CN106013277A - 一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置及其使用方法，本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置，包括门式框架、箱体、反力装置、承载板、传载装置、第一千斤顶、第二千斤顶及模型桩；箱体包括第一箱体和多个第二箱体；承载板安装在箱体内，反力装置安装在箱体上；第一千斤顶安装在门式框架顶梁上，通过传载装置与承载板连接；第二千斤顶连接反力装置与模型桩的上端，第一箱体和第二箱体的填土之间及相邻的第二箱体的填土之间分别设有沉降标，模型桩插装在填土中；模型桩的底部连接土压力盒。本发明通过分层压实填土堆放，可保证填土压实均匀，有效控制填土压实度参数，从而可模拟厚填土区桩土状态，使得试验结果更为准确可靠。

Description

一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种桩土关系测试装置及其使用方法，特别涉及一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置及其使用方法。

背景技术

我国南方地区丘陵地带较多，为保证建筑结构的建设，厚填土地基被广泛应用，而在这些厚填土区又存在着许多桩基工程。厚填土具有易压缩沉降的特性，桩土间易发生相对位移从而产生侧摩阻力且主要为负摩阻力。负摩阻力不仅不能提供承载能力，反而会对桩形成下拉作用，大大降低桩基承载能力，在桩基工程完成前后时间段内对桩身影响较大，严重时还可能导致桩身破坏。目前，工程上对桩侧负摩阻力主要集中在软土地区，但对厚填土地区桩土负摩阻力研究甚少，此外，厚填土地区对填土压实度虽有规范且较为保守，大部分填土区压实度由于工期和经济方面等原因也未能满足规范要求。国内外研究桩侧负摩阻力的室内模型试验装置较多，但利用其它室内试验装置研究压实度对桩土负摩阻力的影响无法满足压实度参数控制的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构简单，操作方便的组合式灌注桩负摩阻力测试装置及其使用方法，该装置利用组合式箱体，可分层填土压实并堆置紧固，使得填土压实均匀不会导致压实上一层填土时对下一层填土压实度造成影响，从而能够精确的控制压实度参数，保证室内模型试验的合理性。

本发明采用的技术方案是：包括门式框架、箱体、反力装置、承载板、传载装置、第一千斤顶、第二千斤顶及模型桩；

所述的箱体包括第一箱体和多个第二箱体；所述的第一箱体为上端开口的盒状结构；所述的第二箱体为筒状结构；多个第二箱体连接成一筒状结构后安装在第一箱体的顶部，所述的第一箱体的底部设有排水阀门，箱体设置在门式框架底板上；第一箱体和第二箱体内装满填土并压实；

所述的承载板安装在箱体内，所述的反力装置安装在箱体顶部开口处；所述的第一千斤顶安装在门式框架顶梁上，第一千斤顶通过传载装置与承载板连接；所述的第二千斤顶安装在反力装置上，第二千斤顶与模型桩的上端连接，第一箱体和第二箱体的填土之间及相邻的第二箱体的填土之间分别设有沉降标，所述的模型桩插装在填土中；模型桩为管状，其内侧面上设有多个应变片；模型桩的底部连接土压力盒；所述的承载板上设有供沉降标和模型桩穿过的预留孔。

上述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置中，所述的第一箱体和第二箱体采用10mm厚钢板焊制，包括三个第二箱体，第一箱体高300mm，第二箱体高为250mm；第一箱体与第二箱体之间及相邻的两第二箱体之间采用螺栓连接。

上述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置中，所述的模型桩采用的是圆柱形空心有机玻璃管，模型桩长为1000mm，直径为50mm，贴有应变片10片，模型桩的下半部分的5片应变片之间的间距小于上半部分的5片应变片之间的间距。

上述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置中，所述的模型桩与第二千斤顶之间设有百分表。

一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置的使用方法，包括以下步骤：

1）在门式框架上摆放箱体中的第一箱体，关闭第一箱体上的排水阀门，并依次铺置砂网层、砾砂层、砂石层，铺满第一箱体后压实，并在模型桩位置处放置土压力盒，土压力盒的数据接线由排水阀门引出并连接数据采集仪；

2）在空地上铺放木板后再放置箱体的第二箱体，预先放置与模型桩等直径的木制模和对应土层的沉降标，沉降标表头暂不安置，填入经计算后的填土量，均匀压满来控制压实度，再取出木制模形成模型桩孔；然后将该第二箱体与木板堆放于第一箱体之上；

3）按步骤2）制作其余的第二箱体，其余的第二箱体的土体上预留有对应位置沉降标杆孔和模型桩孔，并将其余的第二箱体堆放在前一个第二箱体上；在模型桩插入模型桩，在模型桩上放置桩承力板后，安装第二千斤顶与百分表；在承载板上放置传载装置，传载装置与门式框架的顶梁之间安装第一千斤顶；

