CN105887943A - 一种深长钻孔灌注桩压力测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深长钻孔灌注桩压力测试结构及测试方法，所述深长钻孔灌注桩压力测试结构包括固定在灌注桩上的环向主筋，设置在主筋外侧的多个土压力盒保护和固定装置，以及用于将相邻两个土压力盒保护和固定装置固定连接在一起的多个土压力盒固定装置间连接部件；每个多个土压力盒固定装置间连接部件通过定位和锁紧装置锁固在所述主筋外侧；每个土压力盒保护和固定装置内装有一个土压力盒，且在灌注桩浇筑前安装在深长钻孔中时，该土压力盒分别与灌注桩外壁面和桩侧土保持可靠接触。本发明易于实施，操作简单、效果良好、造价低，且适用范围广。

Description

一种深长钻孔灌注桩压力测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及一种深长钻孔灌注桩压力测试结构及测试方法，属于建筑结构测试领域。

背景技术

桩是主要用于承担上部荷载并满足一定竖向位移要求的一种常用基础型式。实现桩基的承载能力主要通过桩端支承力和桩侧摩阻力。当地层岩性不理想时，如深厚软土地层，较难以获得可靠的桩端支承力，故通过加大桩的直径和长度来换取更大的桩侧摩阻力。影响桩侧摩阻力大小性能的2个关键因素即为桩侧土压力和桩土之间的摩擦性能，对于后者可容易采用室内试验的办法来得到。另外，当桩基用于加固边坡时，其作用于边坡上的抗滑力主要源于桩侧土压力。由此，掌握桩侧土压力是判断桩基承载性能的重要依据，并可以此反映桩土之间的作用模式，以及验算桩基自身强度。

为了获取桩侧土压力，目前常采用如下几种方法：

（1）理论分析，对桩侧土压力的分布模式进行简单假设，然后通过力学关系来求解桩侧土压力的大小；

（2）数值模拟，建立桩土作用模型，选取桩土合理的力学和变形参数，通过数值求解来获得桩侧土压力的大小；

（3）人工预埋土压力盒，按照一定间距在桩侧埋设土压力盒元件，通过连续或间断监测获取真实的桩侧土压力大小。如中国专利CN204728297U公开的一种钻孔埋设土压力盒装置，其包括带孔L型铝合金、连接板、固定盒、护线管、加强横肋，带孔L型铝合金与连接板通过螺栓组合成土压力盒埋设装置框架并间隔设有加强横肋，固定盒两侧设有卡扣与带孔L型铝合金上的卡扣孔连接，土压力盒设于固定盒内，护线管位于带孔L型铝合金内并通过导线入口连接至固定盒。

然而，理论分析和数值模拟方法对无法反应桩的真实工作状态，获得的桩侧土压力只为近似解，且存在偏离实际的情况，另外，人工预埋土压力盒仅适用于短桩及便于人工活动的桩基类型，如人工挖孔灌注桩。

现有大直径深长灌注桩其长度已超过50m，穿过的地层均存在不确定性，采用上述三种方法均无法满足获取准确的桩侧土压力。因此，在这种情况下，迫切需求一种能利用大直径深长灌注桩的特点来准确有效获得桩侧土压力的测试装置和测试方法。

发明内容

本发明旨在提供一种深长钻孔灌注桩压力测试结构及测试方法，该测试结构利用大直径深长灌注桩的特点来准确有效获得桩侧土压力，且易于实施，操作简单、效果良好、造价低、适用范围广。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种深长钻孔灌注桩压力测试结构，其结构特点是，包括固定在灌注桩上的环向主筋，设置在主筋外侧的多个土压力盒保护和固定装置，以及用于将相邻两个土压力盒保护和固定装置固定连接在一起的多个土压力盒固定装置间连接部件；每个多个土压力盒固定装置间连接部件通过定位和锁紧装置锁固在所述主筋外侧，各土压力盒保护和固定装置、土压力盒固定装置间连接部件和定位和锁紧装置之间固定相连而形成环绕在主筋外侧的环状部件；每个土压力盒保护和固定装置内装有一个土压力盒，且在深长钻孔中浇筑成形灌注桩时，该土压力盒分别与灌注桩外壁面和桩侧土保持可靠接触。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

