CN110670644A - 既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法 - Google Patents

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赵新媛
侯迪
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Abstract

本发明公开了一种既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法，属于土工相似模拟实验技术领域，由土箱、地基土、冠梁、既有支护桩、新增支护桩、应变片、土压力盒和百分表组成；所述的土箱为上方敞开的正方体；所述的地基土为粉土；所述的冠梁为预打孔的木质板；所述的既有支护桩为PVC管，桩上布置冠梁；所述的新增支护桩为PVC管，比既有支护桩长，位于既有支护桩***；所述的应变片等间距粘贴在应变测试桩两侧；所述的土压力盒一部分等间距粘贴在既有支护桩中土压力测试桩一侧，一部分埋设于新增支护桩中土压力测试桩远离基坑一侧；所述的百分表通过支架与磁性表座连接，布置于应变测试桩桩顶。本发明结构简单、制作方便、实用性强。

Description

既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法
技术领域
本发明属于土工相似模拟实验技术领域，具体涉及一种相似模拟实验模型制作与实验方法，尤其涉及既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法。
背景技术
随着国家城镇化水平的不断提高，越来越多的人口涌入城市，在城市规模不断扩大的同时，人口膨胀、生存空间拥挤、生态失衡等因素己严重制约城市的健康发展。城市空间在土地资源受限的条件下，向地下发展具有明显的资源优势，它有利于节约土体、改善环境、防震减灾、节约能源、满足特殊产业的工艺要求。城市地下空间的合理开发和利用是城市可持续发展的需要，也是城市进步的必然选择。虽然近年来国内外开展了一些既有建筑地下增层模型实验研究，增层技术取得一定的成果，但是设计理论比较滞后，还未得到推广。当前基坑设计规范主要针对于新建基坑，对既有基坑改造的设计还未形成完整的理论体系和实践经验。
因此，为解决以上问题，在山东省自然科学基金(编号：ZR2019MEE027)的资助下，开展了大量资料搜索、现场调研和相关实验来进行研究，发明一种既可以真实反映实际工程中增层开挖时既有支护桩和新增支护桩的相互作用特性，而且结构简单、制作简便的既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法，该实验模型制作与实验方法不但可以真实的反映既有建筑地下空间向下增层时既有支护桩和新增支护桩的相互作用特性，而且结构简单、制作成本低廉、实用性强、技术经济可行。
本发明所采取的技术方案是：既有建筑地下空间向下增层实验模型制作，它由土箱、地基土、冠梁、既有支护桩、新增支护桩、应变片、土压力盒和百分表组成；所述的土箱为上方敞开的正方体；所述的地基土为粉土；所述的冠梁为预打孔的木质板；所述的既有支护桩为PVC管，桩上布置冠梁；所述的新增支护桩为PVC管，比既有支护桩长，位于既有支护桩***；所述的应变片等间距粘贴在应变测试桩两侧；所述的土压力盒一部分等间距粘贴在既有支护桩中土压力测试桩一侧，一部分埋设于新增支护桩中土压力测试桩远离基坑一侧；所述的百分表通过支架与磁性表座连接，布置于应变测试桩桩顶。
此外，本发明同时提供既有建筑地下空间向下增层实验方法，按照如下步骤进行：
步骤1：在土箱内分层填入地基土，分层夯实，土层填到足够厚度时，在土层表面测量放线确定既有支护桩的位置，将既有支护桩布置在相应位置上，继续填埋地基土直至既有支护桩在地基土表面以上留有一定高度，然后在既有支护桩桩顶安设冠梁；
步骤2：采用从中间开挖，向四周推进的方法挖出原有地下空间；
步骤3：在地基土表面放线确定新增支护桩的位置并用钻孔机预钻孔，然后用压桩设备将新增支护桩压入预钻孔位置处，并在地基土表面以上留有一定高度；
步骤4：在新增支护桩远离基坑侧钻土压力盒埋设孔，桩与钻孔的净距以及孔径和孔深要根据桩径、桩长合理选取，采用挂布法在埋设孔内布置土压力盒；
步骤5：将两个角钢固定于既有支护桩与新增支护桩间的上方，磁性表座固定于角钢上，并用支架连接百分表和磁性表座，使百分表布置于应变测试桩桩顶；
步骤6：将应变片和土压力盒用导线连接到静态应变仪上，将静态应变仪与电脑连接，并进行初始平衡；
步骤7：采用分层开挖的方式开挖增层空间，每层开挖完成待地基土稳定后记录桩身应变值、桩后土压力值和桩顶水平位移值，保存实验数据并进行处理，得到可用数据。
