CN108613885B - 一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟桩侧后注浆的室内试验装置和试验方法，所述试验装置包括空气压缩机、储浆罐和界面剪切仪，推入界面剪切仪的上剪切盒底部设有注浆孔，储浆罐的底部通过注浆阀和进浆管连接上剪切盒注浆孔，通过注浆管将水泥浆液注入设计注浆位置处的试验土体与混凝土接触面，然后通过直剪试验和后续土体开挖观测分析桩侧后注浆桩土接触面理化性质。与现有技术相比，本发明可用于模拟研究现场桩身不同位置处桩侧后注浆对基桩承载机制的影响，并能通过控制不同注浆工况和卸荷工况综合研究其对桩侧注浆效果的影响，有利于揭示桩侧后注浆的注浆机制，为实际桩基工程后注浆的设计、施工等提供参考依据等。

Description

一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法

技术领域

本发明涉及桩侧后注浆工程技术领域，尤其是涉及一种模拟桩侧后注浆的室内试验装置和试验方法。

背景技术

近十几年来，随着超高层建筑、高速铁路、大跨桥梁以及复杂地下基础设施等工程的不断涌现，桩基础尤其是超长大直径桩得以广泛应用。然而由于在施工过程中影响桩承载特性的因素多且复杂，国内外学者虽对其进行了大量的试验和理论等方面的研究，但对其承载机理尚未有统一的认识，现行的桩基设计规范对于桩基承载力计算的参数取值也仍然以经验为主，缺少理论支撑。此外，对于超长大直径桩，承载力主要由桩侧摩阻力提供，然而桩基础尤其是灌注桩基础在施工过程中由于成孔对孔壁土体的扰动、泥浆护壁的影响以及成孔产生的径向卸荷导致桩侧阻力发挥受到影响。

为了消除泥浆护壁以及成孔产生的径向卸荷导致桩侧阻力发挥产生的不利影响，目前工程实际中，经常采用桩侧后注浆技术。桩侧后注浆主要通过渗透压密桩周土体改善桩周土体力学特性从而提高桩侧摩阻力，促进桩侧摩阻力的发挥。桩侧后注浆对桩周土体加固具有一定范围，然而规范对于桩侧后注浆机理与加固范围的确定主要基于统计与经验的方法，并且笼统的给定一个桩侧后注浆扩散高度和范围而不考虑注浆压力、注浆量以及荷载工况等因素是不合理的。因此，如何确定注浆量和注浆压力与桩侧后注浆浆液扩散范围的关系，如何在室内试验中模拟桩侧后注浆工艺以及考虑卸荷条件下桩侧后注浆桩土接触面力学特性和浆液扩散范围研究成为诸多学者关注的重点，也是在工程实际中推广桩侧后注浆技术应用所需着重关注的点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟桩侧后注浆的室内试验装置和试验方法。本发明可用于模拟研究现场桩身不同位置处桩侧后注浆对基桩承载机制的影响，并能通过控制不同注浆工况和卸荷工况综合研究其对桩侧注浆效果的影响。采用本发明的试验结果，能够较好地反映不同注浆工况和卸荷工况下桩侧后注浆对基桩侧摩阻力发挥特性影响机理，并且能够对桩侧后注浆浆液扩散机理和不同工况下注浆模式进行研究，有利于揭示桩侧后注浆的注浆机制，为实际桩基工程后注浆的设计、施工等提供参考依据。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一在于提出了一种模拟桩侧后注浆的室内试验装置，其主要包括：

试验组件：包括上下叠放并可相对水平移动的下剪切盒和上剪切盒，所述下剪切盒内依次安置有垫块和混凝土板，所述上剪切盒内布置有固结于所述混凝土板表面上的试验土体，在试验土体上还安装有加压钢板和界面剪切仪，所述的上剪切盒底部还预留有用于模拟桩侧后注浆的注浆口；

