一种水泥土桩腐蚀深度测试方法与流程

本发明属于岩土工程和土力学技术领域，涉及一种对水泥土桩腐蚀深度的定量评价方法，特别是一种水泥土桩腐蚀深度测试方法，在侵蚀环境中能够直接测试水泥土桩的腐蚀深度，用于量化水泥土的腐蚀深度，预测水泥土桩在侵蚀环境中的长期承载力。

背景技术：

水泥土桩因具有整体性强、设计灵活、施工方便、噪音小、造价低和引起的附加沉降小等优点，被作为建(构)筑物复合地基、防渗止水帷幕、支挡结构物等广泛应用于陆地和水利工程，特别是随着跨海大桥、海底隧道、港口和海岸工程规模的扩大，以水泥土为代表的地基处理方法在中国东南沿海地区的建设工程中也发挥着不可替代的作用。由于环境的恶化、工业污染的加剧、农业灌溉的不科学、生活垃圾的增多及海水入侵等原因致使许多地基土逐渐具有腐蚀性。长期处于腐蚀场地中的水泥土会在侵蚀性介质的作用下发生强度衰减、渗透性增大、有效加固范围缩小等劣化现象，能够明显降低水泥土的力学性能和耐久性，缩短水泥土的服役寿命。日本学者ikegami等通过研究某滨海场地中龄期20年的大型水泥土发现，其表层强度在30～50mm范围内发生明显的衰减现象，由于环境的侵蚀作用，水泥土桩由表及里被侵蚀，致使水泥土桩成为一非均质体。但是，目前尚未有合理、有效、直接测试水泥土桩腐蚀深度的装置或方法的公开报道及使用。因此，设计一种水泥土桩腐蚀深度测试方法具有较强的理论和工程意义，为水泥土桩在腐蚀场地的设计和施工提供理论依据。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，设计提供一种水泥土桩腐蚀深度测试方法，简单、准确的测试出正在服役水泥土桩的腐蚀深度，并预测出水泥土桩在侵蚀环境下的长期承载力，不仅可以测试桥梁和港口等暴露在外的水泥土桩，而且还可以测试出建筑物等隐埋在地面以下的水泥土桩。

为了实现上述目的，本发明采用水泥土桩腐蚀深度测试装置实现，其具体测试过程为：

(1)先将底座支架焊接好，再将横梁和斜撑焊接到底座支架上，保证横梁焊接到底座支架的对称轴线上，焊接好横梁之后确定马达的位置，并将马达托板焊接到横梁上；

(2)将钢齿焊接到施力杆两表面，安装好齿轮和焊有钢齿的施力杆，确保齿轮和施力杆之间不松动，固定好之后，将马达用高强螺栓安装到马达托板上，保证马达上的齿轮与钢齿之间咬合紧密；

(3)安装好施力杆之后，用螺栓将轮辐传感器安装到施力杆和探杆之间，并保证螺栓拧紧不得松动，将轮辐传感器的传输导线从施力杆的杆内穿出，并顺至外接的检测设备处；安装好轮辐传感器后将探头焊接到探杆的底端；

(5)将钢削焊接到反力架顶端，通过反力螺母将连接杆与反力架连接连接到一起后再通过螺栓和螺母将连接杆与钢削固定到一起，整个装置安装完成；

(5)装置安装完成后，在待测试水泥土桩一侧挖出与装置高度相近的土槽，并将反力板放到与待测试水泥土桩相对的一侧，然后将整个装置放到土槽中，并且调节四个反力螺母使整个装置在水泥土桩与反力板之间紧紧的靠在一起，不得松动；

(6)调节探头，使探头紧贴到待测试水泥土桩表面，调节完探头后，将轮辐传感器通过传输导线接到测试电脑上并调试好，然后开启电源进行测试，通过测试电脑显示的轮辐传感器测试数值，确定水泥土是否被腐蚀，通过马达的工作时间确定水泥土桩的腐蚀深度。

本发明所述水泥土桩腐蚀深度测试装置的主体结构包括底座支架、反力螺母、反力板、施力杆、探头、探杆、螺栓、螺母、反力架、连接杆、反力面矩型钢管、轮辐传感器、马达、齿轮、钢齿、横梁、马达托板、钢削和斜支撑；底座支架的对称轴线上焊接有横梁，横梁与底座支架之间通过斜支撑固定，横梁上安装有马达托板，马达托板上预留用于固定马达的螺栓孔洞，螺栓孔洞的大小与位置根据马达相应的螺栓孔大小与位置确定，马达采用高强螺栓固定安装在马达托板上，反力板安装在待测试水泥土桩相对一侧，反力板上对称安装有反力面矩型钢管；反力架的一端与反力面矩型钢管焊接，另一端通过反力螺母与连接杆的一端连接，连接杆的另一端通过螺栓和螺母与钢削固定连接，钢削焊接在底座支架顶端，施力杆垂直于横梁方向安装在横梁上，矩型钢管结构的施力杆对称的两表面上焊接有钢齿，齿轮的齿距与钢齿中的齿距相吻合，其中一面的钢齿与齿轮紧密咬合，另一面的钢齿与马达上的齿轮紧密咬合，齿轮安装在横梁上，施力杆与探杆之间安装轮辐传感器，探杆的底部焊接有探头。

