[發明專利]模擬圍壓條件下靜壓鋼管樁沉樁過程的試驗裝置及其方法

有效

• 申請號: 201610013846.8
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105424487B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 朱長歧;劉海峰;王星;吳文娟;朱初初;秦月
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;E02D33/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本發明涉及巖石力學樁基技術，尤其涉及一種模擬圍壓條件下靜壓鋼管樁沉樁過程的試驗裝置及其方法。

背景技術

鋼管樁由于鋼材抗壓、抗拉強度高、材質均勻、延性好，加工成鋼管后剛性好、 抗彎、抗剪能力強。鋼管樁可以大大地發揮其受力特性、提高單樁承載力、減少布樁數量、縮小基礎承臺尺寸。對抗震區及風荷載較大的地區或較高的建筑物，選用該樁型也可大大發揮其抗水平荷載能力強的特點。開口鋼管樁在沉樁過程中形成土塞效應，可以增加樁基的端承力，從而提高單樁的垂直承載力。

鋼管樁在軟巖基礎中有著同樣廣泛的應用，采用靜壓樁法可以最大限度地保存巖石結構，減少對結構的擾動。特別適用于弱膠結海相沉積的海灘巖。在海相環境中，采用鉆孔灌注樁的方法時，在泥漿護壁成孔時產生的漿液容易外溢，污染周圍海洋環境。采用錘擊法貫入開口鋼管樁時，錘擊產生的震動會影響礁盤的穩定，不利于生態保護。鑒于此，開展靜壓開口鋼管樁的室內試驗研究，對該地區的樁基礎施工具有很好的指導意義。

在以往的樁基礎室內模型試驗中，采用的是固定側限條件下的樁基試驗，不能真實反映不同地層下和不同圍壓對開口鋼管樁貫入的影響。同時，在試驗過程中未能考慮樁內土塞形成封閉氣腔時對樁周孔隙水消散和樁端貫入的影響。

發明內容

本發明的目的就在于克服固定側限條件下的樁基模型試驗不能真實反映不同地層環境的缺點，考慮樁內土塞形成封閉氣腔時對樁周孔隙水消散和樁端貫入的影響，提供一種模擬圍壓條件下靜壓鋼管樁沉樁過程的試驗裝置及其方法，可以真實模擬沉樁過程，反映沉樁規律。

本發明的目的是這樣實現的：

一、模擬圍壓條件下靜壓鋼管樁沉樁過程的試驗裝置（簡稱裝置）

包括導向桿、導向管、上蓋板、排氣帽、螺帽、螺桿、下蓋板、排水閥，注水閥、壓力室、底座、巖樣、鋼管樁、橡膠塞、圓孔、乳膠膜和橡皮筋；

在上蓋板上設置有導向孔、導向孔密封圈、排氣孔、穿孔和上蓋板密封圈；

在下蓋板上設置有螺紋孔、排水孔、注水孔、下蓋板密封圈和底座密封圈（；

鋼管樁以樁肩為界，由上粗圓筒和下細圓筒組成，樁肩以上部分的粗圓筒內放置有橡膠塞；

在巖樣的上部中心處設有圓孔，在圓孔內嵌套有PVC套管；

其位置和連接關系是：

通過螺帽和螺桿，下蓋板、壓力室和上蓋板自下而上依次連接組成外部構件；

底座、巖樣和導向管自下而上依次連接組成內部構件，用乳膠膜將內部構件嵌套為一整體；

在導向管和導向孔接觸處設置有導向孔密封圈，在壓力室與上蓋板接觸處設置有上蓋板密封圈，在壓力室與下蓋板接觸處設置有下蓋板密封圈，在底座和下蓋板接觸處設置有底座密封圈，實現密封處理；

鋼管樁的底端依次穿過導向管和PVC套管后，使鋼管樁豎直立于圓孔中，鋼管樁的底部和巖樣接觸；

導向桿穿入導向管和鋼管樁的頂端上下連接。

二、模擬圍壓條件下靜壓鋼管樁沉樁過程的試驗方法（簡稱方法）

本方法包括下列步驟：

①制樣

在巖樣的上部中心處鉆取圓孔，在圓孔內壁嵌套PVC套管；

②放樣

在水平的桌面上，由下及上依次將下蓋板、底座、巖樣組裝固定：底座旋入下蓋板中，并放置底座密封圈，巖樣疊放在底座上；在巖樣的PVC套管內豎直放置鋼管樁，鋼管樁的樁肩上部填充橡膠塞，導向管放置在巖樣上表面，并使鋼管樁的上部放置在導向管內；利用乳膠膜將導向管巖樣和底座嵌套在一起，在下部用橡皮筋將乳膠膜與底座緊，上部用橡皮筋將乳膠膜與導向管底部圓環箍緊；

③組裝

放樣完成后，在下蓋板凹槽內放置下蓋板密封圈，其上放置壓力室；導向管穿過導向孔，使上蓋板壓在壓力室上，并在壓力室與上蓋板接觸處放置上蓋板密封圈；調整上蓋板，使得上蓋板中的穿孔與下蓋板中的螺紋孔在豎直方向上對應；螺桿穿過穿孔旋進下蓋板中的螺紋孔調整均勻分布的四根螺桿的旋入速率，使固定后的上蓋板保持水平；將導向桿插入導向管內，下端部作用在鋼管樁上；

④試驗

將裝置放在土工三軸試驗加載系統內，打開排氣帽、注水閥和排水閥，將注水孔與壓力體積傳感器連接，排水孔與回收桶連接；通過壓力體積傳感器設定目標圍壓，水從注水孔進入壓力室內，在水充滿壓力室后，在排氣孔中旋緊排氣帽，壓力體積傳感器自動調節注水量，使巖樣處于目標圍壓中；

通過土工三軸試驗加載系統對裝置施加荷載，使軸力通過導向桿作用在鋼管樁上，利用加載系統的荷載位移傳感器采集數據；

⑤回收