本實用新型涉及橋梁建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種橋頭沉降補償量測試裝置。

背景技術(shù)：

橋頭跳車不但影響路面行駛的舒適性，更重要的是容易產(chǎn)生交通安全事故?，F(xiàn)有技術(shù)下，處理橋頭跳車的方法很多，從地基處理、路基填料選擇、施工工藝控制到后期養(yǎng)護(hù)等方面都提出了很多的措施，但是這些方法要么處理效果差，要么處理成本高，都不十分理想。另外，從沉降機理的角度考慮，沉降差異的產(chǎn)生是不可避免的，無論采用什么措施，只能解決沉降大小的問題。

根據(jù)以往的研究表明，鈦石膏與粉煤灰在生石灰的激發(fā)下，會產(chǎn)生鈣礬石膨脹體，如果在路基填筑過程中設(shè)置一層或者多層鈦石膏、粉煤灰層作為補償層，預(yù)留石灰漿體注入管道，在需要抬升路面時，通過向補償層層注入石灰漿體，使鈦石膏、粉煤灰層受到激發(fā)，生成鈣釩石而發(fā)生自身膨脹，產(chǎn)生向上的頂升力，從而對沉降的路面進(jìn)行補償，消除橋頭沉降現(xiàn)象，保證行車的安全性和舒適性。

此方法雖然能夠從根本上消除橋頭沉降現(xiàn)象，但是由于在補償層產(chǎn)生膨脹以后，材料性能會發(fā)生變化，對于路面結(jié)構(gòu)的受力也會產(chǎn)生一定影響。因此膨脹后的材料還會不會被壓縮，會不會產(chǎn)生路面的不均勻抬升的問題，以及膨脹量的控制都是在實際應(yīng)用中需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對采用補償層消除橋頭沉降方法中存在的膨脹量如何控制等問題，本實用新型提供了一種橋頭沉降補償量測試裝置和測試方法，該裝置通過模擬不同的路面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究膨脹量的增長規(guī)律與補償層的位置、厚度、側(cè)限、密實程度以及石灰漿體的注入量之間的關(guān)系，為形成設(shè)計指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種橋頭沉降補償量測試裝置，包括加壓單元、模型箱和控制系統(tǒng)；

所述加壓單元包括框架、油缸、壓頭以及導(dǎo)向機構(gòu)；

所述框架呈“門”字型，包括第一支腿、第二支腿以及設(shè)置于第一支腿和第二支腿上部的橫梁；

所述油缸設(shè)置于所述橫梁的中部，其缸體與所述橫梁固定連接，其活塞桿的桿端設(shè)置有壓頭；

所述壓頭包括連接板和第一壓板，所述連接板與所述油缸的活塞桿的桿端固定連接，所述連接板的下側(cè)設(shè)置有若干個第一壓板，且若干個所述的第一壓板呈“井”字狀排布；

所述模型箱包括箱體、路基路面模型、第二壓板、位移傳感器和若干個鋼管，所述路基路面模型設(shè)置于所述箱體的內(nèi)部，所述箱體的上部設(shè)置有位移傳感器，所述第二壓板設(shè)置于所述路基路面模型的上方，與所述箱體滑動連接；

所述箱體包括底板、第一側(cè)板、第二側(cè)板、第三側(cè)板和第四側(cè)板，所述的底板、第一側(cè)板、第二側(cè)板、第三側(cè)板和第四側(cè)板共同圍成了一個無蓋的長方體結(jié)構(gòu)；

所述第一側(cè)板上設(shè)置有若干個呈矩陣排列的第一插孔，所述的第二側(cè)板上設(shè)置有若干個呈矩陣排列的第二插孔，所述的第一插孔和第二插孔為一一對應(yīng)的關(guān)系；

所述路基路面模型由下至上依次為路基層、底基層、基層和面層，且其中的路基層內(nèi)設(shè)置有補償層；

所述補償層為按1:2～1:4比例混合的石膏和粉煤灰；

若干個所述的鋼管通過分別設(shè)置于所述第一側(cè)板和第二側(cè)板上的第一插孔和第二插孔與所述的箱體相連，且所述的鋼管上設(shè)置有漏水孔。

根據(jù)本實用新型的一個具體實施方式，所述導(dǎo)向機構(gòu)包括設(shè)置于所述連接板的四個角上的導(dǎo)柱，其中靠近第一支腿一側(cè)的導(dǎo)柱通過第一導(dǎo)向座與所述框架滑動連接，且與該側(cè)導(dǎo)柱相配合的導(dǎo)向套與所述的第一導(dǎo)向座固定連接，靠近第二支腿一側(cè)的導(dǎo)柱通過第二導(dǎo)向座與所述框架滑動連接，且與該側(cè)導(dǎo)柱相配合的導(dǎo)向套與所述的第二導(dǎo)向座固定連接。

