CN103741727B - 一种测量负摩阻力中性点的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种测量负摩阻力中性点的装置及方法，包括负摩阻力中性点的测量装置及其安装测量方法，负摩阻力中性点测量装置由液压装置和液压测变盒组成，液压测变片部分包括外部的保护长方体外壳和内部可延伸的刀口切入式测变片。本发明采用所述的负摩阻力中性点测量装置安装在钢筋上，当桩体灌入混凝土并养护28天后，启动液压装置将测变片伸出，切入土层内。通过传感器输入到地表的应变采集仪中，所测得桩中数据和土中数据相等点为该桩的负摩阻力中性点。本发明使得负摩阻力中性点可以通过现场仪器直接测定。

Description

一种测量负摩阻力中性点的装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程中桩基工程领域，涉及一种测量负摩阻力中性点的装置及方法，具体是一种用于测定桩侧土体对桩体的负摩阻力中性点的装置，及其测定方法。

背景技术

桩身存在负摩阻力时，桩侧土的固结沉降随深度是逐步发展的。当到达某一深度后，桩侧土与桩之间相对位移为零，即桩的下沉量和桩侧土的沉降量相等，此位置称为中性点。中性点处桩身负摩阻力为零，桩身轴力最大。中性点以上，桩身受负摩阻力作用；中性点以下，桩身上受正摩阻力作用。中性点是摩阻力、桩土相对位移和轴力沿桩身变化的特征点，是研究负摩阻力问题的一个重要参数。桩侧土固结初期，中性点位置较高，桩身大部分区段为正摩擦力，随着桩侧土的固结，土的沉降逐渐增大，中性点也逐渐下移，中性点以上的桩侧摩阻力方向发生改变，桩承受更多的负摩阻力，使桩身轴力增加。

正确计算负摩阻力导致的下拉荷载首要问题就是如何合理确定中性点深度。尽管各国学者提出了几种常用的经验计算公式，但桩土相互作用下中性点位置呈动态变化过程，其受到多种因素的影响，如桩侧软土层的位置、厚度，桩侧土和桩端土的物理力学性质等，而现有规范中没有考虑这点。中性点的考虑中如何反映施工过程以及以后使用过程中可能遇到的因素变化，对于桩在负摩阻力作用下的合理设计意义重大。

目前，中性点的深度计算公式还有待完善，中性点位置的获取主要依靠现场试验。但是现场试验的测定方法并不是直接测得中性点的深度，而是通过桩身应力反算桩身沉降，对比土中分层沉降，计算出桩土位移零点，求取中性点深度。该方法试验过于繁琐，土中分成沉降也不太容易测得。

本发明给出的测量负摩阻力中性点的装置可以通过本身数据，直接得到桩侧负摩阻力中性点的深度。为工程实践和负摩阻力的研究提供了很好的现场试验支持。

发明内容

技术问题：负摩阻力研究中，其中性点的确定是不可或缺的一个重要环节，只有通过准确的中性点深度才能计算出桩侧负摩阻力对桩体的影响。准确确定中性点位置对负摩阻力的研究发展有着重要的意义。目前，负摩阻力中性点的准确深度只能通过现场试验来确定，但当下的现场试验并不能直接测定负摩阻力中性点深度，试验步骤繁琐，试验周期过长，并且必须通过采集数据的在处理才能确定出中性点的位置，可能会产生一定的误差，本发明给出的测量负摩阻力中性点的装置及方法，可以直接测得中性点的位置，并且试验原理简单，价格经济合理。

技术方案：本发明的测量负摩阻力中性点的装置。

包括：液压装置、液压测变盒、传感器和应变采集仪，其中液压测变盒包括切入式测变片、测变保护壳、液压推进杆，每个液压测变盒都由液压导管链接。

所述液压测变盒为5面密封，另一端用塑料膜密封，防止加固材料的侵入。液压测变盒内部放置液压推动杆与液压导管相连，靠近塑料膜一侧放置切入式测变片，一段制成刀口状，易切入桩周土内部。切入式测变片内放置较为灵敏的应变片以测定桩侧土体与桩体自身的应力。传感器竖立在试验钢筋上方，通过导线与下方每一个切入式测变片内的应变片相连以获得测定数据。

