CN108828195B - 一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法，所述装置包括试验组件和注浆组件，其中注浆组件包括空气压缩机、可维压储浆罐等，试验组件包括界面剪切仪和由上剪切盒与下剪切盒组成的可注浆的剪切盒体，在储浆罐的顶部设置调压阀、压力表和进浆口，储浆罐的底部侧面通过注浆阀和进浆管连接上剪切盒的注浆管路，通过上剪切盒注浆管路将水泥浆液注入土与结构物接触面。与现有技术相比，本发明可用于模拟研究现场桩基础桩端后注浆浆液上返对基桩承载机制的影响，并能通过控制注浆压力和注浆量综合研究二者对注浆效果的影响，有利于揭示桩端后注浆浆液上返机制，为实际桩基工程后注浆的设计、施工等提供参考依据等。

Description

一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验方法

技术领域

本发明涉及桩端后注浆工程技术领域，尤其是涉及一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置和试验方法。

背景技术

随着我国工程建设的不断发展，桩基础被广泛应用于房屋建筑、桥梁、道路等工程中。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。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灌注桩侧阻力降低；此外施工过程中产生的桩底沉渣对灌注桩桩端承载力的发挥也会产生不利影响。

为了消除桩底沉渣，以及成孔扰动和泥浆护壁对桩侧摩阻力的影响，加固桩端土体同时也为了提高桩的竖向承载性能，目前工程实际中，经常采用桩端后注浆技术。桩端后注浆不仅可以消除桩底沉渣对桩端阻力发挥的不利影响，同时由于浆液上返能够加固桩端以上一定范围内的土体，有利于桩侧阻力的发挥。然而对于浆液上返高度的取值，《建筑桩基技术规范》和《公路桥涵地基与基础设计规范》给定的上返高度取值却有所不同，并且笼统的给定一个特定上返高度而不考虑注浆压力、注浆量、土层参数、桩的尺寸效应等因素是不合理的，并且对于浆液上返段桩土接触面力学性质发挥特性研究也不够深入，从而影响桩端后注浆技术的推广和应用。因此，如何确定注浆量和注浆压力与桩端后注浆浆液上返扩散范围的关系，如何在室内试验中模拟桩端后注浆浆液上返工艺以及上返段桩土接触面力学特性的研究成为诸多学者关注的重点，也是在工程实际中推广桩端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端后注浆浆液上返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基础桩端后注浆浆液上返对基桩承载机制的影响，并能通过控制注浆压力和注浆量综合研究二者对注浆效果的影响。采用本发明的试验结果，能够较好地反映不同注浆工况下桩端后注浆浆液上返对基桩侧摩阻力发挥特性影响机理，并且能够对桩端后注浆浆液上返扩散分布规律进行试验验证，有利于揭示桩端后注浆浆液上返机制，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端后注浆浆液上返的室内试验装置，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实现模拟桩端后注浆浆液上返的注浆口；

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。

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，注浆口的设置位置满足：注浆方向平行于下剪切盒与上剪切盒的水平相对移动方向。此处以呈矩形的上剪切盒为例，注浆孔可以预留设置在上剪切盒的一侧短边板上预留多个(如3个)，可以是圆形的注浆孔的位置需保证与上剪切盒的一侧短边板底面相切，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。短边板预留的多个注浆口需同时注入水泥浆液，保证混凝土板在浆液上返段范围内满布水泥浆液。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。然后，注浆口通过PC螺纹直通头等连接进浆管实现注浆，从而模拟桩端后注浆浆液上返。此时，采用滚轮等使得下剪切盒沿上剪切盒的长边板方向剪切移动。

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。

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，可用于观察水泥浆液注入量。

优选的，在试验过程中，界面剪切仪采用现有的仪器型号即可，其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端后注浆浆液上返的试验方法，采用上述任一所述的室内试验装置实施，主要包括以下步骤：

(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，试验土体的填充采用如下步骤：根据实际工地现场的土质按照相似比配置试验土体，将设计重量的土体分3层填入上剪切盒内，每层填完后进行夯实，最后对土体表面进行找平，试验土体在上剪切盒内的固结时间不少于1小时。

