CN110485481A - 一种微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程中原位测试技术领域，涉及一种微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置及方法，土压力盒受力面通过砂土及圆形封装膜片与水泥浆结石体接触，土压力盒受力面均匀受力，全断面受压，避免了应力集中，更准确的测试微型钢管桩迎土面的土岩压力；微型钢管桩桩身表面设置配套的保护钢套环，土压力盒安装于保护钢套环内，土压力盒与保护钢套环之间的空腔用环氧树脂填充，充分的保护了土压力盒，显著提高土压力盒的成活率；观测电缆由土压力盒底面中间位置引出，并沿着微型钢管桩内壁引致桩顶，现场安装方便，使土压力盒观测电缆在微型钢管桩沉入钻孔过程中不被损坏。

Description

一种微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置及方法

技术领域：

本发明属于岩土工程中原位测试技术领域，涉及一种钢管桩与水泥浆相互作用测试设备及方法，特别是一种微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置及方法。

背景技术：

土岩组合基坑支护中微型钢管桩是较为常用的联合支护结构组成部分，在微型钢管桩与土钉或预应力锚杆(锚索)联合支护结构中，微型钢管桩在土岩组合基坑开挖过程中究竟能起到多大的作用，目前还没有明确的结论。如果能够在土岩组合基坑开挖过程中，利用土压力传感器直接测出微型钢管桩承担的侧压力大小是最为理想的方法。但存在的问题是，桩土界面传感器的布设方法已经较为成熟，而微型钢管桩桩侧土压力既不同于压桩过程桩土界面土压力，也不同于均质土体内部土压力。由于微型钢管桩施工首先采用岩锚钻机成孔，微型钢管桩进入孔内后，采用水泥浆注浆，微型钢管桩外侧有水泥浆结石体包裹，传感器布设难度非常大，一方面，若在微型钢管桩表面直接粘贴固定土压力传感器，由于成孔孔壁为不平整岩石面，微型钢管桩进入孔内时，凸显在桩身表面的土压力盒及其导线很容易损坏；另一方面，很难确保土压力盒受力面与水泥浆结石体平整紧密接触，影响测试精度。因此，鉴于目前尚未发现土岩基坑支护中微型钢管桩与水泥浆界面压力测试传感器布设合理的结构形式，亟待需要提出一种安全可靠、施工方便、经济合理的结构形式，满足土岩基坑支护中微型钢管桩土压力测试要求。

目前，桩侧土压力传感器布设方法通常是在桩身表面配有保护和破土装置，土压力传感器放置在保护装置内，同时保证土压力传感器受力面与桩周土体平整紧密接触，但是该方法只适用于桩土界面土压力测试，而土岩基坑支护中微型钢管桩土压力传感器的埋设要求其受力面能准确传递土岩压力，另外一面固定在桩身表面不动，且要充分确保传感器在进入钻孔整个过程中不发生损坏，这对土岩组合基坑支护结构中微型钢管桩土压力盒的布设及保护要求极高。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种不受水泥浆结石体影响的微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置及方法，防止现场施工环境损坏土压力传感器，从而显著提高土压力传感器的成活率，同时确保土压力传感器受力面对微型钢管桩土岩压力进行准确测试。

为了实现上述目的，本发明所述微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置的主体结构包括微型钢管桩、水泥浆结石体、土压力盒、观测电缆、保护钢套环、环氧树脂、砂土及封装膜片；微型钢管桩的桩身表面焊接有保护钢套环，保护钢套环上部和下部为等内径的圆柱体结构，保护钢套环内侧面与微型钢管桩桩身表面形成底部闭口的中空结构，并用环氧树脂找平中空结构底部，中空结构上下内径一致；土压力盒设置在保护钢套环内，土压力盒上部为平整受力面，其观测电缆由土压力盒底面中间位置引出，在微型钢管桩桩身表面开孔将观测电缆引入管桩内，土压力盒底部与中空结构底部接触，土压力盒外侧面与保护钢套环内侧面之间填充环氧树脂；土压力盒上部的受力面低于保护钢套环上部的上表面，土压力盒上部的受力面与保护钢套环上部的内侧面形成一中空结构，土压力盒受力面朝向水泥浆结石体，砂土填充在土压力盒上部受力面与保护钢套环上部内侧面形成的中空结构中并压实，使土压力盒受力面与水泥浆结石体在土岩压力作用下能保持均匀受力；砂土的上部表面低于保护钢套环上部的上表面，封装膜片固定放置在砂土的上部表面，封装膜片与砂土的上部表面以及保护钢套环上部的内侧面相抵，将砂土密封。

