一种模拟强降雨工况下桩锚支护基坑稳定性的试验装置的制造方法
【专利摘要】一种模拟强降雨工况下桩锚支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟雨淋机构、模拟基坑桩锚支护机构和控制系统。模拟雨淋机构包括支架总成、潜水泵和喷头，喷头与储水箱相连接的输水管路上连接有压力变换器和电动球阀。模拟基坑桩锚支护机构包括试验槽和由桩体、底座、腰梁、冠梁和锚杆组件组成的桩锚支护机构，桩锚支护机构设置在试验槽内，试验槽设置在支架总成的下支架内。控制系统包括PLC编程控制器、开关电源、斗式雨量传感器、压力变送器和二个继电器，用以控制电动球阀、潜水泵和排水泵等。其中斗式雨量传感器设置在喷头下方。通过本装置的模拟与试验，可分析不同降雨工况下对基坑支护工程的影响，并与实际结合，提高基坑支护工程的安全性。
【专利说明】
一种模拟强降雨工况下桩锚支护基坑稳定性的试验装置
技术领域
[0001]本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置。
【背景技术】
[0002]现在我国对强降雨入渗条件下的基坑稳定性方面的研究较少，我国的现行规范，包括地方规范也没有在这方面给出明确规定或指导意见。在工程设计时也没考虑强降雨入渗对基坑稳定性的不良影响。
【发明内容】
[0003]本发明的目的，是公开一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，通过本装置的模拟与试验，分析不同降雨工况下对基坑支护工程的影响，并与实际结合，提高基坑支护工程的安全性。
[0004]采用的技术方案是:
一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟雨淋机构，模拟基坑粧锚支护机构和控制系统，其特征在于:
模拟雨淋机构，包括支架总成，潜水栗，储水箱和多个喷头。支架总成，由长方形上支架和长方形下支架组成。长方形上支架的四个上支杆的下端分别插入下支架的四个下支杆的上端的中心孔内，且能调节上支架高度，以适应调节雨淋强度的需要。多个喷头等距离安装在分水管上，分水管装设在上支架的上横梁上，分水管通过输水管路与设置在储水箱中的潜水栗的出水口连接。输水管路上分别装设有压力变送器和电动球阀。
[0005]多个喷头在控制系统的控制下，喷水后模拟降雨。
[0006]模拟基坑粧锚支护总成，包括试验槽和粧锚支护机构。试验槽设置在长方形下支架内，槽顶与支架间的间隙通过固定设置凹形的底板，形成雨水回收槽，雨水回收槽的出水口与储水箱连接。试验槽的一侧壁上开设有两排孔，用于模拟基坑内排水与降水。
[0007]粧锚支护机构，包括多个粧体，底座，腰梁、冠梁和锚杆。
[0008]所述底座，包括长条形钢板和多个钢管，钢管的数量与粧体的数量相同。钢板上等距离钻有一排钢管插孔，钢板固定在防腐木板上。
[0009]多个钢管竖直设置，每个钢管的下端插入对应的一个钢管插孔内，焊接固定。多个粧体竖直设置，多个粧体的下端分别插入多个钢管内。
[0010]所述锚杆组件，包括自由段和锚固段，工程塑料下端插入塑料管内，且同轴心放置，塑料管内充填环氧树脂，待环氧树脂固定成型后，剥去塑料管，再涂刷薄层环氧树脂，并均匀撒粘石英砂，形成锚固段，塑料上端余下部分为锚杆自由段，在锚杆自由段上固定设置有二个光栅片，可用于监测锚杆应变，锚杆的上端固定设置有锚头。
[0011 ]所述腰梁，为水平设置的长条形环氧树脂板，环氧树脂板上开设有多个通孔，每个孔心位于每两个粧体中间，通孔间距与粧体间距相同。
[0012]冠梁由多层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成，冠梁上开设有一排盲孔，盲孔的数量与粧体的数量相同，盲孔的孔径与粧体的外径相同。冠梁扣设在多个粧体的上端，且多个粧体的上端分别插入冠梁上的多个盲孔内。
[0013]粧锚支护机构整体放置在试验槽内，并在试验糟内充填土到设定高度。
[0014]上支架的侧壁上，包设有透明塑料布，透明塑料布下端伸入雨水回收槽内，实现阻挡并回收试验槽范围外的降雨。
