[發明專利]一種變截面CFG樁復合地基靜載試驗自平衡組合裝置及方法

在審

• 申請號: 201710474151.4
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107121338A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 劉偉;董天文;許彬;呂龍;董雪峰;李世旺;王玉奇
• 申請（專利權）人: 中冶沈勘工程技術有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 胡曉男

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，特別是涉及一種變截面CFG樁復合地基靜載試驗自平衡組合裝置及方法。

背景技術

我國濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍及山澗谷地等有廣泛的軟弱土分布，地基處理費用在工程建設中所占比例非常大。CFG樁復合地基通過置換作用、排水作用、擠密作用和墊層作用使得地基承載力提高，沉降變形減小，具有施工周期短、質量易于控制、工程造價低等特點。其中，新型變截面CFG樁復合地基還增加了加固區內樁體按深度變剛度分布效果，使得復合地基進一步提高了沉降減小、地基承載力提高的目標，獲得良好的經濟效益和社會效益。

復合地基的實驗室模型試驗是研究復合地基承載機理、極限荷載的必要手段，一般主要采用具有固定反力架的反力梁系統，需要相對固定的場地條件、試驗環境，而且前期投入較大；同時，受到巖土材料非線性、變截面CFG樁的幾何非線性影響，該復合地基在承載機理、加固樁-地基相互作用、軟土地基與良好土層地基的荷載傳遞規律等規律有待進一步厘清，需要提供一種試驗裝置，便于勘察設計部門開展模型試驗，并結合現場試驗數據，提供相應的設計參數。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種變截面CFG樁復合地基靜載試驗自平衡組合裝置及方法，用來研究變截面CFG樁復合地基的承載機理和荷載傳遞規律，結合現場試驗數據，提供變截面CFG樁復合地基的設計參數。

本發明的技術方案如下：

一種變截面CFG樁復合地基靜載試驗自平衡組合裝置，包括模型箱體、荷載施加系統、數據測量系統；

所述荷載施加系統安裝在模型箱體上方，變截面CFG樁和模擬地基材料置于模型箱體內，荷載施加系統，包括：施力裝置、傳力裝置；施力裝置上部與加載反力用的傳力裝置連接，施力裝置采用逐級加載方式向下方的試驗箱體內的變截面CFG樁復合地基表面施加載荷，通過模型箱體自重、模擬地基材料自重、變截面CFG樁自重來平衡；

所述數據測量系統，包括荷載板位移測量裝置、樁身應變測量裝置、加載荷載值測量裝置、土壓力測量裝置、動靜態應變測試系統、計算機；加載荷載值測量裝置安裝在變截面CFG樁復合地基表面，荷載位移測量裝置布置在加載荷載值測量裝置上，樁身應變測量裝置布置在變截面CFG樁上，土壓力測量裝置埋設在變截面CFG樁的端部、變截面處以及樁周圍的土體中；荷載位移測量裝置、樁身應變測量裝置、加載荷載值測量裝置、土壓力測量裝置均與動靜態應變測試系統連接，動靜態應變測試系統與計算機連接。

所述模型箱體包括試驗箱體，內置變截面CFG樁和模擬地基材料；試驗所需加載的反力值大于試驗箱體及內置巖土體總重量的兩倍時試驗箱體下方安裝已澆筑混凝土的配重箱體。

所述試驗箱體是頂部敞口的箱體結構，設置有活動門。

所述試驗箱體頂部開口的左右兩側邊緣連接有帶孔條形板，帶孔條形板與荷載施加系統中的傳力裝置連接。

所述傳力裝置采用人字架反力裝置結構為兩根鋼棒焊接在一起，焊接處豎直方向焊接一根短鋼棒，人字架反力裝置下部兩端各自焊接一塊帶孔矩形板，焊接位置為帶孔矩形板中部且與人字架反力裝置端部截面中心對中；施力裝置采用手動式螺旋式千斤頂向變截面CFG樁施加的荷載與人字架反力裝置反力平衡；手動式螺旋千斤頂所施加的荷載由試驗箱體自重、變截面CFG樁自重、地基材料自重和配重箱體自重承擔。

所述加載荷載值測量裝置包括壓力傳感器和荷載板；施力裝置的頂端與壓力傳感器接觸，施力裝置的底面與荷載板接觸，荷載板安裝在變截面CFG樁上部的褥墊層表面，測量荷載板表面施加荷載量。

所述荷載板位移測量裝置采用雙向防震百分表，兩個雙向防震百分表對稱地布置在變截面CFG樁頂面的荷載板的對角線上，且雙向防震百分表的測桿垂直于荷載板表面，通過磁性表座將表身固定在獨立基準梁上。

所述樁身應變測量裝置采用電阻應變片，布置在變截面CFG樁表面，采用1/2橋連接，測量變截面CFG樁的應變變化。

采用所述的一種變截面CFG樁復合地基靜荷載試驗的自平衡模型試驗裝置進行的試驗方法，具體步驟如下：

(1)制作變截面CFG樁、選取與制備地基巖土體材料：

(2)將試驗箱體擺放在水平地面上，根據試驗加載所需要的反力值要求，選擇是否安放配重箱體：如需要，則在配重箱體安放平穩后澆筑混凝土，安放試驗箱體，將L型直角螺栓連接件通過試驗箱體外緣鉆孔插入混凝土中；如不需要，則將試驗箱體直接安放在地面上；

(3)制作變截面CFG樁復合地基；