本发明所述底座支架采用矩型钢管焊接而成，其长为60cm，宽为30cm，高为40cm，为提高底座支架的稳定性和刚度，矩型钢管的规格为30mm×60mm，厚度为2mm；反力螺母由螺母和外表面套丝的圆形钢管焊接而成，圆形钢管的外径不小于30mm，螺母的直径根据圆形钢管的直径确定；反力板为正方形钢板，长为80cm，宽为50cm，板厚为3mm，用于提供足够的反力；施力杆由矩型钢管和钢齿焊接而成，长度为30cm，矩型钢管的规格为30mm×60mm，厚度为2mm；探头的直径为60mm、高度为40mm；探杆为圆形钢管，长度为20cm，圆形钢管的直径为40mm，厚度为2mm；螺栓和螺母分别为高强螺栓和螺母，其中螺栓的规格为m10×60；反力架为圆形钢管，长度为20cm，其直径为40mm，厚度为2mm；连接杆为圆形钢管，长度为20cm，其直径为40mm，厚度为2mm，一端钻有直径为12mm的孔洞；反力面矩型钢管为30mm×60mm、厚度2mm的矩型钢管；轮辐传感器的量程为50mpa，其传输导线从轮辐传感器的顶端传出，便于顺出传输导线；马达为采用两相电马达，便于接电源；横梁为矩型钢管，其规格为30mm×60mm，厚度为2mm；马达托板为矩型钢板，其尺寸根据马达的大小确定，钢板厚度为3mm；钢削为圆形钢管，外径为36mm，厚度为2mm，高度为4cm，钢削上钻有直径为1cm的钻孔；斜支撑为矩型钢管，其规格为30mm×60mm，厚度为2mm。

本发明使用前，首先确定马达的转速，探头的贯入深度根据马达的转速和转动时间换算出，在测量之前，将探头调节至紧贴到待测量水泥土桩的表面，探头调节到位之后，再确定轮辐传感器的读数并且清零后进行测试，待测试水泥土桩的腐蚀深度根据马达的转动时间和转速确定出，待测试水泥土桩表面的混凝土强度根据轮辐传感器直接测量出。

本发明与现有技术相比，其设计科学，结构简单，测试性能优越、全面、可靠，可操作性高，成本低、能够直观的反映出水泥土桩的腐蚀深度和在侵蚀环境中强度的变化，从而量化水泥土桩的腐蚀深度以及长期承载力。

附图说明：

图1为本发明所述水泥土桩腐蚀深度测试装置的主体结构原理示意图。

图2为本发明所述施力杆和反力螺母详图。

图3为本发明所述施力杆与齿轮和马达安装详图。

图4为本发明所述水泥土桩腐蚀深度测试装置的主体结构俯视图。

图5为本发明所述水泥土桩腐蚀深度测试装置的主体结构正视图。

图6为本发明所述水泥土桩腐蚀深度测试装置的主体结构侧视图。

图7为本发明实施例所述探头阻力与贯入深度变化曲线图。

图8为本发明实施例所述腐蚀深度曲线图。

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说明。

实施例：

本实施例采用水泥土桩腐蚀深度测试装置实现，其具体过程为：

(1)先将底座支架1焊接好，再将横梁16和斜撑19焊接到底座支架1上，保证横梁16焊接到底座支架1的对称轴线上，如图4所示，焊接好横梁16之后确定马达13的位置，并将马达托板17焊接到横梁16上；

(2)将钢齿15焊接到施力杆4两表面，安装好齿轮14和焊有钢齿15的施力杆4，确保齿轮14和施力杆4之间不松动，固定好之后，将马达13用高强螺栓安装到马达托板17上，保证马达13上的齿轮14与钢齿15之间咬合紧密；

(3)安装好施力杆4之后，用螺栓将轮辐传感器12安装到施力杆4和探杆6之间，并保证螺栓拧紧不得松动，将轮辐传感器12的传输导线从施力杆4的杆内穿出，并顺至外接的检测设备处；安装好轮辐传感器12后将探头5焊接到探杆6的底端；

(5)将钢削18焊接到反力架1顶端，如图5所示，通过反力螺母2将连接杆10与反力架9连接连接到一起后再通过螺栓7和螺母8将连接杆9与钢削18固定到一起，整个装置安装完成；

(5)装置安装完成后，在待测试水泥土桩一侧挖出与装置高度相近的土槽，并将反力板3放到与待测试水泥土桩相对的一侧，如图1所示，然后将整个装置放到土槽中，并且调节四个反力螺母2使整个装置在水泥土桩与反力板3之间紧紧的靠在一起，不得松动；

(6)调节探头5，使探头5紧贴到待测试水泥土桩表面，调节完探头5后，将轮辐传感器12通过传输导线接到测试电脑上并调试好，然后开启电源进行测试，通过测试电脑显示的轮辐传感器12测试数值，确定水泥土是否被腐蚀，通过马达的工作时间确定水泥土桩的腐蚀深度。