注浆组件：包括空气压缩机和储浆罐，所述储浆罐内装有试验用水泥浆液，其顶部通过进气管连接所述空气压缩机，底端通过进浆管连接所述注浆口。

优选的，所述的储浆罐顶端采用法兰顶盖封住，在法兰顶盖上设置有泄压阀、加压孔、入浆口和第二调压阀，所述进气管穿过加压孔并连通储浆罐内部，在进气管上还布置有压力表和第一调压阀，在进浆管上还设置有注浆阀。

优选的，所述的下剪切盒与上剪切盒的接触位置还设有减摩擦垫块，减摩擦垫块的设置主要用于减小上、下剪切盒在试验过程中的摩擦。

优选的，所述的上剪切盒采用固定螺栓固定安装，所述下剪切盒底部设置有可使其水平移动的滚轮。

优选的，所述的储浆罐侧壁采用透明有机玻璃制成，在储浆罐侧壁上还标有容积刻度。

优选的，所述的注浆口为圆孔，在注浆口处安装有与其匹配的PC螺纹直通头，通过注浆管连接所述PC螺纹直通头实现注浆。PC螺纹直通头的螺纹连接部分可以缠防漏水胶带。

优选的，注浆口的设置位置满足：注浆方向垂直于下剪切盒与上剪切盒的水平相对移动方向。以上剪切盒为矩形盒体举例，可以在上剪切盒的前后方向的两个长边板的底部分别预留四个注浆孔，可以是圆形的注浆孔的位置需保证与上剪切盒的两侧长边板底面相切，以保证在注浆过程中浆液是从混凝土板与土体接触面处进入，两块长边板上的注浆孔的位置需保持对称。两块长边板两侧对称的注浆孔需同时注入水泥浆液。下剪切盒内混凝土板与下剪切盒壁周围缝隙以及上、下剪切盒之间间隙用热熔胶胶缝，保证注浆过程中浆液只进入上剪切盒包含的试验土体与混凝土板接触面处，实现桩侧后注浆。此时，下剪切盒的可水平移动的方向为沿上剪切盒长边板的方向。

优选的，水泥浆液中可添加着色剂，使注浆后水泥浆液凝固后带有颜色，所述水泥浆液中可添加减水剂和早强剂等外加剂，加速水泥浆液凝固速度和早期强度。

在试验过程中，界面剪切仪采用现有的仪器型号，其配有水平向和竖向的液压伺服***，分别用于试验加载固结和剪切，并配有电脑自动数据采集***，用于自动采集数据测试土与混凝土接触面理化性能。

本发明的技术方案之二在于提出了一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，采用上述室内试验装置进行试验，所述室内试验方法包括以下步骤：

(一)：在试验组件中的下剪切盒中依次放入垫块与混凝土板，然后，在上剪切盒的底部的设计注浆位置加工注浆孔，接着，分层将试验土体填入上剪切盒内，再将试验土体压密，最后，将叠放的下剪切盒和上剪切盒推入界面剪切仪中，通过加压钢板使试验土体加压固结于混凝土板上；

(二)：安装好空气压缩机和储浆罐，并通过注浆管连接注浆孔；

(三)：在储浆罐内装入试验用水泥浆液，调节空气压缩机使得储浆罐内达到预定注浆压力值；

(四)：维持预定注浆压力值，并开始对试验土体与混凝土板接触面处注浆，注浆完成后，关闭注浆组件，测试经过桩侧后注浆的试验土体与混凝土板的接触面的理化性能。

优选的，步骤(一)中，对试验土体加压固结时，在固结完成后进行卸荷至设计法向压力，且卸除法向压力的速度与固结时施加固结的法向压力的速度一致，并在试验土体稳定后维持设计法向压力的同时实行注浆。

优选的，步骤(一)中，通过加压钢板对试验土体进行加压固结的固结压力范围为0～150KPa。

优选的，步骤(二)中，当模拟桩侧单个位置后注浆时，注浆管应连接上剪切盒长边板两侧对称位置对应的注浆孔，当模拟桩侧多个不同位置后注浆时，注浆管应连接对应不同位置处的长边板双侧对称注浆孔进行注浆。

