CN110258663A - 一种验证基桩内力测试结果的装置及利用其验证结果的求解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种验证基桩内力测试结果的装置，包括桩孔、加压装置、钢筋笼、两焊接有若干钢筋计主筋、上位移杆、下位移杆与位移量检测装置，所述桩孔用于浇筑混凝土后形成基桩，所述加压装置用于对形成于所述桩孔中的基桩施加压力；所述钢筋笼伸入至所述桩孔中；在上述所述钢筋笼中选择对称的两主筋，并在其上设置若干个钢筋计以测试相应位置的桩身应变，且该所述两主筋上钢筋计的位置相同；所述上位移杆与基桩顶端固接；所述下位移杆伸入所述桩孔中并与基桩底端固接；该验证基桩内力测试结果的装置能够对基桩内力测试结果的进行验证，本发明还公开了一种利用上述装置验证结果的求解方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种基桩竖向极限承载力试验技术领域，尤其涉及一种验证基桩内力测试结果的装置及利用其验证结果的求解方法。
背景技术
据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008的5.3.2条要求在进行对试验桩进行单桩竖向抗压静载试验时，桩周各层土的极限侧摩阻力标准值τi宜通过埋设桩身轴力测试元器件进行测量，但由于桩身轴力测试元器件的不稳定性以及桩体混凝土与桩身轴力测试元器作用的复杂性，目前常规设置的内力测试方法还无法保证其测试结果的正确性，对测试元器件的测试结果也无法进行有效的验证，如不加以验证就使用内力测试结果τi进行工程设计，会给工程质量和安全留下隐患。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种验证基桩内力测试结果的装置，其能够对基桩内力测试结果的进行验证，本发明的目的之二在于提供一种利用上述装置验证结果的求解方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种验证基桩内力测试结果的装置，包括：
桩孔，所述桩孔用于浇注混凝土；
钢筋笼，所述钢筋笼伸入至所述桩孔中，以与所述桩孔中混凝土配合形成基桩；
两主筋，两所述主筋对称设置在所述钢筋笼两侧；
加压装置，所述加压装置用于对形成于所述桩孔中的基桩施加压力；
至少2n个钢筋计，任一所述主筋安装有至少n个所述钢筋计，所述钢筋计沿所述主筋的高度方向设置，两所述主筋所设置的钢筋计的安装深度位置相同，n为大于等于2的自然数；
上位移杆，所述上位移杆下端与基桩上端固接，所述基桩伸缩时能够带动所述上位移杆上下移动；
下位移杆，所述下位移杆下端伸入所述桩孔中并与基桩下端固接，所述基桩伸缩时，所述下位移杆能够随基桩桩底一同上下移动，而不随基桩的伸缩而上下移动；
所述上位移杆的上端面与下位移杆的上端面平齐；
基准梁，设置在所述上位移杆与所述下位移杆的上端，所述基准梁呈水平设置，并与所述上位移杆的上端面以及所述下位移杆的上端面抵接；
位移量检测装置，安装于所述上位移杆上端和所述下位移杆上端，所述位移量检测装置适于检测加压装置对基桩施加压力时，所述上位移杆的上端面以及所述下位移杆的上端面与所述基准梁之间的位移量；
所述位移量检测装置包括安装于所述上位移杆上端的第一位移量检测器和安装于所述下位移杆上端的第二位移量检测器；
数据采集装置，所述数据采集装置适于接收所述钢筋计采集的桩身应变、所述第一位移量检测器采集的上位移杆的位移量与所述第二位移量检测器采集的下位移杆的位移量。
数据处理装置，所述数据处理装置包括桩身应变验证模块；
所述桩身应变验证模块适于根据所述数据采集装置采集的所述钢筋计采集的桩身应变、所述第一位移量检测器采集的上位移杆的位移量与所述第二位移量检测器采集的下位移杆的位移量验证桩身应变量的准确性，所述桩身应变验证模块采用以下公式进行验证：