本实施例所述水泥土桩腐蚀深度测试装置的主体结构包括底座支架1、反力螺母2、反力板3、施力杆4、探头5、探杆6、螺栓7、螺母8、反力架9、连接杆10、反力面矩型钢管11、轮辐传感器12、马达13、齿轮14、钢齿15、横梁16、马达托板17、钢削18和斜支撑19；底座支架1的对称轴线上焊接有横梁16，横梁16与底座支架1之间通过斜支撑19固定，横梁16上安装有马达托板17，马达托板17上预留用于固定马达13的螺栓孔洞，螺栓孔洞的大小与位置根据马达13相应的螺栓孔大小与位置确定，马达13采用高强螺栓固定安装在马达托板17上，反力板3安装在待测试水泥土桩相对一侧，反力板3上对称安装有反力面矩型钢管11；反力架9的一端与反力面矩型钢管11焊接，另一端通过反力螺母2与连接杆10的一端连接，连接杆10的另一端通过螺栓7和螺母8与钢削18固定连接，钢削18焊接在底座支架1顶端，施力杆4垂直于横梁16方向安装在横梁16上，矩型钢管结构的施力杆4对称的两表面上焊接有钢齿15，齿轮14的齿距与钢齿15中的齿距相吻合，其中一面的钢齿15与齿轮14紧密咬合，另一面的钢齿15与马达13上的齿轮紧密咬合，齿轮14安装在横梁16上，施力杆4与探杆6之间安装轮辐传感器12，探杆6的底部焊接有探头5。

本实施例所述底座支架1采用矩型钢管焊接而成，其长为60cm，宽为30cm，高为40cm，为提高底座支架1的稳定性和刚度，矩型钢管的规格为30mm×60mm，厚度为2mm；反力螺母2由螺母2-1和外表面套丝的圆形钢管2-2焊接而成，圆形钢管2-2的外径不小于30mm，螺母2-1的直径根据圆形钢管2-2的直径确定；反力板3为正方形钢板，长为80cm，宽为50cm，板厚为3mm，用于提供足够的反力；施力杆4由矩型钢管和钢齿13焊接而成，长度为30cm，矩型钢管的规格为30mm×60mm，厚度为2mm；探头5的直径为60mm、高度为40mm；探杆6为圆形钢管，长度为20cm，圆形钢管的直径为40mm，厚度为2mm；螺栓7和螺母8分别为高强螺栓和螺母，其中螺栓7的规格为m10×60；反力架9为圆形钢管，长度为20cm，其直径为40mm，厚度为2mm；连接杆10为圆形钢管，长度为20cm，其直径为40mm，厚度为2mm，一端钻有直径为12mm的孔洞；反力面矩型钢管11为30mm×60mm、厚度2mm的矩型钢管；轮辐传感器12的量程为50mpa，其传输导线从轮辐传感器12的顶端传出，便于顺出传输导线；马达13为采用两相电马达，便于接电源；横梁16为矩型钢管，其规格为30mm×60mm，厚度为2mm；马达托板17为矩型钢板，其尺寸根据马达12的大小确定，钢板厚度为3mm；钢削18为圆形钢管，外径为36mm，厚度为2mm，高度为4cm，钢削18上钻有直径为1cm的钻孔；斜支撑19为矩型钢管，其规格为30mm×60mm，厚度为2mm。

本实施例使用前，首先确定马达的转速，探头的贯入深度根据马达的转速和转动时间换算出，在测量之前，将探头5调节至紧贴到待测量水泥土桩的表面，探头5调节到位之后，再确定轮辐传感器12的读数并且清零后进行测试，待测试水泥土桩的腐蚀深度根据马达的转动时间和转速确定出，待测试水泥土桩表面的混凝土强度根据轮辐传感器12直接测量出。

本实施例对现在服役期为一年的水泥土桩进行腐蚀深度测试，测试数据如下：

探头阻力与贯入深度变化曲线图如图7所示，由图中看出，探头阻力随着贯入深度的增加不断增大，反映出了水泥土强度的变化，根据探头阻力曲线特性，可以将探头阻力的变化大致分为三个阶段，即强度缓慢增长段、线性增长段和相对稳定段，在贯入初期即桩身表面处，探头阻力缓慢增长，说明水泥土的强度发生了衰减，即水泥土桩发生了腐蚀现象，随着贯入深度的增加，探头阻力呈线性增长，说明水泥土受到一定的腐蚀，水泥土发生一定程度的衰减；相对稳定段表明水泥土未发生腐蚀现象，强度未发生明显的衰减现象；腐蚀深度能够量化水泥土的腐蚀程度，具体原理为将图7所示曲线中强度开始发挥的部分拟合一条直线，如图8所示，将直线与纵轴的交点作为腐蚀深度dn，通过此方法可以在探头阻力与贯入深度变化曲线的基础之上，确定出被检测水泥土桩的腐蚀深度。