负摩阻力中性点的测定实施方法为：

①每个液压测变盒通过液压导线和传感线链接，固定在钢筋上，间隔0.2-0.5m布设一个；

②成孔结束后将此试验钢筋随钢筋笼一起沉入孔内；

③所述试验钢筋靠边放置，使得固定在钢筋上的液压测变盒塑料封口段紧贴桩侧土体放置。

④灌注混凝土或其他加固材料后，待到养护结束后，启动上部的液压装置通过液压导管使得液压测变盒内的切入式测变片进入桩侧土体中。

⑤通过传感器采集切入式测变片内应变片的数据，记录初始各应变片数值，等到土体固结完成后，再次读取各应变片数值，前后数据相等时，则代表该处为负摩阻力中性点。当在相邻两液压测变盒之间出现应变数值相等时，则相邻两液压测变盒应变数值为ε₁和ε₂，且符号相反，相邻两液压测变盒间隔为Lm，则负摩阻力中性点s按公式 $\frac{\left|{\mathrm{\ϵ}}_1\right|}{\left|{\mathrm{\ϵ}}_1\right|+\left|{\mathrm{\ϵ}}_2\right|}L=s$ 确定。

本发明的测量负摩阻力中性点的装置及其方法如图1、2所示。该测量负摩阻力中性点的装置原理简单明了，操作方法简单。通过现场试验直接测定负摩阻力中性点，为设计研究带来便捷。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的测量负摩阻力中性点的装置采用液压系统和带应变片的切入式测变片，能够通过成桩后液压装置的推动直接测得桩侧土层和桩体自身的应力数值，装置的原理简单易懂，操作方便，不但解决了原有负摩阻力现场试验需多组试验同时进行的问题，同时可以直接得到负摩阻力的中性点位置，无需进行计算，减小了可能引起的误差。该装置设备简单，价格适中，对比多组试验而言，经济合理。

附图说明

图1是本发明的负摩阻力中性点测量方法安装时的示意图，

图2是本发明的负摩阻力中性点测量方法测量时的示意图；

图3、4是本发明的液压测变盒示意图。

图中有：1-中性点测量装置埋设阶段、2-中性点测量装置测定阶段、3-液压推进杆、4-测试片保护壳、5-切入式测变片、6-液压导管、7-桩体、8-液压装置、9-应变采集仪、10-传感器、11-液压测变盒、12-内置应变片。

具体实施方式

本发明的负摩阻力中性点测量装置包括：液压装置、液压测变盒、传感器和应变采集仪，其中液压测变盒包括切入式测变片、测变保护壳、液压推进杆，每个液压测变盒都由液压导管链接。液压测变盒内部放置液压推动杆与液压导管相连，靠近塑料膜一侧放置切入式测变片。切入式测变片内放置较为灵敏的应变片以测定桩侧土体与桩体自身的应力。传感器竖立在试验钢筋上方，通过导线与下方每一个切入式测变片内的应变片相连以获得测定数据。

本发明的测量装置埋设阶段1中，在竖直方向分别设有一排液压测变盒11，各液压测变盒11之间由液压导管6连接，在最上端由液压导管6连接液压装置8；在中性点测量装置测定阶段2中，在最上端由传感器10采集信号并送入应变采集仪9。

所述的液压测变盒11固定在钢筋上，液压测变盒11在钢筋上间隔0.2-0.5m布设一个。

所述液压测变盒11包括切入式测变片5、测试片保护壳4、液压推进杆3、内置应变片12，测试片保护壳4内设有切入式测变片5，在切入式测变片5内设有内置应变片12，液压推进杆3的一端位于测试片保护壳4内并与切入式测变片5相连。

