一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法

技术领域

本发明属于深层载荷试验技术领域，具体涉及一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法。

背景技术

随着近年来国内外交通建设的发展，桥梁跨度不断增加，对桥梁基础的承载力和沉降要求也不断提高。沉井基础是深基础的一种重要形式，具有整体性好、承载力高、结构强度大、变形较小等优点，在大型桥梁中的应用日益广泛。为使其发挥承载能力，沉井基础需要通过井内取土克服下沉阻力，经不断下沉和逐级接高井筒，到达设计标高后进行封底作业。

沉井施工的关键在于保证其平稳顺利下沉，国内外学者采用物理模拟法、经验公式法、数值解析法和数值模拟法等多种方法对沉井施工过程进行研究，以保证沉井安全平稳顺利下沉。如何获得沉井下沉过程中相对合理的土体极限承载力和关键力学参数是沉井下沉施工研究的基础。

沉井施工期土体承载力和力学参数与地质勘察获取的数值相差较大，这主要是因为沉井施工期间刃脚入土深度增加和工程机械取土施工作业都会对土体造成扰动，从而使刃脚附近土体的力学行为发生变化，主要表现为土体强度的增加或降低、土体变形模量的改变等。土体极限承载力是沉井下沉系数计算的关键，土体参数是合理预测取土下沉的基础，不同土体参数确定的土体承载力不同，因此获得准确的土体极限承载力和关键力学参数对合理模拟土体力学行为、预测沉井下沉、确保沉井下沉施工安全等具有重要的意义。

深层载荷试验设备是现场测试深层土体力学行为的常用设备，通过试验可获取深层土体的加载位移曲线，得到土体极限承载力，由此确定相应的土体力学参数。然而，现有技术下，尚无在沉井施工期开展深层载荷试验的可行性设备，其它土体原位试验设备同样无法在沉井施工阶段对沉井刃脚附近的土体进行试验。现有深层载荷试验设备不能直接或通过简单改进后应用于沉井施工期间的载荷试验，因此，无法通过现场试验获取沉井施工阶段刃脚附近土体的极限承载力和关键力学参数。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法，所述设备包括：反力装置、加载装置、位移限定装置和位移测量装置，所述方法包括步骤：

将所述位移测量装置设置于所述加载装置上；

将所述加载装置与所述反力装置的第二端连接；

将所述位移限定装置设置于所述反力装置外侧壁上；

将所述反力装置的第二端伸入沉井试验孔中而第一端与沉井主体结构连接；

操作所述加载装置对所述沉井试验孔中的试验土体进行试验；

通过所述位移测量装置观察所述加载装置的竖直方向位移量。

优选地，所述反力装置包括：反力钢管和反力横梁，其中，所述反力横梁与所述沉井主体结构连接，所述反力钢管的第一端与所述反力横梁连接而第二端伸入所述沉井试验孔中且与所述加载装置连接，所述位移限定装置设置于所述反力钢管外侧壁上，所述位移测量装置设置于所述反力钢管中。

优选地，所述反力钢管的第一端与所述反力横梁之间通过肋板连接。

优选地，所述反力钢管的第二端与所述加载装置之间通过肋板连接。

优选地，所述加载装置包括：液压伸缩件、连接板、承压板和油管，其中，所述液压伸缩件的固定端与所述连接板的第一面连接而移动端与所述承压板的第一面连接，所述连接板的第二面与所述反力装置中反力钢管的第二端连接，所述油管的第一端与所述液压伸缩件连接而第二端与外界油泵连接，所述液压伸缩件控制所述承压板在所述沉井试验孔中升降移动，并使所述承压板的第二面与所述试验土体接触或分离。

