模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置及其试验方法

摘要

本发明公开了一种模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置，包括试验箱和往该试验箱内注入水流模拟地下水流动的动水模拟装置，所述试验箱内置有模拟桩，该模拟桩的下端开设有出浆孔，该模拟桩的上端连接有用于灌注水泥浆的压浆装置；所述试验箱上设有杠杆架，该杠杆架一端与试验箱可转动连接，另一端悬空，该悬空端上连接有砝码加载装置。该模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置解决了模拟地下水流动条件下的后压浆承载试验，可充分了解实际压浆过程及压浆完成后水泥浆液的凝结率，明确水泥浆液的用量且节约成本；其次通过该模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验，可揭示压浆桩长期承载性能的规律，使后压浆技术更加完善。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域的压浆桩试验装置以及试验方法，尤其涉及一种模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置及其施工方法。

背景技术

后压浆技术对提高桩基的承载力发挥重要作用。国内外许多学者对后压浆桩承载机理做了相应的室内试验分析和研究，得到了一系列富有成效的理论和实际应用成果，但绝大多数后压浆理论都是基于无地下水或地下水静止条件下得出的。地下水的形成有两种途径，一种是地下水由于区域存在水头差导致水的流动而形成动水；另外一种是由于防水帷幕或防水构筑物存在缺陷和破坏而导致地下水的渗漏而形成动水。因此，解决地下水流动条件下压浆效果问题就成为了提高桩基承载力的关键。地下水流动条件下的压浆理论研究还很少，大多数室内模型桩后压浆理论的研究都是不考虑地下水或是地下水静止条件下，而在地下水静止条件下和地下水流动条件下浆液的扩散规律及扩散机理有着很大的不同，用地下水静止条件下模型试验得到的结论用来指导地下水流动条件下压浆工程实践是不合理的，因此需要对地下水流动条件下后压浆桩室内试验进行深入研究。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种可充分了解压浆过程及压浆完成后水泥浆液的凝结率、明确水泥浆用量的模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置。

本发明的另一个发明目的是提供该模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置的试验方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置，包括试验箱和往该试验箱内注入水流模拟地下水流动的动水模拟装置，所述试验箱内置有模拟桩，该模拟桩的下端开设有出浆孔，该模拟桩的上端连接有用于灌注水泥浆的压浆装置；所述试验箱上设有杠杆架，该杠杆架一端与试验箱可转动连接，另一端悬空，该悬空端上连接有砝码加载装置。

其中，所述动水模拟装置包括外接水源的集水箱和用于固定该集水箱的高度可调节式支架，该集水箱的外侧环设有底部开设溢水口的集水盘，该集水箱的底部开设有出水口，该出水口通过进水管向试验箱内注入水流；其中控制水源处流量使流入集水箱的水量大于流入试验箱的水量，过量的水流由集水箱顶端溢出进入集水盘，并从溢水口流出，使试验箱内水位稳定。

优选的，所述压浆装置包括依次连接的搅拌桶、吸浆管、压浆泵和输浆管，该输浆管上还设有输浆压力表。

进一步，所述模拟桩上端连接有三通接头，该三通接头的一端与压浆装置中的输浆管相连接，一端与模拟桩上方的压浆管相连接，另一端与回浆装置相连接；且压浆管26上设有压浆阀门。

优选的，所述回浆装置包括储浆桶和回浆管，该回浆管的一端伸入储浆桶中，另一端与三通接头相连接；该回浆管上还设有回浆阀门和回浆压力表。

进一步，所述砝码加载装置为可随意增减砝码的砝码篮。

本发明一种模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置的试验方法，包括如下步骤：

(1)将土样填入试验箱中，进行分层压实，直至设计高度，模型桩可预埋土样或打入土样中；

(2)动水模拟作业：将集水箱通过进水管与试验箱相连接，控制水源处流量使流入集水箱的水量大于流入试验箱的水量，过量的水流由集水箱顶端溢出进入集水盘，并从溢水口流出，使集水箱出水流速达到设计值，且试验箱内水位稳定；

(3)压浆作业：采用三通接头将输浆管、回浆管及压浆管连接形成一个回路，在压浆管和回浆管上分别设有压浆阀门和回浆阀门，压浆时先将回浆阀门开到最大，使浆液全部回到储浆桶中，再慢慢关小回浆阀门，使压力表的读数达到要求的压浆压力，再将压浆阀门打开，调节压浆阀门使压力基本稳定在压浆压力值；对模型桩进行压浆，在压浆过程中记录压浆的时间、压浆量、压浆压力和浆液流速；

(4)长期加载作业：压浆结束并达到强度后，通过增加杠杆架上砝码加载装置的砝码对模型桩进行承载力试验，在不同时间持续观测桩顶位移变化情况，检测地下水流动条件下压浆桩的压浆效果。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先该模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置解决了模拟地下水流动条件下的后压浆承载试验，可充分了解实际压浆过程及压浆完成后水泥浆液的凝结率，明确水泥浆液的用量且节约成本；其次通过该模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验，可揭示压浆桩长期承载性能的规律，使后压浆技术更加完善，便于提高桩基的承载力，使其更好的运用于实际工程施工中；再者，该试验装置解决了动水水源模拟地下水的流动，水头稳定和水头高度可调的关键问题；解决了减小注浆压力的波动性，保护精密压力表和调节注浆压力的关键问题；最后该试验装置工艺简单、操作方便、安全可靠、经济适用，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中集水箱的俯视图；

