CN105350488A - 一种新型板桩码头的试验装置及其制作方法和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型板桩码头的试验装置及其制作方法和试验方法，其中试验装置包括模型槽系统和量测系统，模型槽系统包括模型槽，内设于模型槽的相互平行的板桩墙、桩和锚碇墙，量测系统包括土压力盒、应变片、百分表、拉力计，以及依次相连的采集系统和计算机。本发明提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的属于新型板桩码头结构模型的试验装置，通过操作灵活、施工高效、成本较低的制作方法即可制作完成试验装置，通过简单易行、量测精确的试验方法即可获取有效的结构参数，从而实现板桩码头承载特性的有效研究和试验。

Description

一种新型板桩码头的试验装置及其制作方法和试验方法

技术领域

本发明涉及板桩码头试验，特别是涉及一种新型板桩码头的试验装置及其制作方法和试验方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

目前，板桩码头的承载机理的研究手段主要是土工离心模型试验和数值模拟。土工离心模型试验通过施加一个N倍于正常重力加速度的离心加速度，使模型中深度为h处的应力水平等于原型中的深度为Nh处的应力水平。

然而离心机售价昂贵，离心试验的费用也非常高，受限于离心机的规模，模型通常较小。与土工离心模型试验不同，数值模拟的成本很低，但是数值模拟中很难真实的模拟出实际的结构作用力，因为数值模拟中材料本构是个难题，而开发出新的材料本构模型往往不易，还需通过试验获取相关的材料参数。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种新型板桩码头的试验装置及其制作方法和试验方法，其中试验装置结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强，制作方法操作灵活、施工高效、成本较低，试验方法简单易行、量测精确，提供新型的板桩码头结构模型，获取有效的结构参数，实现板桩码头承载特性的有效研究和试验。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种新型板桩码头的试验装置，包括模型槽系统和量测系统；所述模型槽系统包括模型槽，内设于模型槽的相互平行的板桩墙、桩和锚碇墙；所述量测系统包括土压力盒、应变片、百分表、拉力计，以及依次相连的采集系统和计算机；所述模型槽包括框型的槽壁、由槽壁围成的槽腔、和填充在槽腔中的填料，所述模型槽的底部预留有排水管；所述板桩墙和锚碇墙均为一面，桩为等间距并排分布的若干根；所述土压力盒、应变片、百分表、拉力计均与采集系统相连，采集系统与计算机相连。

其中，所述板桩墙、桩和锚碇墙均为钢筋混凝土结构，并按照设定间距和设定高度、从海侧至陆侧依次设置于槽腔中；所述板桩墙的海陆两侧墙面、桩的海陆两侧桩面、锚碇墙的海侧墙面，在浇筑时均预留有安装土压力盒用的孔洞；所述板桩墙、桩和锚碇墙通过锚碇点布设拉钩、拉钩间布设钢丝绳相连接。

而且，位于板桩墙陆侧的槽腔中架设有与板桩墙相平行的钢架，所述桩通过绳子固定于钢架；位于板桩墙陆侧的槽腔中从板桩墙至锚碇墙方向依次设置有土压力盒用的三根土压力盒安置杆；三根土压力盒安置杆处于同一直线上，分别埋设在桩和板桩墙之间、相邻两根桩之间、靠近桩的槽腔中。

同时，位于板桩墙和锚碇墙的陆侧两端边的槽壁内侧面设置有角钢挡板，板桩墙和锚碇墙的两端边均通过卡子与角钢挡板相连，板桩墙和锚碇墙之间的槽壁内侧面粘贴有光滑隔板；所述光滑隔板与填料之间、卡子与填料之间、角钢挡板与填料之间均铺设有塑料膜，所述塑料膜自板桩墙和锚碇墙的墙底铺设至墙顶；位于板桩墙海侧的槽腔中设置有两个对称分布的L形挡板，并于槽腔顶面中心处设置有一个百分表；所述L形挡板的一端固定于槽壁的内侧面、另一端向板桩墙延伸并靠近板桩墙的海侧墙面，两个L形挡板均通过外铺塑料膜与板桩墙的海侧墙面和槽壁的内侧面形成两个对称并独立的未填充有填料的隔间，所述隔间内自上而下依次平行设置有若干个百分表；所述孔洞的孔壁开设有线槽，安装在孔洞中的土压力盒的导线通过布设于线槽后延伸出线槽固定在墙面；所述应变片成对分布在板桩墙的海陆两侧墙面、锚碇墙的海陆两侧墙面、以及桩的海陆两侧桩面；所述百分表的探针与板桩墙的海侧墙面相接触；所述拉力计安装在钢丝绳中心。