优选地，所述加载装置还包括：保护套，所述保护套设置于所述沉井试验孔中，且包围所述液压伸缩件，并与所述连接板的第一面连接。

优选地，所述位移限定装置包括：保护筒、轴承和弹簧，其中，所述保护筒与所述反力装置中反力钢管连接，且伸出所述反力钢管，所述弹簧设置于所述保护筒中，所述弹簧的第一端与所述保护筒内壁连接而第二端与所述轴承连接，所述轴承与所述沉井试验孔内壁滑动抵紧。

优选地，所述位移限定装置还包括：中心柱，所述中心柱设置于所述保护筒内部，且第一端伸出所述保护筒而第二端与所述轴承连接，所述弹簧套设于所述中心柱上。

优选地，所述位移测量装置包括：位移杆和位移观测仪表，其中，所述位移杆设置于所述反力装置中反力钢管中，且第一端与所述加载装置中的承压板连接而第二端伸出所述反力装置中的反力横梁顶部，所述位移观测仪表与所述位移杆的第二端连接。

优选地，所述位移测量装置还包括：定位环，所述定位环设置于所述反力钢管内侧壁上，且套设于所述位移杆上。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法可以直接获取承压板的真实位移(即为试验的准确加载位移)，大大减少了由于试验深度以及反力装置变形造成的试验误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例的一种沉井施工期深层载荷试验设备的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例的一种沉井施工期深层载荷试验设备中加载装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种沉井施工期深层载荷试验设备中位移限定装置的结构示意图；

图5为本发明实施例的一种沉井施工期深层载荷试验设备中位移限定装置的俯视图；

图6为本发明实施例的一种沉井施工期深层载荷试验设备中位移限定装置的放大结构示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

如图1-6，在本申请实施例中，本发明提供了一种沉井施工期深层载荷试验设备，包括：

反力装置，用于固定加载装置并在试验时为所述加载装置提供反力；所述反力装置的第一端与沉井试验孔处的沉井主体结构连接，且第二端伸入所述沉井试验孔中；

加载装置，用于对所述沉井试验孔中的试验土体进行试验；所述加载装置设置于所述沉井试验孔中，且与所述反力装置的第二端连接；

位移限定装置8，用于限制所述反力装置在所述沉井试验孔中的水平方向位移；所述位移限定装置8设置于所述反力装置外侧壁上，且与所述沉井试验孔内侧壁抵紧；

位移测量装置，用于测量所述加载装置的竖直方向位移量；所述位移测量装置与所述加载装置连接。

在本申请实施例中，当使用此沉井施工期深层载荷试验设备时，首先将位移测量装置设置于加载装置上，并将加载装置与反力装置的第二端连接，接着将反力装置的第二端伸入沉井试验孔中而第一端与沉井主体结构连接；接着操作加载装置对沉井试验孔中的试验土体进行试验，同时通过位移测量装置观察加载装置的竖直方向位移量。

如图1-6，在本申请实施例中，所述反力装置包括：反力钢管5和反力横梁6，其中，所述反力横梁6与所述沉井主体结构连接，所述反力钢管5的第一端与所述反力横梁6连接而第二端伸入所述沉井试验孔中且与所述加载装置连接，所述位移限定装置8设置于所述反力钢管5外侧壁上，所述位移测量装置设置于所述反力钢管5中。

在本申请实施例中，反力横梁6与沉井主体结构连接，且位于沉井试验孔外，而反力钢管5的第一端与反力横梁6连接而第二端伸入沉井试验孔中且与加载装置连接。

如图1-6，在本申请实施例中，所述反力钢管5的第一端与所述反力横梁6之间通过肋板7连接。肋板7可以加强反力钢管5和反力横梁6之间的连接效果。

如图1-6，在本申请实施例中，所述反力钢管5的第二端与所述加载装置之间通过肋板7连接。肋板7可以加强反力钢管5和加载装置之间的连接效果。

在本申请实施例中，反力横梁6为双排工字钢结构，反力横梁6的工字钢腹板侧可以加装肋板7，肋板7可增强反力横梁6的刚度。

如图1-6，在本申请实施例中，所述加载装置包括：液压伸缩件1、连接板2、承压板3和油管9，其中，所述液压伸缩件1的固定端与所述连接板2的第一面连接而移动端与所述承压板3的第一面连接，所述连接板2的第二面与所述反力装置中反力钢管5的第二端连接，所述油管9的第一端与所述液压伸缩件1连接而第二端与外界油泵连接，所述液压伸缩件1控制所述承压板3在所述沉井试验孔中升降移动，并使所述承压板3的第二面与所述试验土体接触或分离。