根據(jù)本實用新型的另一個具體實施方式，所述補償層的預(yù)埋深度范圍為70厘米～90厘米，厚度范圍為8厘米～15厘米。

根據(jù)本實用新型的又一個具體實施方式，所述路基層的材料為級配良好的礫石混合料，所述的底基層為二灰堿渣穩(wěn)定土，所述的基層為水泥穩(wěn)定碎石，所述的面層為瀝青混凝土。

根據(jù)本實用新型的又一個具體實施方式，所述鋼管的兩端均分別設(shè)置有L型彎管。

根據(jù)本實用新型的又一個具體實施方式，所述路基路面模型的橫截面規(guī)格為1m×1m，所述路基層、底基層、基層和面層的厚度分別為80厘米，30厘米，25厘米和8厘米。

一種橋頭沉降補償量測試方法，包括以下步驟，

a)、設(shè)定路基路面模型，所述路基路面模型由下至上依次為路基層、底基層、基層和面層，且其中的路基層內(nèi)設(shè)置有補償層，具體參數(shù)為：

補償層的預(yù)埋深度為70厘米，厚度為11厘米；

補償層中石膏和粉煤灰的混合比例為1：2；

路基層、底基層、基層以及面層的材料分別為級配良好的礫石混合料、二灰堿渣穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土；

路基層、底基層、基層以及面層的厚度分別為80厘米、30厘米、25厘米、8厘米

路基路面模型的壓實度為96％；

b)、根據(jù)步驟a)中設(shè)定的補償層的預(yù)埋深度，在所述箱體上插入鋼管，使鋼管的軸線與所述補償層的上表面的距離控制在5厘米～10厘米之間，然后在各個鋼管的兩端分別安裝L型彎管；

c)、根據(jù)步驟a)中設(shè)定的各層的厚度，在箱體中依次鋪設(shè)路基層、補償層、底基層、基層和面層，并壓實；

d)、在路基路面模型的上表面放置第二壓板；

e)、在箱體的上部安裝位移傳感器；

f)、將安裝好的模型箱放置到加壓單元內(nèi)部，并使壓頭位于第二壓板的上方；

g)、通過控制系統(tǒng)控制油缸向路基路面模型施加壓力，與此同時，通過位移傳感器檢測路基路面模型的沉降量，并且每隔一天記錄一次數(shù)據(jù)，直至沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

h)、向各個鋼管內(nèi)注入石灰漿體，并記錄注入的石灰漿體的體積，然后通過位移傳感器檢測路基路面模型的抬升量，并且每隔一天記錄一次數(shù)據(jù)，直至抬升達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

i)、重建路基路面模型，重復(fù)步驟b)～h)操作，設(shè)定的參數(shù)具體為

補償層的預(yù)埋深度為80厘米，厚度為15厘米；

補償層中石膏和粉煤灰的混合比例為1：3；

路基層、底基層、基層以及面層的材料分別為級配良好的礫石混合料、二灰堿渣穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土；

路基層、底基層、基層以及面層的厚度分別為80厘米、30厘米、25厘米、8厘米；

路基路面模型的壓實度為97％；

j)、重建路基路面模型，重復(fù)步驟b)～h)操作，設(shè)定的參數(shù)具體為

補償層的預(yù)埋深度為90厘米，厚度為8厘米；

補償層中石膏和粉煤灰的混合比例為1：4；

路基層、底基層、基層以及面層的材料分別為級配良好的礫石混合料、二灰堿渣穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土；

路基層、底基層、基層以及面層的厚度分別為80厘米、30厘米、25厘米、8厘米；

路基路面模型的壓實度為98％。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型提供的一種橋頭沉降補償量測試裝置，其模型箱內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)與實際的路面結(jié)構(gòu)基本相同，材料和路面各層的厚度相同，能夠真實的模擬補償層在實際應(yīng)用時的工作狀態(tài)，確保了實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2、由于測試裝置本身結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計合理，不僅降低了測試裝置的制造成本，節(jié)約了研究經(jīng)費，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行位置轉(zhuǎn)換，以模擬不同的應(yīng)用環(huán)境(溫度、濕度等)。