本发明的试验装置进一步设置为：所述槽壁的外侧面设置围绕一周的工作平台。

本发明的试验装置进一步设置为：所述填料为砂性土、粘性土、碎石土的其中一种或至少两种。

本发明的试验装置进一步设置为：所述光滑隔板为聚四氟乙烯板，所述塑料膜为彩条布。

本发明的试验装置进一步设置为：所述拉钩通过膨胀螺丝布设于板桩墙、桩和锚碇墙的锚碇点，所述钢丝绳通过花篮螺丝与拉钩相连。

本发明的试验装置进一步设置为：所述土压力盒安置杆包括钢筋，设置于钢筋上的可调节直径的圆环。

本发明的试验装置进一步设置为：所述土压力盒为箔式微型压力传感器，所述应变片为箔式电阻应变片，所述百分表为带数字传输功能百分表，所述拉力计为应变式拉力传感器，所述采集系统包括应变采集系统和位移采集系统。

本发明还提供一种新型板桩码头的试验装置的制作方法，包括以下步骤：

1)浇制模型槽、板桩墙和锚碇墙；

按照设计尺寸浇制模型槽，在模型槽达到结构强度后，对模型槽纵向内侧的两面槽壁进行打磨、清洗浮尘，并绘制板桩墙预设位置和锚碇墙预设位置，用双面胶将光滑隔板粘贴至板桩墙预设位置和锚碇墙预设位置之间的槽壁上，在位于板桩墙和锚碇墙的陆侧两端边的槽壁上安装角钢挡板，并在模型槽的底部设置排水管；

在模型槽的槽腔中浇制与模型槽横向内径等宽的板桩墙和锚碇墙，在浇筑时预留出安装土压力盒用的孔洞，孔洞的孔径与土压力盒的尺寸相匹配，并对孔洞的孔壁开设出线槽；当板桩墙和锚碇墙达到结构强度后，将土压力盒的侧边裹上生胶带后牢固安置在孔洞里面，土压力盒的导线用硅胶封于线槽后延伸出线槽，延伸出的导线用线卡和胶带固定在墙面上；在板桩墙和锚碇墙上拉杆锚碇点并钻孔，安装带膨胀螺丝的拉钩；

在板桩墙和锚碇墙的海陆两侧墙面确定应变片粘贴位置，对应变片粘贴位置用砂纸打磨、去除氧化层、并用无水乙醇清洗干净，再用环氧胶将应变片粘贴上去，待环氧胶干后、在应变片上涂一层硅胶进行密封；将土压力盒和应变片均通过导线与采集系统相连；

2)安装桩和土压力盒安置杆；

在模型槽的槽腔中横向架设钢架，在桩预设位置埋设桩，将桩靠在钢架上并用绳子固定；在桩的锚碇点安装带膨胀螺丝的拉钩；

位于板桩墙陆侧的槽腔中从板桩墙至锚碇墙方向依次设置安装土压力盒用的三根土压力盒安置杆；三根土压力盒安置杆处于同一直线分布，分别埋设在桩和板桩墙之间、相邻两根桩之间、靠近桩的槽腔中；将土压力盒安装在土压力盒安置杆上后通过导线与采集系统相连；

3)安装板桩墙；

利用跨设于模型槽上的桁架和安装在桁架上的吊葫芦将板桩墙提升到设定高度，同时将锚碇墙提升到设定高度，在模型槽的槽腔中进行填料铺设及振捣密实；

当分层铺设填料至板桩墙的墙底高程后，卸下吊葫芦将板桩墙直接放下，用水准尺测量墙体在竖直方向和水平方向是否保持直立的状态，若不是，则需进行调整；再用卡子将板桩墙固定在角钢挡板上，并在板桩墙的两侧边自墙底至墙顶铺设上塑料膜，塑料膜用于将光滑隔板与填料、卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入板桩墙的两侧边空隙；

4)制作隔间；

在位于板桩墙海侧的槽腔中设置两个对称分布的L形挡板，L形挡板的一端固定于槽壁的内侧面、另一端向板桩墙延伸并靠近板桩墙的海侧墙面，两个L形挡板均通过外铺塑料膜与板桩墙的海侧墙面和槽壁的内侧面形成两个对称并独立的未填充有填料的隔间，并在隔间内自上而下依次平行设置若干个百分表；