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(三)中，水泥浆液中加入有着色剂，使水泥浆液凝固后带有颜色，所述水泥浆液中还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，所述注浆量为0～1L，预定注浆压力值为0～0.8MPa。注浆时，应保证在所有注浆孔内同时注入。

优选的，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。此外，测试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土体，测定水泥浆液上返扩散范围。

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，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；

浆液扩散范围包括浆液上返高度与浆液空间分布规律，其中，浆液上返高度通过测量注入的水泥浆液凝固后的水泥浆块沿浆液流动方向的距离得到。当注浆模式为压密注浆时，浆液空间分布规律通过测量凝固后的水泥浆块在XYZ三个方向的空间分布尺寸进行评价，通过测量得到的水泥浆块在XYZ三个方向的空间分布尺寸换算出空间位置坐标，通过空间坐标系建立水泥浆块的三维空间云图模型，对在不同卸荷工况和注浆工况下的水泥浆块的三维空间云图模型进行对比分析，建立不同工况下的浆液上返在桩侧形成的浆块扩散空间模型。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。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；

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的卸荷效应下的桩端后注浆浆液上返能够进行模拟研究，更加贴合实际工况；

(2)通过控制注浆压力和注浆量，能进行不同工况下的桩端后注浆的浆液上返试验，从而能建立桩端后注浆浆液上返分布规律与不同注浆工况之间关系；

(3)剪切盒内土体完成后方便进行开挖分析，从而能够直观的观察染色浆液上返的分布规律；

(4)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为本发明的结构示意图；

图2为本发明的上剪切盒的主视示意图；

图3为本发明的上剪切盒的俯视示意图；

图4为本发明的上剪切盒的左视示意图；

图5为本发明的储浆罐的示意图；

图6为本发明的法兰顶盖的示意图；

图7为本发明的试验组件的示意图；

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为水泥浆液，6为入浆口，7为第二调压阀，8为法兰顶盖，9为储浆罐，10为注浆阀， 11为进浆管，12为加压钢板，13为上剪切盒，14为试验土体，15为PC螺纹直通头，16为下剪切盒，17为界面剪切仪，18为固定螺栓，19为混凝土板，20为垫块，21为滚轮，22为注浆孔，23为减摩擦垫块，24为加压孔，25为螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

在本发明一种实施方式中，一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，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16和上剪切盒13，所述下剪切盒16内依次安置有垫块20和混凝土板19，所述上剪切盒13内布置有固结于所述混凝土板19表面上的试验土体14，在试验土体14上还安装有加压钢板 12和界面剪切仪17，所述的上剪切盒13底部还预留有用于实现模拟桩端后注浆浆液上返的注浆口；

注浆组件：包括空气压缩机1和储浆罐9，所述储浆罐9内装有试验用水泥浆液5，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11连接所述注浆口。

在本发明一种优选的实施方式中，所述的储浆罐9顶端采用法兰顶盖8封住，在法兰顶盖8上设置有泄压阀4、加压孔24、入浆口6和第二调压阀7，所述进气管穿过加压孔24并连通储浆罐9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11上还设置有注浆阀10。

在本发明一种优选的实施方式中，所述的下剪切盒16与上剪切盒13的接触位置还设有减摩擦垫块23。

在本发明一种优选的实施方式中，所述的上剪切盒13采用固定螺栓18固定安装，所述下剪切盒16底部设置有可使其水平移动的滚轮21。

在本发明一种优选的实施方式中，注浆口的设置位置满足：注浆方向平行于下剪切盒16与上剪切盒13的水平相对移动方向。此处以呈矩形的上剪切盒13为例，注浆孔22可以预留设置在上剪切盒13的一侧短边板上预留多个(如3个)，圆形的注浆孔22的位置需保证与上剪切盒13的一侧短边板底面相切，以保证在注浆过程中浆液是从混凝土板19与土体14接触面处进入。短边板预留的多个注浆口22 需同时注入水泥浆液5，保证混凝土板在浆液上返段范围内满布水泥浆液5。下剪切盒16内混凝土板19与下剪切盒16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13包含的试验土体14与混凝土板 19接触面处。然后，注浆口通过PC螺纹直通头15等连接进浆管11实现注浆，从而模拟桩端后注浆浆液上返。此时，采用滚轮21等使得下剪切盒16沿上剪切盒 13的长边板方向剪切移动。