3、由于測試裝置的加壓單元和模型箱采用分體結(jié)構(gòu)，這樣在對一個模型箱進(jìn)行試驗的同時可以對另一個模型箱進(jìn)行準(zhǔn)備工作，可以統(tǒng)籌安排試驗時間，縮短了試驗周期。

4、通過本實用新型提供的一種橋頭沉降補償量測試方法，可以對膨脹量的增長規(guī)律與補償層的位置、厚度、側(cè)限、密實程度以及石灰漿體的注入量之間的關(guān)系進(jìn)行研究，從而為形成系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

5、通過本實用新型提供的一種橋頭沉降補償量測試方法，可以對不同土質(zhì)、地質(zhì)和填高的條件下，沉降產(chǎn)生量隨時間的變化規(guī)律及補償層的預(yù)埋的厚度和位置進(jìn)行研究，形成用于確定補償時機和補償量的沉降量預(yù)測公式，并為設(shè)計指標(biāo)體系奠定基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本實用新型的主視圖；

圖2為本實用新型的左視圖；

圖3為本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型中加壓單元的主視圖；

圖5為圖4中的A-A剖視圖；

圖6為圖5中A部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實用新型中加壓單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7中B部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本實用新型中模型箱的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖9中C部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本實用新型中模型箱去掉第一擋板之后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本實用新型中模型箱的主視圖；

圖13為本實用新型中模型箱的左視圖；

圖14為圖13中的B-B剖視圖；

圖15為圖14中D部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-加壓單元，11-框架，111-第一支腿，112-第二支腿，113-橫梁，114-筋板，115-地腳板，12-油缸，13-壓頭，131-連接板，132-第一壓板，14-導(dǎo)向機構(gòu)，141-第一導(dǎo)向座，142-第二導(dǎo)向座，143-導(dǎo)向套，144-導(dǎo)柱，2-模型箱，21-箱體，211-底板，212-第一側(cè)板，2121-第一插孔，213-第二側(cè)板，214-第三側(cè)板，215-第四側(cè)板，22-路基路面模型，221-路基層，222-底基層，223-基層，224-面層，225-補償層，23-第二壓板，24-安裝架，25-位移傳感器，26-鋼管，27-L型彎管。

具體實施方式

實施例一：

如圖1至圖3所示，所述的一種橋頭沉降補償量測試裝置包括加壓單元1、模型箱2和控制系統(tǒng)，且所述的加壓單元1與模型箱2采用分體結(jié)構(gòu)，所述的模型箱2設(shè)置于所述加壓單元1的內(nèi)部。

如圖4所示，所述的加壓單元1包括框架11、油缸12、壓頭13以及導(dǎo)向機構(gòu)14。所述的框架11呈“門”字型，包括第一支腿111、第二支腿112以及設(shè)置于第一支腿111和第二支腿112上部的橫梁113。為了增加整個框架11的剛度，如圖7所示，所述的第一支腿111和第二支腿112均是由若干個方鋼管焊接而成的方形框架，所述的橫梁113為兩根，分別設(shè)置于所述第一支腿111和第二支腿112的沿寬度方向的兩端，所述的第一支腿111與橫梁13之間以及第二支腿112與橫梁13之間均設(shè)置有筋板114。所述第一支腿111和第二支腿112的底端均設(shè)置有地腳板115。

所述油缸12設(shè)置于所述橫梁113的中部，其缸體與所述的橫梁113固定連接，其活塞桿的桿端設(shè)置有壓頭13，如圖7和圖8所示，所述壓頭13包括連接板131和第一壓板132，所述連接板131與油缸12的活塞桿的桿端通過螺紋固定連接，其下側(cè)設(shè)置有若干個第一壓板132，且所述的第一壓板132呈“井”字狀排布。這主要是為了在測試的過程中使路基路面模型22的各個點受力均勻。