在位于板桩墙海侧的槽腔顶面中心处也设置一个百分表，将槽腔顶面中心处的百分表和隔间内的百分表均通过导线与采集系统相连；

5)安装锚碇墙；

锚碇墙通过吊葫芦提升在设定高度，对位于锚碇墙底部的槽腔进行填料铺设及振捣密实，填料铺设成棱台状；

当分层填料至锚碇墙的墙底高程后，卸下吊葫芦将锚碇墙直接放下，用水准尺测量墙体在竖直方向和水平方向是否保持直立的状态，若不是，则需进行调整；再用卡子将锚碇墙固定在角钢挡板上，并在锚碇墙的两侧边自墙底至墙顶铺设上塑料膜，塑料膜用于将光滑隔板与填料、卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入锚碇墙的两侧边空隙；

6)连接板桩墙和锚碇墙；

板桩墙、桩和锚碇墙通过锚碇点布设拉钩、拉钩间布设钢丝绳相连接，所用钢丝绳通过花篮螺丝与拉钩相连；并在钢丝绳中心安装拉力计，将拉力计通过导线与应集系统相连。

本发明的制作方法进一步设置为：所述填料铺设采用分层填筑方式，所述振捣密实采用平板振动仪将填料振实，分层填筑的高度为10cm～20cm；每填筑一层，在填筑的不同位置进行填料取样，对所铺设的填料进行称量并计算其密实度，若填料的密实度不能满足设计要求，则继续振捣密实直至填料密实度达到设定密度。

本发明还提供一种新型板桩码头的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)空载试验；

当板桩墙和桩安装后，模型槽的槽腔中填筑有与板桩墙的墙底高程等高的填料；当锚碇墙安装后，位于锚碇墙底部的槽腔填筑有仅承托锚碇墙并呈棱台状的填料；将掩埋于桩根周围的填料挖开、使填料不与桩面相接触而保持桩的底面受填料承托，将此时处于空载状态的试验装置通过量测系统采集空载数据；

2)填满试验；

对模型槽中除隔间外的槽腔进行分层铺设填料并整平，铺设至锚碇点的高程位置安装钢丝绳，继续铺设填料至板桩墙的墙顶达到填满状态；填满后，将板桩墙和锚碇墙的两侧边的卡子松开，待百分表静置到读数稳定后，通过量测系统采集填满状态的未开挖数据；

3)分层开挖试验；

位于板桩墙海侧的槽腔在填筑满填料后，对港池进行分层开挖、直至开挖到设计开挖面；每开挖一层，待静置到百分表读数稳定后，通过量测系统采集每一开挖分层数据；

4)堆载试验；

对港池的分层开挖至设计开挖面，采集完开挖分层数据后，在板桩墙和锚碇墙之间的槽腔填料上堆放砝码，待百分表静置到读数稳定后，通过量测系统采集堆载数据；

5)数据汇总分析；

将采集的空载数据、未开挖数据、每一开挖分层数据和堆载数据进行汇总，通过公式计算获得板桩码头的结构参数，并根据计算结果分析板桩码头的承载特性。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的属于新型板桩码头结构模型的试验装置，通过操作灵活、施工高效、成本较低的制作方法即可制作完成试验装置，通过简单易行、量测精确的试验方法即可获取有效的结构参数，从而实现板桩码头承载特性的有效研究和试验。

2、通过光滑隔板和塑料膜的双层设置，大幅减少填料与模型槽中槽壁的摩擦，提高结构模型采集数据的精确性；通过隔间的设置，以及隔间内设的百分表，实现数据采集前对试验装置稳定性的充分准确判断；通过角钢挡板和卡子的设置，以及塑料膜的铺设，由塑料膜将卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入墙体两侧边空隙，不仅实现快速安装，而且保持墙体的完整性，进一步确保量测准确，也有助于填料填筑和开挖操作。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明中试验装置的俯视结构示意图；

