CN103835323A - 静压桩模型试验的加载及测量装置 - Google Patents

Abstract

静压桩模型试验的加载及测量装置，包括加载装置和测量装置，所述加载装置包括压桩横梁、并联油缸和油缸底架；测量装置包括压力传感器、压力显示器、传力基座、静探微机、探杆定位块、静力触探杆、桩体、双桥静力触探系统、触探头和桩尖。本发明通过两套并联的油缸，采用液压方式对垂直放置于模型槽土中的空心管桩加载。通过调节油压控制压桩速度，保证桩身的匀速下沉。在桩顶设压力传感器量测沉桩过程中的压桩力，实时量测和记录沉桩过程中的沉桩阻力变化情况。把空心管桩作为双桥静力触探系统的摩擦筒，用静探微机自动采集端阻力和侧阻力，排除其它因素的干扰，所得的数据精度高，可以储存和成图显示。本发明的测量装置设计新颖、方便快捷。

Description

静压桩模型试验的加载及测量装置

技术领域

本申请涉及静压桩的模型试验，具体涉及一种静压桩模型试验的加载及测量装置。

背景技术

静压桩是我国桩基础施工的一种主要桩型，因其具有沉桩速度均匀、无振动、无噪音等优点，在人口密集的大中城市及软土地区得到了广泛的应用，且取得了良好的效果。沉桩过程中，静压桩的沉桩阻力由两部分组成，一部分来自桩尖向下穿透土层时冲挤土体产生的端阻力，另一部分来自桩侧滑动摩阻力。端阻力随土层的变化而变化，即使在均质土中也存在强化效应和退化效应；而侧摩阻力则存在着疲劳效应，同一根桩中，桩身某一位置的桩侧阻力会随着桩入土深度的不断增加而逐渐减小。桩端阻力和桩侧阻力在压桩过程中始终是变化的，两者与沉桩阻力的比值问题一直是桩基工程界关心的热点问题，至今没有明确的答案。实际工程中，沉桩阻力的正确估算对合理地评价不同土体的沉桩可能性及选择沉桩设备、防止工程事故、提高经济效益等方面意义重大。目前，静压桩的理论研究还不能充分考虑沉桩过程中诸多因素对沉桩阻力的影响，为弥补理论研究的不足，静压桩需要进行一定数量的模型试验，在模型试验中通过对静压桩进行加载并测量压桩力、侧阻力以及端阻力的数值，分析其变化规律，对于研究基桩的受力情况、控制其沉桩质量方面有着十分重要的作用。经对现有技术的检索，尚未发现相关技术的内容。

发明内容

解决的技术问题：本申请提供一种静压桩模型试验的加载及测量装置，解决了静压桩模型试验中的加载及量测问题。

技术方案：静压桩模型试验的加载及测量装置，包括加载装置和测量装置，所述加载装置包括压桩横梁、并联油缸和油缸底架，压桩横梁中心设有压力传感器连接口，以压力传感器连接口为中心，中心对称设有至少两个油缸活塞杆预留孔，油缸底架的中心设有通孔，并联油缸设于油缸底架上，油缸活塞杆设于压桩横梁的油缸活塞杆预留孔内；测量装置包括压力传感器、压力显示器、传力基座、静探微机、探杆定位块、静力触探杆、桩体、双桥静力触探系统、触探头和桩尖，其中压力传感器、传力基座、静力触探杆、双桥静力触探系统和触探头自上而下依次连接，静探微机与双桥静力触探系统通过静探微机信号传输线连接，压力显示器与压力传感器通过压力显示器信号传输线连接，静力触探杆和双桥静力触探系统设于桩体内，探杆定位块设于桩体的顶部并与静力触探杆连接，触探头伸出桩体外，桩尖设于触探头上。

