本發(fā)明涉及建筑施工中樁基礎(chǔ)的，具體是一種非擠土預(yù)制樁基礎(chǔ)抗拔性能測(cè)試物理模型試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、抗拔樁作為基礎(chǔ)工程中抵抗結(jié)構(gòu)物上拔力的關(guān)鍵構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于大型地下室抗浮、高聳建筑物抗風(fēng)抗震、海上平臺(tái)抗波浪荷載以及橋梁錨固系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著城市化進(jìn)程的加速和工程結(jié)構(gòu)規(guī)模的擴(kuò)大，大直徑非擠土預(yù)制樁因其承載力高、施工擾動(dòng)小、環(huán)保性能優(yōu)等特點(diǎn)，逐漸廣泛應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件下抗拔基礎(chǔ)。但是其抗拔性能的準(zhǔn)確測(cè)試與評(píng)估仍面臨諸多挑戰(zhàn)，直接影響工程設(shè)計(jì)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

2、經(jīng)檢索，專(zhuān)利抗壓抗拔承載力同步靜載試驗(yàn)錨樁反力系統(tǒng)，公告號(hào)：cn215630219u，該專(zhuān)利通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)樁基礎(chǔ)上設(shè)置試驗(yàn)裝置，對(duì)抗拔樁進(jìn)行抗拔性能測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)雖能反映實(shí)際工況，但成本高昂、周期長(zhǎng)且受地質(zhì)條件限制，難以重復(fù)驗(yàn)證；而在小比例物理模型實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不同土層對(duì)抗拔力的影響所進(jìn)行的研究還不夠深入。

3、公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是克服以上的技術(shù)缺陷，提供一種非擠土預(yù)制樁基礎(chǔ)抗拔性能測(cè)試物理模型試驗(yàn)裝置，該裝置制作成本低、使用簡(jiǎn)便、加工技術(shù)簡(jiǎn)單且方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且安全、較方便搬運(yùn)、可重復(fù)使用；本發(fā)明還提供了對(duì)大直徑非擠土預(yù)制樁進(jìn)行抗拔性能測(cè)試的方法，該方法具備較高的可實(shí)施性，設(shè)計(jì)步驟簡(jiǎn)介明了，執(zhí)行過(guò)程安全可靠，控制精度高，且能適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。本發(fā)明可模擬不同物理性質(zhì)的土層、地下水流速度、出漿口的位置數(shù)量直徑、靜壓注漿、高壓旋噴注漿等不同注漿工藝和參數(shù)、不同施工工藝對(duì)抗拔樁抗拔性能的影響。

2、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種非擠土預(yù)制樁基礎(chǔ)抗拔性能測(cè)試物理模型試驗(yàn)裝置，包括模型箱側(cè)板，三個(gè)所述模型箱側(cè)板圍成u型，三組所述模型箱側(cè)板之間底部固定連接有模型箱底板，每個(gè)所述模型箱側(cè)板對(duì)稱(chēng)設(shè)有六個(gè)進(jìn)水口和排水口，相互間隔兩個(gè)所述模型箱側(cè)板之間固定設(shè)有高強(qiáng)度鋼化玻璃，所述模型箱側(cè)板內(nèi)側(cè)設(shè)有鵝卵石，三組所述模型箱側(cè)板之間上側(cè)設(shè)有十字反力架；

3、模型樁，所述模型樁位于模型箱側(cè)板之間，所述模型樁側(cè)部設(shè)有上部注漿孔和下部注漿孔，所述模型樁底部設(shè)有注漿管，所述模型樁底部設(shè)有透水石，所述模型樁下部設(shè)有多少個(gè)均勻間隔的應(yīng)變片，所述模型樁底部對(duì)稱(chēng)設(shè)有兩個(gè)金屬掛鉤，所述模型樁底部注入有水泥漿封底，所述水泥漿封底內(nèi)部插有五個(gè)長(zhǎng)螺桿，所述模型樁頂部設(shè)有蓋板，所述蓋板與長(zhǎng)螺桿通過(guò)螺母連接，所述蓋板上端設(shè)有短螺桿，所述短螺桿上端連接有鋼板，所述蓋板上端設(shè)有兩個(gè)百分表，所述模型樁兩側(cè)的填土上方對(duì)稱(chēng)設(shè)有四個(gè)cmos激光位移計(jì)，所述金屬掛鉤設(shè)有拉力傳感器，所述十字反力架上端設(shè)有千斤頂，所述千斤頂上端設(shè)有壓力傳感器；