[0015]所述控制系统，包括PLC编程控制器、开关电源、斗式雨量传感器、第一继电器和第二继电器，其中开关电源的电压输入端与市电连接，开关电源将?220V市电转换为24V直流电，分别为PLC编程控制器和电动球阀供电，斗式雨量传感器，即雨量量筒的信号输出端与PLC编程控制器的雨量脉冲信号输入端子对应连接，压力变送器通过导线与PLC编程控制器的M和A+端口对应连接，电磁阀两个模拟量输出端子分别与PLC编程控制器的M和B+端口对应连接。启动开关按钮Kl两端口分别连PLC编程控制器vcc与10.1端子，排水栗开关按纽K2的两端口分别连接PLC编程控制器的VCC与1.2端子。
[0016]PLC编程控制器通过采集雨量量筒的脉冲信号，计算出当前降雨强度，并通过PLC内置PID算法，改变电动球阀开度，调节模拟降雨量，达到降雨量设定值。
[0017]本发明中的潜水栗，排水栗，第一继电器和第二继电器的一次线圈均用220V交流电。
[0018]本发明能为强降雨工况下的基坑支护提供实验与模拟，进而分析此工况对工程安全的影响，提高支护作业的安全系数。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的支架总成、试验槽、模拟雨淋系统装配示意图。
[0020]图2是底座结构示意图。
[0021]图3是图2的俯视图。
[0022]图4是腰梁结构示意图。
[0023I图5是冠梁结构示意图。
[0024]图6是图5的俯视图。
[0025]图7是锚杆组件结构示意图。
[0026]图8是粧锚支护机构分解示意图。
[0027]图9是控制电路原理图。
[0028]图10是PLC端子图。
【具体实施方式】
[0029]—种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟雨淋机构，模拟基坑粧锚支护机构和控制系统，其特征在于:
模拟雨淋机构，包括支架总成，潜水栗I，储水箱2和多个喷头3。支架总成，由长方形上支架4和长方形下支架5组成。长方形上支架4的四个上支杆6的下端分别插入下支架5的四个下支杆7的上端的中心孔内，且能调节上支架高度，以适应调节雨淋强度的需要。多个喷头3等距离安装在分水管8上，分水管8装设在上支架的上横梁9上，分水管8通过输水管路10与设置在储水箱2中的潜水栗I的出水口连接。输水管路10上分别装设有压力变送器11和电动球阀12。
[0030]模拟基坑粧锚支护机构，包括试验槽13和粧锚支护机构。试验槽13为钢化玻璃试验槽，试验槽的底板架设在型钢横梁14上，试验槽13的一侧壁上开设有两排孔15，每排四个孔。试验槽13设置在长方形下支架5内。
[0031 ]粧锚支护机构，包括多个粧体16，底座17，腰梁18、冠梁19和锚杆组件。
[0032]所述底座17，包括长条形钢板20和多个钢管21，钢管21的数量与粧体的数量相同。钢板20上钻有一排钢管插孔22，钢管插孔深4mm，二个钢管插孔之间的距离为150mm，钢板20固定在防腐木板23上。
[0033]多个钢管20竖直设置，每个钢管20的下端插入对应的一个钢管插孔22内，焊接固定。多个粧体16竖直设置，多个粧体16的下端分别插入多个钢管21内。
[0034]上述钢板20厚为4一6mm。
[0035]冠梁19由多层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成，冠梁19上开设有一排盲孔26，盲孔的数量与粧体的数量相同，盲孔26的孔径与粧体16的外径相同。冠梁扣设在多个粧体16的上端，且多个粧体16的上端分别插入冠梁19上的多个盲孔26内。冠梁孔径40.5mm，厚8mm ο
[0036]所述腰梁18，为水平设置的长条形环氧树脂板24，环氧树脂板24上开设有多个通孔25，每个孔位于每两个粧体中间，通孔间距与粧体间距相同。