作为一种具体的连接部件的结构形式，所述土压力盒固定装置间连接部件包括分别与相邻两个土压力盒保护和固定装置固定相连的主板，以及设置在两个主板内外侧的两块副板；所述两个主板通过两块副板和紧固件固定相连。

为了方便根据成桩尺寸调整环状部件的半径，所述两个主板的端部之间具有间隙。

作为一种具体的定位与锁紧结构形式，所述定位和锁紧装置包括主板、设置在主板外侧的立板和设置在主筋内侧的立板；所述主板和所述立板之间通过紧固件固定连接在一起。

根据本发明的实施例，所述土压力盒保护和固定装置包括两个半圆柱型壳体，两个半圆柱型壳体相对设置而形成安装土压力盒的通孔状的安装空间。

为了保证土压力盒在安装过程中不发生移动，所述半圆柱型壳体内壁面与土压力盒之间设有柔性填充材料。柔性填充材料优选为塑料泡沫。

所述环状部件的中心到土压力盒外缘的距离与深长钻孔的半径一致。

为了提高监测数据的完整性，在灌注桩的水平监测断面上沿路线方向和垂直于路线方向各布置多个土压力盒。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构进行灌注桩压力测试的方法，其包括如下步骤：

S1在水平监测断面上沿路线方向和垂直于路线方向各布置多个土压力盒，并按照设计规范将土压力盒装入土压力盒保护和固定装置中；

S2通过土压力盒固定装置间连接部件将相邻两个土压力盒保护和固定装置进行连接，并固定于同一水平断面上形成环状部件，该环状部件的中心到土压力盒外缘的距离与深长钻孔的半径相同；

S3通过定位和锁紧装置将已连接好的土压力盒保护和固定装置与设定断面的钢筋笼外侧的主筋进行定位和锁紧，然后顺着主筋方向将土压力盒的测试导线固定并引出，并由测试位置和布置方向对各土压力盒进行依次编号；

S4将预制的钢筋笼放置于深长钻孔内，并将钢筋笼定位于钻孔中心位置，再灌注混凝土，振捣密实使得各土压力盒与灌注桩外壁面和桩侧土保持可靠接触；

S5根据规范对桩侧土压力进行监测，并进行数据处理后获取不同时期桩侧土压力数据。

步骤S3中，在每套土压力盒保护和固定装置的左右两侧各安装一套定位和锁紧装置。

藉由上述结构，本发明基于大直径深长灌注桩的设计特点，并根据监测要求，开发土压力盒的固定保护及锁紧装置，并配套将其固定于相应钢筋笼位置处的外排钢筋架上，实现多点多向定距采集桩侧土压力数据，并满足测试装置的通用性。

与现有技术相比，本发明彻底解决了大直径深长灌注桩桩侧土压力数据的获取问题，且测试方法的组成结构装置上存在如下特征：

1）土压力盒保护和固定装置由2块大小和形状均一致的半圆柱体外壳组成，便于模型化制作，且半圆柱体外壳侧面和底面挡板均可对土压力盒形成保护作用，同时，两个半圆柱体外壳之间留有一定空隙便于应对土压力盒尺寸存在的设计差异。

2）土压力盒固定装置间连接部件由土压力盒保护和固定装置中半圆柱体外壳侧面的主板和2块单独副板组成，便于在桩基同一断面上安装多个土压力盒装置，实现桩基桩侧土压力的多点多向监测，且不同土压力盒固定装置间主板留有孔隙，可适应钻孔桩直径的施工偏差。