4）装置组装完毕后，开启第一箱体底部的排水阀门16，启动第一千斤顶和第二千斤顶，分别对填土和模型桩进行定量加载，模型桩及填土发生沉降位移，产生侧摩阻力；

5）测量模型桩的沉降量、各填土层的沉降量、模型桩的应变及模型桩底端的承载力；且利用模型桩的应变数据换算成模型桩侧面的摩阻力；其中试验过程相隔一定时间记录一次数据。

上述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的使用方法中，第二箱体内的填土采用的晒干后的红黏土，每次压填50mm，分5次压实压满。

本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的工作原理是：第一箱体的底部铺置砾砂排水层，再铺置砂石层作为持力层，然后将填入经计算后的土量及预埋沉降标压实的第二箱体放置在第一箱体上，组装后放置模型桩再安置测量仪器及千斤顶。通过第一千斤顶和第二千斤顶分别控制桩与土体加载量，加载后，模型桩端土压力盒量测桩端阻力，桩内应变片测量桩身应变再换算成桩侧摩擦力，沉降标及百分表量测土体与模型桩的沉降。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1. 本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置结构简单、操作方便、成本低。

2.本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置通过组合式箱体，分层对填土压实，在需要设置较低压实度参数时，下层填土的压实度不会在上层填土压实时影响，同时避免了整体式箱体内填土分层压实无法准确控制填土量的问题，本发明能够获得更为可靠的试验数据。

3. 本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的土体通过第一千斤顶加压，可提供足够加载压力；模型桩通过第二千斤顶加压，本 发明的反力装置安装及卸载方便，且与传载装置无接触，独立工作。

4. 本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的模型桩采用圆柱形空心有机玻璃管，方便粘贴应变片，且便于结合相似比选材；由于中性点靠近模型桩下端部分，应变片下部贴合间距更为密集，能更加准确测量中性点位置。

附图说明

图1为本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的剖视图。

图2为发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的传载装置、反力装置、荷载板安置后的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2所示，本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置包括第一千斤顶1，百分表2，传载装置3，反力装置4，第二千斤顶5，桩承力板6，沉降标7，承载板8，把手9，箱体10，模型桩11，门式框架12，箱体接合边缘13，应变片14，土压力盒15及排水阀门16。

所述的箱体10安装在门式框架12的底板上，所述的箱体包括第一箱体和三个第二箱体；所述的第一箱体为上端开口的盒状结构；所述的第二箱体为筒状结构；多个第二箱体连接成一筒状结构后安装在第一箱体的顶部，所述的第一箱体的底部设有排水阀门16。第一箱体和第二箱体采用10mm厚钢板焊制，第一箱体高300mm，第二箱体高为250mm；第一箱体与第二箱体的箱体接合边缘13之间及相邻的两第二箱体的箱体接合边缘13之间采用螺栓连接。第二箱体的侧壁上设有把手9，便于第二箱体的搬运、安装。箱体10的顶部开口处设有反力装置4，反力装置4采用的是钢梁，在箱体10组装及测量沉降标7安置完成后，采用螺栓固定安装在箱体10的顶部。

所述的第一千斤顶1安装在门式框架12的顶梁上，以门式框架12的顶梁为反力装置，第一千斤顶1通过传载装置3与承载板8连接，通过承载板8传递荷载于箱体10内的填土。第二千斤顶5安装在反力装置4上，第二千斤顶5通过桩承力板6与模型桩11连接，并对模型桩11进行加载。百分表2安装在模型桩11和第二千斤顶5之间，用于量测模型桩11的沉降量，每层土层的上表面设有沉降标7，用于量测各土层面沉降量。模型桩11内侧壁上贴应变片14用于量模型桩11的应变，模型桩11的底部安装有土压力盒15，用于测量模型桩底端的压力。传载装置3、承载板8、反力装置4在空间上互不影响安置，且承载板8设置了多个预留孔17，模型桩11与沉降标7可以从预留孔17中穿过。

所述的模型桩11采用的是圆柱形空心有机玻璃管，模型桩11长为1000mm，直径为50mm。有机玻璃管沿轴线剖分呈截面为半环形的两半，便于在其内壁上贴应变片14，其内壁上贴有10片应变片14。由于中性点靠近模型桩11下端部分，模型桩11下部贴应变片14更为密集，能更加准确测量中性点位置，因此，模型桩11的下半部分的5片，相邻应变片14之间的间距为50mm，上半部分的5片，相邻应变片14之间的间距为100mm。应变片14数据连接线由上端引出并连接装置外的应变采集仪。

本发明的使用方法如下：

1）在门式框架12上摆放箱体10的第一箱体，关闭第一箱体底部的排水阀门16，并在第一箱体内依次铺置砂网层、砾砂层、砂石层，铺满后压实并在桩位置处放置土压力盒15，土压力盒15的数据接线由一排水阀门引出并连接数据采集仪。

2）在空地上铺放木板后再放置箱体10的第二箱体，预先放置与模型桩11等直径的木制模和沉降标7，沉降标7的表头百分表暂不安装，填入计算量的填土均匀压实压满来控制压实度，再取出木制模。然后抬起分层第二箱体与木板将箱体堆放于第一箱体之上。

