专利名称：水下挤密砂桩复合地基试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水下挤密砂桩复合地基试验系统。
背景技术：
挤密砂桩置换率越大，由其形成的排水通道越好，所需固结时间越少。对于高置 换率挤密砂桩来说，地基强度的提升主要依靠砂桩本身对地基强度的影响；然而对于低置 换率普通砂桩来说，地基强度的提升取决于两个主要因素砂桩本身的强度影响和砂桩的 排水作用引起的桩间土强度的提升。由于我国的水下挤密砂桩尚处于起步阶段，对于砂桩 的性能尚未完全弄清，对挤密砂桩加固软土地基效果仅是通过标准贯入试验进行测定。所 以开展水下挤密砂桩加固软土地基效果的试验是非常迫切和必要的。
发明内容
为了适应上述需要，本发明提出一种水下挤密砂桩复合地基试验系统，以帮助掌 握砂桩对地基承载力提高的作用，了解砂桩打设造成的土体隆起情况，弄清桩间土排水固 结过程中的土层压缩、强度增长等情况，从而取得相关数据，为工程设计积累经验，提高施 工效率，保证施工质量。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下水下挤密砂桩复合地基试验系统，包括反力系统、加载系统、基准系统和测试平台，其中包括锚桩和试桩反力架，所述试桩反力架包括主梁和边梁；传力系统两部分，其中加载系统由四只并联的液压千斤顶、一台超高压油泵及相应的 油路系统组成，荷载由桩基静载荷测试仪自动控制，由精密压力表校核；传力系统包括荷载 板、传力杆以及圆盘；基准系统由两根基准桩和基准梁组成，基准桩打设到沉降影响深度以下； 加载系统的千斤顶通过圆盘和传力杆将荷载传到荷载板，利用荷载板对复合地基进行 加载，通过圆盘和试桩反力架将荷载传递到锚桩并最终消散到地基土中。本发明还可以包括沉降测量系统，将荷载板四个角点用钢管引出到测试平台上， 载荷板的沉降通过4只对称布置的位移传感器，并取其平均值为载荷板的沉降量，位移传 感器通过磁性表座固定在基准粱上，并由信号线将测得的数据传输到信号采集系统里。打设挤密砂桩一打设锚桩和基准桩一高置换率挤密砂桩试验区整平、安装荷载 板、搭设试验平台一高置换率挤密砂桩试验区反力架及测量系统组装一高置换率挤密砂桩 试验一高置换率挤密砂桩试验区拆除反力架、试验平台。本发明由于采用了锚桩法进行加载而具有以下优势(1)加载过程是靠改变千斤 顶的油压来完成，可操作性及安全性均较好。(2)受水流及潮位影响较小，最大程度上消除 波流荷载对试验结果的影响。
图1为砂桩平面布置图。图2为本发明的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面给 出一个利用本发明的水下挤密砂桩复合地基试验系统进行试验的实施例，进一步阐述本发 明。实施例本试验选定在洋山深水港区拟建的西港区大乌龟山南侧的区域进行，根据勘察设计单 位提供的试验场地资料，该试验场地软土层厚度为20m左右，泥面标高为-9. 17m左右，利用 砂桩加固该区域软土地基，具有一定的针对性和代表性。该区域最高潮位为+5. 73m,最低潮 位为-0. 23m，平均高潮位为+3. 88m，平均低潮位为+1. Hm，最大潮差为5. 03m，平均潮差为 2. 7細。该区域内的最大涨潮平均流速为1. 40m/s，最大落潮平均流速为1. 64m/s。本试验主要根据以下规范规程进行 《水运工程测量规范》JTJ203-2001 ；《港口工程地基规范》JTJ250-98 ； 《港口工程桩基规范》JTJ254-98 ； 《港口工程地质勘察规范》JTJ240 - 97 ； 《建筑变形测量规程》JTJ/T 8-97 ； 《地基处理技术规范》DBJ08-40-94 ； 《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999 ； 《孔隙水压力测试规程》CECS 55 :93。本次高置换率挤密砂桩复合地基试验主要内容为得到高置换率挤密砂桩复合地基承载力性能，进行60%置换率挤密砂桩复合地基承 载力试验。如图1所示，挤密砂桩16采用正方形布置，间距为2. ImX 2. lm，挤密砂桩直径为 1. 85m，试验平台14位于载荷板15正上方并向外延伸。砂桩试验区布置参照《港口工程地 基规范》中的附加应力传递规律，荷载板15外保留一定量的砂桩，保证复合地基的应力扩散 满足要求，60%置换率挤密砂桩试验区的外围砂桩加固深度为10m。加载总量确定根据经验并参照《港口工程地质勘查规范》，挤密砂桩容许承载力 可达到260kPa，其极限承载力为520kPa。荷载板的面积为4. 2mX 4. 2m=17. 64m2，预估所需 最大加载量为F = AXfu = 17. 64X520=9172 (kN)。