3）定位和锁紧装置由2块单独立板和主筋连接部件组成，主板内侧的立板与主筋连接部件形成锁紧系统，主板内外侧的立板形成定位系统，这2个系统的部件均易拆易装，可依据钢筋主筋的位置对连接部件进行定位和锁紧，且不限定土压力盒在监测断面上的位置，能实现对桩基桩侧土压力的定距监测。

总之，本发明的测试结构和测试方法可实现多点多向定距采集桩侧土压力数据，并满足测试装置的通用性。同时，本发明易于实施，操作简单、效果良好、造价低，且适用范围广。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图；

图2为本发明所述土压力盒保护和固定装置的结构示意图；

图3是图2的前视图；

图4是图2的a-a剖面图；

图5是本发明所述土压力盒锁紧装置间连接部件的结构示意图；

图6是图5的前视图；

图7是图5的左视图；

图8是本发明所述定位和锁紧装置的结构示意图。

图9是图8的前视图；

图10是图8的左视图；

在图中

1、钻孔灌注桩；2、钢筋笼；3、主筋；4、土压力盒；5、土压力盒保护和固定装置；6、土压力盒固定装置间连接部件；7、定位和锁紧装置；8、主板；9、副板；10、立板；11、螺钉；12、螺栓。

具体实施方式

一种大直径深长钻孔灌注桩桩侧土压力测试装置，如图1所示，主要由土压力盒保护和固定装置、土压力盒固定装置间连接部件及定位和锁紧装置这3个构造装置或部件来实现；所述土压力盒保护和固定装置由2块大小和形状均一致的半圆柱体外壳组成；所述土压力盒固定装置间连接部件由设置在半圆柱体外壳侧面的主板和2块单独副板组成；所述的定位和锁紧装置由2块单独立板和主筋连接部件组成。

其中，土压力盒保护和固定装置、土压力盒固定装置间连接部件及定位和锁紧装置均采用螺栓进行锁定，对于土压力盒保护和固定装置，当土压力盒进行固定时半圆柱体外壳之间留有一定空隙便于应对土压力盒尺寸存在的设计差异，对于土压力盒固定装置间连接部件，当主板进行连接时主板间留有孔隙以便适应钻孔桩直径的施工偏差，对于定位和锁紧装置，该构件易拆易装，能依据钢筋主筋的位置对连接部件进行定位和锁紧。

如图2-10所示，所述土压力盒4放置于土压力盒保护和固定装置5内；土压力盒保护和固定装置5通过主板8和副板9由土压力盒固定装置间连接部件6进行连接；土压力盒保护和固定装置5通过主板8和立板10由连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置7进行锁定。所述土压力盒保护和固定装置5由螺钉11和螺栓12进行固定。所述土压力盒固定装置间连接部件6由螺钉11和螺栓12进行连接。所述土压力盒固定装置间连接部件6可使主板8保持一定空隙，以便应对钻孔桩施工偏差。所述连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置7由螺钉11和螺栓12进行锁定。所述连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置7易拆易装，可依据主筋3的位置对土压力盒固定装置间连接部件6进行定位和锁紧，且不限定土压力盒4在监测断面上的位置。

上述测试装置的操作方法包括如下步骤：

1在水平监测断面上沿路线方向和垂直于路线方向各布置2个土压力盒，并按照规范方法将其装入土压力盒保护和固定装置；

2通过土压力盒锁紧装置间连接部件将相邻的2套土压力盒保护和固定装置进行连接，并固定于同一水平断面上，同时，根据成桩尺寸，决定是否在主板之间预留空隙，并最终形成环状部件，其环状部件的中心到土压力盒外缘的距离与桩孔半径相同；

3通过连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置将已连接好的土压力盒保护和固定装置与设定断面钢筋笼外侧主筋进行定位和锁紧，并在每套土压力盒保护和固定装置的左右两侧主板上各安装一套连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置，然后顺着主筋方向将土压力盒测试导线绑扎并引出，并由测试位置和布置方向对土压力盒进行依次编号；