在本发明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15，通过注浆管连接所述PC螺纹直通头15实现注浆。

在本发明一种优选的实施方式中，所述的储浆罐9侧壁采用透明有机玻璃制成，在储浆罐9侧壁上还标有容积刻度，可用于观察水泥浆液5注入量。

在本发明一种优选的实施方式中，本发明的界面剪切仪17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土与混凝土接触面理化性能。

在本发明一种实施方式中，一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，采用上述任一所述的室内试验装置实施，主要包括以下步骤：

(一)：在试验组件中的下剪切盒16中依次放入垫块20与混凝土板19，然后，在上剪切盒13的底部的设计注浆位置加工注浆孔22，接着，分层将试验土体14 填入上剪切盒13内，再将试验土体14压密，最后，将叠放的下剪切盒16和上剪切盒13推入界面剪切仪17中，通过加压钢板12使试验土体14加压固结于混凝土板19上；

(二)：安装好空气压缩机1和储浆罐9，并通过注浆管连接注浆孔22；

(三)：在储浆罐9内装入试验用水泥浆液5，调节空气压缩机1使得储浆罐9 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14与混凝土板19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14与混凝土板19的接触面的理化性能。

在本发明一种优选的实施方式中，试验土体14的填充采用如下步骤：根据实际工地现场的土质按照相似比配置试验土体14，将设计重量的土体分3层填入上剪切盒13内，每层填完后进行夯实，最后对土体表面进行找平，试验土体14在上剪切盒13内的固结时间不少于1小时。

在本发明一种优选的实施方式中，步骤(一)中，对试验土体14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14稳定后维持设计法向压力的同时实行注浆。

在本发明一种优选的实施方式中，步骤(三)中，水泥浆液5中加入有着色剂，使水泥浆液5凝固后带有颜色，所述水泥浆液5中还可添加减水剂和早强剂等外加剂，加速水泥浆液5凝固速度和早期强度，所述注浆量为0～1L，预定注浆压力值为0～0.8MPa。注浆时，应保证在所有注浆孔22内同时注入。

在本发明一种优选的实施方式中，测试试验土体14与混凝土板19接触面的理化性能之前需静置一段时间待水泥浆液5凝固后方可进行。此外，测试试验土体 14与混凝土板19接触面的理化性能应在试验完成后进行开挖土体，测定水泥浆液 5上返扩散范围。

在本发明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5加入储浆罐9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5完全注入到试验土体14与混凝土板19接触面处，即完成；当采用注浆压力控制模式时，调节储浆罐9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5注入到试验土体14与混凝土板19接触面处，即完成。

在本发明一种优选的实施方式中，试验土体14与混凝土板19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14与混凝土板19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14与混凝土板19接触面应力应变关系通过采集界面剪切仪17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；

浆液扩散范围包括浆液上返高度与浆液空间分布规律，其中，浆液上返高度通过测量注入的水泥浆液5凝固后的水泥浆块沿浆液流动方向的距离得到。当注浆模式为压密注浆时，浆液空间分布规律通过测量凝固后的水泥浆块在XYZ三个方向的空间分布尺寸进行评价，通过测量得到的水泥浆块在XYZ三个方向的空间分布尺寸换算出空间位置坐标，通过空间坐标系建立水泥浆块的三维空间云图模型，对在不同卸荷工况和注浆工况下的水泥浆块的三维空间云图模型进行对比分析，建立不同工况下的浆液上返在桩侧形成的浆块扩散空间模型。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。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。

注浆模式转变规律通过观察水泥浆液5周围土体性状以及测量注浆后试验土体14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。

