一种非金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置的制作方法

技术领域：

本发明属于土木工程试验设备领域，涉及一种非金属抗浮锚杆长期变形试验装置，特别是一种非金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置。

背景技术：
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随着城市地下空间的开发利用，建筑物的基础埋深不断增加，抗浮问题变得越来越突出，相比于降排地下水法、压重法、抗浮桩等技术措施，抗浮锚杆具有地层适应性强，分散应力，便于施工，节约造价，在硬质岩土层中承载力大等优势。玻璃纤维增强聚合物(gfrp)锚杆的出现，为岩土锚固增添了新的手段，特别是gfrp材料优异的耐腐蚀及抗电磁干扰的特性，解决了困扰岩土锚固界的难题。利用拉拔试验装置进行锚杆拉拔试验是测试锚杆锚固性能的重要手段和途径，试验结果(如锚杆的长期变形，锚杆的长期抗拔力等)是锚固工程设计中的重要参数，同时，也是指导锚固工程现场实践的重要参数。目前，关于非金属抗浮锚杆长期变形的测试装置或测试方法鲜有报道，大部分都是通过构建数学模型来预测抗浮锚杆的长期变形及抗拔承载力，准确性有待考究。因此，寻求一种非金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置，在现有测试技术的基础上，填补测试设备和测试方法的空白，实现非金属抗浮锚杆长期变形的全自动测试。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种全新的非金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置，用于确定非金属抗浮锚杆的长期变形。

为了实现上述目的，本发明所述金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置主体结构包括锚杆杆体、紧固螺母、锚固托盘、荷重传感器、第一穿心钢垫板、油压式穿心千斤顶、第二穿心钢垫板、穿心反力梁、工字型支墩、钢垫板、半圆钢管、位移传感器、磁性表座、基准梁、角铁、混凝土垫层、岩土体、灌浆体、对中支架、锚杆孔、油管、电动油泵、锚杆试验分析系统和中继器；锚杆杆体为玻璃纤维增强聚合物(gfrp)全螺纹杆状实心结构，增强锚杆杆体与灌浆体之间的握裹力，提供足够的锚固力，锚杆杆体的下端插入锚杆孔，锚杆杆体与锚杆孔之间填充灌浆体；紧固螺母和锚固托盘采用gfrp材料制成，均以螺纹连接的方式连接在锚杆杆体上，紧固螺母呈六边形，锚固托盘呈圆盘状，紧固螺母内端与锚固托盘外端卡扣相连，能够提供足够的反力；方形结构的钢垫板放置于混凝土垫层表面，并对称放置于锚杆杆体两侧；两个工字型支墩分别置于钢垫板上表面，用于支撑穿心反力梁，工字型支墩的面积小于钢垫板的面积，锚杆杆体位于两个工字型支墩的中心，保证锚杆杆体的轴心受拉；穿心反力梁为四块厚钢板焊接成的矩形截面，穿心反力梁内部设置若干加劲肋，加劲肋的数量根据锚杆承载力的大小确定，确保穿心反力梁的刚度和整体稳定性，穿心反力梁中心处有预留孔洞，供锚杆杆体自由穿过，穿心反力梁的中心与锚杆杆体中心重合；穿心反力梁上表面放置第二穿心钢垫板，方形结构的第二穿心钢垫板中间预留孔洞，供锚杆杆体穿过；第二穿心钢垫板、油压式穿心千斤顶、第一穿心钢垫板、荷重传感器自下而上依次叠放于穿心反力梁的上表面并与锚杆杆体成同轴心结构，确保加载过程锚杆杆体轴心受拉；油压式穿心千斤顶通过油管与电动油泵相连，电动油泵分别与锚杆试验测试系统和中继器连接；长度为2cm的半圆钢管由与锚杆杆体相同直径的钢管对称切割而成，半圆钢管的内壁通过ab胶粘贴在锚杆杆体的外侧；角铁焊接在半圆钢管外侧面，并位于混凝土垫层表面以上0.5mm，角铁的一面与混凝土垫层平行；对中支架由四个四分之一带脚钢环采用螺母拼接而成，对中支架根据锚杆尺寸自由调节孔径大小使其沿长度方向均匀地牢牢地固定在锚固段锚杆杆体的外表面；位移传感器与安装在基准梁上的磁性表座相连，位移传感器分别安装在角铁和灌浆体表面，用于分别测试锚杆杆体的长期变形量和灌浆体的长期变形量，从而确定出锚杆杆体相对于灌浆体的长期变形量。

