CN106223376A - 一种基桩承载力试验位移测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基桩承载力试验位移测试装置，涉及基桩承载力检测技术领域，包括密封的第一容器、密封的第二容器和压差传感器，第二容器设有可密封的灌注孔，第二容器与第一容器底部相连通；压差传感器一端与第一容器的顶部相连，另一端与第二容器的顶部相连。本发明的基桩承载力试验位移测试装置，无需基准梁、布设施工简单，可消除人为因素影响，减小测试误差，提高测量的准确性。

Description

一种基桩承载力试验位移测试装置及方法

技术领域

本发明涉及基桩承载力检测技术领域，具体涉及一种基桩承载力试验位移测试装置及方法。

背景技术

基桩承载力试验过程中，基桩位移的准确测试是一个很重要的工作内容，基桩位移测试主要是依据载荷-位移曲线来测定基桩的承载能力是否符合设计要求。

现有技术中常用的基桩承载力试验中的位移测试方法采用沉降杆，将沉降杆一端连接基桩的测试点，另一端延伸至地面以上，并将沉降杆与位移测试仪表相连，用来检测沉降杆位移，从而根据沉降杆位移得到基桩位移。一方面，位移测试仪表在使用时，需有足够刚度和稳定性的基准梁，用于固定和支撑位移测试仪表，基准梁施工耗时费力，且要求基准梁不能被接触破坏、附近没有振源、不受直射阳光与风雨等干扰、不受试桩下沉影响。

另一方面，为了直接根据沉降杆的位移得到基桩各测点位移，需要将位移测试仪表垂直安装于沉降杆上，使得对位移测试仪表的安装垂直度要求非常高，加大布设施工难度，受到人为因素影响较大，容易加大测试误差，影响测量的准确性。再者，由于基桩位移对测试精度要求高，位移传感器的量程一般不超过50mm，为适应基桩位移发生大幅度变化的情况，在试验过程中需要多次调节位移传感器的位置，操作繁琐，且导致测量准确性降低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基桩承载力试验位移测试装置，布设施工简单，可消除人为因素影响，减小测试误差，提高测量的准确性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基桩承载力试验位移测试装置，包括：

密封的第一容器；

密封的第二容器，所述第二容器设有可密封的灌注孔，所述第二容器与第一容器底部相连通；

压差传感器，所述压差传感器一端与所述第一容器的顶部相连，另一端与所述第二容器的顶部相连。

在上述技术方案的基础上，所述第二容器和第一容器的内腔截面积相等。

在上述技术方案的基础上，所述第一容器侧面设有一可密封的溢流口。

在上述技术方案的基础上，所述压差传感器与第一容器通过第一气体连通管相连，所述压差传感器与第二容器通过第二气体连通管相连，所述第一气体连通管和第二气体连通管容积成一定比例。

在上述技术方案的基础上，所述第一容器包括一顶盖，所述顶盖上开设有一通孔，所述第一气体连通管一端连接所述压差传感器，另一端连接所述通孔。

在上述技术方案的基础上，所述第二气体连通管一端与所述压差传感器相连，另一端与所述灌注孔相连。

在上述技术方案的基础上，还包括数据采集与传输装置、液晶显示屏，所述数据采集与传输装置与压差传感器、液晶显示屏均相连。

本发明还提供一种使用上述基桩承载力试验位移测试装置的基桩承载力位移测试方法，用于测试试验性的基桩在承载力作用下的位移，包括以下步骤：

S1：从第二容器的灌注孔注入适量液体介质，所述液体介质流入至第一容器和第二容器内，并将灌注孔封闭；

S2：在所述基桩附近的地面上固定安装第一容器；

S3：在基桩上选取测试点，在所述测试点处设置连接杆，并将所述连接杆延伸至所述基桩上方，在所述连接杆顶端安装第二容器，使第二容器的初始位置高度与第一容器所在的位置高度相同；