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明上述实施方式为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验装置，其连接结构如图1所示，该装置包括试验组件和注浆组件，其中，注浆组件包括空气压缩机1、储浆罐9等，试验组件包括界面剪切仪17和上剪切盒13、下剪切盒16等，空气压缩机1上设置压力表2和第一调压阀3。储浆罐9的顶部设有法兰顶盖8，法兰顶盖8上方设有泄压阀4、入浆口6和第二调压阀7，储浆罐9侧壁为透明有机玻璃材质，上标有容积刻度，可观察浆液注入量，储浆罐9的底板侧面设置有带注浆阀10的进浆管 11，并通过PC螺纹直通头15连接上剪切盒13的左侧的短边板底部预留的3个注浆孔22。界面剪切仪17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土与混凝土接触面理化性能。

其中，上剪切盒13的结构如图2、图3和图4所示，上剪切盒13净尺寸长×宽×高为600mm×400mm×100mm，壁厚40mm，上剪切盒13宽度方向左侧板底部设有三个注浆孔22，注浆孔22内径为10mm，注浆孔22为螺纹构造，可连接PC螺纹直通头15进行注浆试验。上剪切盒13长度方向底部设有两块2mm厚度的减摩擦垫块23用于降低上剪切盒13与下剪切盒16试验过程中的摩擦力对试验结果的影响。

储浆罐9的结构如图5和图6所示，储浆罐9顶部设有法兰顶盖8，底部侧面设有注浆阀10，其中，法兰顶盖8中央设有入浆口6，可通过漏斗向储浆罐9内加入水泥浆液5；入浆口6两侧设有泄压阀4和加压孔24，该加压孔24通过管道连接空气压缩机1，泄压阀4连接大气，在注浆完成后打开法兰顶盖8之前，需开启泄压阀4进行泄压，以保证安全；在法兰顶盖8上还设有第二调压阀7，可以调整储浆罐9内注浆压力；在法兰顶盖8的外侧设有4个螺栓孔25，用于将法兰顶盖8 与储浆罐9罐体固定密封；法兰顶盖8可拆卸，方便对储浆罐9内部水泥浆液5 的清洗。储浆罐9内壁高200mm，内径120mm，最大储浆量约2.2L。

试验组件的结构如图7所示，从上到下依次为界面剪切仪17、加压钢板12、上剪切盒13、试验土体14、PC螺纹直通头15、下剪切盒16、固定螺栓18、混凝土板19、垫块20和滚轮21。其中固定螺栓18用于固定上剪切盒13，下剪切盒16 在水平向液压伺服***作用下沿着滚轮21向左移动；界面剪切仪17连接电脑自动数据采集***，进行采集相关数据测试土与混凝土接触面理化性能。

一种采用上述模拟桩端后注浆浆液上返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16内放入垫块20，然后在垫块20上放入预制完成的混凝土板19，上剪切盒13的短边板底部注浆孔22内外两侧安装PC螺纹直通头15，下剪切盒16内混凝土板19与下剪切盒16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13净尺寸长×宽×高为600mm×400mm×100mm，将试验土体14按相似比配置好，分三次填入上剪切盒13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17内，并通过加压钢板12对试验土体14 进行加压固结。

第二步：将装置完成的试验土体14与混凝土板19在设定的固结法向应力下进行固结，固结完成的判断标准为土的竖向变形趋于稳定值，且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可开始准备注浆。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11连接上剪切盒13外侧的PC螺纹直通头15和储浆罐9 的注浆阀10，并连接空气压缩机1和储浆罐9。

第四步：制备设计注浆量所需的水泥浆液5。水泥浆液5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5制备完成后，将浆液通过漏斗沿入浆口6倒入储浆罐9内，储浆罐9 内壁高200mm，内径120mm，最大储浆量约2.2L。

第五步：封闭入浆口6，关闭泄压阀4和注浆阀10，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：对土与混凝土接触面进行注浆。打开注浆阀10，开始向剪切盒内试验土体14与混凝土板19接触面处注浆，调节第二调压阀7，使储浆罐9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10、第二调压阀7 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8，清洗储浆罐9，本组模拟桩端后注浆浆液上返试验结束，后续工作即为测试浆液上返影响下土与混凝土板19接触面的理化性能和浆液上返沿接触面扩散分布规律。