在本申请实施例中，液压伸缩件1由外界油泵提供动力，油泵通过油管9与液压伸缩件1相连，油泵可以控制液压伸缩件1中油压的升高与降低，从而实现液压伸缩件1的加载和卸载，油管9与油泵连接位置布置有油压表，用以测量油压，确定试验过程中承压板3所承受的试验荷载。

在本申请实施例中，所述液压伸缩件1为液压油缸或液压千斤顶，所述连接板2与所述液压伸缩件1之间通过螺栓连接，所述承压板3与所述液压伸缩件1之间通过螺栓连接。

在本申请实施例中，所述连接板2为圆盘形，所述承压板3为圆盘形，所述保护套4为空心圆管形，加载装置整体呈圆柱形。

如图1-6，在本申请实施例中，所述加载装置还包括：保护套4，所述保护套4设置于所述沉井试验孔中，且包围所述液压伸缩件1，并与所述连接板2的第一面连接。

在本申请实施例中，液压伸缩件1设置于保护套4内，液压伸缩件1可以设置一个或多个，数量根据待测土体类型及油缸型号确定。

如图1-6，在本申请实施例中，所述位移限定装置8包括：保护筒13、轴承15和弹簧16，其中，所述保护筒13与所述反力装置中反力钢管5连接，且伸出所述反力钢管5，所述弹簧16设置于所述保护筒13中，所述弹簧16的第一端与所述保护筒13内壁连接而第二端与所述轴承15连接，所述轴承15与所述沉井试验孔内壁滑动抵紧。

在本申请实施例中，位移限定装置8位于反力钢管5周围，沿竖向方向每隔一定高度设置一组位移限定装置8，每组由多个相同位移限定装置8组成，多个位移限定装置8在反力钢管5水平圆周上均匀分布。

在本申请实施例中，沿竖向方向每隔10m布设一组位移限定装置8，每组包含3个位移限定装置8。轴承15与吸泥孔的内壁接触，可沿其内壁上下滚动。多个位移限定装置8共同作用，可保持反力钢管5处于竖直方向上。

如图1-6，在本申请实施例中，所述位移限定装置8还包括：中心柱14，所述中心柱14设置于所述保护筒13内部，且第一端伸出所述保护筒13而第二端与所述轴承15连接，所述弹簧16套设于所述中心柱14上。

在本申请实施例中，中心柱14位于保护筒13内，一端连接轴承15，另一端伸出保护筒13，且连接保护筒13上的螺母限制自身过大位移，以防止中心柱14脱出保护筒13，弹簧16位于中心柱14和保护筒13之间，且三者共轴线。

如图1-6，在本申请实施例中，所述位移测量装置包括：位移杆10和位移观测仪表11，其中，所述位移杆10设置于所述反力装置中反力钢管5中，且第一端与所述加载装置中的承压板3连接而第二端伸出所述反力装置中的反力横梁6顶部，所述位移观测仪表11与所述位移杆10的第二端连接。

在本申请实施例中，位移杆10与承压板3相连，用以反映加载试验过程中液压伸缩件1的底面位移，位移观测仪表11布置于位移杆10顶端，用以测量位移杆10位移，位移杆10位移即为相连的承压板3的位移，亦即液压伸缩件1底面的位移。