图2为图1中局部A的放大结构示意图；

图3为本发明中土压力盒安置杆的结构示意图；

图4为本发明中量测系统的原理示意图；

图5为本发明中试验装置的侧视结构示意图；

图6为本发明中试验装置的正视结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1至图5所示，本发明提供一种新型板桩码头的试验装置，包括模型槽系统和量测系统；所述模型槽系统包括模型槽1，内设于模型槽1的相互平行的板桩墙2、桩3和锚碇墙4；所述模型槽1包括框型的槽壁11、由槽壁11围成的槽腔12、和填充在槽腔12中的填料10，填料10可选用各类土，如砂性土、粘性土、碎石土的其中一种或至少两种；所述模型槽1的底部预留有排水管(图中未示出)；在模型槽1的槽壁11的外侧面中部设置一定宽度的围绕一周的工作平台110。

所述量测系统包括土压力盒、应变片、百分表、拉力计，以及依次相连的采集系统和计算机，如图4所示，所述土压力盒、应变片、百分表、拉力计均与采集系统相连。所述土压力盒为箔式微型压力传感器，所述应变片为箔式电阻应变片，所述百分表为带数字传输功能百分表，所述拉力计为应变式拉力传感器，所述采集系统包括应变采集系统和位移采集系统。其中，应变采集系统用于与土压力盒、应变片和拉力计相连，位移采集系统用于与百分表相连。

所述土压力盒的接线方式为全桥方式，土压力盒的参数通过砂箱加载试验获得；将土压力盒受载面水平朝上放置在砂箱底部，测量初始土压力相关数据，然后依次堆填10cm、20cm、30cm和40cm厚的砂并分别采集计算土压力的原始数据，结合土压力理论值γh(h为填料的堆填厚度)，由线性回归分析得出计算土压力的公式p＝ax+b(x为采集的计算土压力的原始数据)。

所述应变片接线方式为半桥方式，结构海陆两侧同一高程的应变片按半桥方式接入采集系统，弯矩计算公式为M＝(x-x0)*EI/b/10^6(x0为开挖前应变值，x为开挖后的应变值)，上式中EI为结构的抗弯刚度，b为两应变片的中心距。

所述拉力计连接方式为全桥方式，拉力计的参数通过试验获得，将拉力计一端固定、另一端连接钢丝绳悬挂砝码，并逐级加载，通过与理论值(砝码重量)进行关联分析，得出拉力计算公式T＝cx+d(x为采集的拉力计算初始值)。

所述板桩墙2和锚碇墙4均为一面，桩3为等间距并排分布的若干根；所述板桩墙2、桩3和锚碇墙4均为钢筋混凝土结构，并按照设定间距和设定高度、从海侧至陆侧依次设置于槽腔12中；所述板桩墙2的海陆两侧墙面、桩3的海陆两侧桩面、锚碇墙4的海侧墙面，在浇筑时均预留有安装土压力盒用的孔洞(图中未示出)。

所述板桩墙2、桩3和锚碇墙4通过锚碇点布设拉钩、拉钩间布设钢丝绳17相连接；所述拉钩通过膨胀螺丝布设于板桩墙2、桩3和锚碇墙4的锚碇点，所述钢丝绳17通过花篮螺丝与拉钩相连。

位于板桩墙2陆侧的槽腔12中架设有与板桩墙2相平行的钢架(图中未示出)，所述桩2通过绳子固定于钢架；位于板桩墙2陆侧的槽腔12中从板桩墙2至锚碇墙4方向依次设置有土压力盒用的三根土压力盒安置杆5；三根土压力盒安置杆5处于同一直线上，分别埋设在桩3和板桩墙2之间、相邻两根桩3之间、靠近桩3的槽腔12中；如图3所示，所述土压力盒安置杆5包括钢筋51，设置于钢筋51上的可调节直径的圆环52。

位于板桩墙2和锚碇墙4的陆侧两端边的槽壁11内侧面设置有角钢挡板13，板桩墙2和锚碇墙4的两端边均通过卡子6与角钢挡板13相连，板桩墙2和锚碇墙4之间的槽壁11内侧面粘贴有聚四氟乙烯板之类的光滑隔板14；所述光滑隔板14与填料10之间、卡子6与填料10之间、角钢挡板13与填料10之间均铺设有彩条布之类的柔韧性较好的塑料膜7，所述塑料膜7自板桩墙2和锚碇墙4的墙底铺设至墙顶。

位于板桩墙2海侧的槽腔12中设置有两个对称分布的L形挡板8，并于槽腔12顶面中心处设置有一个百分表15；所述L形挡板8的一端固定于槽壁11的内侧面、另一端向板桩墙2延伸并靠近板桩墙2的海侧墙面，两个L形挡板8均通过外铺塑料膜7与板桩墙2的海侧墙面和槽壁11的内侧面形成两个对称并独立的未填充有填料10的隔间80，所述隔间80内自上而下依次平行设置有若干个百分表15。

