩抗抜承载力特性及桩身扩大头周围土体力学特性，简单易行，经济可靠。

主权项

一种模拟注浆扩底桩抗抜承载力的试验方法，其特征在于把复杂的注浆过程等价转换为较简单的扩大头等直径扩大的方案模拟真实情况，采用室内桩土模型试验仪，进行模型桩扩底的抗抜试验，获得拉力和位移之间的关系，从而了解注浆成型扩底桩的力学特性；所述室内桩土模型试验仪由桩土模型箱、加压装置、侧向拉拔装置和数据采集装置组成，桩土模型箱为立方体结构，桩土模型箱顶部设有加压装置，加压装置与杠杆一端连接，杠杆另一端悬挂砝码进行加载；桩土模型箱前部开有圆孔，模型桩端部穿过该圆孔与侧向拉拔装置连接，加压装置下端与模型箱之间设有力传感器和位移传感器；数据采集装置分别连接土压力盒、模型桩和侧向拉拔装置；模型桩包括扩大头顶板、扩大头底板、扩大头侧板、螺栓和桩身，扩大头顶板和扩大头底板两端设有卡槽，扩大头顶板和扩大头底板水平布置，两块扩大头侧板垂直布置，扩大头顶板、扩大头底板和两块扩大头侧板组成框架结构，模型桩内设有滑块，所述滑块与扩大头底板之间固定有三块通过铰链合页连接的弧形板以及弹簧，扩大头顶板上方通过螺栓连接桩身，桩身内设有两块可滑动橡胶块，由两块可滑动橡胶块和桩身内壁组成的空间构成一个密封区，所述密封区通过管道连接充气泵，传动杆一端依次穿过桩身和扩大头顶板，通过螺栓与滑块连接；传动杆上端设有刻度线；具体步骤如下：（1）模型桩制备和标定土压力盒在使用前对土压力盒进行标定，以便于后续实验过程中将土压力盒量测得的数据转化为真实的土压力值；具体为：将土压力盒平放在桌面上，通上电源，然后在其上面压上已知重量的砝码，用万用表记录下此时土压力盒的电信号值，得到第一组数据，采用相同的方法，更换另一种已知重量的砝码，得到第二组数据；这样得到压力和电信号值之间的关系；在模型试验的操作时，通过电信号值就可以根据标定曲线得到对应的土压力值；（2）埋置模型桩和土压力盒需要将待加载的模型桩埋置在桩土模型箱内，所用土样为粉细砂，采用落雨‑夯实的方式进行土样的装填，为保证每组试验土样初始状态的一致性，装填中应定量落雨，逐层夯实，以此控制填砂密实程度一致；具体为：使用同种规格不锈钢盆向桩土模型箱内采用落雨倾倒方式加粉细砂，并使其在模型箱内平铺，每向桩土模型箱中使用不锈钢盆倾倒 10 盆粉细砂，当填砂平面上升 3.5cm时，进行一次夯实，依照 s 形逐排夯实，待夯实完成后，填砂平面下降 1cm，而后继续落雨填砂，如此往复循环，直至装填到预定高度；待填砂平面到达位于模型箱前部所开圆孔底部时，进行模型桩的安放；首先用抹泥板将填砂表面严格整平，而后将模型桩顺直放置在填砂平面上，模型桩的桩身需与圆孔所在的桩土模型箱侧壁保持严格的垂直，以确保试验过程中对桩体的拉拔保持轴向，不引起偏心；模型桩顶部从圆孔伸出 3cm，以便与侧向拉拔装置连接，模型桩与侧向拉拔装置之间安装有位移传感器及力传感器，通过侧向拉拔装置上的精密螺杆输出向上或者向下的位移；将模型桩安放妥当后，在模型桩四周覆盖一层薄砂，并在其上安放用于测量土压力的土压力盒，继续填砂；（3）连接加载设备模型箱内的填砂平面随着填砂进程不断上升，待填砂平面升至距模型箱顶 2cm 距离时，停止填砂，将带有钢柱的钢板覆盖到粉细砂顶面，为防止顶部固结加压装置加压过程中钢柱发生偏斜导致钢板无法竖向垂直施压，影响试验效果，在钢柱顶端安装一加固横梁，而后在固结加载装置的杠杆一侧添加需要的砝码，启动固结加载装置，对模型箱内的土样顶部施加竖向压力；将侧向拉拔装置与模型箱壁进行连接之后，需进行模型桩的桩头与拉力传感器的连接；该连接实现两个功能：一是需要保证模型桩在桩体上拔过程中始终处于轴向受拉状态，不发生偏斜；二是需要确保该连接构件本身在上拔力的作用下变形很小，相对于桩体的上拔位移可以忽略不计；采用钢制 U 形扣连接方式，能够很好满足以上的两点要求；将钢制桩帽通过螺纹与桩顶相连，然后将 U 形扣穿过桩帽，并将开口对准拉力传感器的钢环，随后使用螺帽将 U 形扣的开口封闭，从而实现桩顶与拉力传感器的连接；（4）抗抜加载测试侧向拉拔装置所有参数设定完毕，然后进行的调试，启动室内桩土模型试验仪，由扩大头内部的滑块，通过气压伺服传动机制移动滑块，来带动传动杆水平移动，直到达到目标扩大头直径，然后开始拔桩；采用位移加载方式，模型桩在拉拔试验过程中，控制拉拔速率为 0.1mm/min 不变，当侧向拉拔位移达到 6mm 时终止试验；最后导出位移与荷载的关系曲线以及土压力在不同位移时达到的土压力值，用以分析土体的破坏机理以及扩底桩的抗拔承载力特性。