CN102607754B - 一种桩土负摩阻力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桩土负摩阻力的测量装置，包括第一反力装置、上千斤顶、上载荷板、下载荷板、试验箱体、第二反力装置、模型桩、承台板、下千斤顶、第一位移传感器、应变片、应变采集仪、平衡梁、沉降标和第二位移传感器，下载荷板位于试验箱体的土体上表面，模型桩顶端穿出下载荷板的通孔；承台板位于模型桩上方；下千斤顶固定在承台板顶面；上载荷板位于第二反力装置上方；上千斤顶固定在上载荷板顶面；沉降标位于试验箱体土体中；第一位移传感器位于沉降标顶端，第二位移传感器位于承台板顶面，应变片贴覆在模型桩表面，应变片与应变采集仪连接。该测量装置利用千斤顶对土体和模型桩加载，获得荷载值，保证负摩阻力测量的准确性。

Description

一种桩土负摩阻力的测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量含桩土体性能的装置，具体来说，涉及一种桩土负摩阻力的测量装置。

背景技术

目前，在国内外桩基负摩阻力室内试验中，土体加载的问题一直没有较好的解决。已有的研究多采用高压空气或者砂土堆载，但是这两种方法都有明显的缺陷。例如，从已有几例采用高压空气对土体加载的负摩阻力试验来看，虽然可以达到较大的土体加载值(>100kPa)，但是需要在密封容器内进行，除试验设备造价不菲外，因容器空间有限，无法进行桩顶加载及相关测试仪器的架设。因此该试验多局限于研究均布土载作用下群桩内外的沉降差，研究内容单一。采用砂土堆载的方法对土体加载则无需在密闭容器内进行，具有较大的测试仪器架设空间，能够对多项试验数据进行采集，但是因为试验箱高度及砂土密度有限，所以模拟的土体堆载值较低(10kPa左右)，造成桩负摩阻力值较低，严重影响试验效果。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种桩土负摩阻力的测量装置，该测量装置利用千斤顶对土体和模型桩加载，可以获得足够的加载压力，保证负摩阻力测量的准确性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种桩土负摩阻力的测量装置，该测量装置包括含有第一顶梁的第一反力装置、上千斤顶、上载荷板、下载荷板、盛有土体的试验箱体、含有第二顶梁的第二反力装置、模型桩、承台板、下千斤顶、第一位移传感器、应变片、应变采集仪、平衡梁、沉降标和第二位移传感器，其中，所述的第一反力装置、第二反力装置和应变采集仪

位于试验箱体的外侧；下载荷板位于试验箱体中的土体上表面，下载荷板中设有通孔；模型桩的底端位于试验箱体的土体中，模型桩的顶端穿出下载荷板的通孔；承台板位于模型桩上方，且承台板的底面贴覆在模型桩的顶端；下千斤顶固定在承台板顶面，且第二反力装置的第二顶梁位于下千斤顶的上方；上载荷板位于第二反力装置上方，且上载荷板和下载荷板之间通过支撑柱固定连接，上载荷板和下载荷板均呈水平布置；上千斤顶固定在上载荷板顶面，且第一反力装置的第一顶梁位于上千斤顶的上方；平衡梁位于上载荷板与下载荷板之间，且平衡梁固定连接在试验箱体的壁面上；沉降标的底端位于试验箱体的土体中，沉降标的顶端穿出下载荷板的通孔；第一位移传感器位于沉降标的顶部，且第一位移传感器通过磁性表座固定在平衡梁上；第二位移传感器位于承台板的顶面，且第二位移传感器通过磁性表座固定在平衡梁上，第一位移传感器和第二位移传感器分别通过导线与位移采集仪连接；应变片贴覆在模型桩的表面，且应变片通过导线与应变采集仪连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1. 利用上千斤顶对土体加载，可以获得足够的加载压力，保证负摩阻力测量的准确性。现有技术中，利用高压空气在密闭环境中对土体加载，其施加的荷载力通常只有100千帕左右。而在本发明中，采用上千斤顶，通过油泵可以实现较大的加载值，模拟的土体表面堆载可以容易的达到几百千帕级别。较大的土表堆载能够引发明显的土体沉降，从而获得显著的桩基负摩阻力。由于土体沉降明显，所以通过应变采集仪、第一位移传感器和第二位移传感器采集的数据更为精准，可以减少仪器测量误差对试验结果影响。