4将预制的钢筋笼放置于钻孔内，并将钢筋笼定位于钻孔中心位置，再灌注混凝土，振捣密实使得土压力盒与桩、土接触可靠。

以下以两个具体实例来阐述本发明：

实施例1：

参见图1、图2、图3和图4所示的大直径深长钻孔灌注桩桩（包括钻孔灌注桩1、钢筋笼2和主筋3）及测试方法组成装置（土压力盒4、土压力盒保护和固定装置5、土压力盒锁紧装置间连接部件6、连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置7、主板8、副板9、立板10、螺钉11和螺栓12），桩长80m，桩侧土依次分别为淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂和粉质粘土，其中，淤泥质粉质黏土厚达16m，粉土厚达34m，粉砂厚达5m，粉质粘土厚达25m，桩基设计为摩擦桩，且承受较为大竖向荷载，桩基机械钻孔施工，地面预制钢筋笼，并灌注混凝土成桩。所述测试装置包括土压力盒4、土压力盒保护和固定装置5、土压力盒锁紧装置间连接部件6及连接部件与钢筋笼主筋定位和锁紧装置7；所述土压力盒4在每个水平断面上布置4个，分别沿路线方向布置2个和垂直于路线方向布置2个，且沿桩长度方向每隔10m布置一个监测断面；根据规范方法将这4个土压力盒4装入土压力盒保护和固定装置5内；采用连接部件6及其与钢筋笼主筋定位和锁紧装置7将土压力盒保护和固定装置5按设计要求固定于钢筋笼2外侧主筋3上；将预制钢筋笼2下放至桩基内，并将土压力盒4测试导线引至地面，对其依次进行编号。安装时注意检查土压力盒4是否固定，且定位是否准确，并对土压力盒4的底面、侧面和顶面进行保护，灌注混凝土时应振捣密实，保证土压力盒4与桩、土接触良好。

实施例2

（1）按照《建筑桩基检测技术规范》（JGJ 106-2003）的规定，根据传感器技术和环境特性，选择适合的土压力盒传感器，按照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）选择土压力盒的量程范围以及测量精度和分辨率；

（2）按照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）规定将土压力盒装入土压力盒保护和固定装置，首先，在半圆柱体外壳底面设有薄膜对土压力盒底面进行保护，并能与桩侧混凝土形成良好接触，也不至混凝土浇筑时进入土压力盒保护和固定装置内，其次，在对半圆柱体外壳侧面进行锁紧前，将土压力盒与半圆柱体外壳侧面之间的孔隙采用塑料泡沫充填，然后再进入锁紧程序，最后，用小型编织袋装入一定量的沙子压实密封，并绑扎在土压力盒顶面以保护土压力盒顶面，并可与桩侧土形成良好接触；

（3）沿路线方向（或边坡滑动方向）以及垂直路线方向（或边坡滑动方向）各预埋2个土压力盒，共计4个土压力盒以及4套土压力盒保护和固定装置，然后，通过副板采用螺栓拧紧的方式将相邻的2套土压力盒保护和固定装置进行连接，并根据成桩尺寸，决定是否在主板之间预留空隙，最终形成环状部件，其环状部件的中心到土压力盒外缘的距离与桩孔半径相同，最后检查连接部件是否牢固可靠；

（4）根据预制钢筋笼的进度，按照设计间距布置监测断面，将已连接好的土压力盒保护和固定装置通过立板与设定断面钢筋笼外侧主筋进行定位和锁紧，为了使土压力盒可长期有效工作，在每套土压力盒保护和固定装置的左右两侧主板上各安装一套立板和主筋连接部件，共计8套，然后顺着主筋方向将土压力盒测试导线绑扎并引出，并由测试位置和布置方向对土压力盒进行依次编号；

