CN106198239A - 一种桩‑土接触面力学参数测试方法 - Google Patents

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王磊
韩之江
郭学兵
刘志华
赵雷
汪永强
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Abstract

本发明请求保护一种桩‑土接触面力学参数测试系统及方法。包括以下步骤：首先在承台上设置钢绞线张拉端、锚梁上设置锚固端，通过穿心式千斤顶张拉钢绞线，使承载梁加劲形成反力装置；液压千斤顶施加竖向荷载，百分表记录桩基沉降，得到实测桩基荷载‑沉降(Q‑s)曲线；假定桩‑土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个倍数，然后数值模拟得出静荷载试验数据；模拟Q‑s结果与现场实测Q‑s曲线作对比，接近实测Q‑s曲线对应的力学参数即为现场测试参数。本发明，系统操作简单、试验结果误差小，能够准确的反映各种地质条件下摩擦桩的承载性状，另外，试验结果可为桩基极限承载力确定及后期长期健康监测提供科学方法和依据。

Description

一种桩-土接触面力学参数测试方法
技术领域
本发明涉及桩基检测领域，具体来说，涉及到一种桩-土接触面力学参数测试方法。
背景技术
桩基与土接触作为岩土工程中典型的一种边界非线性接触问题，如何考虑界面接触对于认识桩基加载过程中桩与土接触面的挤压和滑动至关重要。接触单元能较好地模拟桩与土之间的剪力传递和相对位移，通过选择和调整接触面力学参数，可以分析一定受力条件下桩基与土接触表面上产生的错动滑移、分开与闭合行为，从而反映桩-土工作的真实状态。
但要准确确定接触面力学参数需要做大量的试验，试验设备精度要求高、重复利用率低，耗费大量的人力物力，因此桩-土接触面力学参数的确定至今仍比较困难。现有技术的上述问题亟需得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是确定桩-土接触面力学参数时技术、经济成本投入过高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种桩-土接触面力学参数测试方法，包括以下步骤：
(1)在承台上设置钢绞线张拉端、锚梁上设置锚固端；通过穿心式千斤顶张拉钢绞线，使承载梁加劲形成反力装置；
液压千斤顶安置在试验桩的顶面中心，液压千斤顶上、下使用调平钢板抄平，试验桩的顶面安装百分表，承载梁底面的中心支撑于液压千斤顶的顶端，承载梁上设置锚梁，锚梁上固定锚垫板，钢绞线锚固端通过P锚固定在锚垫板上，加劲型钢框架与承台上的预埋钢板焊接，使用两台穿心式千斤顶进行钢绞线张拉，钢绞线数量根据液压千斤顶加载吨位决定；
(2)液压千斤顶施加竖向荷载，百分表记录桩基沉降，得到实测桩基荷载-沉降(Q-s)曲线；
(3)假定桩-土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个倍数，然后数值模拟得出静荷载试验数据；
摩擦角δ和粘聚力c为桩-土接触面力学参数的主要控制变量，δ＝α1θ，c＝α2C，θ、C分别为桩侧土体的摩擦角和粘聚力，α1、α2小于1；
(4)模拟Q-s曲线与现场实测Q-s曲线作对比，接近实测Q-s曲线对应的力学参数即为桩-土接触面现场测试力学参数。
进一步的，所述步骤(1)中，钢绞线张拉端设置在承台上，预埋钢板与承台结合可靠，保证穿心式千斤顶张拉钢绞线施工安全；步骤(1)中，钢绞线锚固端设置在承载梁上，锚垫板通过锚梁固定在承载梁上，保证钢绞线与承载梁垂直。
进一步的，所述步骤(3)中，桩-土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个小于1的倍数；所述步骤(4)中，桩基竖向极限承载力作为评判模拟Q-s曲线与现场实测Q-s曲线接近的指标。
本发明，系统操作简单、试验结果误差小，能够准确的反映各种地质条件下摩擦桩的承载性状，另外，试验结果可为桩基极限承载力确定及后期长期健康监测提供科学方法和依据。
附图说明
图1为桩-土接触面力学参数测试系统布置。
图2为承载梁与锚梁连接处横向局部放大图。
图3为现场实测桩基荷载-沉降(Q-s)曲线。
图4为桩-土接触面力学参数测试结果。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
下面以典型黄土地区桥梁桩基-土接触面力学参数测试为例，结合附图对本发明作出详细的说明。
如图1～图4所示，本发明提供一种桩-土接触面力学参数测试方法，包括以下步骤：
(1)在承台上13设置钢绞线9张拉端、锚梁6上设置锚固端；通过穿心式千斤顶11张拉钢绞线9，使承载梁5加劲形成反力装置；
液压千斤顶3安置在试验桩1的顶面中心，液压千斤顶3上、下使用调平钢板2抄平，试验桩1的顶面安装百分表4，承载梁5底面的中心支撑于液压千斤顶3的顶端，承载梁5上设置锚梁6，锚梁6上固定锚垫板7，钢绞线9锚固端通过P锚8固定在锚垫板7上，加劲型钢框架10与承台13上的预埋钢板12焊接，使用两台穿心式千斤顶11进行钢绞线9张拉，钢绞线9数量根据液压千斤顶3加载吨位决定，具体见图1。
(2)液压千斤顶3施加竖向荷载，百分表4记录桩基沉降，得到实测桩基荷载-沉降(Q-s)曲线，见图3；
现场实测试验桩1竖向极限承载力为2160kN。
(3)假定桩-土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个倍数，然后数值模拟得出静荷载试验数据；
摩擦角δ和粘聚力c为桩-土接触面力学参数的主要控制变量，δ＝α1θ，c＝α2C，θ、C分别为桩侧土体的摩擦角和粘聚力，α1、α2小于1，表1为数值模拟静荷载试验结果(单位：kN)。
(4)模拟Q-s曲线与现场实测Q-s曲线作对比，接近实测Q-s曲线对应的力学参数即为桩-土接触面现场测试力学参数。
表1竖向极限承载力与实测试验桩1竖向极限承载力2160kN进行对比并归一化，β为归一化结系数，β＝0.84α1+0.84α2-0.34，在实际中，α1＝α2＝α，β＝1.68α-0.34，那么桩-土接触面摩擦参数测试可靠度△＝(1-∣β∣)×100％，结果见图4。
上述方案中，所述步骤(1)中，钢绞线张拉端设置在承台上，预埋钢板与承台结合可靠，保证穿心式千斤顶张拉钢绞线施工安全；步骤(1)中，钢绞线锚固端设置在承载梁上，锚垫板通过锚梁固定在承载梁上，保证钢绞线与承载梁垂直；所述步骤(3)中，桩-土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个小于1的倍数；所述步骤(4)中，桩基竖向极限承载力作为评判模拟Q-s曲线与现场实测Q-s曲线接近的指标。
本发明中应用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

