[發明專利]一種模擬注漿擴底樁抗抜承載力的試驗方法

有效

• 申請號: 201610807514.7
• 申請日: 2016-09-07
• 公開（公告）號: CN106284443B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 錢建固;周敏明;李詩遠;黃茂松
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;E02D5/44
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

1.一種模擬注漿擴底樁抗抜承載力的試驗方法，其特征在于把復雜的注漿過程等價轉換為較簡單的擴大頭等直徑擴大的方案模擬真實情況，采用室內樁土模型試驗儀，進行模型樁擴底的抗抜試驗，獲得拉力和位移之間的關系，從而了解注漿成型擴底樁的力學特性；

所述室內樁土模型試驗儀由樁土模型箱、加壓裝置、側向拉拔裝置和數據采集裝置組成，樁土模型箱為立方體結構，樁土模型箱頂部設有加壓裝置，加壓裝置與杠桿一端連接，杠桿另一端懸掛砝碼進行加載；樁土模型箱前部開有圓孔，模型樁端部穿過該圓孔與側向拉拔裝置連接，加壓裝置下端與模型箱之間設有力傳感器和位移傳感器；數據采集裝置分別連接土壓力盒、模型樁和側向拉拔裝置；

模型樁包括擴大頭頂板、擴大頭底板、擴大頭側板、螺栓和樁身，擴大頭頂板和擴大頭底板兩端設有卡槽，擴大頭頂板和擴大頭底板水平布置，兩塊擴大頭側板垂直布置，擴大頭頂板、擴大頭底板和兩塊擴大頭側板組成框架結構，模型樁內設有滑塊，所述滑塊與擴大頭底板之間固定有三塊通過鉸鏈合頁連接的弧形板以及彈簧，擴大頭頂板上方通過螺栓連接樁身，樁身內設有兩塊可滑動橡膠塊，由兩塊可滑動橡膠塊和樁身內壁組成的空間構成一個密封區，所述密封區通過管道連接充氣泵，傳動桿一端依次穿過樁身和擴大頭頂板，通過螺栓與滑塊連接；傳動桿上端設有刻度線；

具體步驟如下：

（1）模型樁制備和標定土壓力盒

在使用前對土壓力盒進行標定，以便于后續實驗過程中將土壓力盒量測得的數據轉化為真實的土壓力值；具體為：將土壓力盒平放在桌面上，通上電源，然后在其上面壓上已知重量的砝碼，用萬用表記錄下此時土壓力盒的電信號值，得到第一組數據，采用相同的方法，更換另一種已知重量的砝碼，得到第二組數據；這樣得到壓力和電信號值之間的關系；在模型試驗的操作時，通過電信號值就可以根據標定曲線得到對應的土壓力值；

（2）埋置模型樁和土壓力盒

需要將待加載的模型樁埋置在樁土模型箱內，所用土樣為粉細砂，采用落雨-夯實的方式進行土樣的裝填，為保證每組試驗土樣初始狀態的一致性，裝填中應定量落雨，逐層夯實，以此控制填砂密實程度一致；

具體為：使用同種規格不銹鋼盆向樁土模型箱內采用落雨傾倒方式加粉細砂，并使其在模型箱內平鋪，每向樁土模型箱中使用不銹鋼盆傾倒 10 盆粉細砂，當填砂平面上升 3.5cm時，進行一次夯實，依照 s 形逐排夯實，待夯實完成后，填砂平面下降 1cm，而后繼續落雨填砂，如此往復循環，直至裝填到預定高度；待填砂平面到達位于模型箱前部所開圓孔底部時，進行模型樁的安放；首先用抹泥板將填砂表面嚴格整平，而后將模型樁順直放置在填砂平面上，模型樁的樁身需與圓孔所在的樁土模型箱側壁保持嚴格的垂直，以確保試驗過程中對樁體的拉拔保持軸向，不引起偏心；模型樁頂部從圓孔伸出 3cm，以便與側向拉拔裝置連接，模型樁與側向拉拔裝置之間安裝有位移傳感器及力傳感器，通過側向拉拔裝置上的精密螺桿輸出向上或者向下的位移；將模型樁安放妥當后，在模型樁四周覆蓋一層薄砂，并在其上安放用于測量土壓力的土壓力盒，繼續填砂；

（3）連接加載設備

模型箱內的填砂平面隨著填砂進程不斷上升，待填砂平面升至距模型箱頂 2cm 距離時，停止填砂，將帶有鋼柱的鋼板覆蓋到粉細砂頂面，為防止頂部固結加壓裝置加壓過程中鋼柱發生偏斜導致鋼板無法豎向垂直施壓，影響試驗效果，在鋼柱頂端安裝一加固橫梁，而后在固結加載裝置的杠桿一側添加需要的砝碼，啟動固結加載裝置，對模型箱內的土樣頂部施加豎向壓力；

將側向拉拔裝置與模型箱壁進行連接之后，需進行模型樁的樁頭與拉力傳感器的連接；該連接實現兩個功能：一是需要保證模型樁在樁體上拔過程中始終處于軸向受拉狀態，不發生偏斜；二是需要確保該連接構件本身在上拔力的作用下變形很小，相對于樁體的上拔位移可以忽略不計；采用鋼制 U 形扣連接方式，能夠很好滿足以上的兩點要求；

將鋼制樁帽通過螺紋與樁頂相連，然后將 U 形扣穿過樁帽，并將開口對準拉力傳感器的鋼環，隨后使用螺帽將 U 形扣的開口封閉，從而實現樁頂與拉力傳感器的連接；

（4）抗抜加載測試

側向拉拔裝置所有參數設定完畢，然后進行的調試，啟動室內樁土模型試驗儀，由擴大頭內部的滑塊，通過氣壓伺服傳動機制移動滑塊，來帶動傳動桿水平移動，直到達到目標擴大頭直徑，然后開始拔樁；采用位移加載方式，模型樁在拉拔試驗過程中，控制拉拔速率為 0.1mm/min 不變，當側向拉拔位移達到 6mm 時終止試驗；最后導出位移與荷載的關系曲線以及土壓力在不同位移時達到的土壓力值，用以分析土體的破壞機理以及擴底樁的抗拔承載力特性。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述權利要求1的所述步驟（1）中，模型樁選用鋼管制作，其可加工性強，拉伸強度大，保證了在試驗中模型樁能夠承受較大的上拔荷載而不被拉斷，模型共分兩部分，擴大頭部分和樁身部分，用螺栓連接，其中擴大頭部分由三塊弧型板用鉸鏈合頁連接，擴大頭頂板與樁身主體骨架用螺栓連接，共有三種不同的尺寸，以模擬不同的擴大頭直徑，其中，最重要的擴底過程用機械擴底的方法來實現。