S4：压差传感器测读出第一容器和第二容器内初始的气压差值，向荷载箱中注入液压油，压差传感器再次测读出第一容器和第二容器内变化后的气压差值。

在上述技术方案的基础上，步骤S1中，在第一容器侧面设有可密封的溢流口，打开溢流口，从第二容器的灌注孔注入液体介质，第二容器内充满液体介质后，再使液体介质流入第一容器，直至第一容器中的液体介质从溢流口流出，此时停止注入液体介质，使第一容器和第二容器内液体介质的初始液位相同，封闭溢流口。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明基桩承载力试验位移测试装置包括密封的第一容器和第二容器，第一容器和第二容器相连通，两个容器分别连接压差传感器的两端，在使用时，只需根据两个容器内气压差值的变化即可得到基桩位移，基桩测试点处的该装置无需完全垂直于连接杆，布设施工简单，可消除人为因素影响，减小测试误差，提高测量的准确性。

(2)本发明中第一容器设有可密封的溢流口，可以从第二容器的灌注孔注入液体介质，直至第一容器中的液体介质从溢流口流出，使得第一容器和第二容器内液体介质的初始液位相同，结构简单，操作方便，减小了测量误差。

(3)本发明中在基桩测试点处设置连接杆，连接杆一端可深入至基桩内部，另一端延伸至基桩上方，并在其上安装第二容器，并通过稍长的连通管将第一容器置于附近的地面上，以保证整个试验期间第一容器固定不动，无需设置基准梁，使得对基桩承载力试验位移测试更加便捷，降低了试验设施成本。

附图说明

图1为本发明实施例中基桩承载力试验位移测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中基桩承载力位移测试方法的示意图；

图3为本发明实施例中基桩承载力位移测试原理示意图。

图中：1-第一容器，11-溢流口，12-顶盖，13-通孔，2-第二容器，21-灌注孔，3-压差传感器，4-第一气体连通管，5-第二气体连通管，6-数据采集与传输装置，7-液晶显示屏，8-基桩，9-连接杆，10-荷载箱。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基桩承载力试验位移测试装置，包括：密封的第一容器1、密封的第二容器2和压差传感器3。

第二容器2和第一容器1的内腔截面积相等。第一容器1侧面设有一可密封的溢流口11。第一容器1包括一顶盖12，顶盖12上开设有一通孔13。第二容器2设有可密封的灌注孔21，第二容器2与第一容器1底部相连通。

压差传感器3一端与第一容器1的顶部相连，另一端与第二容器2的顶部相连。压差传感器3与第一容器1通过第一气体连通管4相连，压差传感器3与第二容器2通过第二气体连通管5相连，第一气体连通管4和第二气体连通管5容积成一定比例，可结合理想气体状态方程采取温度补偿措施消除温度的影响。第一气体连通管4一端连接压差传感器3，另一端连接通孔13。第二气体连通管5一端与压差传感器3相连，另一端与灌注孔21相连。

本发明的基桩承载力试验位移测试装置还包括数据采集与传输装置6、液晶显示屏7，数据采集与传输装置6与压差传感器3、液晶显示屏7均相连。

在使用本发明基桩承载力试验位移测试装置时，只需根据两个容器内气压差值的变化即可得到基桩位移，基桩测试点处的该装置无需完全垂直安装于连接杆上，布设施工简单，可消除人为因素影响，减小测试误差，提高测量的准确性；并且，本发明的基桩承载力试验位移测试装置采用全封闭式设计，可以避免大气压强变化和风场对测试的影响，也可减小测试误差，提高测量的准确性。

参见图2所示，本发明实施例中还提供一种使用上述基桩承载力试验位移测试装置的基桩承载力位移测试方法，用于测试基桩8在试验承载力作用下的位移，包括以下步骤：

S1：从第二容器2的灌注孔21注入适量液体介质，所述液体介质流入至第一容器1和第二容器2内，并将灌注孔21封闭；

S2：在基桩8附近的地面上固定安装第一容器1；

S3：在基桩8上选取测试点，在测试点处设置连接杆9，并将连接杆9延伸至基桩8上方，在连接杆9顶端安装第二容器2，使第二容器2的初始位置高度与第一容器1所在的位置高度相同；

S4：压差传感器3测读出第一容器1和第二容器2内初始的气压差值，向荷载箱10中注入液压油，压差传感器3再次测读出第一容器1和第二容器2内变化后的气压差值；

S5：由数据采集与传输装置6、液晶显示屏7获得压差传感器3的测读数据。

本发明中，数据采集与传输装置6支持RS485/RF/GPRS制式的自动采集。在本实施例中，选取基桩2的上表面和荷载箱10的上表面作为测试点，按照上述方法步骤，在每个测试点上分别安装基桩承载力试验位移测试装置。具体的，在每个测试点上分别安装第二容器2，然后在加载影响区外的附近地面上对应设置与第二容器2相连的第一容器1。