本发明在使用前，需对荷重传感器和油压式穿心千斤顶进行标定，保证试验过程中每级施加荷载量的准确性；试验时要保证各部件紧密接触，通过电动油泵自带的压力传感器控制油压式穿心千斤顶的反力，而荷重传感器能够校正电动油泵自带的压力传感器，锚杆试验分析系统设定允许的掉载范围，能够实现自动补载，保证每一级荷载长时间恒定。

本发明所述锚杆试验测试系统采用rs-jyb/c桩基静载荷测试分析系统。

本发明实现金属抗浮锚杆长期变形全自动试验的具体过程为：

(1)根据锚杆杆体的尺寸在被测岩土地基进行钻孔形成锚杆孔，锚杆孔与地面相垂直；

(2)先将对中支架间隔安装在锚杆杆体外表面，相邻对中支架之间的距离根据锚杆锚固段长度确定；再将安装有对中支架的锚杆杆体插入锚杆孔内，直至锚杆杆体底端到达锚杆孔底部，安装过程中保持锚杆体垂直；

(3)将锚杆孔的外端连接好注浆管，并将注浆管伸至锚杆孔底端，用注浆泵将浆液沿着注浆管注入，在注浆过程中，边灌浆边提注浆管，保证注浆管管头插入浆液液面下50～80cm，严禁将导管拔出浆液面，以免出现断杆事故，待浆液到达锚杆孔顶面时将注浆管拔出并关闭注浆泵，完成注浆过程；注浆完成后将锚杆孔顶端人工抹平，施工混凝土垫层；

(4)在混凝土垫层和灌浆体达到28天龄期后，钢垫板以锚杆孔为中心对称放置于锚杆孔两边，在钢垫板上放置两个工字型支墩，用以支撑穿心反力梁，穿心反力梁上安置第二穿心钢垫板，第二穿心钢垫板上放置油压式穿心千斤顶，油压式穿心千斤顶上对称放置第一穿心钢垫板，在第一穿心钢垫板上安放荷重传感器，荷重传感器上安放锚固托盘和紧固螺母，锚固托盘和紧固螺母以螺纹连接方式与锚杆杆体连接，为获得更大锚固力，可根据实际需要将若干个紧固螺母串联，并在锚杆杆体与紧固螺母的缝隙之间滴入ab胶；

(5)将油压式穿心千斤顶通过油管与电动油泵相连，电动油泵与锚杆试验分析系统相连，施加荷载的大小通过电动油泵自带的压力传感器在锚杆试验分析系统的屏幕上显示并存储；位移传感器通过导线与中继器相连，中继器与锚杆试验分析系统相连，锚杆杆体的上拔量和灌浆体的上拔量在锚杆试验分析系统的屏幕上显示并存储，每一级荷载的大小、数据采集的间隔以及测试时间可以通过锚杆试验分析系统进行设定；

(6)在角铁和锚固体外露面垂直安装位移传感器，与位移传感器配套的磁性表座安装在基准梁上，保证其连接牢靠且不发生晃动；

(7)整个加载过程采用分级加载法，每级施加的荷载为预估极限荷载的1/10，直至锚杆破坏，试验过程中，每级荷载所维持的时间不少于72小时，拉拔力的大小通过荷重传感器测得；每级荷载施加完毕后，锚杆试验分析系统自动记录位移量，以后每间隔5min存储一次，锚杆的试验条件与锚杆的实际施工条件相同，试验过程中出现下列情况之一时，需终止试验：①从第二级加载开始，后一级荷载产生的单位荷载下的锚杆位移增量大于前一级荷载产生的单位荷载下的锚杆位移增量的5倍；②锚头位移不收敛；③锚杆杆体破坏。

