CN107100214A - 桩阻力模拟测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桩阻力模拟测试装置，该装置包括桩端阻力测试部分、桩侧阻力测试部分、数据采集及传输部分、测试装置主体四部分。本发明的效果是该装置结构简单，使用方便，易于搬运，可重复使用，不用实际试桩，成本少，费用低，效费比高，能够模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状况，可在基桩设计施工前提供桩阻力相关参数，并辅助提供地基土的剪切模量、压缩模量等参数，克服了传统桩阻力测试方法的缺点，为建筑工程的桩阻力测试提供了一种新型装置及方法。本发明装置适合各种陆域水域的工程勘察检测。

Description

桩阻力模拟测试装置

技术领域

本发明为一种应用于陆域、水域的工程地质勘察测试装置，特别是一种桩阻力模拟测试装置，通过该装置能够模拟桩的受力变形情况，检测地基土的桩端阻力和桩侧阻力，并提供地基土的剪切模量、压缩模量等相关参数。

背景技术

在工程地质勘察中，经常需提供地基土的桩端阻力和桩侧阻力。目前传统的桩阻力测试方法主要有三种：1，通过测试地基土的物理指标查表推算桩阻力；2，利用静力触探资料推算桩阻力；3，原位静载试桩。第1种方法最为简单，但其是建立在物理指标与力学强度指标的经验关系之上，误差较大，一般作为前期估算使用。第2种方法能够提供地基土的侧阻力和端阻力，是基桩设计前估算桩阻力最常用的一种方法，但其亦存在缺点，基桩具有尺寸效应，用小直径的静力触探测得的端、侧阻力有时并不能真实估算基桩的阻力情况，且静力触探是一种连续贯入的大应变测试，土体在其连续刺入的情况下应力集中现象明显，测试数据有一定误差。第3种方法是最真实最准确的一种测试方法，但其成本较高，测试周期较长，除重要工程的施工前设计试桩测试外，一般工程仅将其作为一种施工完成后的质量检测，具有滞后性。

现实的发展需要有一种操作快速方便，成本低廉，能较切合实际状况的桩阻力测试装置及方法，能够在基桩设计施工前就提供桩阻力相关参数，为基桩设计提供依据。出于现实需要急需研制阻力模拟测试装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种桩阻力模拟测试装置，能够通过该装置模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状态，可重复使用，不需进行实际试桩，成本少，费用低，效费比高，并可在基桩设计施工前提供桩阻力相关参数，为基桩的设计施工提供依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种桩阻力模拟测试装置，其中：该装置包括四部分：桩端阻力测试部分、桩侧阻力测试部分、数据采集及传输部分、测试装置主体。桩端阻力测试部分由锥头、滑动杆、端阻力及位移传感器构成。桩侧阻力测试部分由摩擦筒、侧阻力及位移传感器构成。数据采集及传输部分由数据采集接收器和辅助数据线组成。测试装置主体由上、下承压筒及承压筒顶帽构成。其工作原理是外部荷载通过测试装置主体将荷载传递给桩端阻力测试部分和桩侧阻力测试部分。桩端阻力测试部分和桩侧阻力测试部分将所采集到的端阻力、侧阻力及位移数据分别传输至数据采集及传输部分。数据采集及传输部分将采集输入的数据进行打包输出至地面接收装置。

本发明的效果是使用该装置，模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状态，同时提供地基土桩端阻力、桩侧阻力、剪切模量及压缩模量等参数，可在基桩设计施工前提供桩阻力相关参数，为基桩的设计施工提供依据，解决了传统采用物理指标估算桩阻力的误差，克服了传统静力触探因探头尺寸较小易产生尺寸效应失真和连续贯入易产生的大应变失真，能在不进行实际试桩的条件下尽可能真实的反映桩土作用状态，可重复使用，相较于实际试桩可节省约50％的费用(以20m的Φ500mm预制桩为例)，具有成本低、费用少、效费比高的特点，特别适宜于设计试桩以及丙级基桩等不必需进行实际试桩的情况。本装置适合于各种陆域、水域工程勘察检测。