2. 该测量装置无须在密封状态下工作，造价低廉。现有技术中，利用高压空气对土体加载必须在密闭环境中进行，整个测量装置的造价较高。而在本发明中，测量装置中的试验箱体为开放型，无需气密设置，测量装置的主要组成部件：试验箱体、上载荷板、下载荷板、承台板、第一反力装置和第二反力装置，均为价格低廉的钢板制成。测量装置总体构造简单，造价低廉。

3. 测试仪器摆放空间充裕。本发明的测量装置可以根据试验需求，通过改变支撑柱的高度，获得足够的空间，用于平衡梁及第二反力装置的架设，使相关测试仪器能够有足量空间得以摆放，进而使测试项目不因仪器摆放的原因而减少。

4. 荷载可分级精确控制，有利于增强试验效果和提高测量数据的准确性。测量过程中，通过精确的控制上千斤顶的加载值，例如通过高精度液压表控制上千斤顶的加载值，可以精确控制土体加载值。实际工程中，地面堆载常以阶段性分级施加的形式出现，本测量装置可通过上千斤顶分级加载，实现土体的分级堆载作用，从而更好的模拟实际情况，并相对单次土体加载获得更多的试验数据。这有利于增强试验效果和提高测量数据的准确性。

附图说明

图1是本发明的正向剖视图。

图2是本发明的侧向剖视图。

图3是本发明中第一移传感器、平衡梁、沉降标和应变采集仪之间的连接结构图。

图4是本发明中的上载荷板和下载荷板的俯视图。

图中有：第一反力装置1、上千斤顶2、上载荷板3、下载荷板4、试验箱体5、第二反力装置6、模型桩7、承台板8、下千斤顶9、第一位移传感器10、应变片11、应变采集仪12、支撑柱13、土体14、平衡梁15、沉降标16、第二位移传感器17、磁性表座18、拉杆19、第一顶梁101、第一反力柱102。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1至图4所示，本发明的一种桩土负摩阻力的测量装置，包括含有第一顶梁101的第一反力装置1、上千斤顶2、上载荷板3、下载荷板4、盛有土体14的试验箱体5、含有第二顶梁的第二反力装置6、模型桩7、承台板8、下千斤顶9、第一位移传感器10、应变片11、应变采集仪12、平衡梁15、沉降标16和第二位移传感器17。第一反力装置1、第二反力装置6和应变采集仪12位于试验箱体5的外侧。下载荷板4位于试验箱体5中的土体14上表面。下载荷板4中设有通孔。下载荷板4的通孔的数量等于沉降标16和模型桩7的数量之和。模型桩7的底端位于试验箱体5的土体14中，模型桩7的顶端穿出下载荷板4的通孔。一根模型桩7穿出下载荷板4的一个通孔。承台板8位于模型桩7上方，且承台板8的底面贴覆在模型桩7的顶端。下千斤顶9固定在承台板8顶面，且第二反力装置6的第二顶梁位于下千斤顶9的上方。第二顶梁用于限制下千斤顶9向上方的移动。上载荷板3位于第二反力装置6上方，且上载荷板3和下载荷板4之间通过支撑柱13固定连接。上载荷板3和下载荷板4均呈水平布置。上千斤顶2固定在上载荷板3顶面，且第一反力装置1的第一顶梁101位于上千斤顶2的上方。第一顶梁101用于限制上千斤顶2向上方的移动。平衡梁15位于上载荷板3与下载荷板4之间，且平衡梁15固定连接在试验箱体5的壁面上。在整个测量过程中，平衡梁15不受力，保持静止状态。沉降标16可以是多个，并可埋设在土体14的不同深度处。沉降标16的底端位于试验箱体5的土体14中，沉降标16的顶端穿出下载荷板4的通孔。第一位移传感器10位于沉降标16的顶部，且第一位移传感器10通过磁性表座18固定在平衡梁15上。沉降标16的顶端可以设置为平面，第一位移传感器10置于沉降标16的顶端上。磁性表座18固定在平衡梁15上，磁性表座18中的拉杆19与第一位移传感器10固定连接。第二位移传感器17位于承台板8的顶面，且第二位移传感器17通过磁性表座18固定在平衡梁15上。磁性表座18固定在平衡梁15上，磁性表座18中的拉杆19与第二位移传感器17固定连接。第一位移传感器10和第二位移传感器17分别通过导线与位移采集仪12连接。因为第一反力装置1和第二反力装置6在测量过程中都承受荷载，结构都产生变形，所以第一反力装置1和第二反力装置6不能用于架设第一位移传感器10或第二位移传感器17，否则第一位移传感器10或第二位移传感器17会产生很大的测量误差。应变片11贴覆在模型桩7的表面，且应变片11通过导线与应变采集仪12连接。

