一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法，所述装置包括试验组件和注浆组件，其中注浆组件包括空气压缩机、可维压储浆罐等，试验组件包括界面剪切仪和由上剪切盒与下剪切盒组成的可注浆的剪切盒体，在储浆罐的顶部设置调压阀、压力表和进浆口，储浆罐的底部侧面通过注浆阀和进浆管连接上剪切盒的注浆管路，通过上剪切盒注浆管路将水泥浆液注入土与结构物接触面。与现有技术相比，本发明专利技术可用于模拟研究现场桩基础桩端后注浆浆液上返对基桩承载机制的影响，并能通过控制注浆压力和注浆量综合研究二者对注浆效果的影响，有利于揭示桩端后注浆浆液上返机制，为实际桩基工程后注浆的设计、施工等提供参考依据等。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法
本专利技术涉及桩端后注浆工程
，尤其是涉及一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法。
技术介绍
随着我国工程建设的不断发展，桩基础被广泛应用于房屋建筑、桥梁、道路等工程中。然而由于在施工过程中影响桩承载特性的因素多且复杂，国内外学者虽对其进行了大量的试验和理论等方面的研究，但对其承载机理尚未有统一的认识，现行的桩基设计规范对于桩基承载力计算的参数取值也仍然以经验为主，缺少理论支撑。桩基础尤其是灌注桩基础在施工过程中由于成孔对孔壁土体的扰动、泥浆护壁的影响以及成孔产生的径向卸荷导致灌注桩侧阻力降低；此外施工过程中产生的桩底沉渣对灌注桩桩端承载力的发挥也会产生不利影响。为了消除桩底沉渣，以及成孔扰动和泥浆护壁对桩侧摩阻力的影响，加固桩端土体同时也为了提高桩的竖向承载性能，目前工程实际中，经常采用桩端后注浆技术。桩端后注浆不仅可以消除桩底沉渣对桩端阻力发挥的不利影响，同时由于浆液上返能够加固桩端以上一定范围内的土体，有利于桩侧阻力的发挥。然而对于浆液上返高度的取值，《建筑桩基技术规范》和《公路桥涵地基与基础设计规范》给定的上返高度取值却有所不同，并且笼统的给定一个特定上返高度而不考虑注浆压力、注浆量、土层参数、桩的尺寸效应等因素是不合理的，并且对于浆液上返段桩土接触面力学性质发挥特性研究也不够深入，从而影响桩端后注浆技术的推广和应用。因此，如何确定注浆量和注浆压力与桩端后注浆浆液上返扩散范围的关系，如何在室内试验中模拟桩端后注浆浆液上返工艺以及上返段桩土接触面力学特性的研究成为诸多学者关注的重点，也是在工程实际中推广桩端后注浆技术应用所需着重关注的点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法。本专利技术可用于模拟研究现场桩基础桩端后注浆浆液上返对基桩承载机制的影响，并能通过控制注浆压力和注浆量综合研究二者对注浆效果的影响。采用本专利技术的试验结果，能够较好地反映不同注浆工况下桩端后注浆浆液上返对基桩侧摩阻力发挥特性影响机理，并且能够对桩端后注浆浆液上返扩散分布规律进行试验验证，有利于揭示桩端后注浆浆液上返机制，为实际桩基工程后注浆的设计、施工等提供参考依据。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的技术方案之一在于提出了一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，主要包括：试验组件：包括上下叠放并可相对水平移动的下剪切盒和上剪切盒，所述下剪切盒内依次安置有垫块和混凝土板，所述上剪切盒内布置有固结于所述混凝土板表面上的试验土体，在试验土体上还安装有加压钢板和界面剪切仪，所述的上剪切盒底部还预留有用于实现模拟桩端后注浆浆液上返的注浆口；注浆组件：包括空气压缩机和储浆罐，所述储浆罐内装有试验用水泥浆液，其顶部通过进气管连接所述空气压缩机，底端通过进浆管连接所述注浆口。优选的，所述的储浆罐顶端采用法兰顶盖封住，在法兰顶盖上设置有泄压阀、加压孔、入浆口和第二调压阀，所述进气管穿过加压孔并连通储浆罐内部，在进气管上还布置有压力表和第一调压阀，在进浆管上还设置有注浆阀。