Δ＝Δ1-Δ2≈Σεili，其中，Δ1为第一位移量检测装置采集的位移量的均值，Δ2为第二位移量检测器采集的位移量的均值，同一高度任意两个钢筋计11为一组，li为i组钢筋计与i-1组钢筋计深度的中点与i组钢筋计与i+1组钢筋计深度的中点间的距离，εi为第i组钢筋计在基桩极限状态作用下所测得的相应位置的应变的平均值；
当Δ1-Δ2的值与Σεili的和的值误差小于设定值时，钢筋计11采集的桩身应变εi准确，否则不准确。
进一步地，所述下位移杆套设有下位移杆保护管。
进一步地，所述下位移杆保护管底部固接有封板，所述下位移杆底端与所述封板固接。
进一步地，所述上位移杆与所述下位移杆分别设置有两根，且两所述下位移杆分别与两所述主筋连接。
进一步地，任一所述主筋上钢筋计为等距设置。
进一步地，相邻所述钢筋计之间的距离为3m。
进一步地，位于任一所述主筋上的n个钢筋计非等距设置，n大于等于3。
进一步地，所述位移量检测装置包括安装于所述上位移杆以及所述下位移杆顶端的位移传感器。
进一步地，任一所述主筋上的钢筋计从主筋下端朝向主筋上端依次设置。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种利用上述装置验证结果的求解方法，包括以下步骤：
(1)依据上述验证基桩内力测试结果的装置搭建试验平台；
(2)浇注混凝土到桩孔中且待混凝土达到28天龄期；
(3)对基桩进行加载试验，直至加载到基桩的极限状态；
(4)采集试验数据，收集基桩在极限状态下，下位移杆的位移量、上位移杆的位移量与桩身应变；
(5)整理试验数据，并根据试验数据和公式1计算并验证各钢筋计所测得的桩身各深度处的桩身应变εi的正确性；从而根据桩身内力测试结果计算公式2中桩周土摩阻力τi；
Δ＝Δ1-Δ2≈Σεili 1)
其中，Δ1为第一位移量检测装置采集的位移量的均值，Δ2为第二位移量检测器采集的位移量的均值，同一高度任意两个钢筋计为一组，εi为第i组钢筋计在基桩极限状态作用下所测得的相应位置的应变的平均值，li为i组两钢筋计的中点位置与i+1组两钢筋计的中点位置的距离，i≧1，D为桩的直径，E为混凝土弹模，A为桩的截面面积，若公式1两边的误差大于-2mm且小于2mm时，等式2成立，则表明测得的桩身应变εi正确，则公式2计算出的桩周土侧摩阻力τi的结果准确；反之公式1不成立，则公式2计算出的桩周土侧摩阻力τi的结果不正确。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
通过设置下位移杆将基桩底端的位移上传至基桩顶端处，再利用位移量检测装置对下位移杆的位移进行测量，再与安装于基桩顶端的上位移杆的位移测量结果结合求得基桩压缩量Δ与∑εili进行比对，当上述比对结果误差在预设范围内时，即可验证所测试的桩周各土层的极限摩阻力标准值τi的正确性，从而为后续工程桩的设计打下了坚实的基础。
附图说明
图1为本发明的一种验证基桩内力测试结果的装置的结构示意图；
图2为本发明的一种验证基桩内力测试结果的装置基桩的横截视图；
图3为本发明的一种验证基桩内力测试结果的装置下位移杆的结构视图。
图中：1、基准梁；2、油泵；3、数据采集设备；4、位移传感器；5、基桩侧壁；6、钢筋笼；7、基桩；8、千斤顶；9、持力层；10、下位移杆保护管；11、钢筋计；12、下位移杆；13、上位移杆；14、加压油管；15、配重块；16、钢梁；17、钢板；18、主筋。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下具体实施方式中，如未作特殊说明，所记载的“第一”和“第二”是对相似结构的以示区分，不应该理解为先后关系、主次或从属关系。
如图1-3所示的一种验证基桩内力测试结果的装置，包括桩孔、加压装置、钢筋笼6、两对称设置在钢筋笼6两侧的主筋18、上位移杆13、下位移杆12、位移量检测装置与数据采集设备3；
