专利名称：室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置的制作方法
技术领域：
[0001]本实用新型涉及的是ー种建筑工程技术领域的试验装置，具体是ー种室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置。
背景技术：
随着我国基础建设的不断发展，高压旋喷施工技术已经在地下工程中得到了广泛的应用，如基坑围护桩、盾构机进出洞的加固等。高压旋喷施工技术是利用钻机等设备将钻喷杆打入地层，然后高压水泥浆通过高压注浆软管从钻喷杆上的入浆ロ进入钻喷杆，并由安装在钻喷杆上的喷嘴喷出切割土体，同时旋转钻喷杆，并以一定的提升速度将钻喷杆提升至地面，施工过程中喷射的水泥浆液与切割下来的土粒相互拌和，在地层中经化学反应后形成坚固的圆柱状固结体(该加固体一般称为旋喷桩)。高压旋喷技术施工參数主要包括喷射压力、流量、旋转速度、提升速度等，这些施工參数选择的合理与否对于地层的处理效果有着至关重要的影响，施工參数选择不合理不但会浪费施工资源，更有可能带来较差的地基处理效果，从而引起工程事故。高压旋喷施工參数中，旋转速度和提升速度的选择既关系着施工效率的快慢，又关系着地基处理效果的好坏，然而在高压旋喷技术施工设计时对于这两者的考虑没有统ー的规定或方法，基本都是依靠工程经验的，因而不确定性较高。国内在钻喷杆旋转速度与提升速度的改变对地基处理效果的影响方面的研究工作尚属于起步阶段，目前还缺乏在高压旋喷施工中合理的选择钻喷杆旋转速度和提升速度所帯来的最佳切土效果方面的研究成果。为了深入开展高压旋喷技术钻喷杆旋转速度和提升速度对地层处理效果的影响方面的研究工作，为满足高压旋喷实际施工中获得合理旋转速度和提升速度的需求，为达到实际施工中合理配置施工资源的目的，就必须具备ー种室内模拟高压旋喷施工技术切土能力的试验装置，目前现有技术在这ー领域中尚属空白。
实用新型内容本实用新型所要解决的问题是填补室内模拟高压旋喷切割土体效果技术方面的空白，提供ー种室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，该装置可以实时监测不同旋喷杆旋转速度和提升速度条件下高压水切割土体效果的变化情况，从而获得最佳切割土体效果的旋转速度和提升速度，达到合理选择旋喷施工參数的目的。本实用新型解决技术问题采用的技术方案具体如下本实用新型所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，包括用于盛放试验土体的主体结构；用于连接和固定旋喷动カ设备，且输入和喷出试验所需高压水的旋喷杆；用于旋转动カ设备固定的移动套管系统；为旋喷杆获得旋转速度提供动カ的旋转动カ系统；[0012]为旋喷杆获得提升速度提供动カ的提升动カ系统；用于显示水的压カ和流量并且与旋喷杆连接的供水系统；用干与主体结构中孔隙水压カ传感器连接，实时监测并记录受カ数据的压カ监测系统。所述主体结构包括一个圆柱形土箱，土箱内侧设有孔隙水压カ传感器，測定试验时的压カ变化，土箱外侧底部设有出水ロ，该出水口由水龙头控制，所述出水ロ试验时关闭。所述的旋喷杆是ー根钢管，两端密封，钢管顶部设有旋转动カ设备固定架，上部设有ー个入水ロ，下部设有ー个喷水口，旋喷动カ设备固定架，用于连接和固定旋喷动カ设备,入水ロ用于输入试验所需高压水,喷水ロ用于喷出高压水。所述的移动套管系统包括两组完全相同的可移动套管，每组可移动套管包括两根套在一起的钢管，直径一大一小，直径小的钢管两端密封，一端设有橡胶皮，一端设有旋转动カ设备固定架，大直径钢管一端设有固定架，用于试验时与地面固定，一端设有环形垫片，环形垫片直径与小钢管直径相同，该垫片用于防止小直径钢管拔出，并使得小直径只能套在大直径钢管中滑动。所述的旋转动カ系统用于为旋喷杆获得旋转速度提供动力，该旋转动カ系统包括旋喷动力设备和与提升动力系统连接设备，旋转动カ设备可以使旋喷杆旋转，可调节旋喷杆的转速，该旋转动カ设备可以是通过调节频率控制转速的马达，提升动カ系统连接设备用于使旋喷杆旋转的同时可以获得提升速度，可以是钢丝绳。所述的提升动カ系统用于为旋喷杆获得提升速度提供动力，包括提升动力设备，提升传カ设备和提升设备固定装置，提升动力设备可以是通过调节频率控制转速的马达，提升传力设备可以是由若干个固定的滑轮构成，至少3个，其中一个滑轮上装有提升动力设备固定架，用于连接提升动カ设备，使得滑轮获得转动的动力，提升设备固定装置用于固定提升动カ设备和提升传カ设备。所述的供水系统可以显示水的压カ和流量并且与旋喷杆上的入水ロ连接，该供水系统可由水压传感器、水压压カ表、电磁流量计、高压水泵依次连接构成，水压传感器一端与旋喷杆的入水ロ连接。所述的压力监测系统可与孔隙水压カ传感器连接，实时监测并记录受カ数据，该压カ监测系统可以包括信号转换设备和计算机，该计算机内部装有实时监测系统，通过信号转换设备与孔隙水压カ传感器连接。本实用新型填补了室内模拟高压旋喷切割土体效果技术方面的空白，通过提出的模拟试验装置，把高压水输入旋喷杆并模拟高压旋喷施工时的旋转提升喷射，并实时监测孔隙水压カ上传感器的受カ数据，从而实现对不同旋转速度和提升速度条件下切割土体效果的试验测量，并进而确定对高压旋喷现场施工有利的施工參数。