优选的，所述的下剪切盒与上剪切盒的接触位置还设有减摩擦垫块。优选的，所述的上剪切盒采用固定螺栓固定安装，所述下剪切盒底部设置有可使其水平移动的滚轮。优选的，注浆口的设置位置满足：注浆方向平行于下剪切盒与上剪切盒的水平相对移动方向。此处以呈矩形的上剪切盒为例，注浆孔可以预留设置在上剪切盒的一侧短边板上预留多个(如3个)，可以是圆形的注浆孔的位置需保证与上剪切盒的一侧短边板底面相切，以保证在注浆过程中浆液是从混凝土板与土体接触面处进入。短边板预留的多个注浆口需同时注入水泥浆液，保证混凝土板在浆液上返段范围内满布水泥浆液。下剪切盒内混凝土板与下剪切盒壁周围缝隙以及上、下剪切盒之间间隙用热熔胶胶缝，保证注浆过程中浆液只进入上剪切盒包含的试验土体与混凝土板接触面处。然后，注浆口通过PC螺纹直通头等连接进浆管实现注浆，从而模拟桩端后注浆浆液上返。此时，采用滚轮等使得下剪切盒沿上剪切盒的长边板方向剪切移动。优选的，所述的注浆口为圆孔，在注浆口处安装有与其匹配的PC螺纹直通头，通过注浆管连接所述PC螺纹直通头实现注浆。优选的，所述的储浆罐侧壁采用透明有机玻璃制成，在储浆罐侧壁上还标有容积刻度，可用于观察水泥浆液注入量。优选的，在试验过程中，界面剪切仪采用现有的仪器型号即可，其水平向和竖向配有液压伺服系统，用于试验加载固结和剪切，并配有电脑自动数据采集系统，用于自动采集数据测试土与混凝土接触面理化性能。本专利技术的技术方案之二在于提出了一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，采用上述任一所述的室内试验装置实施，主要包括以下步骤：(一)：在试验组件中的下剪切盒中依次放入垫块与混凝土板，然后，在上剪切盒的底部的设计注浆位置加工注浆孔，接着，分层将试验土体填入上剪切盒内，再将试验土体压密，最后，将叠放的下剪切盒和上剪切盒推入界面剪切仪中，通过加压钢板使试验土体加压固结于混凝土板上；(二)：安装好空气压缩机和储浆罐，并通过注浆管连接注浆孔；(三)：在储浆罐内装入试验用水泥浆液，调节空气压缩机使得储浆罐内达到预定注浆压力值；(四)：维持预定注浆压力值，并开始对试验土体与混凝土板接触面处注浆，注浆完成后，关闭注浆组件，测试经过桩侧后注浆的试验土体与混凝土板的接触面的理化性能。优选的，试验土体的填充采用如下步骤：根据实际工地现场的土质按照相似比配置试验土体，将设计重量的土体分3层填入上剪切盒内，每层填完后进行夯实，最后对土体表面进行找平，试验土体在上剪切盒内的固结时间不少于1小时。优选的，步骤(一)中，对试验土体加压固结时，在固结完成后进行卸荷至设计法向压力，且卸除法向压力的速度与固结时施加固结的法向压力的速度一致，并在试验土体稳定后维持设计法向压力的同时实行注浆。优选的，步骤(三)中，水泥浆液中加入有着色剂，使水泥浆液凝固后带有颜色，所述水泥浆液中还可添加减水剂和早强剂等外加剂，加速水泥浆液凝固速度和早期强度，所述注浆量为0～1L，预定注浆压力值为0～0.8MPa。注浆时，应保证在所有注浆孔内同时注入。优选的，测试试验土体与混凝土板接触面的理化性能之前需静置一段时间待水泥浆液凝固后方可进行。此外，测试试验土体与混凝土板接触面的理化性能应在试验完成后进行开挖土体，测定水泥浆液上返扩散范围。优选的，步骤(四)中注浆时采用两种注浆模式，分别为注浆量控制模式和注浆压力控制模式，其中，当采用注浆量控制模式时，首先将设计注浆量的水泥浆液加入储浆罐中，根据不同的预定注浆压力值分别将设计注浆量的水泥浆液完全注入到试验土体与混凝土板接触面处，即完成；当采用注浆压力控制模式时，调节储浆罐中预定注浆压力值维持在设定值，根据不同注浆量分别将水泥浆液注入到试验土体与混凝土板接触面处，即完成。