本发明与现有测试装置相比，结构简单，测试方便，测试精度高，可操作性强，能够实现全自动监测，弥补了传统拉拔装置中手动加载和人工读数的不足，测试结果直接、准确，具有较强的先进性、实用性和技术优势，为锚杆的试验研究与材料应用提供依据。

附图说明：

图1为本发明所述金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置主体结构原理图。

图2为本发明所述紧固螺母的a-a剖面图。

图3为本发明所述锚固托盘结构b-b剖面图。

图4为本发明所述对中支架的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

本实施例所述金属抗浮锚杆长期变形的全自动试验装置主体结构包括锚杆杆体1、紧固螺母2、锚固托盘3、荷重传感器4、第一穿心钢垫板5、油压式穿心千斤顶6、第二穿心钢垫板7、穿心反力梁8、工字型支墩9、钢垫板10、半圆钢管11、位移传感器12、磁性表座13、基准梁14、角铁15、混凝土垫层16、岩土体17、灌浆体18、对中支架19、锚杆孔20、油管21、电动油泵22、锚杆试验分析系统23和中继器24；锚杆杆体1为玻璃纤维增强聚合物(gfrp)全螺纹杆状实心结构，增强锚杆杆体1与灌浆体18之间的握裹力，提供足够的锚固力，锚杆杆体1下端插入锚杆孔20，锚杆杆体1与锚杆孔20之间填充灌浆体18；紧固螺母2和锚固托盘3采用gfrp材料制成，均以螺纹连接的方式连接在锚杆杆体1上，紧固螺母2呈六边形，锚固托盘3呈圆盘状，紧固螺母2内端与锚固托盘3外端卡扣相连，能够提供足够的反力；方形结构的钢垫板10放置于混凝土垫层16表面，并对称放置于锚杆杆体1两侧；两个工字型支墩9分别置于钢垫板10上表面，用于支撑穿心反力梁8，工字型支墩9的面积小于钢垫板10的面积，锚杆杆体1位于两个工字型支墩9的中心，保证锚杆杆体1的轴心受拉；穿心反力梁8为四块厚钢板焊接成的矩形截面，穿心反力梁8内部设置若干加劲肋，加劲肋的数量根据锚杆承载力的大小确定，确保穿心反力梁的刚度和整体稳定性，穿心反力梁8中心处有预留孔洞，供锚杆杆体1自由穿过，穿心反力梁8的中心与锚杆杆体1中心重合；穿心反力梁8上表面放置第二穿心钢垫板7，方形结构的第二穿心钢垫板7中间预留孔洞，供锚杆杆体1穿过；第二穿心钢垫板7、油压式穿心千斤顶6、第一穿心钢垫板5、荷重传感器4自下而上依次叠放于穿心反力梁8的上表面并与锚杆杆体1成同轴心结构，确保加载过程锚杆杆体1轴心受拉；油压式穿心千斤顶6通过油管21与电动油泵22相连，电动油泵22分别与锚杆试验测试系统23和中继器24连接；长度为2cm的半圆钢管11由与锚杆杆体1相同直径的钢管对称切割而成，半圆钢管11的内壁通过ab胶粘贴在锚杆杆体1的外侧；角铁15焊接在半圆钢管11外侧面，并位于混凝土垫层16表面以上0.5mm，角铁15的一面与混凝土垫层16平行；对中支架19由四个四分之一带脚钢环采用螺母拼接而成，对中支架19根据锚杆尺寸自由调节孔径大小使其沿长度方向均匀地牢牢地固定在锚固段锚杆杆体1的外表面；位移传感器12与安装在基准梁14上的磁性表座13相连，位移传感器12分别安装在角铁15和灌浆体18表面，用于分别测试锚杆杆体1的长期变形量和灌浆体18的长期变形量，从而确定出锚杆杆体1相对于灌浆体18的长期变形量。