图1为本实用新型的结构示意图。图中1-高压水泵2-电磁流量计3-水压压カ表 4-水压传感器[0026]5-提升设备固定钢板6-固定螺栓7-提升动カ马达8-定滑轮9-土箱出水ロ 10-大直径钢管11-土箱12-计算机13-信号转换设备14-孔隙水压カ传感器15-旋转动カ马达16-旋转动カ马达固定钢板 17-旋喷杆18-孔压水压カ传感器数据连接线19-高压软管20-旋喷杆入水ロ21-旋喷杆喷水口 22水龙头23-小直径钢管24-固定螺栓25-环形垫片26-钢丝绳27-固定螺栓28-固定螺栓具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。请參阅图I本实用新型的结构示意图。室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，包括有主体结构、旋喷杆、移动套管系统、旋转动カ系统、提升动カ系统、供水系统、压カ监测系统。所述主体结构包括一个圆柱形土箱11，用于盛放试验土体，土箱内侧设有孔隙水压カ传感器14，測定试验时的压カ变化，土箱外侧底部设有出水ロ 9，该出水口由水龙头22控制，试验时出水ロ 9关闭；所述的旋喷杆17，两端密封，旋喷杆17顶部用固定螺栓与旋转动カ马达15，旋喷杆17上部设有ー个入水ロ 20，下部设有ー个喷水口 21，入水ロ 20用于输入试验所需高压水，喷水口 21用于喷出高压水；所述的移动套管系统包括两组两根套在一起的钢管，小直径钢管23和大直径钢管10，小直径钢管23两端密封，一端设有橡胶皮，一端设有旋转动カ设备固定架16，大直径钢管10 —端依靠固定螺栓24与地面固定，一端设有环形垫片25，该垫片用于防止小直径钢管23拔出，并使得小直径钢管23只能套在大直径钢管10中滑动；所述的旋转动カ系统包括旋转动カ马达15和与提升动力系统连接钢丝绳26 ；所述的提升动カ系统包括提升动カ马达7，三个提升传カ定滑轮8和提升设备固定板5，其中一个定滑轮上装有提升动カ马达固定架27，用于连接提升动カ设备，使得滑轮获得转动的动力；所述的供水系统由水压传感器4、水压压カ表3、电磁流量计2、高压水泵I依次用高压软管19连接构成，水压传感器4 一端与旋喷杆17的入水ロ 20连接；所述的压カ监测系统由信号转换设备13和计算机12，信号转换设备通过数据线18与土箱内侧的孔隙水压カ传感器14相连，计算机12内部装有实时监测系统，可以处理信号转换设备13输入的试验数据。应用本实用新型进行室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验可按下述步骤操作。I.放入土箱11四分之一的土，然后放入旋喷杆17，随后放入二分之一的土，同一高度且等距离放置8个孔隙水压カ传感器，传感器的间距为八分之一的圆柱形土箱11的周长，随后放入全部的土，在放土的过程中保证旋喷杆垂直。2.通过固定螺栓24把移动套管固定于地板，随后通过旋转动カ马达钢板16固定旋转动カ马达15，然后通过固定螺栓28连接与固定旋转动カ马达15和旋喷杆17 ;如图I所示，固定3个定滑轮8于提升设备固定钢板5，通过固定螺栓6把提升设备固定钢板5固定于地板，用钢丝绳26把3个定滑轮与旋转动カ马达连接起来。3.通过高压软管19将水压传感器4、水压压カ表3、电磁流量计2、高压水泵I连接起来，然后把高压软管19与旋喷杆上部的入水ロ 20连接，并将高压水泵I连接到水源，最后把旋转动カ马达15、提升动カ马达7、高压水泵I、电磁流量计2、计算机12和信号转换设备13接通电源。4.开启计算机12和信号转换设备13，随后同时开启旋转动カ马达15、提升动カ马达7、高压水泵I。试验开始后，水压压カ表3和电磁流量计2就可以得到输入高压水的压力和流量。根据提升动カ马达7采用的频率，就可以得到旋喷杆17的提升速度，旋转动力马达15采用的频率就可以得到旋喷杆的旋转速度。高压水由高压软管19通过入水ロ 20 进入旋喷杆17，并由喷水口 21喷出，孔隙水压カ传感器14也会得到压カ信号，并经由信号转换设备13转换成数字信息输入计算机12。通过调节旋转动カ马达15和提升动カ马达7的频率来调节旋喷杆的旋转速度和提升速度，可以得到不同试验条件下的大量切土效果数据，之后即可通过数据比较，选出在一定流量和压カ条件下，最佳的旋转速度与提升速度參数。本实用新型所述ー种室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置曾在压カ为5MPa，流量为101/min的设定条件下，对7对旋转速度和提升速度进行了比较试验，分别为转速5rpm和提升速度5cm/min、转速IOrpm和提升速度10cm/min、转速IOrpm和提升速度15cm/min、转速IOrpm和提升速度5cm/min、转速15rpm和提升速度10cm/min、转速15rpm和提升速度15cm/min、转速15rpm和提升速度20cm/min。