Claims (3)

1.一种桩-土接触面力学参数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在承台上设置钢绞线张拉端、锚梁上设置锚固端；通过穿心式千斤顶张拉钢绞线，使承载梁加劲形成反力装置；
液压千斤顶安置在试验桩的顶面中心，液压千斤顶上、下使用调平钢板抄平，试验桩的顶面安装百分表，承载梁底面的中心支撑于液压千斤顶的顶端，承载梁上设置锚梁，锚梁上固定锚垫板，钢绞线锚固端通过P锚固定在锚垫板上，加劲型钢框架与承台上的预埋钢板焊接，使用两台穿心式千斤顶进行钢绞线张拉，钢绞线数量根据液压千斤顶加载吨位决定；
(2)液压千斤顶施加竖向荷载，百分表记录桩基沉降，得到实测桩基荷载-沉降(Q-s)曲线；
(3)假定桩-土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个倍数，然后数值模拟得出静荷载试验数据；
摩擦角δ和粘聚力c为桩-土接触面力学参数的主要控制变量，δ＝α1θ，c＝α2C，θ、C分别为桩侧土体的摩擦角和粘聚力，α1、α2小于1；
(4)模拟Q-s曲线与现场实测Q-s曲线作对比，接近实测Q-s曲线对应的力学参数即为桩-土接触面现场测试力学参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，钢绞线张拉端设置在承台上，预埋钢板与承台结合可靠，保证穿心式千斤顶张拉钢绞线施工安全；步骤(1)中，钢绞线锚固端设置在承载梁上，锚垫板通过锚梁固定在承载梁上，保证钢绞线与承载梁垂直。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，桩-土接触面力学参数是桩侧土体力学参数的一个小于1的倍数；所述步骤(4)中，桩基竖向极限承载力作为评判模拟Q-s曲线与现场实测Q-s曲线接近的指标。
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