為了避免在測試的過程中油缸12的活塞桿受到非軸向力的作用，所述的壓頭13與框架11之間設(shè)置有導(dǎo)向機構(gòu)14。所述的導(dǎo)向機構(gòu)14包括設(shè)置于所述連接板131的四個角上的導(dǎo)柱144，其中靠近第一支腿111一側(cè)的導(dǎo)柱144通過第一導(dǎo)向座141與所述框架11滑動連接，且與該側(cè)導(dǎo)柱144相配合的導(dǎo)向套143通過螺釘與所述的第一導(dǎo)向座141固定連接；靠近第二支腿112一側(cè)的導(dǎo)柱144通過第二導(dǎo)向座142與所述框111架滑動連接，且與該側(cè)導(dǎo)柱144相配合的導(dǎo)向套143通過螺釘與所述的第二導(dǎo)向座142固定連接。所述導(dǎo)柱144和導(dǎo)向套143之間設(shè)置有無油軸承。由于加工誤差的存在，如圖5和圖6所示，所述的第一導(dǎo)向座141上設(shè)置的允許導(dǎo)柱144穿過的通孔的直徑M大于所述導(dǎo)柱144的直徑N，優(yōu)選的，M為N的1.1倍，同理，所述的第二導(dǎo)向座142上設(shè)置的允許導(dǎo)柱144穿過的通孔的直徑大于所述導(dǎo)柱144的直徑。

如圖9至圖11所示，所述的模型箱2包括箱體21，所述箱體21包括底板211、第一側(cè)板212、第二側(cè)板213、第三側(cè)板214和第四側(cè)板215，工作時，其中的第一側(cè)板212和第二側(cè)板213與所述“門”字型框架11所在的平面平行，第三側(cè)板214和第四側(cè)板215與所述“門”字型框架11所在的平面垂直。所述的底板211、第一側(cè)板212、第二側(cè)板213、第三側(cè)板214和第四側(cè)板215共同圍成了一個無蓋的長方體結(jié)構(gòu)，且所述的底板211的外邊緣凸出于所述第一側(cè)板212、第二側(cè)板213、第三側(cè)板214和第四側(cè)板215的外側(cè)，這主要是為了方便固定。所述的第一側(cè)板212上設(shè)置有若干個呈矩陣排列的第一插孔2121，所述的第二側(cè)板213上設(shè)置有若干個呈矩陣排列的第二插孔(圖中未示出)，所述的第一插孔2121和第二插孔為一一對應(yīng)的關(guān)系。

如圖11所示，所述箱體21的內(nèi)部修筑有路基路面模型22，所述的路基路面模型22由下至上依次為路基層221、底基層222、基層223和面層224，且其中的路基層221內(nèi)設(shè)置有補償層225，路基路面模型22的橫截面的規(guī)格、各層的厚度以及補償層的預(yù)埋深度可以按照實際情況進(jìn)行選取。作為一種具體的實施方式，本實施例的路基路面模型22的橫截面規(guī)格為1m×1m，路基層221、底基層222、基層223和面層224的厚度分別為80cm，30cm，25cm和8cm，補償層225的預(yù)埋深度范圍為70cm～90cm(以補償層225的上表面為基準(zhǔn))，補償層225的厚度范圍為8cm～15cm。在這里，由于路基層221被補償層225分割為上下兩部分，其厚度為上、下兩部分的厚度之和，即上、下兩部分的厚度之和為80cm。所述路基層221的材料為級配良好的礫石混合料，所述的底基層222為二灰堿渣穩(wěn)定土，所述的基層223為水泥穩(wěn)定碎石，所述的面層224為瀝青混凝土，所述的補償層225為按一定比例混合的石膏和粉煤灰，混合比例范圍為1：2～1:4。

為了使路基路面模型22能夠受力均勻，所述的路基路面模型22的上方設(shè)置有第二壓板23，且所述的第二壓板23與箱體21為滑動連接。

為了能夠?qū)崟r的檢測路面沉降的情況，所述箱體21的上部設(shè)置有安裝架24，所述的安裝架24上設(shè)置有位移傳感器25，所述的位移傳感器25與所述的控制系統(tǒng)相連。為了使測試的數(shù)據(jù)盡可能的準(zhǔn)確，避免路基路面模型22因為受力不均而產(chǎn)生不均勻沉降，所述的位移傳感器25為四個，分別位于所述箱體21的四個角上。