附图说明

图1为本发明桩阻力模拟测试装置结构示意图；

图2为采用本发明桩阻力模拟测试装置操作示意图。

图中：

1、锥头 2、滑动杆 3、摩擦筒 4、端阻力及位移传感器

5、侧阻力及位移传感器 6、数据采集接收器 7、下承压筒

8、上承压筒 9、承压筒顶帽 10、螺纹端口 11、探杆

12、加载装置 13、地面监测及数据接收装置 14、电缆传输或无线传输

具体实施方式

结合附图对本发明的桩阻力模拟测试装置的结构进一步说明。

本发明的桩阻力模拟测试装置设计思想是，模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状态，同时能在基桩设计施工前提供地基土的桩端阻力、桩侧阻力、剪切模量、压缩模量等相关参数，为基桩的设计施工提供依据，解决了传统采用物理指标估算桩阻力的误差，避免了传统静力触探的连续贯入大应变失真及尺寸效应失真，能在不进行实际试桩的条件下尽可能真实的反映桩土作用状态，能重复使用，成本少，费用低，效费比高。

如图1所示，本发明的桩阻力模拟测试装置包括四部分：桩端阻力测试部分、桩侧阻力测试部分、数据采集及传输部分、测试装置主体。桩端阻力测试部分由锥头1、滑动杆2和端阻力及位移传感器4构成。桩侧阻力测试部分由摩擦筒3和侧阻力及位移传感器5构成。数据采集及传输部分由数据采集接收器6和辅助数据线组成。测试装置主体由下承压筒7、上承压筒8及承压筒顶帽9构成。承压筒顶帽9通过螺纹端口10与外部探杆连接。

所述锥头1由钢质材料制成，直径视规格不同而定，一般取75-126mm，直径过大无法在常规勘探孔中检测，直径过小难以反映尺寸效应且易连续贯入，地基土变形不易检测，综合考虑普通勘探孔直径及检测难易程度，直径取75-126mm为宜。锥头1与滑动杆2通过螺纹丝扣连接，滑动杆2穿过下承压筒7的下端内孔，端阻力及位移传感器4置于滑动杆2与下承压筒7的下端内孔壁之间，以实现滑动杆2与下承压筒7的相对微位移过程中对阻力及位移的检测。

摩擦筒3由钢铁材质制成，摩擦筒3位于下承压筒7的外侧，侧阻力及位移传感器5位于摩擦筒3的内壁与下承压筒7的外壁之间，以实现摩擦筒3与下承压筒7的相对微位移过程中对阻力及位移的检测。

数据采集接收器6通过辅助数据线与端阻力及位移传感器4、侧阻力及位移传感器5相连，并与地面接收装置或通过辅助电缆，电缆从装置顶端中心圆孔穿过并从外部探杆内芯穿过，或通过无线传输方式进行数据传输。

下承压筒7与上承压筒8之间通过螺纹丝扣连接，上承压筒8与承压筒顶帽9间通过螺纹丝扣连接，下承压筒7、上承压筒8、承压筒顶帽9共同组成了测试装置主体，承压筒顶帽9通过螺纹端口10与外部探杆连接。

本发明的桩阻力模拟测试装置的功能是这样实现的：

该所述装置通过外部探杆被施加以垂向荷载，装置在荷载作用下向下移动，由于受到土体的侧阻力和端阻力，使所述装置端阻力测试部分的锥头1、滑动杆2与下承压筒7之间产生相对微位移，所述装置侧阻力测试部分的摩擦筒3与下承压筒7之间的产生相对微位移。在锥头1、滑动杆2与下承压筒7之间的微位移过程中，由端阻力及位移传感器4采集锥头1在垂直荷载作用过程中受到的土阻力及产生的微位移，并将采集数据通过辅助数据线传输至数据采集接收器6。在摩擦筒3与下承压筒7之间的微位移过程中，由侧阻力及位移传感器5采集摩擦筒3在垂直荷载作用过程中受到的土体侧阻力及产生的微位移，并将数据通过辅助数据线传输至数据采集接收器6。

数据采集接收器6负责接收端阻力及位移传感器4、侧阻力及位移传感器5传输至的数据，将数据处理打包后通过有线电缆或无线方式传输至地面数据接收装置，地面数据接收装置对接收到的数据进行二次处理后，最终提供桩阻力相关参数。