优选的，步骤(三)中，水泥浆液中加入有着色剂，水泥浆液的注浆量为0～1L，预定注浆压力值为0～0.8MPa。

优选的，步骤(四)中注浆时采用两种注浆模式，分别为注浆量控制模式和注浆压力控制模式，其中，当采用注浆量控制模式时，首先将设计注浆量的水泥浆液加入储浆罐中，根据不同的预定注浆压力值分别将设计注浆量的水泥浆液完全注入到试验土体与混凝土板接触面处，即完成；当采用注浆压力控制模式时，调节储浆罐中预定注浆压力值维持在设定值，根据不同注浆量分别将水泥浆液注入到试验土体与混凝土板接触面处，即完成。

优选的，步骤(一)中，试验土体在填充时可采用如下步骤：根据实际工地现场的土质按照相似理论配置试验土体，将设计重量的土体分3层填入改进的上剪切盒内，每层填完后进行夯实，试验土体在界面剪切仪上的加压固结时间不少于1h。

优选的，水泥浆液中可添加着色剂，使注浆后水泥浆液凝固后带有颜色，所述水泥浆液中可添加减水剂和早强剂等外加剂，加速水泥浆液凝固速度和早期强度。

优选的，试验土体与混凝土板接触面的理化性能应在试验完成后进行开挖试验土体观测水泥浆液上返扩散范围。此外，测试试验土体与混凝土板接触面的理化性能之前需静置一段时间待水泥浆液凝固后方可进行。

优选的，试验土体与混凝土板接触面的理化性能包括不同注浆工况和卸荷工况下试验土体与混凝土板接触面应力应变关系、接触面剪胀剪缩性、浆液扩散范围以及注浆模式转变规律，其中，

试验土体与混凝土板接触面应力应变关系通过采集界面剪切仪反馈的剪切应力与对应剪切位移数据进行分析评价；

接触面剪胀剪缩性通过采集竖向位移与对应的剪切位移数据进行接触面剪胀剪缩性分析；

浆液扩散范围指注入水泥浆液在以试验土体与混凝土板接触面为水平基面的空间分布规律，当注浆模式为渗透注浆时，通过测定不同位置处浆-土混合体的重度结合观察的彩色浆液在土体内部分布规律，分析不同工况下渗透注浆扩散规律。当注浆模式为压密注浆时，通过测量凝固后水泥浆液在XYZ三个方向的空间分布尺寸进行评价。当注浆模式为劈裂注浆时，通过测定浆脉在土体内部延伸长度和浆脉扩展宽度，结合拍摄的实际浆脉扩展照片分析不同工况下劈裂注浆浆脉形态；

注浆模式转变规律通过观察水泥浆液周围土体性状以及测量注浆后试验土体的密度来评价不同注浆工况和卸荷工况下注浆模式从渗透注浆到压密注浆再到劈裂注浆的转变规律。

本发明中对于试验采集到的应力应变关系数据进行的评价分析方法以及卸荷工况下的评价方法均为现有技术，具体可参见(赵春风,吴悦,赵程,刘丰铭,刘帆.考虑卸荷效应的砂土–混凝土接触面剪切特性影响研究[J/OL].岩石力学与工程学报:1-10[2018-03-13].https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2017.1399.)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用土与混凝土板接触面力学特性模拟研究桩土接触面，能较为***的研究桩土接触面力学特性，并且对于桩基成孔过程中卸荷效应下的桩侧后注浆能够进行模拟研究，更加贴合实际工况；