本发明在进行基桩8竖向位移测试时，与测试点相连的连接杆顶端也可以安装第一容器1，将第二容器2固定安装于基桩8附近的地面上，两种不同布置方式压差传感器的测试结果绝对值相同，数值正负不同。

步骤S1中，在第一容器1侧面设有可密封的溢流口11，打开溢流口11，从第二容器2的灌注孔21注入液体介质，第二容器2内充满液体介质后，再使液体介质流入第一容器1，直至第一容器1中的液体介质从溢流口11流出，此时停止注入液体介质，重力使第一容器1和第二容器2内液体介质的初始液位相同，封闭溢流口11，结构简单，操作方便，便于该装置的产品化生产。

参见图3所示，对本发明基桩承载力试验位移测试装置的测试原理作进一步说明，p₁为初始状态第二容器2内密闭气体的压强，p₃为初始状态第一容器1内密闭气体的压强，h′为第一容器1和第二容器2的液面初始高度差,ρ、g分别为液体介质的密度及重力加速度。则有：

p₃+ρgh′＝p₁ (1)

压差传感器3的初始读数Δ₁为：

Δ₁＝p₁-p₃＝ρgh′ (2)

当测试点处发生竖向位移u后，p₂为测试点发生竖向位移后第二容器2内密闭气体的压强，p₄为测试点发生竖向位移后第一容器1内密闭气体的压强，v₁为初始状态第二容器2内密闭气体的体积，A₁为第二容器2的内腔横截面积，Δl₁为测试点发生竖向位移后第二容器2内液体介质的高度变化值，v₃为初始状态第一容器1内密闭气体的体积，A₃为第一容器1的内腔横截面积，Δl₃为测试点发生竖向位移后第一容器1内液体介质的高度变化值。密闭气体近似为理想气体，满足理想气体状态方程，此时压差传感器3的读数Δ₂为：

${\mathrm{\Δ}}_2=p_2-p_4=\frac{p_1{v}_1}{v_1-A_1{\mathrm{\Δl}}_1}-\frac{p_3{v}_3}{v_3+A_3{\mathrm{\Δl}}_3}---\left(3\right)$

由式(1)～(3)可知，测试点竖向位移发生前后的压差传感器3读数差Δ为：

$\mathrm{\Δ}={\mathrm{\Δ}}_2{\mathrm{\Δ}}_1=\frac{p_1{v}_1}{v_1-A_1{\mathrm{\Δl}}_1}-\frac{p_3{v}_3}{v_3+A_3{\mathrm{\Δl}}_3}-{\mathrm{\ρgh}}^{\′}---\left(4\right)$

由于存在几何关系：

u＝Δh+Δl₁+Δl₃-h′ (5)

其中Δh为测试点发生竖向位移后第一容器1和第二容器2的液面高度差。

显然

Δ＝ρgΔh (6)

连续性方程为：

A₁Δl₁＝A₃Δl₃ (7)

联立式(4)～式(7)，得：

$\mathrm{\Δ}h=\frac{p_1{v}_1}{\mathrm{\ρ}g(v_1-A_1{\mathrm{\Δl}}_1)}-\frac{p_3{v}_3}{\mathrm{\ρ}g(v_3+A_3{\mathrm{\Δl}}_3)}-h^{\′}---\left(8\right)$

该实施例中压差传感器3的量程为-1kPa～1kPa，压强测试精度选取0.1Pa即可满足实际测试要求。在整个测试过程中，第一容器1和第二容器2内液体介质处于准静止状态，液体介质可以采用水，当温度较低时，也可选用硅油或在水中掺加适量的防冻液。

当初始状态第一容器1和第二容器2内液面等高程时，即h′＝0，令p₃＝p₁＝p₀，A₁＝A₃，l₁＝l₃，p₀为标准大气压强，h₀为标准高度，l₁为测试点发生竖向位移前第二容器2内气体的高度，l₃为测试点发生竖向位移前第一容器1内气体的高度，式(8)化简为：

${\mathrm{\Δh}}^3-2{\mathrm{u\Δh}}^2+(u^2-4l_1^2-4l_1{h}_0)\mathrm{\Δ}h+4{\mathrm{ul}}_1{h}_0=0---\left(9\right)$

