CN102312422A - 湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量装置，特别是现场测定湿陷性黄土湿陷系数的装置，该装置是在顶板和底板之间通过筋板相互连接为一体，顶板与底板之间相互平行，在底板上均布有用于标点的孔。利用本发明的装置，在第4遍打放空不成桩，形成一个以6根已成桩围成的正六边形，以六边形形心也就是第4遍未成桩桩心为圆心，以不小于本载荷试验装置底板直径的3倍挖试坑，进行现场进行模拟浸水试验，该装置和测试方法具有试验场地小、测试周期短、使用方便等特点，测试结果可较为真是的反映被测试现场的湿陷性黄土湿陷系数，可工程节约工程造价和测试费用。

Description

湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置及测试方法

所属技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是测定湿陷性黄土湿陷系数的装置及其测试方法。

背景技术

在湿陷性黄土地区，挤密法是一种很成熟的地基处理方法，主要应用于多层及高层建筑物的地基处理，因其施工速度快，造价低廉，施工设备简单，技术可靠，节约三材，社会效益好及处理厚度大等特点，得到了越来越广泛应用。

按现行《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025－2004）规范要求，对重要或大型工程除了满足规范要求检查外，在处理深度内，分层取样测定桩间挤密土及孔内填料的湿陷性及压缩性以及现场静载试验或其他原位测试综合判定。桩间挤密土湿陷性测定是在三桩桩心围成的三角形单元的形心处采取原状土样，通过室内试验测定湿陷性。但是，该评价方法忽略了桩土相互作用和桩间土湿陷被约束影响，而且现场桩间土与天然状态和室内试验边界和应力条件也不同，因此通过室内试验方法评价桩间土湿陷性缺乏理论根据，结果也出入很大，不能真实的反映现场湿陷变形机理。

桩间土形心处是挤密效果最弱的部位，由于桩体对桩间土紧固作用和挤密的效果不同，现场的实测值因该小于室内测定值，如果采用设计桩心距下的桩间土湿陷性现场和室内试验对比分析，试验误差的绝对值与现场测试的湿陷系数和湿陷量属于同一个数量级，不便于对比分析。另外；现场试验难度也非常大，这也是几十年来桩间土湿陷性机理认识不清的主要原因，因此，湿陷性黄土规范在该领域的研究一直是一个空白，由于对现场桩间土的湿陷性机理认识不清，给地基检测、工程建设造成不必要的浪投资浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种直接用于实际工程现场测试的测试周期短、费用低、测试结果准确的湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置及测试方法，提出一种6桩法现场测试桩间土湿陷系数试验模型，研究了桩间土湿陷机理，填补了规范的相应的理论空白部分。

本发明的技术方案是：一种测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置，其特征在于在相互平行的顶板和底板之间通过筋板连接为一体，在底板上均布有用于放置标点的孔。

上述底板为圆形，用于放置标点的孔均布在与底板同心的圆上，且顶板和底板的几何中心重合。

于上述用于放置标点的孔均布在与底板同心，且半径为底板半径1/2的圆上。

上述用于放置标点的孔为4个。

利用上述测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置进行测试的方法，其测量步骤如下：

1）开挖试验坑和安装载荷试验设备；

a.试验坑底面的直径，不应小于承压板直径的3倍；

b.试验坑底面标高，为需要测定现场湿陷系数土层标高；

c.在挖至试验坑底面标高附近，采取长高宽分别为200mm原状土样进行室内试验；

d.放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置时，应注意保持试验土层的天然湿度和原状结果；

e．在放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的地表铺设10～20mm厚度的中、粗砂找平；

f．在与现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中的孔（4）对应处，采用洛阳铲沿垂直方向打深、浅标点孔各2个，深标点孔的孔深为2R，浅标点孔孔深为1R，R为现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中底板（1）的半径，在深、浅标点孔内分别放置深、浅标点，同时将塑料套管套在深、浅标点上；

g．按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中，加压前顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

h．载荷试验基准梁的支点应设置在承压板直径的3倍范围以外；

I．承压板的形心与载荷作用点应重合；

2）加载：加载等级不少于10级，加载至200kPa；

每加一级荷载的前、后，分别测记1次测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的下沉量，以后每0.5h测记1次，连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载，且每级荷载的间隔时间不应小于2h；

3）加压至200kPa下沉稳定后向试坑内昼夜浸水，连续浸水时间不宜少于10d，坑内水头不应小于200mm,附加沉降稳定后，试验终止；

4）按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压浸水后的现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