(2)通过控制注浆压力和注浆量，能进行不同注浆工况下的桩侧后注浆室内模拟试验，从而能建立桩侧后注浆浆液分布与不同注浆工况之间关系；

(3)考虑卸荷过程和注浆过程的模拟，对于室内模拟桩侧后注浆试验更加具有实际工程应用价值；

(4)改进的上剪切盒长边板底部有四个不同注浆孔，可用于模拟研究桩侧不同注浆位置处桩侧后注浆特性；

(5)剪切盒内土体在剪切试验完成后方便进行开挖分析，从而能够直观的观察桩侧后注浆浆液的分布规律，使现场试验难以实现的过程能够在室内试验中得以体现。

(6)试验装置能够重复利用，从而可以开展多组试验进行***性与重复性验证。

附图说明

图1为本发明的试验装置的结构示意图；

图2为本发明的储浆罐的示意图；

图3为本发明的法兰顶盖的结构示意图；

图4为本发明的试验组件的结构示意图；

图5为本发明的上剪切盒的主视示意图；

图6为本发明的上剪切盒的俯视示意图；

图7为本发明的上剪切盒的左视示意图；

图中，1为空气压缩机，2为压力表，3为第一调压阀，4为泄压阀，5为入浆口，6为第二调压阀，7为法兰顶盖，8为储浆罐，9为储浆罐侧壁，10为水泥浆液，11为注浆阀，12为进浆管，13为界面剪切仪，14为加压钢板，15为上剪切盒，16为试验土体，17为PC螺纹直通头，18为下剪切盒，19为注浆孔，20为混凝土板，21为垫块，22为滚轮，23为减摩擦垫块，24为固定螺栓，25为加压孔， 26为螺栓孔，27为长边板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

在本发明的一种实施方式中，一种模拟桩侧后注浆的室内试验装置，其主要包括：

试验组件：包括上下叠放并可相对水平移动的下剪切盒18和上剪切盒15，所述下剪切盒18内依次安置有垫块21和混凝土板20，所述上剪切盒15内布置有固结于所述混凝土板20表面上的试验土体16，在试验土体16上还安装有加压钢板 14和界面剪切仪13，所述的上剪切盒15底部还预留有用于模拟桩侧后注浆的注浆口；

注浆组件：包括空气压缩机1和储浆罐8，所述储浆罐8内装有试验用水泥浆液10，其顶部通过进气管连接所述空气压缩机1，底端通过进浆管12连接所述注浆口。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述的储浆罐8顶端采用法兰顶盖7封住，在法兰顶盖7上设置有泄压阀4、加压孔25、入浆口5和第二调压阀6，所述进气管穿过加压孔25并连通储浆罐8内部，在进气管上还布置有压力表2和第一调压阀3，在进浆管12上还设置有注浆阀11。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述的下剪切盒18与上剪切盒15的接触位置还设有减摩擦垫块23，减摩擦垫块23的设置主要用于减小上、下剪切盒18 在试验过程中的摩擦。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述的上剪切盒15采用固定螺栓24固定安装，所述下剪切盒18底部设置有可使其水平移动的滚轮22。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述的储浆罐侧壁9采用透明有机玻璃制成，在储浆罐侧壁9上还标有容积刻度。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述的注浆口为圆孔，在注浆口处安装有与其匹配的PC螺纹直通头17，通过注浆管连接所述PC螺纹直通头17实现注浆。 PC螺纹直通头17的螺纹连接部分可以缠防漏水胶带。

在本发明的一种优选的实施方式中，注浆口的设置位置满足：注浆方向垂直于下剪切盒18与上剪切盒15的水平相对移动方向。以上剪切盒15为矩形盒体举例，可以在上剪切盒15的前后方向的两个长边板27的底部分别预留四个注浆孔19，此时，圆形的注浆孔19的位置需保证与上剪切盒15的两侧长边板27底面相切，以保证在注浆过程中浆液10是从混凝土板20与土体16接触面处进入，两块长边板27上的注浆孔19的位置需保持对称。两块长边板27两侧对称的注浆孔19需同时注入水泥浆液10。下剪切盒18内混凝土板20与下剪切盒18壁周围缝隙以及上、下剪切盒之间间隙用热熔胶胶缝，保证注浆过程中浆液只进入上剪切盒15包含的试验土体16与混凝土板20接触面处，进而保证实现桩侧后注浆。此时，下剪切盒18的可水平移动的方向为沿上剪切盒15长边板27的方向。

在本发明的一种优选的实施方式中，水泥浆液10中可添加着色剂，使注浆后水泥浆液10凝固后带有颜色，所述水泥浆液10中可添加减水剂和早强剂等外加剂，加速水泥浆液10凝固速度和早期强度。