所述孔洞的孔壁开设有线槽，安装在孔洞中的土压力盒的导线通过布设于线槽后延伸出线槽固定在墙面；所述应变片成对分布在板桩墙2的海陆两侧墙面、锚碇墙4的海陆两侧墙面、以及桩3的海陆两侧桩面；所述百分表15的探针与板桩墙2的海侧墙面相接触；所述拉力计安装在钢丝绳17中心。

本发明提供制作上述新型板桩码头的试验装置的制作方法，包括以下步骤：

1)浇制模型槽、板桩墙和锚碇墙；

按照设计尺寸浇制模型槽，在模型槽达到结构强度后，对模型槽纵向内侧的两面槽壁进行打磨、清洗浮尘，并绘制板桩墙预设位置和锚碇墙预设位置，用双面胶将光滑隔板粘贴至板桩墙预设位置和锚碇墙预设位置之间的槽壁上，在位于板桩墙和锚碇墙的陆侧两端边的槽壁上安装角钢挡板，并在模型槽的底部设置排水管；

在模型槽的槽腔中浇制与模型槽横向内径等宽的板桩墙和锚碇墙，在浇筑时预留出安装土压力盒用的孔洞，孔洞的孔径与土压力盒的尺寸相匹配，并对孔洞的孔壁开设出线槽；当板桩墙和锚碇墙达到结构强度后，将土压力盒的侧边裹上生胶带后牢固安置在孔洞里面，土压力盒的导线用硅胶封于线槽后延伸出线槽，延伸出的导线用线卡和胶带固定在墙面上；在板桩墙和锚碇墙上拉杆锚碇点并钻孔，安装带膨胀螺丝的拉钩；

在板桩墙和锚碇墙的海陆两侧墙面确定应变片粘贴位置，对应变片粘贴位置用砂纸打磨、去除氧化层、并用无水乙醇清洗干净，再用环氧胶将应变片粘贴上去，待环氧胶干后、在应变片上涂一层硅胶进行密封；将土压力盒和应变片均通过导线与采集系统相连；

2)安装桩和土压力盒安置杆；

在模型槽的槽腔中横向架设钢架，在桩预设位置埋设桩，将桩靠在钢架上并用绳子固定；在桩的锚碇点安装带膨胀螺丝的拉钩；

位于板桩墙陆侧的槽腔中从板桩墙至锚碇墙方向依次设置安装土压力盒用的三根土压力盒安置杆；三根土压力盒安置杆处于同一直线分布，分别埋设在桩和板桩墙之间、相邻两根桩之间、靠近桩的槽腔中；将土压力盒安装在土压力盒安置杆上后通过导线与采集系统相连；

3)安装板桩墙；

如图6所示，利用跨设于模型槽1上的桁架9和安装在桁架9上的吊葫芦91将板桩墙提升到设定高度，同时将锚碇墙提升到设定高度，在模型槽的槽腔中进行填料铺设及振捣密实；填料铺设采用分层填筑方式，振捣密实采用平板振动仪将填料振实，分层填筑的高度为10cm～20cm；每填筑一层，在填筑的不同位置进行填料取样，对所铺设的填料进行称量并计算其密实度，若填料的密实度不能满足设计要求，则继续振捣密实直至填料密实度达到设定密度；

当分层填料至板桩墙的墙底高程后，卸下吊葫芦将板桩墙直接放下，用水准尺测量墙体在竖直方向和水平方向是否保持直立的状态，若不是，则需进行调整；再用卡子将板桩墙固定在角钢挡板上，并在板桩墙的两侧边自墙底至墙顶铺设上塑料膜，塑料膜用于将光滑隔板与填料、卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入板桩墙的两侧边空隙；

4)制作隔间；

在位于板桩墙海侧的槽腔中设置两个对称分布的L形挡板，L形挡板的一端固定于槽壁的内侧面、另一端向板桩墙延伸并靠近板桩墙的海侧墙面，两个L形挡板均通过外铺塑料膜与板桩墙的海侧墙面和槽壁的内侧面形成两个对称并独立的未填充有填料的隔间，并在隔间内自上而下依次平行设置若干个百分表；