本发明的工作原理是：既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法，支护桩沿基坑边缘呈正方形分布，取基坑一条边的1/2交替布置应变测试桩与土压力测试桩，不仅可全面反映增层开挖时支护桩的受力变形特点和相互作用特性，而且结构简单，节约材料；在既有支护桩桩顶安设冠梁，并用胶带逐层缠绕既有支护桩与冠梁连接处，确保既有支护桩无法转动，使实验更加符合工程实际；由于新增支护桩是压入地基土中，无法在新增支护桩上粘贴土压力盒，因此，采用挂布法在新增支护桩远离基坑一侧的地基土中埋设土压力盒，可得到增层开挖时新增支护桩所受土压力值；安装百分表时，受到排桩间距的影响，百分表无法安装在新增支护桩靠近基坑侧，因此，将百分表安装于新增支护桩远离基坑侧，测量前将百分表的测量杆与新增支护桩相抵触，使测量杆有一定的压缩量，可得到增层开挖时新增支护桩桩顶水平位移值。
本发明的有益效果是：既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法，取基坑一条边的1/2交替布置应变测试桩与土压力测试桩，不仅可全面测得增层开挖时中间桩和边桩的受力变形特点以及既有支护桩与新增支护桩的相互作用特性，而且结构简单，节约材料；用胶带逐层缠绕既有支护桩与冠梁连接处，使既有支护桩与冠梁成为一个整体，更加符合工程实际；采用挂布法在新增支护桩远离基坑一侧的地基土中埋设土压力盒，可更加准确地得到增层开挖时新增支护桩所受土压力的变化规律；百分表安装于新增支护桩远离基坑一侧，解决了因排桩间距太小引起的新增支护桩顶百分表安装困难的问题，可有效地得到增层开挖时新增支护桩桩顶水平位移的变化规律。
附图说明
图1为本发明既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法的整体结构俯视示意图。
图2为本发明既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法的整体结构剖面示意图。
图3为本发明既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法的应变测试桩结构示意图。
图4为本发明既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法的土压力测试桩结构示意图。
图5为本发明既有建筑地下空间向下增层实验模型制作与实验方法的百分表安装示意图。
图例说明：(1)-土箱；(2)-地基土；(3)-冠梁；(4)-既有支护桩；(5)-新增支护桩；(6)-应变片；(7)-土压力盒；(8)-百分表；(9)-应变测试桩；(10)-土压力测试桩；(11)-角钢；(12)-磁性表座；(13)-支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1～图5所示，本发明既有建筑地下空间向下增层实验模型制作，其特征在于，它由土箱(1)、地基土(2)、冠梁(3)、既有支护桩(4)、新增支护桩(5)、应变片(6)、土压力盒(7)和百分表(8)组成；所述的土箱(1)为上方敞开的正方体；所述的地基土(2)为粉土；所述的冠梁(3)为预打孔的木质板；所述的既有支护桩(4)为PVC管，桩上布置冠梁(3)；所述的新增支护桩(5)为PVC管，比既有支护桩(4)长，位于既有支护桩(4)***；所述的应变片(6)等间距粘贴在应变测试桩(9)两侧；所述的土压力盒(7)一部分等间距粘贴在既有支护桩(4)中土压力测试桩(10)一侧，一部分埋设于新增支护桩(5)中土压力测试桩(10)远离基坑一侧；所述的百分表(8)通过支架(13)与磁性表座(12)连接，布置于应变测试桩(9)桩顶。
本发明既有建筑地下空间向下增层实验方法，包括以下步骤：
步骤1：在土箱(1)内分层填入地基土(2)，分层夯实，土层填到足够厚度时，在土层表面测量放线确定既有支护桩(4)的位置，将既有支护桩(4)布置在相应位置上，继续填埋地基土(2)直至既有支护桩(4)在地基土(2)表面以上留有一定高度，然后在既有支护桩(4)桩顶安设冠梁(3)；
步骤2：采用从中间开挖，向四周推进的方法挖出原有地下空间；
步骤3：在地基土(2)表面放线确定新增支护桩(5)的位置并用钻孔机预钻孔，然后用压桩设备将新增支护桩(5)压入预钻孔位置处，并在地基土(2)表面以上留有一定高度；
步骤4：在新增支护桩(5)远离基坑侧钻土压力盒(7)埋设孔，桩与钻孔的净距以及孔径和孔深要根据桩径、桩长合理选取，采用挂布法在埋设孔内布置土压力盒(7)；
步骤5：将两个角钢(11)固定于既有支护桩(4)与新增支护桩(5)间的上方，磁性表座(12)固定于角钢(11)上，并用支架(13)连接百分表(8)和磁性表座(12)，使百分表(8)布置于应变测试桩(9)桩顶；
步骤6：将应变片(6)和土压力盒(7)用导线连接到静态应变仪上，将静态应变仪与电脑连接，并进行初始平衡；
步骤7：采用分层开挖的方式开挖增层空间，每层开挖完成待地基土(2)稳定后记录桩身应变值、桩后土压力值和桩顶水平位移值，保存实验数据并进行处理，得到可用数据。