优选的，试验土体与混凝土板接触面的理化性能包括不同注浆工况和卸荷工况下试验土体与混凝土板接触面应力应变关系、接触面剪胀剪缩性、浆液扩散范围以及注浆模式转变规律，其中，试验土体与混凝土板接触面应力应变关系通过采集界面剪切仪反馈的剪切应力与对应剪切位移数据进行分析评价；接触面剪胀剪缩性通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，包括：试验组件：包括上下叠放并可相对水平移动的下剪切盒(16)和上剪切盒(13)，所述下剪切盒(16)内依次安置有垫块(20)和混凝土板(19)，所述上剪切盒(13)内布置有固结于所述混凝土板(19)表面上的试验土体(14)，在试验土体(14)上还安装有加压钢板(12)和界面剪切仪，所述的上剪切盒(13)底部还预留有用于实现模拟桩端后注浆浆液上返的注浆口；注浆组件：包括空气压缩机(1)和储浆罐(9)，所述储浆罐(9)内装有试验用水泥浆液(5)，其顶部通过进气管连接所述空气压缩机(1)，底端通过进浆管(11)连接所述注浆口。

【技术特征摘要】
1.一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，包括：试验组件：包括上下叠放并可相对水平移动的下剪切盒(16)和上剪切盒(13)，所述下剪切盒(16)内依次安置有垫块(20)和混凝土板(19)，所述上剪切盒(13)内布置有固结于所述混凝土板(19)表面上的试验土体(14)，在试验土体(14)上还安装有加压钢板(12)和界面剪切仪，所述的上剪切盒(13)底部还预留有用于实现模拟桩端后注浆浆液上返的注浆口；注浆组件：包括空气压缩机(1)和储浆罐(9)，所述储浆罐(9)内装有试验用水泥浆液(5)，其顶部通过进气管连接所述空气压缩机(1)，底端通过进浆管(11)连接所述注浆口。2.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，所述的储浆罐(9)顶端采用法兰顶盖(8)封住，在法兰顶盖(8)上设置有泄压阀(4)、加压孔(24)、入浆口(6)和第二调压阀(7)，所述进气管穿过加压孔(24)并连通储浆罐(9)内部，在进气管上还布置有压力表(2)和第一调压阀(3)，在进浆管(11)上还设置有注浆阀(10)。3.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，所述的下剪切盒(16)与上剪切盒(13)的接触位置还设有减摩擦垫块(23)。4.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，所述的上剪切盒(13)采用固定螺栓(18)固定安装，所述下剪切盒(16)底部设置有可使其水平移动的滚轮(21)。5.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，注浆口的设置位置满足：注浆方向平行于下剪切盒(16)与上剪切盒(13)的水平相对移动方向。6.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，所述的注浆口为圆孔，在注浆口处安装有与其匹配的PC螺纹直通头(15)，通过注浆管连接所述PC螺纹直通头(15)实现注浆。7.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其特征在于，所述的储浆罐(9)侧壁采用透明有机玻璃制成，在储浆罐(9)侧壁上还标有容积刻度。8.一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，采用如权利要求1-7任一所述的室内试验装置实施，其特征在于，包括以下步骤：(一)：在试验组件中的下剪切盒(16)中依次放入垫块(20)与混凝土板(19)，然后，在上剪切盒(13)的底部的设计注浆位置加工注浆孔(22)，接着，分层将试验土体(14)填入上剪切盒(13)内，再将试验土体(14)压密，最后，将叠放的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春风，吴悦，赵程，刘帆，费逸，王有宝，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31