    进一步，为了保证土体14和模型桩7受力均匀，上千斤顶2位于上载荷板3的几何中心，下千斤顶9位于承台板8的几何中心，上载荷板3的几何中心和下载荷板4的几何中心位于同一竖线上，且支撑柱13均匀布置在上载荷板3的几何中心周边，模型桩7均匀布置在承台板8的几何中心周边。上千斤顶2位于上载荷板3的几何中心，上载荷板3的几何中心和下载荷板4的几何中心位于同一竖线上，支撑柱13均匀布置在上载荷板3的几何中心周边。这样可以保证上载荷板3和下载荷板4受力均匀，进而保证土体14受力均匀。如图2所示，上载荷板3和下载荷板4的横截面均为矩形，且上载荷板3和下载荷板4的中心点位于同一竖线上。在上载荷板3和下载荷板4 之间设置四根支撑柱13，且四根支撑柱13到上载荷板3中心点的距离相等。当然，上载荷板3和下载荷板4还可以是其他形状，例如上载荷板3和下载荷板4的横截面均为圆形。当然，上载荷板3和下载荷板4之间可以设置6根、8根或者10根支撑柱13。下千斤顶9位于承台板8的几何中心，模型桩7均匀布置在承台板8的几何中心周边。这样可以保证承台板8受力均匀，进而保证模型桩7受力均匀。

进一步，所述的模型桩7为空心管，应变片11贴覆在模型桩7的内壁面上。将应变片11贴覆在模型桩7的内壁面上，可以避免模型桩7外侧的土体对应变片11的破坏，使得应变片11采集的信息更加准确。

进一步，第一反力装置1的结构可以是多种，本专利考虑到安装的便利，优选以下结构：第一反力装置1还包括第一反力柱102，第一反力装置1的第一顶梁101呈水平布置，第一反力柱102的一端固定连接第一顶梁101，第一反力柱102的另一端固定在地面上。第一反力柱102可以是两根，分别布置在第一顶梁101的两端。第二反力装置6的结构可以是多种，本专利考虑到安装的便利，优选以下结构：所述的第二反力装置6还包括第二反力柱，第二反力装置6的第二顶梁呈水平布置，第二反力柱的一端固定连接第二顶梁，第二反力柱的另一端固定在试验箱体5的外壁上。第二反力柱可以是两根，分别布置在第二顶梁的两端。

该结构的桩土负摩阻力的测量装置适用于普通试验箱，能模拟较大土体堆载值，并有足够空间用于桩顶加载及相关测试仪器的摆放。该测量装置采用上千斤顶2模拟土体堆载，采用下千斤顶9模拟桩顶荷载，适用于单桩、群桩的负摩阻力模型试验。

该测量装置的安装过程是：首先，铺设测试元件：在土体14的不同深度处埋设沉降标16，将应变片11贴覆在模型桩7的内表面，并将应变片11和应变采集仪12连接，将模型桩7埋设在土体14中；其次，依据试验箱体5的平面尺寸，制作设有通孔的下载荷板4，将下载荷板4放置在土体14表面，并使模型桩7的顶端穿过下载荷板4的通孔；然后，安装下千斤顶9、承台板8和第二反力装置6，将承台板8放置在模型桩7的上方，将下千斤顶9放置在承台板8的顶面，将第二反力装置6的第二顶梁设置在下千斤顶9的上方；接着，将装有支撑柱13的上载荷板3平稳放置到下荷载板4的预定位置；最后，安装平衡梁、上千斤顶2和第一反力装置1，将上千斤顶2固定在上载荷板3的顶面，将第一反力装置1的第一顶梁101设置在上千斤顶2的上方，将平衡梁15固定在试验箱体5的壁面上，并将第一位移传感器10置于沉降标16上，通过磁性表座18固定连接在平衡梁15上，将第二位移传感器17置于承台板8上，通过磁性表座18固定连接在平衡梁15上。

该测量装置的测量过程是：由于第一反力装置1和第二反力装置6固定在试验箱体5的外壁上或者地面上，所以无论上千斤顶2或下千斤顶9在竖直方向如何伸展或者收缩，第一反力装置1和第二反力装置6都不会移动。启动上千斤顶2，上千斤顶2向上伸展，由于第一反力装置1对上千斤顶2纵向位移的限制，当上千斤顶2的顶端抵触到第一反力装置1的第一顶梁101底面时，上千斤顶2对上载荷板3施加荷载，通过支撑柱13传至下载荷板4，从而模拟均匀的地面堆载。