本发明所述封装膜片为圆形封装膜片，其外径与保护钢套环的上部内径一致，且封装膜片的上部表面与保护钢套环的上部表面齐平，厚度为1-2mm。

本发明所述微型钢管桩直径为127mm，厚度为5mm，桩身表面开孔直径为5mm。

本发明所述土压力盒的直径为29mm，高度为11mm。

本发明所述保护钢套环的内径为33mm，厚度为5mm，高度为15mm。

本发明所述砂土的厚度为2-3mm。

本发明对微型钢管桩迎土面土岩压力进行现场测试的具体过程包括以下步骤：

(1)、根据联合支护结构中土钉或预应力锚杆/锚索位置及相邻土钉或预应力锚杆/锚索中间位置，确定微型钢管桩桩身上需要安装迎土面土岩压力现场测试装置的个数及位置；

(2)、在微型钢管桩确定的桩身位置上焊接所述保护钢套环，使两者成为一体，并在桩身表面的保护钢套环中间位置开孔；

(3)、将土压力盒放置于保护钢套环中，将土压力盒底部的观测电缆引入微型钢管桩内部，并用环氧树脂找平中空结构底部，然后用环氧树脂填充土压力盒外侧面与保护钢套环内侧面之间的空腔；

(4)、在中空结构土压力盒上部的受力面上依次放置砂土以及圆形封装膜片，并将砂土压实，然后用圆形封装膜片密封砂土；

(5)、将土压力盒的观测电缆沿着微型钢管桩内壁一直引出到桩顶，实现微型钢管桩迎土面土岩压力的现场测试。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是土压力盒受力面通过砂土及圆形封装膜片与水泥浆结石体接触，土压力盒受力面均匀受力，全断面受压，避免了应力集中，可以更准确的测试微型钢管桩迎土面的土岩压力；二是微型钢管桩桩身表面设置配套的保护钢套环，土压力盒安装于保护钢套环内，土压力盒与保护钢套环之间的空腔用环氧树脂填充，充分的保护了土压力盒，显著提高了土压力盒的成活率；三是改变传统土压力盒的出线方式，观测电缆由土压力盒底面中间位置引出，并沿着微型钢管桩内壁引致桩顶，现场安装方便，使土压力盒观测电缆在微型钢管桩沉入钻孔过程中不被损坏。

附图说明：

图1为本发明所述微型钢管桩迎土面土岩压力现场测试装置的主体结构原理示意图。

图2为本发明所述微型钢管桩迎土面土岩压力现场测试装置的主体结构俯视图。

图3为本发明涉及的土压力盒、保护钢套环和环氧树脂的主体结构俯视图。

图4为本发明实施例基坑开挖深度至4m时钢管桩与水泥浆界面压力与开挖深度的关系曲线图。

图5为本发明实施例基坑开挖深度至8m时钢管桩与水泥浆界面压力与开挖深度的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括微型钢管桩1、水泥浆结石体2、土压力盒3、观测电缆4、保护钢套环5、环氧树脂6、砂土7及封装膜片8；微型钢管桩1的桩身表面焊接有保护钢套环5，保护钢套环5上部和下部为等内径的圆柱体结构，保护钢套环5内侧面与微型钢管桩1桩身表面形成底部闭口的中空结构，并用环氧树脂6找平中空结构底部，中空结构上下内径一致；土压力盒3设置在保护钢套环5内，土压力盒3上部为平整受力面，其观测电缆4由土压力盒3底面中间位置引出，在微型钢管桩1桩身表面开孔将观测电缆4引入微型钢管桩1内，土压力盒3底部与中空结构底部接触，土压力盒3外侧面与保护钢套环5内侧面之间填充环氧树脂6；土压力盒3上部的受力面低于保护钢套环5上部的上表面，土压力盒3上部的受力面与保护钢套环5上部的内侧面形成一中空结构，土压力盒3受力面朝向水泥浆结石体2，砂土7填充在土压力盒3上部受力面与保护钢套环5上部内侧面形成的中空结构中并压实，使土压力盒3受力面与水泥浆结石体2在土岩压力作用下能保持均匀受力；砂土7的上部表面低于保护钢套环5上部的上表面，封装膜片8固定放置在砂土7的上部表面，封装膜片8与砂土7的上部表面以及保护钢套环5上部的内侧面相抵，将砂土7密封。