所述桩体的外表面设有深度标记线。

所述静探微机信号传输线和压力显示器信号传输线为四芯信号线。

所述双桥静力触探系统设于桩体的底端。

所述静力触探杆由上、下杆组成，上、下杆通过上下杆连接套连接。

所述探杆定位块中心设有静力触探杆预留孔。

所述桩尖中心设有触探头预留孔。

所述传力基座中心设有压力传感器连接口。

所述探杆定位块高出桩体1～2cm。

所述并联油缸设有两对油管接口，并联油缸之间的油管接口通过油管连接。

有益效果：

目前在静压桩模型试验中，没有专门装置对沉桩阻力予以量测，端阻力和侧阻力是通过粘贴在桩身及桩端的应变片测量的，由于应变片阻值随环境、温度而变化，在沉桩过程中受到较多的干扰因素后将使测试结果精度降低、误差增大。本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种静压桩模型试验的加载及测量装置。

本发明通过两套并联的油缸，采用液压方式对垂直放置于模型槽土中的空心管桩加载。通过调节油压控制压桩速度，保证桩身的匀速下沉。在桩顶设压力传感器量测沉桩过程中的压桩力，实时量测和记录沉桩过程中的沉桩阻力变化情况。把空心管桩作为双桥静力触探系统的摩擦筒，用静探微机自动采集端阻力和侧阻力，排除了其它因素的干扰，所得的数据精度高，可以储存和成图显示。本发明的测量装置设计新颖、方便快捷。

本发明还可以对同一深度处模型桩的压桩力、侧阻力、端阻力等数值进行对比分析，以进一步揭示沉桩规律及压桩力影响因素，很好地解决了现有静压桩模型试验中无法确切反应沉桩阻力这一技术问题。

附图说明

图1为加载装置结构示意图；

图2为油缸底架结构示意图；

图3为压桩横梁结构示意图；

图4为测量装置结构示意图；

图5为桩管外表面结构示意图；

图6为静力触探杆结构示意图；

图7为探杆定位块结构示意图；

图8为桩尖结构示意图；

图9为传力基座结构示意图；

图10为密实砂土中不同端角桩的端阻力模型试验结果；

图11分层土中单、双桩压桩力模型试验结果。

图中1压桩横梁，2压力传感器，3桩体，4并联油缸，5油缸底架，6油缸活塞杆，7油管，8槽钢边沿，9钢板边沿，10钢板加劲肋，11连接钢板，12活塞杆预留孔，13压力传感器连接口，14压力显示器，15静探微机，16静力触探杆，17双桥静力触探系统，18静力触探头，19桩尖，20探杆定位块，21压力显示器信号传输线，22静探微机信号传输线，23传力基座，24深度标记线，25上下杆连接套，26静力触探杆预留孔，27触探头预留孔，28压力传感器连接口。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本实施例的加载装置图1包括：压桩横梁1、压力传感器2、桩体3、并联油缸4、油缸底架5、油缸活塞杆6及油管7；其中油缸底架结构示意图图2包括槽钢边沿8、钢板边沿9、钢板加劲肋10及连接钢板11；压桩横梁结构示意图3包括活塞杆预留孔12和压力传感器连接口13。

本实施例的量测装置结构示意图4包括：压桩横梁1、压力传感器2、桩体3、压力显示器14、静探微机15、静力触探杆16、双桥触探系统17、静力触探头18、桩尖19、探杆定位块20、压力显示器信号传输线21和静探微机信号传输线22、传力基座23。压力传感器2一端螺旋连接固定于压桩横梁1，另一端螺旋连接固定于传力基座23，压力传感器2与压力显示器14之间通过压力显示器信号传输线21相连；桩体3的上端用探杆定位块20固定静力触探杆16的位置，下端是双桥触探系统17；静力触探头18进入桩尖19，桩尖19螺旋连接于桩体3；双桥触探系统17和静探微机15之间用静探微机信号传输线22连接。其中桩管外表面结构示意图5包括深度标记线24；静力触探杆结构示意图6包括杆顶传力基座23和上下杆连接套25；探杆定位块结构示意图