在试验过程中，界面剪切仪13采用现有的仪器型号，其配有水平向和竖向的液压伺服***，分别用于试验加载固结和剪切，并配有电脑自动数据采集***，用于自动采集数据测试土与混凝土接触面理化性能。

在本发明的一种实施方式中，一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，采用上述室内试验装置进行试验，所述室内试验方法包括以下步骤：

(一)：在试验组件中的下剪切盒18中依次放入垫块21与混凝土板20，然后，在上剪切盒15的底部的设计注浆位置加工注浆孔19，接着，分层将试验土体16 填入上剪切盒15内，再将试验土体16压密，最后，将叠放的下剪切盒18和上剪切盒15推入界面剪切仪13中，通过加压钢板14使试验土体16加压固结于混凝土板20上；

(二)：安装好空气压缩机1和储浆罐8，并通过注浆管连接注浆孔19；

(三)：在储浆罐8内装入试验用水泥浆液10，调节空气压缩机1使得储浆罐 8内达到预定注浆压力值；

(四)：维持预定注浆压力值，并开始对试验土体16与混凝土板20接触面处注浆，注浆完成后，关闭注浆组件，测试经过桩侧后注浆的试验土体16与混凝土板20的接触面的理化性能。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(一)中，对试验土体16加压固结时，在固结完成后进行卸荷至设计法向压力，且卸除法向压力的速度与固结时施加固结的法向压力的速度一致，并在试验土体16稳定后维持设计法向压力的同时实行注浆。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(一)中，通过加压钢板14对试验土体16进行加压固结的固结压力范围为0～150KPa。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(二)中，当模拟桩侧单个位置后注浆时，注浆管应连接上剪切盒15长边板27两侧对称位置对应的注浆孔19，当模拟桩侧多个不同位置后注浆时，注浆管应连接对应不同位置处的长边板27双侧对称注浆孔19进行注浆。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(三)中，水泥浆液10中加入有着色剂，水泥浆液10的注浆量为0～1L，预定注浆压力值为0～0.8MPa。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(四)中注浆时采用两种注浆模式，分别为注浆量控制模式和注浆压力控制模式，其中，当采用注浆量控制模式时，首先将设计注浆量的水泥浆液10加入储浆罐8中，根据不同的预定注浆压力值分别将设计注浆量的水泥浆液10完全注入到试验土体16与混凝土板20接触面处，即完成；当采用注浆压力控制模式时，调节储浆罐8中预定注浆压力值维持在设定值，根据不同注浆量分别将水泥浆液10注入到试验土体16与混凝土板20接触面处，即完成。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤(一)中，试验土体16在填充时可采用如下步骤：根据实际工地现场的土质按照相似理论配置试验土体16，将设计重量的土体分3层填入改进的上剪切盒15内，每层填完后进行夯实，试验土体16 在界面剪切仪13上的加压固结时间不少于1h。

在本发明的一种优选的实施方式中，水泥浆液10中可添加着色剂，使注浆后水泥浆液10凝固后带有颜色，所述水泥浆液10中可添加减水剂和早强剂等外加剂，加速水泥浆液10凝固速度和早期强度。

在本发明的一种优选的实施方式中，试验土体16与混凝土板20接触面的理化性能应在试验完成后进行开挖试验土体16观测水泥浆液10上返扩散范围。此外，测试试验土体16与混凝土板20接触面的理化性能之前需静置一段时间待水泥浆液 10凝固后方可进行。

在本发明的一种优选的实施方式中，试验土体16与混凝土板20接触面的理化性能包括不同注浆工况和卸荷工况下试验土体16与混凝土板20接触面应力应变关系、接触面剪胀剪缩性、浆液扩散范围以及注浆模式转变规律，其中，