5）根据现场侧记数据，由此得各标点埋深对应现场土层厚度的湿陷系数计算公式：

δ_i＝(S_w－S_i)/h_i  

上式中:h_i—i标点埋深（mm）、i=1时h₁ =R，i=2时h₂=2R，R为承压板底板的半径；

δ_i—h_i深标点现场检测土层的湿陷系数；

 S_w＝S_p—S₀，S_p承压板顶天然状态试验压力下沉降稳定后与在浸水作用下稳定后的总沉降量（mm），S₀承压板顶天然状态试验压力下稳定后的沉降量（mm）；

S_w—承压板顶天然状态试验压力下稳定后在浸水作用下，附加下沉稳定后的沉降量（mm）；

S_i—h_i深标点天然状态试验压力下沉降稳定后在浸水作用下，浸水前后的总沉降量（mm）。

在《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025－2004）

本发明的技术方案采用在现场地基处理范围内在远离主要建构筑物地段选取检测点，在施工过程中，第4遍成桩空桩，形成一个6根桩心围成正6边形，这样6边形形心处受施工挤密影响很小，通过室内试验和现场浸水载荷试验对比，得出桩间土湿陷变形是竖向变形，没有横向的侧挤变形，同时，桩身对桩间土有一个向上摩擦阻力，限制桩间土的湿陷变形，因此室内试验测定值明显大于现场实测结果，这一结论对指导今后的工程建设意义重大。

本装置和测试方法便于本专业技术人员现场操作，具有试验场地小、测试周期短、使用方便等特点，直接准确的测定现场的湿陷性黄土湿陷系数，同时对室内湿陷性黄土湿陷系数的试验结果进行修正，提出了一种现场测试修正拟合室内试验结果来评价黄土湿陷性的新的可行评价方法，直接可以用于指导实际的工程设计，该方法有广阔的应用前景和显著的经济效益。 

附图说明

附图1为本发明测试装置的结构示意图；

附图2为附图1的俯视图；

附图3为本发明测试过程的示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，在相互平行的顶板3和底板1之间通过筋板2相互连接为一体。在圆形底板的1/2半径的圆上均布有用于放置标点的孔4。

使用时，按照国标规定进行在需要测试的现场开挖试坑和安装载荷试验设备，试坑底面的直径不应小于底板直径的3倍，试坑底面标高根据测定现场湿陷系数土层标高确定；放置本装置前，在底板下铺设10～20mm厚度的中、粗砂找平，采用洛阳铲，在与底板上用于放置标点的孔对应处，分别打出深度为底板半径和底板直径的浅、深标点孔各2个，在孔内分别放置浅、深标点各2个，同时在浅、深标点上套塑料管，以消除实验过程中土对浅、深标点的挤压力。然后按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压前顶板中心点，底板点和浅、深标点顶点的标高；载荷试验基准梁的支点设置在底板直径的3倍范围以外；完成上述工作后，在顶板上加载，加载时保证载荷的作用点与顶板的几何中心重合，加载等级不少于10级，加载至200kPa。每加一级荷载的前、后，分别测记1次承压板的下沉量，以后没0.5h测记1次，连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载。且每级荷载的间隔时间不应小于2h。加压至200kPa下沉稳定后向试坑内昼夜浸水，连续浸水时间不宜少于10d，坑内水头不应小于200mm,附加沉降稳定后，试验终止。按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压浸水后本装置顶板中心点，底板点和浅、深标点顶点的标高。根据现场侧记数据，由此得各标点埋深对应现场土层厚度的湿陷系数计算公式：

δ_i＝(S_w－S_i)/h_i  

上式中:h_i—i标点埋深（mm）、i=1时h₁ =R，i=2时h₂=2R，R为承压板底板的半径；

δ_i—h_i深标点现场检测土层的湿陷系数；

 S_w＝S_p—S₀，S_p承压板顶天然状态试验压力下沉降稳定后与在浸水作用下稳定后的总沉降量（mm），S₀承压板顶天然状态试验压力下稳定后的沉降量（mm）；

S_w—承压板顶天然状态试验压力下稳定后在浸水作用下，附加下沉稳定后的沉降量（mm）；

S_i—h_i深标点天然状态试验压力下沉降稳定后在浸水作用下，浸水前后的总沉降量（mm）。

如对位于宁夏盐池县惠安堡镇境内，湿陷性黄土地区Ⅱ陇东—陕北—晋西地区北缘，测实六桩围成的桩间土的湿陷系数。

素土挤密桩地基处理设计要求及参数见下表：

布桩形式	设计桩长 m	设计桩径 mm	设计桩心距 mm
				等边三角形	10	400	850

具体做法是：采用4遍打成桩施工工艺，在第4遍打放空不成桩，形成一个以6根已成桩围成的正六边形，以六边形形心也就是第4遍未成桩桩心为圆心，以不小于本载荷试验装置底板直径的3倍挖试坑；本载荷试验装置底板直径按桩心距1.05倍确定，现场测试直径取整数900㎜。