[0037]所述锚杆组件，包括自由段31和锚固段30，工程塑料锚杆29下端插入塑料管28内，且同轴心放置，塑料管28内充填环氧树脂，待环氧树脂固定成型后，剥去塑料管28，再涂刷薄层环氧树脂，并均匀撒粘石英砂，形成锚固段30，工程塑料锚杆29上端余下部分为锚杆自由段31，在锚杆自由段31上固定设置有二个光栅片32，通过光缆35串联连接至相应设备(如:Micron Optics公司的SM125型光纤光栅解调仪)，可用于监测锚杆应变，锚杆的上端固定设置有锚头，由工程塑料29顶端与螺母27粘合而成。锚头穿过水平设置的腰梁18上的孔洞25后，加插环氧树脂板垫片33，使其卡住腰梁，拉住粧体。塑料管28内径为7-8mm。
[0038]粧锚支护机构整体放置在试验槽13内，并在试验糟13内充填土到设定高度。
[0039]所述控制系统，包括PLC编程控制器36、开关电源37、斗式雨量传感器38、第一继电器39、第二继电器40，其中开关电源37的电压输入端与市电连接，将220交流电转换为24V直流电，为PLC编程控制器36和电动球阀12供电。
[0040]斗式雨量传感器38设置在上支架4内，位于多个喷头3的下方。
[0041 ] 控制电路的二个端口分别连接PLC编程控制器的输出端子(Q0.0、Q0.1)与COM JLC编程控制器的电动球阀电压指令信号输出端与电动球阀12的电压输入端连接。开关电源37输出正压端连接PLC的L+端子和电动球阀12的DC24V+端子，开关电源37的输出负端分别连接PLC编程控制器的M端子、接地端子及电动球阀12的接地端子。
[0042]雨量量筒红色信号线、黄色信号线分别连接PLC的VCC和10.0端口。压力变送器需并联一颗250欧姆电阻，并将黑色、红色信号线分别接入PLC模拟量输入的M和A+端口。电动球阀的模拟量输出0UTPUT_、0UTPUT+需并联一颗250欧姆的电阻，并分别连接PLC的M和B+端口。模拟量输入INPUT-、INPUT+分别连接PLC的M和V端口。启动开关按钮两端口分别连接PLC的VCC与1.1端子，用于排试验槽中水的排水栗44的排水水栗开关两端口分别连接PLC的VCC与10.2端子。PLC通过采集雨量量筒的脉冲信号，计算出当前降雨强度，并通过内置程序PID算法，改变电动球阀开度，通过数次循环，逼近降雨强度设定值。
[0043]PLC串口通过电缆与计算机41对应接口连接。
[0044]下支架5上部与试验槽13周边之间的间隙通过固定设置凹形的底板，形成雨水回收槽43，雨水回收槽的出水口 34与储水箱连接。
[0045]上支架4包设有塑料布42，塑料布42下端伸入雨水回收槽内。
【主权项】
1.一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，包括模拟雨淋机构，模拟基坑粧锚支护机构和控制系统，其特征在于: 模拟雨淋机构，包括支架总成，潜水栗(I)，储水箱(2)和多个喷头(3);支架总成，由长方形上支架(4)和长方形下支架(5)组成;长方形上支架(4)的四个上支杆(6)的下端分别插入下支架(5)的四个下支杆(7)的上端的中心孔内，且能调节上支架高度;多个喷头(3)等距离安装在分水管(8)上，分水管(8)装设在上支架的上横梁(9)上，分水管(8)通过输水管路(10)与设置在储水箱(2)中的潜水栗(I)的出水口连接;输水管路(10)上分别装设有压力变送器(11)和电动球阀(12); 模拟基坑粧锚支护机构，包括试验槽(13)和粧锚支护机构;试验槽(13)设置在长方形下支架(5)内； 粧锚支护机构，包括多个粧体(16)，底座(17)，腰梁(18 )、冠梁(19 )和锚杆组件； 所述底座(17)，包括长条形钢板(20)和多个钢管(21)，钢管(21)的数量与粧体的数量相同；钢板(20)上钻有一排钢管插孔(22)，钢板(20)固定在防腐木板(23)上； 多个钢管(20)竖直设置，每个钢管(20)的下端插入对应的一个钢管插孔(22)内，焊接固定;多个粧体(16)竖直设置，多个粧体(16)的下端分别插入多个钢管(21)内； 冠梁(19)上开设有一排盲孔(26)，盲孔的数量与粧体的数量相同，盲孔(26)的孔径与粧体(16)的外径相同；冠梁扣设在多个粧体(16)的上端，且多个粧体(16)的上端分别插入冠梁(19)上的多个盲孔(26)内； 所述腰梁(18)上开设有多个通孔(25)，每个孔位于每两个粧体中间，通孔间距与粧体间距相同； 