在位于板桩墙海侧的槽腔顶面中心处也设置一个百分表，将槽腔顶面中心处的百分表和隔间内的百分表均通过导线与采集系统中的位移采集系统相连；

5)安装锚碇墙；

锚碇墙通过吊葫芦提升在设定高度，对位于锚碇墙底部的槽腔进行填料铺设及振捣密实，填料铺设成棱台状；填料铺设采用分层填筑方式，振捣密实采用平板振动仪将填料振实，分层填筑的高度为10cm～20cm；每填筑一层，在填筑的不同位置进行填料取样，对所铺设的填料进行称量并计算其密实度，若填料的密实度不能满足设计要求，则继续振捣密实直至填料密实度达到设定密度；

当分层铺设填料至锚碇墙的墙底高程后，卸下吊葫芦将锚碇墙直接放下，用水准尺测量墙体在竖直方向和水平方向是否保持直立的状态，若不是，则需进行调整；再用卡子将锚碇墙固定在角钢挡板上，并在锚碇墙的两侧边自墙底至墙顶铺设上塑料膜，塑料膜用于将光滑隔板与填料、卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入锚碇墙的两侧边空隙；

6)连接板桩墙和锚碇墙；

板桩墙、桩和锚碇墙通过锚碇点布设拉钩、拉钩间布设钢丝绳相连接，所用钢丝绳通过花篮螺丝与拉钩相连；并在钢丝绳中心安装拉力计，将拉力计通过导线与采集系统相连。

本发明还提供一种新型板桩码头的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)空载试验；

当板桩墙和桩安装后，模型槽的槽腔中填筑有与板桩墙的墙底高程等高的填料；当锚碇墙安装后，位于锚碇墙底部的槽腔填筑有仅承托锚碇墙并呈棱台状的填料；将掩埋于桩根周围的填料挖开、使填料不与桩面相接触而保持桩的底面受填料承托，将此时处于空载状态的试验装置通过量测系统采集空载数据；

2)填满试验；

对模型槽中除隔间外的槽腔进行分层铺设填料并整平，铺设至锚碇点的高程位置安装钢丝绳，继续铺设填料至板桩墙的墙顶达到填满状态；填满后，将板桩墙和锚碇墙的两侧边的卡子松开，待静置到百分表读数稳定后，通过量测系统采集填满状态的未开挖数据；

3)分层开挖试验；

位于板桩墙海侧的槽腔在填筑满填料后，对港池进行分层开挖、直至开挖到设计开挖面；上层开挖可以较深建议每层20cm，靠近设计开挖面时开挖深度选10cm以下为宜；每开挖一层，待静置到百分表读数稳定后，通过量测系统采集每一开挖分层数据；

4)堆载试验；

对港池的分层开挖至设计开挖面，采集完开挖分层数据后，在板桩墙2和锚碇墙4之间的槽腔填料10上堆放如图1所示的砝码16，待静置到百分表读数稳定后，通过量测系统采集堆载数据；

5)数据汇总分析；

将采集的空载数据、未开挖数据、每一开挖分层数据和堆载数据进行汇总，通过公式计算获得板桩码头的结构参数，比如作用在结构上的土压力、弯矩和拉杆拉力等，并根据计算结果分析板桩码头的承载特性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：包括模型槽系统和量测系统；所述模型槽系统包括模型槽，内设于模型槽的相互平行的板桩墙、桩和锚碇墙；所述量测系统包括土压力盒、应变片、百分表、拉力计，以及依次相连的采集系统和计算机；

所述模型槽包括框型的槽壁、由槽壁围成的槽腔、和填充在槽腔中的填料，所述模型槽的底部预留有排水管；所述板桩墙和锚碇墙均为一面，桩为等间距并排分布的若干根；所述土压力盒、应变片、百分表、拉力计均与采集系统相连；

所述板桩墙、桩和锚碇墙均为钢筋混凝土结构，并按照设定间距和设定高度、从海侧至陆侧依次设置于槽腔中；所述板桩墙的海陆两侧墙面、桩的海陆两侧桩面、锚碇墙的海侧墙面，在浇筑时均预留有安装土压力盒用的孔洞；所述板桩墙、桩和锚碇墙通过锚碇点布设拉钩、拉钩间布设钢丝绳相连接；

位于板桩墙陆侧的槽腔中架设有与板桩墙相平行的钢架，所述桩通过绳子固定于钢架；位于板桩墙陆侧的槽腔中从板桩墙至锚碇墙方向依次设置有土压力盒用的三根土压力盒安置杆；三根土压力盒安置杆处于同一直线上，分别埋设在桩和板桩墙之间、相邻两根桩之间、靠近桩的槽腔中；