采用本载荷试验装置进行现场浸水载荷试验，载荷试验浸水前、后200 kPa压力下本承压装置的沉降量分别为4.23㎜和19.45㎜，浸水前后差15.22㎜。加载前后，本载荷试验装置及各标点总沉降量见下表：

	承压板	0.5m深标点	1.0m深标点
				总沉降量/mm	22.6	5.38	0.25
湿陷量/mm	15.22	9.84	5.13
				湿陷系数		0.02	0.01
中心点σz/kPa	200	120	50

浸水载荷与室内试验200kPa压力下湿陷系数对比见下表：

	0.5m深标点	J03深3m处	4m内J03平均值	4m内整个场地平均值
					湿陷系数	0.02	0.066	0.085	0.061
湿陷量/mm	9.84	49.5	63.75	45.75

通过以上数据可以算数，修正系数β=0.3，而国家标准GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》推荐的β=1.5是按照天然状态下，没有考虑桩深对桩间土的紧固和约束作用。

Claims (6)

1. 一种湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置，其特征在于在相互平行的顶板（4）和底板（3）之间通过筋板（2）连接为一体，在底板上均布有用于放置标点的孔（1）。

2. 根据权利要求1所述的湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置，其特征在于上述底板（3）为圆形，用于放置标点的孔（1）均布在与底板同心的圆上，且顶板（4）和底板（3）的几何中心重合。

3. 根据权利要求2所述的湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置，其特征在于上述用于放置标点的孔（1）均布在与底板（3）同心，且半径为底板半径1/2的圆上。

4. 根据权利要求3所述的湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置，其特征在于上述用于放置标点的孔（1）为4个。

5. 根据权利要求4所述的湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置，其特征在于上述底板（3）的直径为桩距的1.05倍。

6. 湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷性评价方法，其测量步骤如下：

1）确定检测点：

采用4遍打成桩施工工艺，在第4遍打放空不成桩，形成一个以6根已成桩围成的正六边形，以六边形形心也就是第4遍未成桩桩心为圆心，以不小于本载荷试验装置底板直径的3倍挖试坑；

2）开挖试验坑和安装载荷试验设备；

a.试坑底面标高，与拟建的建筑物基底标高相同；

b.在距试验坑底面标高200mm六边形形心处，采取长高宽分别为200 mm原状土样进行室内试验；

c.在本载荷试验装置的地表铺设10～20mm厚度的中、粗砂找平；

d.本载荷试验装置底板的形心与六边形形心重合放置；放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置时，应注意保持试验土层的天然湿度和原状结果；

e.在与现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中放置标点的孔（1）对应处，采用洛阳铲沿垂直方向打深、浅标点孔各2个，深标点孔的孔深为2R，浅标点孔孔深为1R，R为现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中底板（3）的半径，在深、浅标点孔内分别放置深、浅标点，同时将塑料套管套在深、浅标点上；

f．按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中，加压前顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

g．载荷试验基准梁的支点应设置在承压板直径的3倍范围以外；

3）加载：加载等级不少于10级，加载至200kPa；

每加一级荷载的前、后，分别测记1次测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的下沉量，以后每0.5h测记1次，连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载，且每级荷载的间隔时间不应小于2h；

4）加压至200kPa下沉稳定后向试坑内昼夜浸水，连续浸水时间不宜少于10d，坑内水头不应小于200mm,附加沉降稳定后，试验终止；

4）按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压浸水后的现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

5）根据现场侧记数据，由此得各标点埋深对应现场土层厚度的湿陷系数计算公式：

δ_i＝(S_w－S_i)/h_i  

上式中:h_i—i标点埋深（mm）、i=1时h₁ =R，i=2时h₂=2R，R为承压板底板的半径；

δ_i—h_i深标点现场检测土层的湿陷系数；

 S_w＝S_p—S₀，S_p承压板顶天然状态试验压力下沉降稳定后与在浸水作用下稳定后的总沉降量（mm），S₀承压板顶天然状态试验压力下稳定后的沉降量（mm）；

S_w—承压板顶天然状态试验压力下稳定后在浸水作用下，附加下沉稳定后的沉降量（mm）；

S_i—h_i深标点天然状态试验压力下沉降稳定后在浸水作用下，浸水前后的总沉降量（mm）。

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