本实施例所述封装膜片8为圆形封装膜片，其外径与保护钢套环5的上部内径一致，且封装膜片8的上部表面与保护钢套环5的上部表面齐平，厚度为1-2mm。

本实施例所述微型钢管桩1直径为127mm，厚度为5mm，桩身表面开孔直径为5mm。

本实施例所述土压力盒3的直径为29mm，高度为11mm。

本实施例所述保护钢套环5的内径为33mm，厚度为5mm，高度为15mm。

本实施例所述砂土7的厚度为2-3mm。

本实施例对微型钢管桩迎土面土岩压力进行现场测试的具体过程包括以下步骤：

(1)、根据联合支护结构中土钉或预应力锚杆/锚索位置及相邻土钉或预应力锚杆/锚索中间位置，确定微型钢管桩1桩身上需要安装迎土面土岩压力现场测试装置的个数及位置；

(2)、在微型钢管桩1确定的桩身位置上焊接所述保护钢套环5，使两者成为一体，并在桩身表面的保护钢套环5中间位置开孔；

(3)、将土压力盒3放置于保护钢套环5中，将土压力盒3底部的观测电缆4引入微型钢管桩1内部，并用环氧树脂6找平中空结构底部，然后用环氧树脂6填充土压力盒3外侧面与保护钢套环5内侧面之间的空腔；

(4)、在中空结构土压力盒3上部的受力面上依次放置砂土7以及圆形封装膜片8，并将砂土7压实，然后用圆形封装膜片8密封砂土7；

(5)、将土压力盒3的观测电缆沿着微型钢管桩1内壁一直引出到桩顶，实现微型钢管桩1迎土面土岩压力的现场测试，施工完成以后，采用本实施例测试钢管桩与水泥浆界面不同开挖深度的压力值，基坑开挖深度至4m和8m时钢管桩与水泥浆界面压力与开挖深度的关系曲线图分别如图4、图5所示。

Claims (7)

1.一种微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置，其特征在于主体结构包括微型钢管桩、水泥浆结石体、土压力盒、观测电缆、保护钢套环、环氧树脂、砂土及封装膜片；微型钢管桩的桩身表面焊接有保护钢套环，保护钢套环上部和下部为等内径的圆柱体结构，保护钢套环内侧面与微型钢管桩桩身表面形成底部闭口的中空结构，并用环氧树脂找平中空结构底部，中空结构上下内径一致；土压力盒设置在保护钢套环内，土压力盒上部为平整受力面，其观测电缆由土压力盒底面中间位置引出，在微型钢管桩桩身表面开孔将观测电缆引入管桩内，土压力盒底部与中空结构底部接触，土压力盒外侧面与保护钢套环内侧面之间填充环氧树脂；土压力盒上部的受力面低于保护钢套环上部的上表面，土压力盒上部的受力面与保护钢套环上部的内侧面形成一中空结构，土压力盒受力面朝向水泥浆结石体，砂土填充在土压力盒上部受力面与保护钢套环上部内侧面形成的中空结构中并压实，使土压力盒受力面与水泥浆结石体在土岩压力作用下能保持均匀受力；砂土的上部表面低于保护钢套环上部的上表面，封装膜片固定放置在砂土的上部表面，封装膜片与砂土的上部表面以及保护钢套环上部的内侧面相抵，将砂土密封。

2.根据权利要求1所述微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置，其特征在于所述封装膜片为圆形封装膜片，其外径与保护钢套环的上部内径一致，且封装膜片的上部表面与保护钢套环的上部表面齐平，厚度为1-2mm。

3.根据权利要求1所述微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置，其特征在于所述微型钢管桩直径为127mm，厚度为5mm，桩身表面开孔直径为5mm。

4.根据权利要求1所述微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置，其特征在于所述土压力盒的直径为29mm，高度为11mm。

5.根据权利要求1所述微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置，其特征在于所述保护钢套环的内径为33mm，厚度为5mm，高度为15mm。

6.根据权利要求1所述微型钢管桩与水泥浆界面压力现场测试装置，其特征在于所述砂土的厚度为2-3mm。

7.一种采用如权利要求1所述装置对微型钢管桩迎土面土岩压力进行现场测试的方法，其特征在于具体过程包括以下步骤：

(1)、根据联合支护结构中土钉或预应力锚杆/锚索位置及相邻土钉或预应力锚杆/锚索中间位置，确定微型钢管桩桩身上需要安装迎土面土岩压力现场测试装置的个数及位置；

(2)、在微型钢管桩确定的桩身位置上焊接所述保护钢套环，使两者成为一体，并在桩身表面的保护钢套环中间位置开孔；

(3)、将土压力盒放置于保护钢套环中，将土压力盒底部的观测电缆引入微型钢管桩内部，并用环氧树脂找平中空结构底部，然后用环氧树脂填充土压力盒外侧面与保护钢套环内侧面之间的空腔；

(4)、在中空结构土压力盒上部的受力面上依次放置砂土以及圆形封装膜片，并将砂土压实，然后用圆形封装膜片密封砂土；

(5)、将土压力盒的观测电缆沿着微型钢管桩内壁一直引出到桩顶，实现微型钢管桩迎土面土岩压力的现场测试。