图3为本发明中集水箱的剖视图；

图4为本发明中压浆装置的结构示意图；

图5是本发明中回浆装置的结构示意图；

图6为图1中杠杆架部分的俯视图；

图7为图1中杠杆架部分的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明一种模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置包括试验箱1、动水模拟装置2、模拟桩3、出浆孔4、压浆装置5、杠杆架6和砝码加载装置7。该试验箱1的底部具有出水管27。将土(岩)体填入试验箱1中，分层填筑并适当压实，模型桩可在填砂时埋入或在填砂后打入试验箱内。通过动水模拟装置2往该试验箱1内注入水流模拟地下水流动，模拟桩3的上端连接用于灌注水泥浆的压浆装置5，该模拟桩3的下端开设有出浆孔4。上述试验箱1上设有杠杆架6，该杠杆架6一端与试验箱1可转动连接，另一端悬空，该悬空端上连接有砝码加载装置7，该砝码加载装置7为可随意增减砝码的砝码篮。

如图6和图7所示，本发明采用压浆装置5对模拟桩进行压浆，在压浆完成并达到设计强度后进行承载力试验，利用杠杆架6和砝码加载装置7对模型桩3进行长期承载性能检测。在试验箱1上焊接杠杆架6，以杠杆架6上的垫块29为基点，杠杆一端焊接在试验箱的转动轴28上，在杠杆架的另一端吊挂的砝码篮中放置砝码，利用杠杆原理进行加载，加载重量等于砝码重量乘以力矩，方便长期试验加载。模型桩3位于杠杆架6下，通过增加砝码，杠杆架6对垫块29施加压力，从而作用于模型桩3，对压浆桩可进行长期加载试验。

如图2和图3所示，上述动水模拟装置2包括外接水源的集水箱8和用于固定该集水箱8的高度可调节式支架9，支架9可任意调节其竖直方向上的高度。

该集水箱8的外侧环设有底部开设溢水口10的集水盘11，该集水箱8的底部开设有出水口12，该出水口12通过进水管13向试验箱1内注入水流；其中水源处的水通过水管流入集水箱8，水管上设有流量阀，通过调节流量阀控制流量使流入集水箱的水量大于流入试验箱1的水量，过量的水流由集水箱8顶端溢出进入集水盘11，并从溢水口10流出，使试验箱内的水位稳定。

本发明先将水源处的水流入集水箱8，使集水箱8装满，然后打开集水箱8的阀门使集水箱8中的水通过进水管13流入试验箱1，调整水源处的水量使流入集水箱8的水量略大于流入试验箱1的水量，则过量的水从集水箱8顶部溢出进入集水盘11，然后从集水盘11的溢水口10流出，溢水口10流出的水使集水箱8的水位稳定在某一设定高度，集水箱8进水口的水量略大于出水口12的水量，使试验箱1内的水位稳定，并控制了流入试验箱1的水流流速，从而可模拟稳定的地下水流动对后压浆桩的影响。

为了试验过程中提供稳定的水流流速，需要提供一个稳定的水头高度。同时，可通过调节高度支架模拟不同的水流流速，即模拟不同的地下水流速对后压浆桩的影响。

如图4所示，上述压浆装置5包括依次连接的搅拌桶14、吸浆管15、压浆泵16和输浆管17，该输浆管17上还设有压浆阀门18和输浆压力表19。

如图1所示，模拟桩3上端连接有三通接头20，该三通接头20的一端与压浆装置5中的输浆管17相连接，另一端与回浆装置21相连接。回浆装置21包括储浆桶22和回浆管23，该回浆管23的一端伸入储浆桶22中，另一端与三通接头20相连接；该回浆管23上还设有回浆阀门24和回浆压力表25，如图5所示。

本发明一种模拟地下水流动的后压浆桩室内长期试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将土样填入试验箱1中，进行分层压实，直至设计高度，模型桩3可预埋土样或打入土样中；

(2)动水模拟作业：将集水箱8通过进水管13与试验箱1相连接，控制水源处流量使流入集水箱的水量大于流入试验箱1的水量，过量的水流由集水箱8顶端溢出进入集水盘11，并从溢水口10流出，使集水箱8出水流速达到设计值，且试验箱1内水位稳定；

(3)压浆作业：采用三通接头20将输浆管17、回浆管23及压浆管26连接形成一个回路，在压浆管26和回浆管23上分别设有压浆阀门18和回浆阀门24，压浆时先将回浆阀门24开到最大，使浆液全部回到储浆桶22中，再慢慢关小回浆阀门24，使压力表的读数达到要求的压浆压力，再将压浆阀门18打开，调节压浆阀门18使压力基本稳定在压浆压力值，减小压浆压力的波动性并保护精密压力表；对模型桩3进行压浆，在压浆过程中记录压浆的时间、压浆量、压浆压力和浆液流速；

(4)长期加载作业：压浆结束并达到强度后，通过增加杠杆架上砝码加载装置7的砝码对模型桩3进行承载力试验，在不同时间持续观测桩顶位移变化情况，检测地下水流动条件下压浆桩的压浆效果。