试验土体16与混凝土板20接触面应力应变关系通过采集界面剪切仪13反馈的剪切应力与对应剪切位移数据进行分析评价；

接触面剪胀剪缩性通过采集竖向位移与对应的剪切位移数据进行接触面剪胀剪缩性分析；

浆液扩散范围指注入水泥浆液10在以试验土体16与混凝土板20接触面为水平基面的空间分布规律，当注浆模式为渗透注浆时，通过测定不同位置处浆-土混合体的重度结合观察的彩色浆液在土体内部分布规律，分析不同工况下渗透注浆扩散规律。当注浆模式为压密注浆时，通过测量凝固后水泥浆液10在XYZ三个方向的空间分布尺寸进行评价。当注浆模式为劈裂注浆时，通过测定浆脉在土体内部延伸长度和浆脉扩展宽度，结合拍摄的实际浆脉扩展照片分析不同工况下劈裂注浆浆脉形态；

注浆模式转变规律通过观察水泥浆液10周围土体性状以及测量注浆后试验土体16的密度来评价不同注浆工况和卸荷工况下注浆模式从渗透注浆到压密注浆再到劈裂注浆的转变规律。

下面在上述任一实施方式的基础上结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

一种模拟桩侧后注浆的室内试验装置，其连接如图1所示，该装置包括试验组件和注浆组件，其中，注浆组件包括依次连接的空气压缩机1和储浆罐8，试验组件主要包括界面剪切仪13、上剪切盒15与下剪切盒18。

在所述空气压缩机1上设置压力表2和第一调压阀3。储浆罐8的顶部设有法兰顶盖7，储浆罐8的底板侧面设置有带注浆阀11的进浆管12，并通过PC螺纹直通头17连接界面剪切仪13的上剪切盒15的前后长边板27底部预留的注浆孔 19。界面剪切仪13的水平向和竖向配有液压伺服***，用于试验加载固结和剪切，并配有电脑自动数据采集***，用于自动采集数据测试桩侧后注浆土与混凝土接触面理化性能。

如图2和图3所示，储浆罐侧壁9的顶部设有法兰顶盖7，底部侧面设有注浆阀11，其中，在法兰顶盖7的外侧设有4个螺栓孔26，用于将法兰顶盖7与储浆罐8罐体固定密封；法兰顶盖7中央设有入浆口5，可通过漏斗向储浆罐8内加入水泥浆液10；入浆口5两侧设有泄压阀4和加压孔25，该加压孔25通过管道连接空气压缩机1对储浆罐8进行加压，泄压阀4连接大气，在注浆完成后打开法兰顶盖7之前，需开启泄压阀4进行泄压，以保证安全；在法兰顶盖7上还设有第二调压阀6，可以调整储浆罐8内注浆压力；法兰顶盖7可拆卸，方便对储浆罐8内部水泥浆液10的清洗。储浆罐8内壁高200mm，内径120mm，最大储浆量约2.2L。

试验组件的结构如图4所示，从上到下依次为界面剪切仪13、加压钢板14、上剪切盒15和下剪切盒18，其中，上剪切盒15内填有试验土体16，在上剪切盒 15底部加工有注浆孔19，注浆孔19上安装有与进浆管12匹配的PC螺纹直通头 17，下剪切盒18内装有混凝土板20和垫块21，底部装有滚轮22。其中上剪切盒 15采用固定螺栓24固定安装，下剪切盒18在水平向液压伺服***作用下通过滚轮22沿着长边板27方向向左移动；界面剪切仪13连接电脑自动数据采集***，进行采集相关数据测试桩侧后注浆土与混凝土接触面理化性能。

上剪切盒15的结构如图5、图6和图7所示，上剪切盒15净尺寸长×宽×高为 600mm×400mm×100mm，壁厚40mm，上剪切盒15的长边板27前后两侧底部分别对称设有四个注浆孔19，注浆孔19内径为10mm，为螺纹构造，可连接PC 螺纹直通头17进行模拟桩侧后注浆试验。上剪切盒15前后的长边板27底面分别设有两块2mm厚度的减摩擦垫块23，并用于降低上下剪切盒18试验过程中的摩擦力对试验结果的影响。