Claims (2)

1.一种既有建筑地下空间向下增层实验模型制作，其特征在于，它由土箱、地基土、冠梁、既有支护桩、新增支护桩、应变片、土压力盒和百分表组成；所述的土箱为上方敞开的正方体；所述的地基土为粉土；所述的冠梁为预打孔的木质板；所述的既有支护桩为PVC管，桩上布置冠梁；所述的新增支护桩为PVC管，比既有支护桩长，位于既有支护桩***；所述的应变片等间距粘贴在应变测试桩两侧；所述的土压力盒一部分等间距粘贴在既有支护桩中土压力测试桩一侧，一部分埋设于新增支护桩中土压力测试桩远离基坑一侧；所述的百分表通过支架与磁性表座连接，布置于应变测试桩桩顶。
2.一种既有建筑地下空间向下增层实验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种既有建筑地下空间向下增层实验模型制作，按照如下步骤进行：
步骤1：在土箱内分层填入地基土，分层夯实，土层填到足够厚度时，在土层表面测量放线确定既有支护桩的位置，将既有支护桩布置在相应位置上，继续填埋地基土直至既有支护桩在地基土表面以上留有一定高度，然后在既有支护桩桩顶安设冠梁；
步骤2：采用从中间开挖，向四周推进的方法挖出原有地下空间；
步骤3：在地基土表面放线确定新增支护桩的位置并用钻孔机预钻孔，然后用压桩设备将新增支护桩压入预钻孔位置处，并在地基土表面以上留有一定高度；
步骤4：在新增支护桩远离基坑侧钻土压力盒埋设孔，桩与钻孔的净距以及孔径和孔深要根据桩径、桩长合理选取，采用挂布法在埋设孔内布置土压力盒；
步骤5：将两个角钢固定于既有支护桩与新增支护桩间的上方，磁性表座固定于角钢上，并用支架连接百分表和磁性表座，使百分表布置于应变测试桩桩顶；
步骤6：将应变片和土压力盒用导线连接到静态应变仪上，将静态应变仪与电脑连接，并进行初始平衡；
步骤7：采用分层开挖的方式开挖增层空间，每层开挖完成待地基土稳定后记录桩身应变值、桩后土压力值和桩顶水平位移值，保存实验数据并进行处理，得到可用数据。
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