其中，桩孔，其周边为需测试其极限侧摩阻力τi的岩土层即基桩侧壁5，桩孔用于浇注混凝土后形成基桩7，位于基桩7底部的岩土层为持力层；桩孔上方安装有基准梁1；钢筋笼6伸入至所述桩孔中，钢筋笼6包括多根纵向主筋18与箍筋，两主筋18与纵向主筋18等直径且沿钢筋笼6周向对称布置，主筋18上设置有至少n个钢筋计11用于测试基桩7各高度位置的桩身应变；n为大于等于2的自然数；且两主筋18上钢筋计11的位置对应，加压装置，设置在基桩7上端，用于对形成于桩孔中的基桩7施加压力；该加压装置包括设置在基桩7上方的钢梁16，设置在钢梁16下端面的千斤顶8以及设置在钢梁16上端的载重块，千斤顶8右侧设置有油泵2，该油泵2通过加压油管14与千斤顶8连接，使用时，油泵2经加压油管14向千斤顶8注油实现千斤顶8加载，对基桩7施加压力，进行加载试验；
上位移杆13，上位移杆13与基桩7顶端固接，且在千斤顶8对基桩7施加压力时，随基桩7的顶部而上下移动；下位移杆12伸入钢筋笼6中并固定安装于焊接有钢筋计11的两主筋18且下位移杆12底部与钢筋笼6底平齐，且在千斤顶8对基桩7施加压力时能够与基桩桩底一同上下移动，而不随基桩7的伸缩而上下移动；
位移量检测装置，设置在上位移杆13和下位移杆12上端，其包括安装于上位移杆13上端的第一位移量检测器和安装于下位移杆12上端的第二位移量检测器；第一位移量检测器与第二位移量检测器为位移量传感器。
在使用前，上位移杆13顶端以及下位移杆12顶端与基准梁1基本平齐，以使上位移杆13顶端与下位移杆12顶端处于同一水平面上，降低位移传感器4的误差。
数据采集设备3通过数据采集电缆与钢筋计11和位移量测设备有效连接，用于接收钢筋计11和位移量测设备采集的数据信息。
数据处理装置，数据处理装置包括桩身应变验证模块；
桩身应变验证模块适于根据数据采集装置采集的钢筋计采集的桩身应变、第一位移量检测器采集的上位移杆的位移量与第二位移量检测器采集的下位移杆的位移量验证桩身应变量的准确性，桩身应变验证模块采用以下公式进行验证：
Δ＝Δ1-Δ2≈Σεili，其中，Δ1为第一位移量检测装置采集的位移量的均值，Δ2为第二位移量检测器采集的位移量的均值，同一高度任意两个钢筋计11为一组，li为i组钢筋计与i-1组钢筋计深度的中点与i组钢筋计与i+1组钢筋计深度的中点间的距离，εi为第i组钢筋计在基桩极限状态作用下所测得的相应位置的应变的平均值；
当Δ1-Δ2的值与Σεili的和的值误差小于设定值时，钢筋计11采集的各位置的桩身应变εi准确，否则不准确。
下位移杆12套设有下位移杆保护管10，下位移杆保护管10用来隔离泥浆及混凝土，确保下位移杆12能够上下自由移动，如图3所示。
更具体地，下位移杆保护管10底部固接有封板，下位移杆12底端与封板固接，以避免泥浆及混凝土从下位移保护管底端进入，与下位移保护管中下位移杆12接触，如图3所示。
作为一种优选方案，利用成本和测量精度的考虑，上位移杆13以及下位移杆12的数量均为两个且沿钢筋笼6周向均匀对称布置，当然还可以设置成其他数量。
作为一种优选方案，利用成本和测量精度的考虑，钢筋计11设置有多个且呈等距分布，相邻钢筋计11之间的距离可为3m，也可采用其他数值，此外，多个钢筋计11也可采用不等间距设置，且如遇地质岩土层分层处，则也应分别设置有钢筋计11。
上述验证基桩7内力测试结果的装置的搭建方法，(1)桩孔形成：采用钻孔桩设备对施工地面进行机械钻孔，(2)钢筋笼6成型；利用箍筋将钢筋笼6纵向主筋18捆扎成钢筋笼6；(3)安装上位移杆13与下位移杆12，用中空的位移杆护管套住下位移杆12，然后将下位移杆12及其位移杆护管焊接于一块小块钢板17(如图3所示)，以封堵位移杆护管底部避免混凝土进入位移杆护管中，然后将其底部放置于钢筋笼6底部，最后将上述位移杆件绑扎于钢筋笼6相应的主筋18使其固定(如图2所示)。(4)钢筋计11安装，从钢筋笼6底部开始，在分别靠近两下位移杆12的主筋18上各焊接若干个钢筋计11，且分别设置在两主筋18上的钢筋计11的编号分别用Gi和Hi表示)，且从上述两根主筋18的下端朝上端即从主筋18底部朝向顶部，每间隔约3m(如遇地层分界处，则也应设置钢筋计11)安装1个钢筋计11，并将与其连接的测线从钢筋笼6顶部引出。(5)放置钢筋笼6，将已安装好上、下位移杆12及其护管、钢筋计11的钢筋笼6吊装至桩孔内。(6)以上工作完成后浇注混凝土成桩，在这过程中注意不要损坏所有的测试元器件。(7)加载设备安装，混凝土达到28天龄期后即可进行安装千斤顶8、钢梁16及配重块15等进行加载试验。