试验时采用锚桩法进行加载，如图2所示，反力系统包括锚桩11和试桩反力架，所 述试桩反力架包括主梁1和边梁2，主梁1通过主梁边梁连接架3、3. Om拉杆5和螺帽7与 边梁2连接，边梁2通过边梁锚桩连接器4和2. Om拉杆6连接锚桩11的锚桩帽8 ；千斤顶 9通过圆盘10和传力杆12将荷载传到荷载板15，利用荷载板15对复合地基进行加载，同 时将荷载传递到锚桩11并最终消散到地基土中，其力的传递路线为加载系统一主梁1 —边 梁2—锚桩11—地基；加载系统包括油压千斤顶系统、传力系统两部分，本次试验加载系统由四只并联的 5000kN液压千斤顶9、一台超高压油泵及相应的油路系统(分油器、高压油管、油嘴、油管接 头等)组成，荷载由RS-JYC桩基静载荷测试仪自动控制，由0. 4级精密压力表校核；传力系 统，包括荷载板15和Φ 1000mm ( δ 20mm)传力杆12以及Φ 1400mm圆盘10，由于挤密砂桩 16间距为2. ImX 2. lm，若荷载板下仅有1根砂桩会对试验测试结果造成偏差。荷载板15 下挤密砂桩16数量也不宜过多，随着荷载板15面积的增加，锚桩11的抗拔力也随之增加， 锚桩11要求的打入深度也将增加。另一方面，随着荷载板15面积的增加，其影响范围也随 之增大，砂桩的打设范围将增大，这都将会大幅增加试验成本。所以荷载板15底面尺寸选 为4. 2m X 4. 2m，荷载板15下有4根砂桩。基准系统独立于加载系统和操作平台，由两根基准桩13和基准梁组成，将基准桩 13打设到沉降影响深度以下，达到在加载过程中基准桩13不受地基沉降和外界船只等影 响，桩尖标高为-32. 40m左右，采用Φ 1000mm ( δ 14mm)钢管桩。基准桩13的顶标高比测 试平台14高60cm，即+6. 60m，桩长取39m，基准梁由2根[36槽钢组成，一端固定在基准桩 13上，另一端简支在另一根基准桩13上。由于水下位移量测系统的精度不够，将荷载板15四个角点用Φ 150mm钢管引出到 测试平台14上，试验过程中载荷板的沉降通过4只对称布置的位移传感器，并取其平均值 为载荷板的沉降量，位移传感器通过磁性表座固定在基准粱上。试验测试要求复合地基承载力测试时，记录每级荷载作用下的沉降量，即获得复合地基的Q-S曲线。根据预估最大荷载将荷载分级，每级1000kN，其中第一级为2000kN。试验加载方式采用慢速维持荷载法。对沉降量进行实时观测记录。荷载稳定标准 为每小时沉降量不超过0. 25mm,且连续出现两次。沉降量测读时间加载过程中，每级荷载施加后的第一小时内按第5、15、30、45、 60分钟进行测读，以后每隔半小时测读一次，每级荷载在其维持过程中，保持荷载值的稳 定。卸载时，每级卸载量为每级加载量的2倍，进行逐级等量卸载，每级荷载维持30分钟， 回弹测读时间为第5、10、20、30分钟。卸载至零后，测读残余沉降量，直至符合稳定标准。当出现下列条件之一时即终止加载①沉降量急剧增大，荷载 沉降曲线上出现明显第二拐点；②累计沉降量已大于荷载板宽度的10%；③某级荷载作用下荷载板的沉降量大于前一级荷载的2倍，且经M小时尚未稳定； 本次试验在荷载加至13000kN并稳定后卸载。以上给出了利用本发明的水下挤密砂桩复合地基试验系统进行试验的试验规范、 试验测试内容、试验流程、试验测试要求以及本发明的具体实施方式
，通过上述试验可知本 发明具有如下优势(1)加载过程是靠改变千斤顶的油压来完成，可操作性及安全性均较 好。(2)受水流及潮位影响较小，最大程度上消除波流荷载对试验结果的影响。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.水下挤密砂桩复合地基试验系统，包括反力系统、加载系统、基准系统和测试平台， 其中反力系统包括锚桩和试桩反力架，所述试桩反力架包括主梁和边梁； 加载系统包括油压千斤顶系统、传力系统两部分，其中加载系统由四只并联的液压千 斤顶、一台超高压油泵及相应的油路系统组成，荷载由桩基静载荷测试仪自动控制，由精密 压力表校核；传力系统包括荷载板、传力杆以及圆盘；基准系统由两根基准桩和基准梁组成，基准桩打设到沉降影响深度以下； 加载系统的千斤顶通过圆盘和传力杆将荷载传到荷载板，利用荷载板对复合地基进行 加载，通过圆盘和试桩反力架将荷载传递到锚桩并最终消散到地基土中。
2.根据权利要求1所述的水下挤密砂桩复合地基试验系统，其特征在于，还包括沉降 测量系统，将荷载板四个角点用钢管引出到测试平台上，载荷板的沉降量通过4只通过磁 性表座固定在基准粱上对称布置的位移传感器的平均值获得。
全文摘要
本发明公开了一种水下挤密砂桩复合地基试验系统，包括反力系统、加载系统、基准系统和测试平台，反力系统包括锚桩和试桩反力架，加载系统包括油压千斤顶系统、传力系统两部分，加载系统的千斤顶通过圆盘和传力杆将荷载传到荷载板，利用荷载板对复合地基进行加载，通过圆盘和试桩反力架将荷载传递到锚桩并最终消散到地基土中。本发明由于采用了上述技术方案进行加载而具有以下优势(1)加载过程是靠改变千斤顶的油压来完成，可操作性及安全性均较好。(2)受水流及潮位影响较小，最大程度上消除波流荷载对试验结果的影响。
文档编号E02D33/00GK102061712SQ20101061505
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者吴心怡, 尹海卿, 张曦, 徐明贤, 曹金宝, 朱光裕, 章文渊, 顾春光 申请人:中交第三航务工程局有限公司