负摩阻力中性点的测定实施方法为：每个液压测变盒通过液压导线和传感线链接，固定在钢筋上，间隔0.2-0.5m布设一个；成孔结束后将此试验钢筋随钢筋笼一起沉入孔内；所述试验钢筋靠边放置，使得固定在钢筋上的液压测变盒塑料封口段紧贴桩侧土体放置。灌注混凝土或其他加固材料后，待到养护结束后，启动上部的液压装置通过液压导管使得液压测变盒内的切入式测变片进入桩侧土体中。通过传感器采集切入式测变片内应变片的数据，记录初始各应变片数值，等到土体固结完成后，再次读取各应变片数值，前后数据相等时，则代表该处为负摩阻力中性点。当相等值在两处液压测变盒之间是采用内插法确定负摩阻力中性点。

本发明的一种测量负摩阻力中性点的装置的测量方法具体为：

①钻机成孔后，进入中性点测量装置埋设阶段1，将固定有液压测变盒11的钢筋沉入孔内，进行注浆；测变盒桩侧部通过塑料膜封住，防止混凝土等加固材料的侵入液压测变盒11；

②等到注浆完成后，养护28天，桩体成型后，启动液压装置8，将液压测变盒11中的切入式测变片5推入桩周土内，进入中性点测量装置测定阶段2；

③通过传感器10采集切入式测变片5内应变片的数据，将切入式测变片5内部的应变片数据返回到应变采集仪9中，当某处在应变采集仪中桩周土和桩体应变数值相等时，则代表该处为负摩阻力中性点；当在相邻两液压测变盒11之间出现应变数值相等时，则相邻两液压测变盒11应变数值为ε₁和ε₂，符号相反，相邻两液压测变盒11间隔为Lm，则负摩阻力中性点位置s按公式确定，s为相邻两液压测变盒之间中性点距上方测变盒之间的距离。

Claims (4)

1.一种测量负摩阻力中性点的装置，其特征在于该装置在中性点测量装置埋设阶段(1)中，在竖直方向分别设有一排液压测变盒(11)，各液压测变盒(11)之间由液压导管(6)连接，在最上端由液压导管(6)连接液压装置(8)；在中性点测量装置测定阶段(2)中，在最上端由传感器(10)采集信号并送入应变采集仪(9)。

2.根据权利要求1所述的一种测量负摩阻力中性点的装置，其特征在于所述的液压测变盒(11)固定在钢筋上，液压测变盒(11)在钢筋上间隔0.2-0.5m布设一个。

3.根据权利要求1或2所述的一种测量负摩阻力中性点的装置，其特征在于，所述液压测变盒(11)包括切入式测变片(5)、测试片保护壳(4)、液压推进杆(3)、内置应变片(12)，测试片保护壳(4)内设有切入式测变片(5)，在切入式测变片(5)内设有内置应变片(12)，液压推进杆(3)的一端位于测试片保护壳(4)内并与切入式测变片(5)相连。

4.一种采用权利要求1所述装置的负摩阻力中性点的测量方法，其特征在于，测定负摩阻力中性点的方法为：

①钻机成孔后，进入中性点测量装置埋设阶段(1)，将固定有液压测变盒(11)的钢筋沉入孔内，进行注浆；测变盒桩侧部通过塑料膜封住，防止混凝土加固材料侵入液压测变盒(11)；

②等到注浆完成后，养护28天，桩体成型后，启动液压装置(8)，将液压测变盒(11)中的切入式测变片(5)推入桩周土内，进入中性点测量装置测定阶段(2)；

③通过传感器(10)采集切入式测变片(5)内应变片的数据，将切入式测变片(5)内部的应变片数据返回到应变采集仪(9)中，当某处在应变采集仪中桩周土和桩体应变数值相等时，则代表该处为负摩阻力中性点；当在相邻两液压测变盒(11)之间出现应变数值相等时，则相邻两液压测变盒(11)应变数值为ε₁和ε₂，符号相反，相邻两液压测变盒(11)间隔为L，则负摩阻力中性点位置s按公式确定，s为相邻两液压测变盒之间中性点距上方测变盒之间的距离。