位于板桩墙和锚碇墙的陆侧两端边的槽壁内侧面设置有角钢挡板，板桩墙和锚碇墙的两端边均通过卡子与角钢挡板相连，板桩墙和锚碇墙之间的槽壁内侧面粘贴有光滑隔板；所述光滑隔板与填料之间、卡子与填料之间、角钢挡板与填料之间均铺设有塑料膜，所述塑料膜自板桩墙和锚碇墙的墙底铺设至墙顶；

位于板桩墙海侧的槽腔中设置有两个对称分布的L形挡板，并于槽腔顶面中心处设置有一个百分表；所述L形挡板的一端固定于槽壁的内侧面、另一端向板桩墙延伸并靠近板桩墙的海侧墙面，两个L形挡板均通过外铺塑料膜与板桩墙的海侧墙面和槽壁的内侧面形成两个对称并独立的未填充有填料的隔间，所述隔间内自上而下依次平行设置有若干个百分表；

所述孔洞的孔壁开设有线槽，安装在孔洞中的土压力盒的导线通过布设于线槽后延伸出线槽固定在墙面；所述应变片成对分布在板桩墙的海陆两侧墙面、锚碇墙的海陆两侧墙面、以及桩的海陆两侧桩面；所述百分表的探针与板桩墙的海侧墙面相接触；所述拉力计安装在钢丝绳中心。

2.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：所述槽壁的外侧面设置围绕一周的工作平台。

3.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：所述填料为砂性土、粘性土、碎石土的其中一种或至少两种。

4.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：所述光滑隔板为聚四氟乙烯板，所述塑料膜为彩条布。

5.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：所述拉钩通过膨胀螺丝布设于板桩墙、桩和锚碇墙的锚碇点，所述钢丝绳通过花篮螺丝与拉钩相连。

6.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：所述土压力盒安置杆包括钢筋，设置于钢筋上的可调节直径的圆环。

7.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置，其特征在于：所述土压力盒为箔式微型压力传感器，所述应变片为箔式电阻应变片，所述百分表为带数字传输功能百分表，所述拉力计为应变式拉力传感器，所述采集系统包括应变采集系统和位移采集系统。

8.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)浇制模型槽、板桩墙和锚碇墙；

按照设计尺寸浇制模型槽，在模型槽达到结构强度后，对模型槽纵向内侧的两面槽壁进行打磨、清洗浮尘，并绘制板桩墙预设位置和锚碇墙预设位置，用双面胶将光滑隔板粘贴至板桩墙预设位置和锚碇墙预设位置之间的槽壁上，在位于板桩墙和锚碇墙的陆侧两端边的槽壁上安装角钢挡板，并在模型槽的底部设置排水管；

在模型槽的槽腔中浇制与模型槽横向内径等宽的板桩墙和锚碇墙，在浇筑时预留出安装土压力盒用的孔洞，孔洞的孔径与土压力盒的尺寸相匹配，并对孔洞的孔壁开设出线槽；当板桩墙和锚碇墙达到结构强度后，将土压力盒的侧边裹上生胶带后牢固安置在孔洞里面，土压力盒的导线用硅胶封于线槽后延伸出线槽，延伸出的导线用线卡和胶带固定在墙面上；在板桩墙和锚碇墙上拉杆锚碇点钻孔，安装带膨胀螺丝的拉钩；

在板桩墙和锚碇墙的海陆两侧墙面确定应变片粘贴位置，对应变片粘贴位置用砂纸打磨、去除氧化层、并用无水乙醇清洗干净，再用环氧胶将应变片粘贴上去，待环氧胶干后、在应变片上涂一层硅胶进行密封；将土压力盒和应变片均通过导线与采集系统相连；

2)安装桩和土压力盒安置杆；

在模型槽的槽腔中横向架设钢架，在桩预设位置埋设桩，将桩靠在钢架上并用绳子固定；在桩的锚碇点安装带膨胀螺丝的拉钩；

位于板桩墙陆侧的槽腔中从板桩墙至锚碇墙方向依次设置安装土压力盒用的三根土压力盒安置杆；三根土压力盒安置杆处于同一直线分布，分别埋设在桩和板桩墙之间、相邻两根桩之间、靠近桩的槽腔中；将土压力盒安装在土压力盒安置杆上后通过导线与采集系统相连；

