[发明专利]一种单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置

权利要求书

1.一种单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置，其特征在于主体结构包括纤维筋抗浮锚杆杆体、低温敏型光纤光栅传感器串、灌浆孔、锚杆定位器、荷载箱、进油管、出油管、套管、位移杆、自动位移采集计、表座、座撑、底板、垫层、基岩、转换器、中继器、高压油泵、采集终端和荷载箱定位圆环；纤维筋抗浮锚杆杆体内按准分布的形式植有低温敏型光纤光栅传感器串，低温敏型光纤光栅传感器串与砂浆和混凝土接触段铠装保护，低温敏型光纤光栅传感器串通过转换器与采集终端相连，采集终端将波长的变化量以应变变化量的形式输出；灌浆孔在基岩中采用潜孔钻机成孔，孔径为90mm～120mm；锚杆定位器的材料与纤维筋抗浮锚杆杆体材质相同，其中心留有供纤维筋抗浮锚杆杆体穿过的圆孔，并绕圆孔中心外均匀分布四个直径为20mm～30mm的小圆孔，锚杆定位器以螺纹耦合方式安装在纤维筋抗浮锚杆杆体的外表面，并采用扎丝绑扎固定，锚杆定位器的外径小于灌浆孔直径，灌浆孔的半径超出锚杆定位器的半径10～20mm，以便灌浆密实，确保砂浆的强度满足设计要求；荷载箱安装在垫层上，密封的进油管和出油管位于纤维筋抗浮锚杆杆体两侧并分别垂直安装在荷载箱的上面板上，进油管和出油管的外侧均套有套管，进油管和出油管分别与高压油泵连接后再与采集终端相连，用于控制实现加卸载和维持荷载；进油管和出油管的外侧端竖向设有位移杆，位移杆为双套管结构，外套管的直径大于内套管，内套管的内径为2cm，套管和位移杆的外套管均与焊接在荷载箱上，所有套管的顶端临时密封避免进入杂物；座撑锚固在垫层上，表座吸附在座撑上表面，表座自带用于架设自动位移采集计的承表臂；自动位移采集计通过中继器与采集终端相连，实现多个自动位移采集计实时同步采集位移量；底板安装在荷载箱外部坐撑内部；荷载箱定位圆环从纤维筋抗浮锚杆杆体自上而下放置于垫层表面，紧贴荷载箱定位圆环外环撒上一周石灰粉后将荷载箱定位圆环取出便于安装荷载箱。

2.根据权利要求1所述单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置，其特征在于所述纤维筋抗浮锚杆杆体为玻璃纤维增强聚合物全螺纹实心杆状结构，能增强锚杆杆体与锚固体之间的握裹力；低温敏型光纤光栅传感器串采用微型布拉格光栅通过裸光纤熔接成一串，靠近荷载箱的附近微型布拉格光栅布置的密集一些，布拉格光栅能够反射特定波长的光，而且对温度不敏感，能剔除测试过程中温度的影响。

3.根据权利要求1所述单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置，其特征在于所述荷载箱的高度为30cm，外径为40cm，内径为20cm；进油管和出油管采用尼龙橡胶管，套管和位移杆均为无缝钢管制成，套管的内径为3cm。

4.根据权利要求1所述单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置，其特征在于所述座撑采用横梁和两边柱腿焊接而成钢管架结构，其横梁的长度为1.5m～2.0m，内径为3cm，两边柱腿的高度高出底板顶面0.5m，其内径与横梁相同；自动位移采集计的量程100mm；底板为钢筋混凝土结构，按照设计图纸进行配筋，满足《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)要求的抗弯、抗剪、局部抗压承载力；垫层为厚10cm的C25混凝土，其覆盖面积为4平方米；基岩为试验场地的岩土体；荷载箱定位圆环为钢质圆环，上侧面制有对称提手，厚度为1cm，内径大于纤维筋抗浮锚杆杆体的直径，确保其沿杆身上下自由移动，荷载箱定位圆环外径和荷载箱的外径相同。

5.根据权利要求1所述单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置，其特征在于所述套管和位移杆的外套管的外径与壁厚比值均不小于8。

6.根据权利要求1所述单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验装置，其特征在于所述采用该装置进行纤维筋抗浮锚杆协同拉拔试验的具体过程为：

(1)浇筑抗浮锚杆和垫层：先用潜孔钻机在基岩中形成灌浆孔，在植入低温敏光纤光栅传感器串的纤维筋抗浮锚杆杆体外表面安装锚杆定位器并绑扎固定，从纤维筋抗浮锚杆杆体杆端伸出的低温敏光纤光栅传感器串沿杆身向上引领，再将纤维筋抗浮锚杆杆体下放到灌浆孔中并保证其垂直度、偏心距离和下放深度，再向灌浆孔灌入M30砂浆，保证灌浆均匀、密实，同时给予低温敏光纤光栅传感器串保护，保护低温敏光纤光栅传感器串外露在大气环境中的部分，然后制作砂浆试块，将制作的砂浆试块与灌浆孔灌入的M30砂浆在相同条件下进行养护，以测定灌浆孔灌入M30砂浆的抗压强度，养护28天或待砂浆到达设计强度的75％后，将低温敏光纤光栅传感器串依次与转换器、采集终端相连，测试其成活率大于90％，测试结束后再予以保护，最后在基岩表面浇筑10cm厚的C25细石混凝土并进行养护28天制成垫层；

(2)安装荷载箱：首先将垫层表面凿毛，凿毛区域为底板底面所在位置，将荷载箱定位圆环从纤维筋抗浮锚杆杆体自上而下放置于垫层表面，并紧贴荷载箱定位圆环外环撒上一周石灰粉形成石灰粉圈后取走荷载箱定位圆环，然后将荷载箱自上而下穿过纤维筋抗浮锚杆杆体放置于垫层表面石灰粉圈对应位置，并临时固定荷载箱，将进油管和出油管从套管中顺出，并安装位移杆的外套管和内套管，最后在荷载箱的上板面焊接安装套管和位移杆，保证焊接强度和管内不漏水泥浆；

(3)浇筑底板：首先支底板的模板，然后再在荷载箱上绑扎预先设计好的钢筋笼，然后用喇叭筋将荷载箱和钢筋笼牢固地焊接在一起，并将荷载箱上的套管和位移杆绑扎在钢筋笼的主筋上，确保套管和位移杆的垂直度，临时封堵套管和位移杆上端管口，将低温敏型光纤光栅传感器串从底板中引出，并对进油管、出油管、低温敏型光纤光栅传感器串予以保护，浇筑、振捣C30混凝土并预留混凝土试块，将混凝土试块与浇筑底板的C30混凝土在相同条件下进行养护，以测定浇筑底的抗压强度，养护至龄期；

(4)对试验进行观测：首先依次安装锚固于垫层的座撑、表座、自动位移采集计，再将自动位移采集计和低温敏型光纤光栅传感器串分别连接中继器和转换器，进油管和出油管连接高压油泵，再将中继器、转换器、高压油泵与采集终端相连，最后预加第一级荷载的1/2，记录初始读数，低温敏型光纤光栅传感器串采集正常后，开始试验并采集数据，整个加载过程采用分级加载，以0.2kN/s的速率匀速加载，直至纤维筋抗浮锚杆杆体破坏；每级荷载施加完毕后立即测读位移量，以后每间隔5min测读一次，相临两级荷载之间的加载时间间隔为15min，即稳压15min；试验加、卸载及终止加载条件按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)执行。