4、中風(fēng)化基巖層，所述中風(fēng)化基巖層設(shè)置于模型箱底板上端，所述中風(fēng)化基巖層上端設(shè)有含水層，所述含水層內(nèi)部對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)土壓力盒和孔隙水壓力計(jì)，所述含水層上端設(shè)有硬土層，所述硬土層上端設(shè)有軟土層；

5、注漿管，所述注漿管連接有控制閥門(mén)、壓力表、調(diào)壓閥門(mén)、儲(chǔ)漿池和多功能水泥注漿機(jī)；

6、真空抽水管，所述真空抽水管連接有控制閥門(mén)、壓力表、調(diào)壓閥門(mén)、真空泵和儲(chǔ)水箱。

7、進(jìn)一步，所述中風(fēng)化基巖層內(nèi)部插設(shè)有半圓形鋼桶和小圓形鋼桶，將所述半圓形鋼桶和小圓形鋼桶拔出，在中風(fēng)化基巖層內(nèi)形成小圓孔，其余各層之間形成圓孔，所述小圓孔內(nèi)部設(shè)有鋼筋籠，所述模型樁位于圓孔內(nèi)部。

8、進(jìn)一步，所述注漿管表面設(shè)有控制開(kāi)關(guān)。

9、進(jìn)一步，還包括一種非擠土預(yù)制樁基礎(chǔ)抗拔性能測(cè)試物理模型試驗(yàn)裝置的制作方法，包括以下步驟：

10、步驟一、制作模型箱，模型箱的長(zhǎng)寬高分別為1m、0.5m和1.2m，模型箱底板為3cm厚的鋼板，模型箱底板中心鉆兩個(gè)直徑為2cm的孔，模型箱的四周由三塊3cm厚的模型箱側(cè)板組成，每塊模型箱側(cè)板上對(duì)稱(chēng)布置六個(gè)直徑為3cm的進(jìn)水口和排水口，模型箱正面為一塊3cm厚的高強(qiáng)度鋼化玻璃，沿模型箱側(cè)板鋪設(shè)一層厚度為3-5cm、直徑為1-2cm的鵝卵石，將模型箱的頂部的十字反力架放置一旁備用；

11、步驟二、制作模型樁，選擇外徑為18cm、內(nèi)徑為16cm、長(zhǎng)度為0.75m的聚氯乙烯管作為模型樁，在距離模型樁底7cm、50cm處鉆直徑為1.5cm的孔，模擬上部注漿孔和下部注漿孔，同時(shí)在距離底部56cm處鉆兩個(gè)直徑為1.5cm的圓孔并布置囊袋，以模擬囊袋內(nèi)注漿管，距離底部15cm處鉆孔，放置透水石，在模型樁距離下端10cm處開(kāi)始每隔15cm貼應(yīng)變片，并采用ab膠進(jìn)行密封處理，在模型樁底部對(duì)稱(chēng)嵌入兩根金屬掛鉤，將處理好的模型樁放置一旁備用；

12、步驟三、填土，插入半圓形鋼桶和小圓形鋼桶，第一層土層模擬中風(fēng)化基巖層，中風(fēng)化基巖層由重晶石粉、砂、石膏、水按照一定比例配合制成，將配置好的泥漿注入模型箱內(nèi)，注漿直至厚度到達(dá)20cm，待初凝后，拔出半圓形鋼桶和小圓形鋼桶，并靜置天以上，隨后再次插入半圓形鋼桶，填入第二層土體含水層，待第二層土體厚度達(dá)到10cm時(shí)，在距離模型線(xiàn)側(cè)邊25cm對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)土壓力盒和孔隙水壓力計(jì)，繼續(xù)填土，第二層土體填土厚度達(dá)到20cm后，填入第三層土體硬土層，與第四層土體軟土層，第三層與第四層土體厚度均為20cm，傳感器布置與第二層土體中放置傳感器步驟方式一致，均布置于距離上一層土層10cm處；