一种采用上述模拟桩侧后注浆的室内试验装置的试验方法，采用以下步骤：

第一步：在下剪切盒18内放入垫块21，然后在垫块21上放入预制完成的混凝土板20，按照设计注浆位置，在上剪切盒15前后长边板27底部预留的注浆孔 19内外两侧安装螺纹直通头，下剪切盒18内混凝土板20与下剪切盒18壁周围缝隙以及上、下剪切盒之间间隙用热熔胶胶缝，上剪切盒15净尺寸长×宽×高为600 mm×400mm×100mm，壁厚40mm，将试验土体16按相似理论配置好，分三层填入改进的上剪切盒15内，每层填筑完成后均将其压实，然后将整个剪切盒推入界面剪切仪13内对土体进行加压固结。

第二步：将上剪切盒15内土体在设定的固结法向应力下进行固结，每次固结时间不低于1小时；固结完成后将固结法向应力以0.5kPa/s的速率卸荷至指定剪切法向应力，在该级剪切法向应力下土的竖向变形不再发生变化后开始准备注浆。若该级剪切法向应力与固结法向应力相等(即无卸荷条件下)，则固结完成后直接在该级固结法向应力下进行注浆。

第三步：将进浆管12连接上剪切盒15前后长边板27底部预留的注浆孔19 外侧的PC螺纹直通头17和储浆罐8，并连接空气压缩机1和储浆罐8。

第四步：制备设计注浆量所需的水泥浆液10。水泥浆液10在搅拌机里制备，制浆时，先加入水，再加外加剂和染色剂，搅拌均匀后再加水泥，制浆时间约5 分钟；水泥浆液10制备完成后，将设计注浆量的染色水泥浆液10通过漏斗沿入浆口5倒入储浆罐8内，储浆罐8内壁高200mm，内径120mm，最大储浆量约2.2L。

第五步：封闭入浆口5，关闭泄压阀4和注浆阀11，开启空气压缩机1，待压力表2的读数达到预定压力值时关闭第一调压阀3。

第六步：通过两个储浆罐8和空气压缩机1在长边板27前后两侧设计注浆位置处同时对土与混凝土接触面进行注浆。打开注浆阀11，开始注浆，调节第二调压阀6，使储浆罐8内压力始终稳定在预定压力值状态，直至注浆完成，然后依次关闭注浆阀11、第二调压阀6和空气压缩机1，打开泄压阀4，将空气压缩机1内残余压力泄除。

第七步：压力泄除完成后，打开法兰顶盖7，清洗储浆罐8，本组注浆试验结束。

第八步：注浆完成后，剪切盒内土体继续固结直至浆液凝固达到设计强度后进行剪切试验，测定桩侧后注浆土与混凝土板20力学特性和浆液分布规律。剪切采用恒速率控制，根据所采用土体性质的不同而采用不同的剪切速率，从而对桩侧后注浆土与混凝土板20理化性质进行分析。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，采用模拟桩侧后注浆的室内试验装置实施，其特征在于，该室内试验装置包括：

试验组件：包括上下叠放并可相对水平移动的下剪切盒（18）和上剪切盒（15），所述下剪切盒（18）内依次安置有垫块（21）和混凝土板（20），所述上剪切盒（15）内布置有固结于所述混凝土板（20）表面上的试验土体（16），在试验土体（16）上还安装有加压钢板（14）和界面剪切仪（13），所述的上剪切盒（15）底部还预留有用于模拟桩侧后注浆的注浆口；

注浆组件：包括空气压缩机（1）和储浆罐（8），所述储浆罐（8）内装有试验用水泥浆液（10），其顶部通过进气管连接所述空气压缩机（1），底端通过进浆管（12）连接所述注浆口；

注浆口的设置位置满足：注浆方向垂直于下剪切盒（18）与上剪切盒（15）的水平相对移动方向；

该试验方法包括以下步骤：

（一）：在试验组件中的下剪切盒（18）中依次放入垫块（21）与混凝土板（20），然后，在上剪切盒（15）的底部的设计注浆位置加工注浆孔（19），接着，分层将试验土体（16）填入上剪切盒（15）内，再将试验土体（16）压密，最后，将叠放的下剪切盒（18）和上剪切盒（15）推入界面剪切仪（13）中，通过加压钢板（14）使试验土体（16）加压固结于混凝土板（20）上；