安裝模型箱2時，首先根據(jù)補償層225的預(yù)埋深度選取合適高度的第一插孔2121和第二插孔，然后將帶有漏水孔的鋼管26分別插入到此高度的第一插孔2121以及與該第一插孔2121相對應(yīng)的第二插孔內(nèi)，使所述的帶漏水孔的鋼管26位于設(shè)定的補償層225的上方，且所述的漏水孔朝下，所述鋼管26的外徑為60mm。然后按照試驗要求在箱體21內(nèi)修筑路基路面模型22，然后蓋上第二壓板23，裝上安裝架24和位移傳感器25。為了方便石灰漿體的注入，所述鋼管26的兩端均設(shè)置有L型彎管27，且L型彎管27的位于豎直方向的開口朝上。最后將安裝好的模型箱2放到加壓單元1內(nèi)，并通過油缸12對路基路面模型22進(jìn)行預(yù)定項目的測試。

實施例二：

如圖16所示，所述的加壓單元包括放置于第二壓板上的壓頭，所述壓頭上放置有一定重量的重物，通過重物自身的重力對路基路面模型進(jìn)行加壓測試。其余結(jié)構(gòu)同實施例一。

一種橋頭沉降補償量測試方法，包括以下步驟：

a)、設(shè)定路基路面模型，所述路基路面模型由下至上依次為路基層、底基層、基層和面層，且其中的路基層內(nèi)設(shè)置有補償層，具體參數(shù)為：

補償層的預(yù)埋深度為70cm，厚度為11cm；

補償層中石膏和粉煤灰的混合比例為1：2；

路基層、底基層、基層以及面層的材料分別為級配良好的礫石混合料、二灰堿渣穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土；

路基層、底基層、基層以及面層的厚度分別為80cm、30cm、25cm、8cm；

路基路面模型的壓實度為96％。

b)、根據(jù)步驟a)中設(shè)定的補償層的預(yù)埋深度，在所述箱體上插入鋼管，使鋼管的軸線與所述補償層的上表面的距離控制在5cm～10cm之間，且所述鋼管的漏水孔朝下，然后在各個鋼管的兩端分別安裝L型彎管。

c)、根據(jù)步驟a)中設(shè)定的各層的厚度，在箱體中依次鋪設(shè)路基層、補償層、底基層、基層和面層，并壓實。

d)、在路基路面模型的上表面放置第二壓板。

e)、在箱體的上部如圖9所示位置安裝位移傳感器。

f)、將安裝好的模型箱放置到加壓單元內(nèi)部，并使壓頭位于第二壓板的上方。

g)、通過控制系統(tǒng)控制油缸向路基路面模型施加壓力，與此同時，通過位移傳感器檢測路基路面模型的沉降量，并且每隔一天記錄一次數(shù)據(jù)，直至沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

h)、向各個鋼管內(nèi)注入石灰漿體，并記錄注入的石灰漿體的體積，然后通過位移傳感器檢測路基路面模型的抬升量，并且每隔一天記錄一次數(shù)據(jù)，直至抬升達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

i)、重建模型，更改設(shè)定參數(shù)，重復(fù)步驟b)～h)操作，設(shè)定的參數(shù)具體為

補償層的預(yù)埋深度為80cm，厚度為15cm；

補償層中石膏和粉煤灰的混合比例為1：3；

路基層、底基層、基層以及面層的材料分別為級配良好的礫石混合料、二灰堿渣穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土；

路基層、底基層、基層以及面層的厚度分別為80cm、30cm、25cm、8cm；

路基路面模型的壓實度為97％。

j)、重建模型，更改設(shè)定參數(shù)，重復(fù)步驟b)～h)操作，設(shè)定的參數(shù)具體為

補償層的預(yù)埋深度為90cm，厚度為8cm；

補償層中石膏和粉煤灰的混合比例為1：4；

路基層、底基層、基層以及面層的材料分別為級配良好的礫石混合料、二灰堿渣穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土；

路基層、底基層、基層以及面層的厚度分別為80cm、30cm、25cm、8cm；

路基路面模型的壓實度為98％。

k)、根據(jù)步驟a)～j)所得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行下列分析

(1)不同的土質(zhì)、埋深的情況下，沉降產(chǎn)生量隨時間的變化規(guī)律，形成沉降量預(yù)測公式，用于確定補償時機和補償量。

(2)膨脹量的增長規(guī)律研究與補償層的成分比例、位置、厚度、無側(cè)限抗壓強度、密實程度以及石灰漿體的注入量之間的關(guān)系，分析得出最佳的比例模型。