节点详图包括探杆定位块结构示意图7、桩尖结构示意图8和传力基座结构示意图9。图7中有静力触探杆预留孔26、图8中有触探头预留孔27、图9中有压力传感器连接口28。

所述加载装置中的并联油缸4为行程1000mm、缸径80mm的高压油缸、压桩横梁1及油缸底架5中的钢板厚8mm、槽钢型号为[8；

所述量测装置中的压力传感器2为S型压力传感器，为电阻应变式压力传感器，量程1000～2500kg；压力显示器14为液晶显示屏，分辨率1/1000；静探微机型号KE-U310；所述桩体3为空心管桩，桩身上每隔一定间距用绘图笔画出深度标记线24；所述静力触探杆16的上下接长采用螺旋连接套25，静力触探杆16的上端设置触探数据线出口和传力基座23；所述探杆定位块20高出桩端1～2cm，内接于桩顶，中间留置空洞26安放静力触探杆；桩尖19为实体，中间预留探头孔27；传力基座23上面设置压力传感器连接口28。

实施例1

静压桩模型试验的加载及测量装置，包括加载装置和测量装置，所述加载装置包括压桩横梁1、并联油缸4和油缸底架5，压桩横梁中心设有压力传感器连接口13，以压力传感器连接口为中心，中心对称设有至少两个油缸活塞杆预留孔12，油缸底架的中心设有通孔，并联油缸设于油缸底架上，油缸活塞杆6设于压桩横梁的油缸活塞杆预留孔内；测量装置包括压力传感器2、压力显示器14、传力基座23、静探微机15、探杆定位块20、静力触探杆16、桩体3、双桥静力触探系统17、触探头18和桩尖19，其中压力传感器2、传力基座23、静力触探杆16、双桥静力触探系统17和触探头18自上而下依次连接，静探微机15与双桥静力触探系统17通过静探微机信号传输线22连接，压力显示器14与压力传感器2通过压力显示器信号传输线21连接，静力触探杆16和双桥静力触探系统17设于桩体3内，探杆定位块20设于桩体3的顶部并与静力触探杆16连接，触探头18伸出桩体3外，桩尖19设于触探头18上。所述桩体3的外表面设有深度标记线24。所述静探微机信号传输线和压力显示器信号传输线为四芯信号线。所述双桥静力触探系统17设于桩体3的底端。所述静力触探杆16由上、下杆组成，上、下杆通过上下杆连接套25连接。所述探杆定位块20中心设有静力触探杆预留孔26。所述桩尖中心设有触探头预留孔27。所述传力基座中心设有压力传感器连接口28。所述探杆定位块高出桩体1～2cm。所述并联油缸设有两对油管接口，并联油缸之间的油管接口通过油管7连接。

所述的模型试验桩为一根外径45mm、内径40mm的有机玻璃管，桩尖采用高密度尼龙材料制作，桩长1200mm。为记录压桩力，在桩身表面每隔40mm画一道标记线。试验模型槽为一长×宽×高为1200×1000×1200mm的长方体，槽的底面及三面为钢板，一面是有机玻璃板，上口设计了井字架以支撑加载装置，槽中填满了土；加载装置中的油缸系统为行程1000mm、缸径80mm的高压油缸、横梁及底架连接钢板厚8mm、底架槽钢型号为[8，压桩力来自并联油缸，通过液压方式施加顶压力。

第一步，本实施例按照以下步骤进行加载

把并联油缸4并联焊接在油缸底架5上，把压桩横梁1固定在并联油缸的活塞杆6上，模型桩3与压力传感器2相连，液压系统通过压桩横梁1施加压力；

第二步，本实施例按照以下步骤进行量测

（1）把双桥量测系统17放入有机玻璃桩管3的底部，上端与静力触探杆16连接、探杆接长按照25进行，触探头18放入桩尖19的预留孔27后把桩尖19与桩体3连接、桩顶安放由高密度尼龙材料制作的探杆定位块20，静力触探数据线22则从探杆上部侧壁穿出、触探杆高出模型桩20cm左右；