最后试验结果表明，在转速IOrpm和提升速度10cm/min条件下,切土效果最好。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.ー种室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于包括 用于盛放试验土体的主体结构； 用于连接和固定旋喷动カ设备，且输入和喷出试验所需高压水的旋喷杆； 用于旋转动カ设备固定的移动套管系统； 为旋喷杆获得旋转速度提供动カ的旋转动カ系统； 为旋喷杆获得提升速度提供动カ 的提升动カ系统； 用于显示水的压カ和流量并且与旋喷杆连接的供水系统； 用干与主体结构中孔隙水压カ传感器连接，实时监测并记录受カ数据的压力监测系统。
2.根据权利要求I所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述主体结构包括一个圆柱形土箱，土箱内侧设有孔隙水压カ传感器，土箱外侧底部设有出水ロ。
3.根据权利要求I所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的旋喷杆是ー根钢管，两端密封，钢管顶部设有旋转动カ设备固定架，上部设有ー个入水ロ，下部设有ー个喷水ロ，旋喷动カ设备固定架，用于连接和固定旋喷动カ设备。
4.根据权利要求I所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的移动套管系统包括两组完全相同的可移动套管，每组可移动套管包括两根套在一起的钢管，直径一大一小，直径小的钢管两端密封，一端设有橡胶皮，一端设有旋转动カ设备固定架，大直径钢管一端设有固定架，用于试验时与地面固定，一端设有环形垫片，环形垫片直径与小钢管直径相同。
5.根据权利要求I所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的旋转动カ系统包括旋喷动力设备和与提升动力系统连接设备。
6.根据权利要求5所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的旋转动カ设备是通过调节频率控制转速的马达，提升动カ系统连接设备是钢丝绳。
7.根据权利要求I或5所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在干所述的提升动カ系统包括提升动カ设备，提升传カ设备和提升设备固定装置。
8.根据权利要求6所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的提升动カ设备是通过调节频率控制转速的马达，提升传カ设备由至少3个固定的滑轮构成，其中一个滑轮上装有提升动カ设备固定架，用于连接提升动カ设备，提升设备固定装置用于固定提升动力设备和提升传力设备。
9.根据权利要求I所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的供水系统与旋喷杆上的入水ロ连接，该供水系统由水压传感器、水压压カ表、电磁流量计、高压水泵依次连接构成，水压传感器一端与旋喷杆的入水ロ连接。
10.根据权利要求I所述的室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其特征在于所述的压カ监测系统包括信号转换设备和计算机，该计算机内部装有实时监测系统，通过信号转换设备与孔隙水压カ传感器连接。
专利摘要本实用新型公开一种室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，包括用于盛放试验土体的主体结构；用于连接和固定旋喷动力设备，且输入和喷出试验所需高压水的旋喷杆；用于旋转动力设备固定的移动套管系统；用于为旋喷杆获得旋转速度提供动力的旋转动力系统；用于为旋喷杆获得提升速度提供动力的提升动力系统；用于显示水的压力和流量并且与旋喷杆连接的供水系统；用于与孔隙水压力传感器连接，实时监测并记录受力数据的压力监测系统。本实用新型可以实时监测不同旋喷杆旋转速度和提升速度条件下高压水切割土体效果的变化情况，从而获得最佳切割土体效果的旋转速度和提升速度，达到合理选择旋喷施工参数的目的。
文档编号G01N3/58GK202393664SQ201120538260
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者刘卫铎, 张伟森, 李辉, 沈水龙, 王志丰, 罗太祥, 许烨霜, 高宪民 申请人:上海交通大学, 中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司