本發(fā)明涉及建筑施工中樁基礎的，具體是一種非擠土預制樁基礎抗拔性能測試物理模型試驗裝置及方法。

背景技術：

1、抗拔樁作為基礎工程中抵抗結(jié)構物上拔力的關鍵構件，廣泛應用于大型地下室抗浮、高聳建筑物抗風抗震、海上平臺抗波浪荷載以及橋梁錨固系統(tǒng)等領域。隨著城市化進程的加速和工程結(jié)構規(guī)模的擴大，大直徑非擠土預制樁因其承載力高、施工擾動小、環(huán)保性能優(yōu)等特點，逐漸廣泛應用于復雜地質(zhì)條件下抗拔基礎。但是其抗拔性能的準確測試與評估仍面臨諸多挑戰(zhàn)，直接影響工程設計的可靠性與經(jīng)濟性。

2、經(jīng)檢索，專利抗壓抗拔承載力同步靜載試驗錨樁反力系統(tǒng)，公告號：cn215630219u，該專利通過在施工現(xiàn)場樁基礎上設置試驗裝置，對抗拔樁進行抗拔性能測試。現(xiàn)場試驗雖能反映實際工況，但成本高昂、周期長且受地質(zhì)條件限制，難以重復驗證；而在小比例物理模型實驗中，對不同土層對抗拔力的影響所進行的研究還不夠深入。

3、公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現(xiàn)有技術。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題就是克服以上的技術缺陷，提供一種非擠土預制樁基礎抗拔性能測試物理模型試驗裝置，該裝置制作成本低、使用簡便、加工技術簡單且方便、結(jié)構簡單且安全、較方便搬運、可重復使用；本發(fā)明還提供了對大直徑非擠土預制樁進行抗拔性能測試的方法，該方法具備較高的可實施性，設計步驟簡介明了，執(zhí)行過程安全可靠，控制精度高，且能適用于多種應用場景。本發(fā)明可模擬不同物理性質(zhì)的土層、地下水流速度、出漿口的位置數(shù)量直徑、靜壓注漿、高壓旋噴注漿等不同注漿工藝和參數(shù)、不同施工工藝對抗拔樁抗拔性能的影響。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明的技術方案為：一種非擠土預制樁基礎抗拔性能測試物理模型試驗裝置，包括模型箱側(cè)板，三個所述模型箱側(cè)板圍成u型，三組所述模型箱側(cè)板之間底部固定連接有模型箱底板，每個所述模型箱側(cè)板對稱設有六個進水口和排水口，相互間隔兩個所述模型箱側(cè)板之間固定設有高強度鋼化玻璃，所述模型箱側(cè)板內(nèi)側(cè)設有鵝卵石，三組所述模型箱側(cè)板之間上側(cè)設有十字反力架；

3、模型樁，所述模型樁位于模型箱側(cè)板之間，所述模型樁側(cè)部設有上部注漿孔和下部注漿孔，所述模型樁底部設有注漿管，所述模型樁底部設有透水石，所述模型樁下部設有多少個均勻間隔的應變片，所述模型樁底部對稱設有兩個金屬掛鉤，所述模型樁底部注入有水泥漿封底，所述水泥漿封底內(nèi)部插有五個長螺桿，所述模型樁頂部設有蓋板，所述蓋板與長螺桿通過螺母連接，所述蓋板上端設有短螺桿，所述短螺桿上端連接有鋼板，所述蓋板上端設有兩個百分表，所述模型樁兩側(cè)的填土上方對稱設有四個cmos激光位移計，所述金屬掛鉤設有拉力傳感器，所述十字反力架上端設有千斤頂，所述千斤頂上端設有壓力傳感器；

4、中風化基巖層，所述中風化基巖層設置于模型箱底板上端，所述中風化基巖層上端設有含水層，所述含水層內(nèi)部對稱設置有兩個土壓力盒和孔隙水壓力計，所述含水層上端設有硬土層，所述硬土層上端設有軟土層；

5、注漿管，所述注漿管連接有控制閥門、壓力表、調(diào)壓閥門、儲漿池和多功能水泥注漿機；

6、真空抽水管，所述真空抽水管連接有控制閥門、壓力表、調(diào)壓閥門、真空泵和儲水箱。

7、進一步，所述中風化基巖層內(nèi)部插設有半圓形鋼桶和小圓形鋼桶，將所述半圓形鋼桶和小圓形鋼桶拔出，在中風化基巖層內(nèi)形成小圓孔，其余各層之間形成圓孔，所述小圓孔內(nèi)部設有鋼筋籠，所述模型樁位于圓孔內(nèi)部。

8、進一步，所述注漿管表面設有控制開關。

9、進一步，還包括一種非擠土預制樁基礎抗拔性能測試物理模型試驗裝置的制作方法，包括以下步驟：

10、步驟一、制作模型箱，模型箱的長寬高分別為1m、0.5m和1.2m，模型箱底板為3cm厚的鋼板，模型箱底板中心鉆兩個直徑為2cm的孔，模型箱的四周由三塊3cm厚的模型箱側(cè)板組成，每塊模型箱側(cè)板上對稱布置六個直徑為3cm的進水口和排水口，模型箱正面為一塊3cm厚的高強度鋼化玻璃，沿模型箱側(cè)板鋪設一層厚度為3-5cm、直徑為1-2cm的鵝卵石，將模型箱的頂部的十字反力架放置一旁備用；