3)安装板桩墙；

利用跨设于模型槽上的桁架和安装在桁架上的吊葫芦将板桩墙提升到设定高度，同时将锚碇墙提升到设定高度，在模型槽的槽腔中进行填料铺设及振捣密实；

当分层铺设填料至板桩墙的墙底高程后，卸下吊葫芦将板桩墙直接放下，用水准尺测量墙体在竖直方向和水平方向是否保持直立的状态，若不是，则需进行调整；再用卡子将板桩墙固定在角钢挡板上，并在板桩墙的两侧边自墙底至墙顶铺设上塑料膜，塑料膜用于将光滑隔板与填料、卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入板桩墙的两侧边空隙；

4)制作隔间；

在位于板桩墙海侧的槽腔中设置两个对称分布的L形挡板，L形挡板的一端固定于槽壁的内侧面、另一端向板桩墙延伸并靠近板桩墙的海侧墙面，两个L形挡板均通过外铺塑料膜与板桩墙的海侧墙面和槽壁的内侧面形成两个对称并独立的未填充有填料的隔间，并在隔间内自上而下依次平行设置若干个百分表；

在位于板桩墙海侧的槽腔顶面中心处也设置一个百分表，将槽腔顶面中心处的百分表和隔间内的百分表均通过导线与采集系统相连；

5)安装锚碇墙；

锚碇墙通过吊葫芦提升在设定高度，对位于锚碇墙底部的槽腔进行填料铺设及振捣密实，填料铺设成棱台状；

当分层铺设填料至锚碇墙的墙底高程后，卸下吊葫芦将锚碇墙直接放下，用水准尺测量墙体在竖直方向和水平方向是否保持直立的状态，若不是，则需进行调整；再用卡子将锚碇墙固定在角钢挡板上，并在锚碇墙的两侧边自墙底至墙顶铺设上塑料膜，塑料膜用于将光滑隔板与填料、卡子与填料、角钢挡板与填料分隔开而防止填料进入锚碇墙的两侧边空隙；

6)连接板桩墙和锚碇墙；

板桩墙、桩和锚碇墙通过锚碇点布设拉钩、拉钩间布设钢丝绳相连接，所用钢丝绳通过花篮螺丝与拉钩相连；并在钢丝绳中心安装拉力计，将拉力计通过导线与采集系统相连。

9.根据权利要求8所述的一种新型板桩码头的试验装置的制作方法，其特征在于：所述填料铺设采用分层填筑方式，所述振捣密实采用平板振动仪将填料振实，分层填筑的高度为10cm～20cm；每填筑一层，在填筑的不同位置进行填料取样，对所铺设的填料进行称量并计算其密实度，若填料的密实度不能满足设计要求，则继续振捣密实直至填料密实度达到设定密度。

10.根据权利要求1所述的一种新型板桩码头的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)空载试验；

当板桩墙和桩安装后，模型槽的槽腔中填筑有与板桩墙的墙底高程等高的填料；当锚碇墙安装后，位于锚碇墙底部的槽腔填筑有仅承托锚碇墙并呈棱台状的填料；将掩埋于桩根周围的填料挖开、使填料不与桩面相接触而保持桩的底面受填料承托，将此时处于空载状态的试验装置通过量测系统采集空载数据；

2)填满试验；

对模型槽中除隔间外的槽腔进行分层铺设填料并整平，铺设至锚碇点的高程位置后安装钢丝绳，继续铺设填料至板桩墙的墙顶达到填满状态；填满后，将板桩墙和锚碇墙的两侧边的卡子松开，待百分表静置到读数稳定后，通过量测系统采集填满状态的未开挖数据；

3)分层开挖试验；

位于板桩墙海侧的槽腔在填筑满填料后，对港池进行分层开挖、直至开挖到设计开挖面；每开挖一层，待静置到百分表读数稳定后，通过量测系统采集每一开挖分层数据；

4)堆载试验；

对港池的分层开挖至设计开挖面，采集完开挖分层数据后，在板桩墙和锚碇墙之间的槽腔填料上堆放砝码，待百分表静置到读数稳定后，通过量测系统采集堆载数据；

5)数据汇总分析；

将采集的空载数据、未开挖数据、每一开挖分层数据和堆载数据进行汇总，通过公式计算获得板桩码头的结构参数，并根据计算结果分析板桩码头的承载特性。