（2）将模型桩体3穿过油缸底架连接钢板的预留孔，垂直放置于模型槽中；

（3）将压力传感器2一端连接于压桩横梁1、另一端连接于触探杆顶的传力基座23，压力传感器2与压力显示器14之间用线缆21连接、静力触探数据线22与静探微机15连接。对测量装置初始化，使压力显示器14及静探微机15清零；

（4）启动油泵开始压桩，按照桩身标记线24记录压桩力，桩侧阻力和桩端阻力由静探微机15自动采集；沉桩结束后保存数据，关闭压力显示器14和静探微机采集仪15，将实测的压桩力、侧阻力、端阻力数据收集和绘制成图表。

本实施例成功地量测了30°、45°、60°和180°等不同端角形式的模型桩沉桩的压桩力、侧阻力、端阻力值。

实施例2

所述的模型试验桩为两根外径45mm、内径40mm、长度1200mm的有机玻璃管模型桩，端角60°，由高密度尼龙材料制作。压入第一根桩后，在距离第一根桩4d的位置按照实施例1第二步的步骤（1）～（4）压入第二根桩，得到第二根桩的压桩力、侧阻力及端阻力值。若模型槽足够大，则可以进行群桩试验，研究压桩次序与沉桩阻力之间的变化规律。

实施例3

采用实施例1的装置，把外径45mm、内径40mm、桩长1200mm、端角分别为30°、45°、60°和180°的有机玻璃管桩分别压入中密和密实砂土中，把两种土中得到的端阻力数据绘制成图形，见图10，由各图可知，同一端角的端阻力变化规律基本相似，符合理论分析结果。

把两根外径45mm、内径40mm、长度1200mm、端角60°的有机玻璃管模型桩，相距4d先后压入分层土中，得到的压桩力数据绘制成图表，见图11，符合理论分析结果。

Claims (10)

1.静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于包括加载装置和测量装置，所述加载装置包括压桩横梁（1）、并联油缸（4）和油缸底架（5），压桩横梁中心设有压力传感器连接口（13），以压力传感器连接口为中心，中心对称设有至少两个油缸活塞杆预留孔（12），油缸底架的中心设有通孔，并联油缸设于油缸底架上，油缸活塞杆（6）设于压桩横梁的油缸活塞杆预留孔内；测量装置包括压力传感器（2）、压力显示器（14）、传力基座（23）、静探微机（15）、探杆定位块（20）、静力触探杆（16）、桩体（3）、双桥静力触探系统（17）、触探头（18）和桩尖（19），其中压力传感器（2）、传力基座（23）、静力触探杆（16）、双桥静力触探系统（17）和触探头（18）自上而下依次连接，静探微机（15）与双桥静力触探系统（17）通过静探微机信号传输线（22）连接，压力显示器（14）与压力传感器（2）通过压力显示器信号传输线（21）连接，静力触探杆（16）和双桥静力触探系统（17）设于桩体（3）内，探杆定位块（20）设于桩体（3）的顶部并与静力触探杆（16）连接，触探头（18）伸出桩体（3）外，桩尖（19）设于触探头（18）上。

2.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述桩体（3）的外表面设有深度标记线（24）。

3.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述静探微机信号传输线和压力显示器信号传输线为四芯信号线。

4.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述双桥静力触探系统（17）设于桩体（3）的底端。

5.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述静力触探杆（16）由上、下杆组成，上、下杆通过上下杆连接套（25）连接。

6.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述探杆定位块（20）中心设有静力触探杆预留孔（26）。

7.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述桩尖中心设有触探头预留孔（27）。

8.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述传力基座中心设有压力传感器连接口（28）。

9.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述探杆定位块高出桩体1～2cm。

10.根据权利要求1所述的静压桩模型试验的加载及测量装置，其特征在于所述并联油缸设有两对油管接口，并联油缸之间的油管接口通过油管（7）连接。

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