11、步驟二、制作模型樁，選擇外徑為18cm、內(nèi)徑為16cm、長度為0.75m的聚氯乙烯管作為模型樁，在距離模型樁底7cm、50cm處鉆直徑為1.5cm的孔，模擬上部注漿孔和下部注漿孔，同時在距離底部56cm處鉆兩個直徑為1.5cm的圓孔并布置囊袋，以模擬囊袋內(nèi)注漿管，距離底部15cm處鉆孔，放置透水石，在模型樁距離下端10cm處開始每隔15cm貼應變片，并采用ab膠進行密封處理，在模型樁底部對稱嵌入兩根金屬掛鉤，將處理好的模型樁放置一旁備用；

12、步驟三、填土，插入半圓形鋼桶和小圓形鋼桶，第一層土層模擬中風化基巖層，中風化基巖層由重晶石粉、砂、石膏、水按照一定比例配合制成，將配置好的泥漿注入模型箱內(nèi)，注漿直至厚度到達20cm，待初凝后，拔出半圓形鋼桶和小圓形鋼桶，并靜置天以上，隨后再次插入半圓形鋼桶，填入第二層土體含水層，待第二層土體厚度達到10cm時，在距離模型線側(cè)邊25cm對稱布置兩個土壓力盒和孔隙水壓力計，繼續(xù)填土，第二層土體填土厚度達到20cm后，填入第三層土體硬土層，與第四層土體軟土層，第三層與第四層土體厚度均為20cm，傳感器布置與第二層土體中放置傳感器步驟方式一致，均布置于距離上一層土層10cm處；

13、步驟四、放入模型樁，拔出半圓形鋼桶，此時在土體中形成了一個直徑為20cm圓孔，圓孔直徑大于模型樁的直徑，在小圓孔內(nèi)放入小型鋼筋籠，隨后將模型樁放入該圓孔中，模型樁和周圍土體之間的間距為1cm，安裝十字反力架；

14、步驟五、向模型樁底部注入水泥漿封底，填充至距模型樁底部12-15cm，并往水泥漿插入五根長度為70cm的長螺桿，長螺桿深入水泥漿8cm，待水泥漿凝固后，在模型樁頂部安裝一塊蓋板，與長螺桿通過螺母相連接，樁頂?shù)纳w板與樁底嵌巖層水泥漿封底密封管樁內(nèi)腔，蓋板與千斤頂上方的鋼板通過四根短螺桿相連接；

15、步驟六、接注漿系統(tǒng)和真空排水系統(tǒng)，將四個注漿管依次連接控制閥門、壓力表、調(diào)壓閥門、儲漿池和多功能水泥注漿機；將真空抽水管依次連接控制閥門、壓力表、調(diào)壓閥門、真空泵和儲水箱；

16、步驟七、樁側(cè)注漿，啟動多功能水泥注漿機，通過上部注漿孔和下部注漿孔進行常規(guī)注漿，填充樁土間隙，通過高壓旋噴注漿管進行高壓注漿，將泥漿噴入硬土層中，通過囊袋內(nèi)注漿管進行囊袋注漿，使囊袋膨脹鼓起擠入土層，注漿結(jié)束時，將儲漿池中剩余的漿液制備成70*70*70的混凝土試塊，備用；

17、步驟八、注漿體養(yǎng)護，注漿結(jié)束后，注漿體和步驟七中的70*70*70的混凝土試塊均自然養(yǎng)護天，然后開展混凝土試塊強度測試，達到規(guī)定強度后，開展下一步試驗，否則繼續(xù)養(yǎng)護；

18、步驟九、安裝傳感器和千斤頂，在蓋板上布置兩個百分表，在樁周兩側(cè)填土上方對稱布置四個cmos激光位移計，在樁底金屬掛鉤布置拉力傳感器，放置千斤頂，千斤頂上方布置有壓力傳感器；

19、步驟十、模擬地下水，將進水口外接水源，待排水口水流速度達到穩(wěn)定后，可開展下一步工作；

20、步驟十一、大直徑非擠土預制樁抗拔性能試驗，待注漿體達到一定強度后，開展抗拔樁的靜載試驗研究，通過軸向千斤頂施加軸向載荷，通過上部壓力傳感器和下部拉力傳感器采集模型樁上部和下部的荷載，通過樁身應變片采集樁身應變，獲得抗拔樁的靜載試驗的荷載位移曲線（q-s曲線），通過計算獲得隨鉆跟管樁的承載力和側(cè)摩阻力，通過百分表和cmos激光位移計可分別獲得抗拔樁的位移和土層的位移，從而評判不同抗拔措施對抗拔力的貢獻效果。

21、本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比的優(yōu)點在于：

22、本發(fā)明的裝置制作成本低、使用簡便、加工技術簡單且方便、結(jié)構簡單且安全、較方便搬運、可重復使用；本發(fā)明中方法具備較高的可實施性，設計步驟簡潔明了，執(zhí)行過程安全可靠，控制精度高，且能適用于多種應用場景。本發(fā)明可模擬不同物理性質(zhì)的土層、地下水流速度、出漿口的位置數(shù)量直徑、靜壓注漿、高壓旋噴注漿等不同注漿工藝和參數(shù)、不同施工工藝對抗拔樁抗拔性能的影響。