（二）：安装好空气压缩机（1）和储浆罐（8），并通过注浆管连接注浆孔（19）；

（三）：在储浆罐（8）内装入试验用水泥浆液（10），调节空气压缩机（1）使得储浆罐（8）内达到预定注浆压力值；

（四）：维持预定注浆压力值，并开始对试验土体（16）与混凝土板（20）接触面处注浆，注浆完成后，关闭注浆组件，测试经过桩侧后注浆的试验土体（16）与混凝土板（20）的接触面的理化性能。

2.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，所述的储浆罐（8）顶端采用法兰顶盖（7）封住，在法兰顶盖（7）上设置有泄压阀（4）、加压孔（25）、入浆口（5）和第二调压阀（6），所述进气管穿过加压孔（25）并连通储浆罐（8）内部，在进气管上还布置有压力表（2）和第一调压阀（3），在进浆管（12）上还设置有注浆阀（11）。

3.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，所述的下剪切盒（18）与上剪切盒（15）的接触位置还设有减摩擦垫块（23）。

4.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，所述的上剪切盒（15）采用固定螺栓（24）固定安装，所述下剪切盒（18）底部设置有可使其水平移动的滚轮（22）。

5.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，所述的储浆罐（8）侧壁采用透明有机玻璃制成，在储浆罐（8）侧壁上还标有容积刻度。

6.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，所述的注浆口为圆孔，在注浆口处安装有与其匹配的PC螺纹直通头（17），通过注浆管连接所述PC螺纹直通头（17）实现注浆。

7.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，步骤（一）中，对试验土体（16）加压固结时，在固结完成后进行卸荷至设计法向压力，且卸除法向压力的速度与固结时施加固结的法向压力的速度一致，并在试验土体（16）稳定后维持设计法向压力的同时实行注浆；

通过加压钢板（14）对试验土体（16）进行加压固结的固结压力范围为0~150KPa；

步骤（三）中，水泥浆液（10）中加入有着色剂，水泥浆液（10）的注浆量为0~1L，预定注浆压力值为0~0.8MPa；

步骤（四）中注浆时采用两种注浆模式，分别为注浆量控制模式和注浆压力控制模式，其中，当采用注浆量控制模式时，首先将设计注浆量的水泥浆液（10）加入储浆罐（8）中，根据不同的预定注浆压力值分别将设计注浆量的水泥浆液（10）完全注入到试验土体（16）与混凝土板（20）接触面处，即完成；当采用注浆压力控制模式时，调节储浆罐（8）中预定注浆压力值维持在设定值，根据不同注浆量分别将水泥浆液（10）注入到试验土体（16）与混凝土板（20）接触面处，即完成。

8.根据权利要求1所述的一种模拟桩侧后注浆的室内试验方法，其特征在于，试验土体（16）与混凝土板（20）接触面的理化性能包括不同注浆工况和卸荷工况下试验土体（16）与混凝土板（20）接触面应力应变关系、接触面剪胀剪缩性、浆液扩散范围以及注浆模式转变规律，其中，

试验土体（16）与混凝土板（20）接触面应力应变关系通过采集界面剪切仪（13）反馈的剪切应力与对应剪切位移数据进行分析评价；

接触面剪胀剪缩性通过采集竖向位移与对应的剪切位移数据进行接触面剪胀剪缩性分析；

浆液扩散范围指注入水泥浆液（10）在以试验土体（16）与混凝土板（20）接触面为水平基面的空间分布规律，通过测量凝固后水泥浆液（10）在XYZ三个方向的空间分布尺寸进行评价；

注浆模式转变规律通过观察水泥浆液（10）周围土体性状以及测量注浆后试验土体（16）的密度来评价不同注浆工况和卸荷工况下注浆模式从渗透注浆到压密注浆再到劈裂注浆的转变规律。

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