启动下千斤顶9，下千斤顶9向上伸展，由于第二反力装置6的第二顶梁对下千斤顶9纵向位移的限制，当下千斤顶9的顶端抵触到第二反力装置6的顶板底面时，下千斤顶9对承台板8施加荷载，承台板8将荷载传至模型桩7，从而模拟均匀的模型桩加载。

启动上千斤顶2后，土体14受载发生沉降，同时带动埋设在土体14内的沉降标16的沉降，通过第一位移传感器10对沉降标16顶部位移的采集，即可获得沉降标16底部处的土层沉降值；通过第二位移传感器17对承台板8顶部位移的采集，即可获得模型桩7的沉降值。

启动上千斤顶2或下千斤顶9后，模型桩7发生压缩变形，通过应变采集仪12对应变片11的数据进行采集，经换算可得到模型桩7的受力。

上千斤顶2和下千斤顶9的启动顺序根据试验所需要模拟的工况而定，例如实际工程中先对桩基施加荷载后对土体施加荷载，试验模拟时则需先启动下千斤顶9，后启动上千斤顶2。反之亦然。

Claims (5)

1.一种桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，该测量装置包括含有第一顶梁（101）的第一反力装置（1）、上千斤顶（2）、上载荷板（3）、下载荷板（4）、盛有土体（14）的试验箱体（5）、含有第二顶梁的第二反力装置（6）、模型桩（7）、承台板（8）、下千斤顶（9）、第一位移传感器（10）、应变片（11）、应变采集仪（12）、平衡梁（15）、沉降标（16）和第二位移传感器（17），其中，

所述的第一反力装置（1）、第二反力装置（6）和应变采集仪（12）位于试验箱体（5）的外侧；下载荷板（4）位于试验箱体（5）中的土体（14）上表面，下载荷板（4）中设有通孔；模型桩（7）的底端位于试验箱体（5）的土体（14）中，模型桩（7）的顶端穿出下载荷板（4）的通孔；承台板（8）位于模型桩（7）上方，且承台板（8）的底面贴覆在模型桩（7）的顶端；下千斤顶（9）固定在承台板（8）顶面，且第二反力装置（6）的第二顶梁位于下千斤顶（9）的上方；上载荷板（3）位于第二反力装置（6）上方，且上载荷板（3）和下载荷板（4）之间通过支撑柱（13）固定连接，上载荷板（3）和下载荷板（4）均呈水平布置；上千斤顶（2）固定在上载荷板（3）顶面，且第一反力装置（1）的第一顶梁（101）位于上千斤顶（2）的上方；平衡梁（15）位于上载荷板（3）与下载荷板（4）之间，且平衡梁（15）固定连接在试验箱体（5）的壁面上；沉降标（16）的底端位于试验箱体（5）的土体（14）中，沉降标（16）的顶端穿出下载荷板（4）的通孔；第一位移传感器（10）位于沉降标（16）的顶部，且第一位移传感器（10）通过磁性表座（18）固定在平衡梁（15）上；第二位移传感器（17）位于承台板（8）的顶面，且第二位移传感器（17）通过磁性表座（18）固定在平衡梁（15）上，第一位移传感器（10）和第二位移传感器（17）分别通过导线与应变采集仪（12）连接；应变片（11）贴覆在模型桩（7）的表面，且应变片（11）通过导线与应变采集仪（12）连接。

2.按照权利要求1所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的上千斤顶（2）位于上载荷板（3）的几何中心，下千斤顶（9）位于承台板（8）的几何中心，上载荷板（3）的几何中心和下载荷板（4）的几何中心位于同一竖线上，且支撑柱（13）均匀布置在上载荷板（3）的几何中心周边，模型桩（7）均匀布置在承台板（8）的几何中心周边。

3.按照权利要求1或2所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的模型桩（7）为空心管，应变片（11）贴覆在模型桩（7）的内壁面上。

4.按照权利要求1所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的第一反力装置（1）还包括第一反力柱（102），第一反力装置（1）的第一顶梁（101）呈水平布置，第一反力柱（102）的一端固定连接第一顶梁（101），第一反力柱（102）的另一端固定在地面上。

5.按照权利要求1所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的第二反力装置（6）还包括第二反力柱，第二反力装置（6）的第二顶梁呈水平布置，第二反力柱的一端固定连接第二顶梁，第二反力柱的另一端固定在试验箱体（5）的外壁上。

Images