本实施例中对于后注浆的控制方法分为注浆压力控制式和注浆量控制式，①若采用注浆量控制的注浆方式，则首先将设计的水泥浆液5量加入储浆罐9中，根据预定不同注浆压力值，分别进行试验将该设计注浆量水泥浆完全注入土与混凝土板 19接触面处，即可终止注浆；②若采用注浆压力控制的注浆方式，首先应打开注浆阀10，开始注浆，同时注意观察压力表2读数变化，在压力表2读数下降时及时调节调压阀，补充注浆压力，使注浆压力始终维持在设定值上，根据设计的不同注浆量，分别进行试验，待储浆罐9内浆液完全注入后，此次注浆完成。

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)

1.一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，采用模拟桩端后注浆浆液上返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（16）和上剪切盒（13），所述下剪切盒（16）内依次安置有垫块（20）和混凝土板（19），所述上剪切盒（13）内布置有固结于所述混凝土板（19）表面上的试验土体（14），在试验土体（14）上还安装有加压钢板（12）和界面剪切仪，所述的上剪切盒（13）底部还预留有用于实现模拟桩端后注浆浆液上返的注浆口；

注浆组件：包括空气压缩机（1）和储浆罐（9），所述储浆罐（9）内装有试验用水泥浆液（5），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（11）连接所述注浆口；

注浆口的设置位置满足：注浆方向平行于下剪切盒（16）与上剪切盒（13）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（16）中依次放入垫块（20）与混凝土板（19），然后，在上剪切盒（13）的底部的设计注浆位置加工注浆孔（22），接着，分层将试验土体（14）填入上剪切盒（13）内，再将试验土体（14）压密，最后，将叠放的下剪切盒（16）和上剪切盒（13）推入界面剪切仪中，通过加压钢板（12）使试验土体（14）加压固结于混凝土板（19）上；

（二）：安装好空气压缩机（1）和储浆罐（9），并通过注浆管连接注浆孔（22）；

（三）：在储浆罐（9）内装入试验用水泥浆液（5），调节空气压缩机（1）使得储浆罐（9）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（14）与混凝土板（19）接触面处注浆，注浆完成后，关闭注浆组件，测试经过桩端后注浆的试验土体（14）与混凝土板（19）的接触面的理化性能。

2.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，其特征在于，所述的储浆罐（9）顶端采用法兰顶盖（8）封住，在法兰顶盖（8）上设置有泄压阀（4）、加压孔（24）、入浆口（6）和第二调压阀（7），所述进气管穿过加压孔（24）并连通储浆罐（9）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（11）上还设置有注浆阀（10）。

3.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，其特征在于，所述的下剪切盒（16）与上剪切盒（13）的接触位置还设有减摩擦垫块（23）。

4.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，其特征在于，所述的上剪切盒（13）采用固定螺栓（18）固定安装，所述下剪切盒（16）底部设置有可使其水平移动的滚轮（21）。

5.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，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（15），通过注浆管连接所述PC螺纹直通头（15）实现注浆。

6.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，其特征在于，所述的储浆罐（9）侧壁采用透明有机玻璃制成，在储浆罐（9）侧壁上还标有容积刻度。

7.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，其特征在于，步骤（一）中，对试验土体（14）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（14）变形稳定后维持设计法向压力的同时实行注浆；

步骤（三）中，水泥浆液（5）中加入有着色剂，水泥浆液（5）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（5）加入储浆罐（9）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（5）完全注入到试验土体（14）与混凝土板（19）接触面处，即完成；当采用注浆压力控制模式时，调节储浆罐（9）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（5）注入到试验土体（14）与混凝土板（19）接触面处，即完成。

8.根据权利要求1所述的一种模拟桩端后注浆浆液上返的试验方法，其特征在于，试验土体（14）与混凝土板（19）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（14）与混凝土板（19）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（14）与混凝土板（19）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；

浆液扩散范围包括浆液上返高度与浆液空间分布规律，其中，浆液上返高度通过测量注入的水泥浆液（5）凝固后的水泥浆块沿浆液流动方向的距离得到，浆液空间分布规律通过测量凝固后的水泥浆块在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（5）周围土体性状以及测量注浆后试验土体（14）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。

Images