如图2所示，本发明的桩阻力模拟测试装置在使用中，将所述桩阻力模拟测试装置置于勘探孔预定深度处，所述装置通过螺纹端口10与外部探杆11连接，探杆11顶端有外部加载装置12，通过加载装置12对探杆11施加以垂向荷载，荷载通过探杆11传递至所述桩阻力模拟测试装置，使所述装置在垂向荷载作用下向下位移。所述桩阻力模拟测试装置在向下位移过程中受到土体的阻力，使所述装置的锥头1、滑动杆2与下承压筒7之间产生相对微位移，所述装置的摩擦筒3与下承压筒7之间产生相对微位移。在锥头1、滑动杆2与下承压筒7之间的微位移过程中，通过端阻力及位移传感器4采集锥头1在垂直荷载作用过程中受到的土阻力及产生的微位移。在摩擦筒3与下承压筒7之间的微位移过程中，由侧阻力及位移传感器5采集摩擦筒3在垂直荷载作用过程中受到的土体侧阻力及产生的微位移。端阻力及位移传感器4、侧阻力及位移传感器5将采集的数据通过辅助数据线传至数据采集接收器6，数据采集接收器6通过电缆传输或无线传输14将数据打包传输至地面监测及数据接收装置13。电缆传输或无线传输14当采用电缆传输时，电缆从探杆11的内芯穿过。地面监测及数据接收装置13一方面监测探杆11在加裁过程中的下沉位移，另一方面同时接收数据采集接收器6传输至的相关数据。

本发明的桩阻力模拟测试装置的操作步骤如下：

(1)将勘探孔钻至试验深度处并清孔。

(2)连接桩阻力模拟测试装置和探杆，下入至孔底试验土层，探杆上端接加载装置，探杆外安装调试地面监测及数据接收装置，若采用电缆传输数据则将传输电缆通过探杆内芯，一端与孔底桩阻力模拟测试装置连接，一端与地面监测及数据接收装置连接。

(3)通过加载装置给探杆及桩阻力模拟测试装置施加垂向荷载，使桩阻力模拟测试装置贯入土体40cm，然后卸载并对所有传感器调零。

(4)进行分级加载或连续加载，通过数据接收装置记录桩阻力模拟测试装置的端阻力、端位移、侧阻力、侧位移及探杆总的下沉位移，其中采用分级加载时每级荷载的沉降位移稳定标准参照单桩静载试验或深层平板载荷试验判别标准。

(5)参照单桩静载试验或深层平板载荷试验，当土体出现明显破坏，终止试验测试，拆卸加载装置、探杆及桩阻力模拟测试装置，并对桩阻力模拟测试装置进行心要的清理养护。

(6)进行数据整理，提供地基土试验深度处的端阻力、侧阻力、压缩模量、剪切模量等指标参数。

本发明的桩阻力模拟测试装置的特点是：

(1)可模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状况，并可在基桩设计施工前提供较可靠的端阻力、侧阻力、压缩模量、剪切模量等相关参数，功能多，提供参数丰富。

(2)结构简单，使用方便，易于搬运，可重复使用，不用实际试桩；

(3)成本少，费用低，作业周期短，效费比高。

(4)避免了传统桩阻力测试方法的缺点，提供了一种新型桩阻力测试装置及方法。

(5)能够满足各种陆域、水域的工程勘察检测需要，适用范围广，工作效率高。

Claims (1)

1.一种桩阻力模拟测试装置，其特征是：该装置包括有测试装置主体、桩端阻力测试部分、桩侧阻力测试部分、数据采集及传输部分；

所述测试装置主体包括有下承压筒(7)、上承压筒(8)及承压筒顶帽(9)，下承压筒(7)与上承压筒(8)之间通过螺纹丝扣连接，上承压筒(8)与承压筒顶帽(9)之间亦通过螺纹丝扣连接，承压筒顶帽(9)通过螺纹端口(10)与外部探杆连接；

所述桩端阻力测试部分包括有锥头(1)、滑动杆(2)和端阻力及位移传感器(4)，锥头(1)的直径为75-126mm，锥尖角为60°角，锥头(1)与滑动杆(2)间通过螺纹丝扣连接，滑动杆(2)穿过下承压筒(7)的下端内孔，端阻力及位移传感器(4)位于滑动杆(2)外壁与下承压筒(7)的下端内孔壁之间；

所述桩侧阻力测试部分包括有摩擦筒(3)和侧阻力及位移传感器(5)，摩擦筒(3)设于下承压筒(7)的下部，侧阻力及位移传感器(5)位于摩擦筒(3)的内壁与下承压筒(7)的外壁之间；

所述数据采集及传输部分包括有数据采集接收器(6)及辅助数据线，数据采集器(6)与端阻力及位移传感器(4)、侧阻力及位移传感器(5)相连接，数据采集器(6)通过辅助数据线接收端阻力及位移传感器(4)和侧阻力及位移传感器(5)的数据信号，并将数据打包处理后通过电缆传输或无线传输传至地面接收设备。