（5）在钻孔内放置预制的钢筋笼，并将钢筋笼定位于钻孔中心位置，再灌注混凝土，振捣密实使得土压力盒与桩、土接触可靠，然后，依据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）规定对桩侧土压力进行定期监测，并进行数据处理获取不同时期桩侧土压力数据。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1. 一种深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，包括固定在灌注桩（1）上的环向主筋（3），设置在主筋（3）外侧的多个土压力盒保护和固定装置（5），以及用于将相邻两个土压力盒保护和固定装置（5）固定连接在一起的多个土压力盒固定装置间连接部件（6）；每个多个土压力盒固定装置间连接部件（6）通过定位和锁紧装置（7）锁固在所述主筋（3）外侧，各土压力盒保护和固定装置（5）、土压力盒固定装置间连接部件（6）和定位和锁紧装置（7）之间固定相连而形成环绕在主筋外侧的环状部件；每个土压力盒保护和固定装置（5）内装有一个土压力盒（4），且在深长钻孔中浇筑成形灌注桩（1）时，该土压力盒（4）分别与灌注桩（1）外壁面和桩侧土保持可靠接触。

2. 根据权利要求1所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，所述土压力盒固定装置间连接部件（6）包括分别与相邻两个土压力盒保护和固定装置（5）固定相连的主板（8），以及设置在两个主板（8）内外侧的两块副板（9）；所述两个主板（8）通过两块副板（9）和紧固件固定相连。

3. 根据权利要求2所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，所述两个主板（8）的端部之间具有间隙。

4. 根据权利要求1-3之一所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，所述定位和锁紧装置（7）包括主板（8）、设置在主板（8）外侧的立板（10）和设置在主筋内侧的立板（10）；所述主板（8）和所述立板（10）之间通过紧固件固定连接在一起。

5. 根据权利要求1-3之一所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，所述土压力盒保护和固定装置（5）包括两个半圆柱型壳体，两个半圆柱型壳体相对设置而形成安装土压力盒（4）的通孔状的安装空间。

6. 根据权利要求1-3之一所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，所述半圆柱型壳体内壁面与土压力盒（4）之间设有柔性填充材料。

7. 根据权利要求1-3之一所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，所述环状部件的中心到土压力盒外缘的距离与深长钻孔的半径一致。

8. 根据权利要求1-3之一所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构，其特征在于，在灌注桩（1）的水平监测断面上沿路线方向和垂直于路线方向各布置多个土压力盒（4）。

9. 一种利用权利要求1-8之一所述的深长钻孔灌注桩压力测试结构进行灌注桩压力测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1在水平监测断面上沿路线方向和垂直于路线方向各布置多个土压力盒（4），并按照设计规范将土压力盒（4）装入土压力盒保护和固定装置（5）中；

S2通过土压力盒固定装置间连接部件（6）将相邻两个土压力盒保护和固定装置（5）进行连接，并固定于同一水平断面上形成环状部件，该环状部件的中心到土压力盒（4）外缘的距离与深长钻孔的半径相同；

S3通过定位和锁紧装置（7）将已连接好的土压力盒保护和固定装置（5）与设定断面的钢筋笼外侧的主筋进行定位和锁紧，然后顺着主筋方向将土压力盒（4）的测试导线固定并引出，并由测试位置和布置方向对各土压力盒（4）进行依次编号；

S4将预制的钢筋笼放置于深长钻孔内，并将钢筋笼定位于钻孔中心位置，再灌注混凝土，振捣密实使得各土压力盒（4）与灌注桩（1）外壁面和桩侧土保持可靠接触；

S5根据规范对桩侧土压力进行监测，并进行数据处理后获取不同时期桩侧土压力数据。

10. 根据权利要求9所述的利用深长钻孔灌注桩压力测试结构进行灌注桩压力测试的方法，其特征在于，步骤S3中，在每套土压力盒保护和固定装置（5）的左右两侧各安装一套定位和锁紧装置（7）。