当液体介质为纯净水时，有：

$h_0=\frac{p_0}{\mathrm{\ρ}g}=\frac{1.013\×{10}^5}{1.0\×{10}^3\×9.8}\≈10336.73mm$

解得的Δh～u对应值，见表1。

表1 Δh～u对应关系表

当A₁<<A₃时，Δl₃→0，则有：

$p_0+\mathrm{\&rho;}g\mathrm{\&Delta;}h=\frac{p_0{l}_1}{l_1-(u-\mathrm{\&Delta;}h)}$

即：

Δh²+(h₀+l₁-u)Δh-h₀u＝0 10

其解得的Δh～u对应值，见表2。

表2 Δh～u对应关系表

由表1、表2可知：u≈Δh。对于基桩承载力试验的工程实际，选择l₁＝1.25mm，基桩试验期间的竖向位移小于100mm，此时绝对误差小于0.012mm，完全满足测试要求。

因此，式(6)、(8)表明，只要测得基桩8发生竖向位移前后的压差传感器3的压差值ρgΔh，即可得到该测试点处的竖向位移值u。

本测试装置及方法可用于基桩承载力试验中的位移测试，测试结果干扰小、精度高，布设操作方便。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于，包括：

密封的第一容器(1)；

密封的第二容器(2)，所述第二容器(2)设有可密封的灌注孔(21)，所述第二容器(2)与第一容器(1)底部相连通；

压差传感器(3)，所述压差传感器(3)一端与所述第一容器(1)的顶部相连，另一端与所述第二容器(2)的顶部相连。

2.如权利要求1所述的基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于：所述第二容器(2)和第一容器(1)的内腔截面积相等。

3.如权利要求1所述的基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于：所述第一容器(1)侧面设有一可密封的溢流口(11)。

4.如权利要求1所述的基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于：所述压差传感器(3)与第一容器(1)通过第一气体连通管(4)相连，所述压差传感器(3)与第二容器(2)通过第二气体连通管(5)相连，所述第一气体连通管(4)和第二气体连通管(5)容积成一定比例。

5.如权利要求4所述的基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于：所述第一容器(1)包括一顶盖(12)，所述顶盖(12)上开设有一通孔(13)，所述第一气体连通管(4)一端连接所述压差传感器(3)，另一端连接所述通孔(13)。

6.如权利要求4所述的基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于：所述第二气体连通管(5)一端与所述压差传感器(3)相连，另一端与所述灌注孔(21)相连。

7.如权利要求1所述的基桩承载力试验位移测试装置，其特征在于：还包括数据采集与传输装置(6)、液晶显示屏(7)，所述数据采集与传输装置(6)与压差传感器(3)、液晶显示屏(7)均相连。

8.一种使用如权利要求1至7任一项所述基桩承载力试验位移测试装置的基桩承载力位移测试方法，用于测试试验性的基桩(8)在承载力作用下的位移，其特征在于，包括以下步骤：

S1：从第二容器(2)的灌注孔(21)注入适量液体介质，所述液体介质流入至第一容器(1)和第二容器(2)内，并将灌注孔(21)封闭；

S2：在所述基桩(8)附近的地面上固定安装第一容器(1)；

S3：在基桩(8)上选取测试点，在所述测试点处设置连接杆(9)，并将所述连接杆(9)延伸至所述基桩(8)上方，在所述连接杆(9)顶端安装第二容器(2)，使第二容器(2)的初始位置高度与第一容器(1)所在的位置高度相同；

S4：压差传感器(3)测读出第一容器(1)和第二容器(2)内初始的气压差值，向荷载箱(10)中注入液压油，压差传感器(3)再次测读出第一容器(1)和第二容器(2)内变化后的气压差值。

9.基于权利要求8所述的基桩承载力位移测试方法，其特征在于：步骤S1中，在第一容器(1)侧面设有可密封的溢流口(11)，打开溢流口(11)，从第二容器(2)的灌注孔(21)注入液体介质，第二容器(2)内充满液体介质后，再使液体介质流入第一容器(1)，直至第一容器(1)中的液体介质从溢流口(11)流出，此时停止注入液体介质，使第一容器(1)和第二容器(2)内液体介质的初始液位相同，封闭溢流口(11)。