3）其余的两个第二箱体按步骤2）制成后，安装在前一第二箱体之上；该两个第二箱体的土体上预留有对应位置沉降标杆孔和模型桩孔。在模型桩插入模型桩11，在模型桩11上放置桩承力板6后，安装第二千斤顶5与百分表2；在承载板8上放置传载装置3，传载装置3与门式框架12的顶梁之间安装第一千斤顶1。

4）装置组装完毕后，开启第一箱体底部的排水阀门16，启动第一千斤顶和第二千斤顶，分别对填土和模型桩进行定量加载，模型桩及填土发生沉降位移，产生侧摩阻力；

5）通过百分表2测量模型桩11的沉降量。通过沉降标7测量各填土层的沉降量。通过应变片测量模型桩11的应变，且利用模型桩的应变数据换算成模型桩侧面的摩阻力。通过模型桩11底端的土压力盒15测量模型桩11底端的承载力。试验过程相隔一定时间记录一次数据。

组装过程中，第二箱体内的填土采用的晒干后的红黏土，加入经计算后的水量达到最佳含水率。放置涂油的木制模及沉降标杆模以方便取模，每次压填50mm，每层分5次压实压满。

本发明的组合式灌注桩负摩阻力测试装置也可以用于研究端承桩与填土之间负摩阻力的关系，只需在底层铺装时预留桩孔且土压力盒至于桩底，桩底起到端承的作用，桩不会发生沉降。

尽管结合附图对发明进行了上述描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是根据本发明实质对以上实施例所作的所有简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置，其特征在于：包括门式框架、箱体、反力装置、承载板、传载装置、第一千斤顶、第二千斤顶及模型桩；

所述的箱体包括第一箱体和多个第二箱体；所述的第一箱体为上端开口的盒状结构；所述的第二箱体为筒状结构；多个第二箱体连接成一筒状结构后安装在第一箱体的顶部，所述的第一箱体的底部设有排水阀门，箱体设置在门式框架底板上；第一箱体和第二箱体内装满填土并压实；

所述的承载板安装在箱体内，所述的反力装置安装在箱体顶部开口处；所述的第一千斤顶安装在门式框架顶梁上，第一千斤顶通过传载装置与承载板连接；所述的第二千斤顶安装在反力装置上，第二千斤顶与模型桩的上端连接，第一箱体和第二箱体的填土之间及相邻的第二箱体的填土之间分别设有沉降标，所述的模型桩插装在填土中；模型桩为管状，其内侧面上设有多个应变片；模型桩的底部连接土压力盒；所述的承载板上设有供沉降标和模型桩穿过的预留孔。

2.根据权利要求2所述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置，其特征在于：所述的第一箱体和第二箱体采用10mm厚钢板焊制，包括三个第二箱体，第一箱体高300mm，第二箱体高为250mm；第一箱体与第二箱体之间及相邻的两个第二箱体之间采用螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置，其特征在于：所述的模型桩采用的是圆柱形空心有机玻璃管，模型桩长为1000mm，直径为50mm，贴有应变片10片，模型桩的下半部分的5片应变片之间的间距小于上半部分的5片应变片之间的间距。

4.根据权利要求1所述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置，其特征在于：所述的模型桩与第二千斤顶之间设有百分表。

5.一种组合式灌注桩负摩阻力测试装置的使用方法，包括以下步骤：

1）在门式框架上摆放箱体中的第一箱体，关闭第一箱体上的排水阀门，并依次铺置砂网层、砾砂层、砂石层，铺满第一箱体后压实，并在模型桩位置处放置土压力盒，土压力盒的数据接线由排水阀门引出并连接数据采集仪；

2）在空地上铺放木板后再放置箱体的第二箱体，预先放置与模型桩等直径的木制模和对应土层的沉降标，沉降标表头暂不安置，填入经计算后的填土量，均匀压满来控制压实度，再取出木制模形成模型桩孔；然后将该第二箱体与木板堆放于第一箱体之上；

3）按步骤2）制作其余的第二箱体，其余的第二箱体的土体上预留有对应位置沉降标杆孔和模型桩孔，并将其余的第二箱体堆放在前一个第二箱体上；在模型桩插入模型桩，在模型桩上放置桩承力板后，安装第二千斤顶与百分表；在承载板上放置传载装置，传载装置与门式框架的顶梁之间安装第一千斤顶；

4）装置组装完毕后，开启箱体的排水阀门，启动液压千斤顶，分别对模型桩及填土体进行定量加载，模型桩及土体发生沉降位移，产生侧摩阻力；

5）测量模型桩的沉降量、各填土层的沉降量、模型桩的应变及模型桩底端的承载力；且利用模型桩的应变数据换算成模型桩侧面的摩阻力；其中试验过程相隔一定时间记录一次数据。

6.根据权利要求5所述的组合式灌注桩负摩阻力测试装置的使用方法，步骤2）中，第二箱体内的填土采用的晒干后的红黏土，分5次压实压满，每次压填50mm。