本实施例在使用前，需对荷重传感器4和油压式穿心千斤顶6进行标定，保证试验过程中每级施加荷载量的准确性；试验时要保证各部件紧密接触，通过电动油泵22自带的压力传感器控制油压式穿心千斤顶6的反力，而荷重传感器4能够校正电动油泵22自带的压力传感器，锚杆试验分析系统23设定允许的掉载范围，能够实现自动补载，保证每一级荷载长时间恒定。

本实施例所述锚杆试验测试系统23采用rs-jyb/c桩基静载荷测试分析系统。

本实施例实现金属抗浮锚杆长期变形全自动试验的具体过程为：

(1)根据锚杆杆体1的尺寸在被测岩土地基进行钻孔形成锚杆孔20，锚杆孔20与地面相垂直；

(2)先将对中支架19间隔安装在锚杆杆体1外表面，相邻对中支架19之间的距离根据锚杆锚固段长度确定；再将安装有对中支架19的锚杆杆体1插入锚杆孔20内，直至锚杆杆体1底端到达锚杆孔20底部，安装过程中保持锚杆体1垂直；

(3)将锚杆孔20的外端连接好注浆管，并将注浆管伸至锚杆孔20底端，用注浆泵将浆液沿着注浆管注入，在注浆过程中，边灌浆边提注浆管，保证注浆管管头插入浆液液面下50～80cm，严禁将导管拔出浆液面，以免出现断杆事故，待浆液到达锚杆孔20顶面时将注浆管拔出并关闭注浆泵，完成注浆过程；注浆完成后将锚杆孔20顶端人工抹平，施工混凝土垫层16；

(4)在混凝土垫层16和灌浆体18达到28天龄期后，钢垫板10以锚杆孔20为中心对称放置于锚杆孔两边，在钢垫板10上放置两个工字型支墩9，用以支撑穿心反力梁8，穿心反力梁8上安置第二穿心钢垫板7，第二穿心钢垫板7上放置油压式穿心千斤顶6，油压式穿心千斤顶6上对称放置第一穿心钢垫板5，在第一穿心钢垫板5上安放荷重传感器4，荷重传感器4上安放锚固托盘3和紧固螺母2，锚固托盘3和紧固螺母2以螺纹连接方式与锚杆杆体1连接，为获得更大锚固力，可根据实际需要将若干个紧固螺母2串联，并在锚杆杆体1与紧固螺母2的缝隙之间滴入ab胶；

(5)将油压式穿心千斤顶6通过油管21与电动油泵22相连，电动油泵22与锚杆试验分析系统23相连，施加荷载的大小通过电动油泵22自带的压力传感器在锚杆试验分析系统23的屏幕上显示并存储；位移传感器12通过导线与中继器24相连，中继器24与锚杆试验分析系统23相连，锚杆杆体1的上拔量和灌浆体18的上拔量在锚杆试验分析系统23的屏幕上显示并存储，每一级荷载的大小、数据采集的间隔以及测试时间可以通过锚杆试验分析系统23进行设定；

(6)在角铁15和锚固体外露面垂直安装位移传感器12，与位移传感器12配套的磁性表座13安装在基准梁14上，保证其连接牢靠且不发生晃动；

(7)整个加载过程采用分级加载法，每级施加的荷载为预估极限荷载的1/10，直至锚杆破坏，试验过程中，每级荷载所维持的时间不少于72小时，拉拔力的大小通过荷重传感器4测得；每级荷载施加完毕后，锚杆试验分析系统23自动记录位移量，以后每间隔5min存储一次，锚杆的试验条件与锚杆的实际施工条件相同，试验过程中出现下列情况之一时，需终止试验：①从第二级加载开始，后一级荷载产生的单位荷载下的锚杆位移增量大于前一级荷载产生的单位荷载下的锚杆位移增量的5倍；②锚头位移不收敛；③锚杆杆体破坏。