在本申请实施例中，位移杆10共四根，均连接承压板3，测量时分别求取与承压板3连接的四根位移杆10的位移平均值，作为承压板3的位移。

进一步地，在本申请实施例中，位移杆10采用标准长度3m，可通过拼接适应不同试验深度的要求。

如图1-6，在本申请实施例中，所述位移测量装置还包括：定位环12，所述定位环12设置于所述反力钢管5内侧壁上，且套设于所述位移杆10上。

在本申请实施例中，反力钢管5内部沿竖向方向每隔一定高度设置一层定位环12，每层定位环12数量与位移杆10数量相同，用以保证对应的位移杆10仅沿竖直方向移动。

在在本申请实施例中，沿竖向方向每隔3m设置一层位移杆定位环12，每层包括四个位移杆定位环12。

本申请还提供了一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法，所述设备包括：反力装置、加载装置、位移限定装置8和位移测量装置，所述方法包括步骤：

将所述位移测量装置设置于所述加载装置上；

将所述加载装置与所述反力装置的第二端连接；

将所述位移限定装置设置于所述反力装置外侧壁上；

将所述反力装置的第二端伸入沉井试验孔中而第一端与沉井主体结构连接；

操作所述加载装置对所述沉井试验孔中的试验土体进行试验；

通过所述位移测量装置观察所述加载装置的竖直方向位移量。

在本申请实施例中，当使用此沉井施工期深层载荷试验设备时，首先，安装试验设备，根据沉井下沉深度确定需要使用的反力钢管5与位移杆10数目，将位移杆10在每节反力钢管5中进行预连接，使每节反力钢管5与位移杆10长度对应；定位位移杆10位置，焊接定位环12，将位移杆10放入定位环12中；拼接油管9，将每节反力钢管5中的油管9暂时绑扎固定；把首节反力钢管5与加载装置焊接到一起；其次，下放加载装置：将首节反力钢管5与加载装置放入试验孔中；逐节起吊反力钢管5并下放到沉井吸泥孔中，下放过程中依次连接位移杆10、油管9以及反力钢管5，油管9需要正式绑扎固定到反力钢管5内壁；加载装置下放到沉井底部；然后，进行载荷试验：根据深层平板载荷试验规范要求进行分级加载，按要求测量位移杆10的位移，记录油压表测得的油压数值，到达终止加载条件后终止加载，而后进行分级卸载，卸载过程中同样要对油压和位移进行观测记录；最后，取出试验设备：利用塔吊等设备将试验设备起吊取出，在取出过程中在每节反力钢管5连接处进行分割，逐节取出反力钢管5、位移杆10和油管9，方便循环使用，取出加载装置后，将液压伸缩件位移归零，方便下次试验循环使用。

本申请提供的一种沉井施工期深层载荷试验设备，其结构与沉井主体结构匹配，可在沉井施工期任意深度对当前沉井下沉深度处的刃脚附近土体开展载荷试验，获得土体加载位移曲线，确定土体真实极限承载力，获取反映试验土体实际状态的关键土体力学参数，使研究人员准确把握沉井施工期刃脚附近土体的力学行为；不同于传统深层载荷试验加载装置在地面进行加载，本发明加载装置位于反力装置下方，设备中液压伸缩件直接和与试验土体接触的承压板相连，可以直接获取承压板的真实位移(即为试验的准确加载位移)，大大减少了由于试验深度以及反力装置变形造成的试验误差；借助连接在承压板上的位移杆，测量人员可位于沉井施工平台进行测量与观测，方便直观；沉井施工期深层载荷试验设备可以通过拼接适应不同深度土体深层载荷试验要求，试验设备拆装方便，方便反复使用。

本申请提供的一种加载装置可以直接获取承压板的真实位移(即为试验的准确加载位移)，大大减少了由于试验深度以及反力装置变形造成的试验误差。

本申请提供的一种沉井施工期深层载荷试验设备的使用方法可以直接获取承压板的真实位移(即为试验的准确加载位移)，大大减少了由于试验深度以及反力装置变形造成的试验误差。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。