13、步驟四、放入模型樁，拔出半圓形鋼桶，此時(shí)在土體中形成了一個(gè)直徑為20cm圓孔，圓孔直徑大于模型樁的直徑，在小圓孔內(nèi)放入小型鋼筋籠，隨后將模型樁放入該圓孔中，模型樁和周?chē)馏w之間的間距為1cm，安裝十字反力架；

14、步驟五、向模型樁底部注入水泥漿封底，填充至距模型樁底部12-15cm，并往水泥漿插入五根長(zhǎng)度為70cm的長(zhǎng)螺桿，長(zhǎng)螺桿深入水泥漿8cm，待水泥漿凝固后，在模型樁頂部安裝一塊蓋板，與長(zhǎng)螺桿通過(guò)螺母相連接，樁頂?shù)纳w板與樁底嵌巖層水泥漿封底密封管樁內(nèi)腔，蓋板與千斤頂上方的鋼板通過(guò)四根短螺桿相連接；

15、步驟六、接注漿系統(tǒng)和真空排水系統(tǒng)，將四個(gè)注漿管依次連接控制閥門(mén)、壓力表、調(diào)壓閥門(mén)、儲(chǔ)漿池和多功能水泥注漿機(jī)；將真空抽水管依次連接控制閥門(mén)、壓力表、調(diào)壓閥門(mén)、真空泵和儲(chǔ)水箱；

16、步驟七、樁側(cè)注漿，啟動(dòng)多功能水泥注漿機(jī)，通過(guò)上部注漿孔和下部注漿孔進(jìn)行常規(guī)注漿，填充樁土間隙，通過(guò)高壓旋噴注漿管進(jìn)行高壓注漿，將泥漿噴入硬土層中，通過(guò)囊袋內(nèi)注漿管進(jìn)行囊袋注漿，使囊袋膨脹鼓起擠入土層，注漿結(jié)束時(shí)，將儲(chǔ)漿池中剩余的漿液制備成70*70*70的混凝土試塊，備用；

17、步驟八、注漿體養(yǎng)護(hù)，注漿結(jié)束后，注漿體和步驟七中的70*70*70的混凝土試塊均自然養(yǎng)護(hù)天，然后開(kāi)展混凝土試塊強(qiáng)度測(cè)試，達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，開(kāi)展下一步試驗(yàn)，否則繼續(xù)養(yǎng)護(hù)；

18、步驟九、安裝傳感器和千斤頂，在蓋板上布置兩個(gè)百分表，在樁周兩側(cè)填土上方對(duì)稱(chēng)布置四個(gè)cmos激光位移計(jì)，在樁底金屬掛鉤布置拉力傳感器，放置千斤頂，千斤頂上方布置有壓力傳感器；

19、步驟十、模擬地下水，將進(jìn)水口外接水源，待排水口水流速度達(dá)到穩(wěn)定后，可開(kāi)展下一步工作；

20、步驟十一、大直徑非擠土預(yù)制樁抗拔性能試驗(yàn)，待注漿體達(dá)到一定強(qiáng)度后，開(kāi)展抗拔樁的靜載試驗(yàn)研究，通過(guò)軸向千斤頂施加軸向載荷，通過(guò)上部壓力傳感器和下部拉力傳感器采集模型樁上部和下部的荷載，通過(guò)樁身應(yīng)變片采集樁身應(yīng)變，獲得抗拔樁的靜載試驗(yàn)的荷載位移曲線(xiàn)（q-s曲線(xiàn)），通過(guò)計(jì)算獲得隨鉆跟管樁的承載力和側(cè)摩阻力，通過(guò)百分表和cmos激光位移計(jì)可分別獲得抗拔樁的位移和土層的位移，從而評(píng)判不同抗拔措施對(duì)抗拔力的貢獻(xiàn)效果。

21、本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

22、本發(fā)明的裝置制作成本低、使用簡(jiǎn)便、加工技術(shù)簡(jiǎn)單且方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且安全、較方便搬運(yùn)、可重復(fù)使用；本發(fā)明中方法具備較高的可實(shí)施性，設(shè)計(jì)步驟簡(jiǎn)潔明了，執(zhí)行過(guò)程安全可靠，控制精度高，且能適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。本發(fā)明可模擬不同物理性質(zhì)的土層、地下水流速度、出漿口的位置數(shù)量直徑、靜壓注漿、高壓旋噴注漿等不同注漿工藝和參數(shù)、不同施工工藝對(duì)抗拔樁抗拔性能的影響。