所述锚杆组件，包括自由段(31)和锚固段(30)，工程塑料锚杆(29)下端插入塑料管(28)内，且同轴心放置，塑料管(28)内充填环氧树脂，待环氧树脂固定成型后，剥去塑料管(28)，再涂刷薄层环氧树脂，并均匀撒粘石英砂，形成锚固段(30)，工程塑料锚杆(29)上端余下部分为锚杆自由段(31)，在锚杆自由段(31)上固定设置有二个光栅片(32)，通过光缆(35)串联连接至相应设备，锚杆的上端固定设置有锚头，由工程塑料(29)顶端与螺母(27)粘合而成;锚头穿过水平设置的腰梁(18)上的孔洞(25)后，加插环氧树脂板垫片(33)，使其卡住腰梁，拉住粧体； 粧锚支护机构整体放置在试验槽(13)内，并在试验糟(13)内充填土到设定高度； 所述控制系统，包括PLC编程控制器(36)、开关电源(37)、斗式雨量传感器(38)、第一继电器(39)、第二继电器(40)，其中开关电源(37)的电压输入端与市电连接，将220交流电转换为24V直流电，为PLC编程控制器(36)和电动球阀(12)供电； 斗式雨量传感器(38)设置在上支架(4)内，位于多个喷头(3)的下方； 控制电路的二个端口分别连接PLC编程控制器的输出端子与COM; PLC编程控制器的电动球阀电压指令信号输出端与电动球阀(12)的电压输入端连接;开关电源(37)输出正压端连接PLC的L+端子和电动球阀(12)的DC24V+端子，开关电源(37)的输出负端分别连接PLC编程控制器的M端子、接地端子及电动球阀(12)的接地端子； 雨量量筒红色信号线、黄色信号线分别连接PLC的VCC和10.0端口；压力变送器需并联一颗250欧姆电阻，并将黑色、红色信号线分别接入PLC模拟量输入的M和A+端口；电动球阀的模拟量输出0UTPUT-、0UTPUT+需并联一颗250欧姆的电阻，并分别连接PLC的M和B+端口。模拟量输入INPUT-、INPUT+分别连接PLC的M和V端口 ；启动开关按钮两端口分别连接PLC的VCC与1.1端子，排水栗(44)的排水水栗开关两端口分别连接PLC的VCC与1.2端子； LC串口通过电缆与计算机(41)对应接口连接。2.根据权利要求1所述的一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，其特征在于:下支架(5)上部与试验槽(13)周边之间的间隙通过固定设置的底板，形成雨水回收槽(43)，雨水回收槽的出水口(34)与储水箱连接，上支架(4)包设有塑料布(42)，塑料布(42)下端伸入雨水回收槽内。3.根据权利要求1或2所述的一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，其特征在于:试验槽(13)为钢化玻璃试验槽，试验槽的底板上纵向设置有多个排水沟(14)，试验槽(13)的一侧壁上开设有两排孔(15)，每排四个孔。4.根据权利要求1或2所述的一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，其特征在于:钢管(22)插孔深4mm，二个钢管插孔之间的距离为150mm，钢板(20)固定在防腐木板(23)上； 所述钢板(20)厚为4-6mm;冠梁(19)由多层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成； 所述冠梁孔径40.5mm，厚8mm;所述锚杆(29 )由工程塑料制成，塑料管(28 )内径7_8mm。5.根据权利要求1或2所述的一种模拟强降雨工况下粧锚支护基坑稳定性的试验装置，其特征在于: 所述冠梁(19)由多层有机玻璃板叠放且粘结在一起构成，所述腰梁(18)为水平设置的长条形环氧树脂板。
【文档编号】G09B25/04GK105845019SQ201610332393
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】孙振华, 汪智慧, 辛全明, 安琦, 曹阳, 李静宽, 常鸿, 廉旭, 刘波
【申请人】中国建筑东北设计研究院有限公司