利用上述装置验证结果的求解方法，在桩孔内浇筑的混凝土达到28天龄期后，通过油泵2经加压油管14向千斤顶8注油实现千斤顶8加载操作对基桩7进行加载试验。直至达到基桩7的极限状态，即加载力N等于单桩竖向极限承载力时。
采集试验数据；包括上位移杆13与下位移杆12位移量采集：通过设置在上位移杆13以及下位移杆12上端的位移量检测装置，测得下位移杆12位移量Δ1与上位移杆13位移量Δ2与桩身应变。
整理试验数据，并根据试验数据和下式1计算并验证各钢筋计11所测得的桩身各深度处的桩身应变εi的正确性；从而根据桩身内力测试结果计算公式2中桩周土摩阻力τi的正确性；
Δ＝Δ1-Δ2≈Σεili 1)
其中，Δ1为第一位移量检测装置采集的位移量的均值，Δ2为第二位移量检测器采集的位移量的均值，同一高度任意两个钢筋计11为一组，εi为第i组钢筋计11在基桩7极限状态作用下所测得相应位置的应变的平均值，li为i组钢筋计11与i-1组钢筋计11深度的中点与i组钢筋计11与i+1组钢筋计11深度的中点间的距离，i≧1，D为桩的直径，E为混凝土弹模，A为桩的截面面积，若上述等式的误差大于-2mm且小于2mm时，上式成立时，则可验证式2计算出的桩周土侧摩阻力τi的结果准确；反之上式不成立，则式2计算出的桩周土侧摩阻力τi的结果不正确。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于包括：
桩孔，所述桩孔用于浇注混凝土；
钢筋笼，所述钢筋笼伸入至所述桩孔中，以与所述桩孔中混凝土配合形成基桩；
两主筋，两所述主筋对称设置在所述钢筋笼两侧；
加压装置，所述加压装置用于对形成于所述桩孔中的基桩施加压力；
至少2n个钢筋计，任一所述主筋安装有至少n个所述钢筋计，所述钢筋计沿所述主筋的高度方向设置，两所述主筋所设置的钢筋计的安装深度位置相同，n为大于等于2的自然数；
上位移杆，所述上位移杆下端与基桩上端固接，所述基桩伸缩时能够带动所述上位移杆上下移动；
下位移杆，所述下位移杆下端伸入所述桩孔中并与基桩下端固接，所述基桩伸缩时，所述下位移杆能够随基桩桩底一同上下移动，而不随基桩的伸缩而上下移动；
所述上位移杆的上端面与下位移杆的上端面平齐；
基准梁，设置在所述上位移杆与所述下位移杆的上端，所述基准梁呈水平设置，并与所述上位移杆的上端面以及所述下位移杆的上端面抵接；
位移量检测装置，安装于所述上位移杆上端和所述下位移杆上端，所述位移量检测装置适于检测加压装置对基桩施加压力时，所述上位移杆的上端面以及所述下位移杆的上端面与所述基准梁之间的位移量；
所述位移量检测装置包括安装于所述上位移杆上端的第一位移量检测器和安装于所述下位移杆上端的第二位移量检测器；
数据采集装置，所述数据采集装置适于接收所述钢筋计采集的桩身应变、所述第一位移量检测器采集的上位移杆的位移量与所述第二位移量检测器采集的下位移杆的位移量。
数据处理装置，所述数据处理装置包括桩身应变验证模块；
所述桩身应变验证模块适于根据所述数据采集装置采集的所述钢筋计采集的桩身应变、所述第一位移量检测器采集的上位移杆的位移量与所述第二位移量检测器采集的下位移杆的位移量验证桩身应变量的准确性，所述桩身应变验证模块采用以下公式进行验证：
Δ＝Δ1-Δ2≈Σεili，其中，Δ1为第一位移量检测装置采集的位移量的均值，Δ2为第二位移量检测器采集的位移量的均值，同一高度任意两个钢筋计11为一组，li为i组钢筋计与i-1组钢筋计深度的中点与i组钢筋计与i+1组钢筋计深度的中点间的距离，εi为第i组钢筋计在基桩极限状态作用下所测得的相应位置的应变的平均值；
当Δ1-Δ2的值与Σεili的和的值误差小于设定值时，钢筋计11采集的桩身应变εi准确，否则不准确。
2.如权利要求1所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：所述下位移杆套设有下位移杆保护管。
3.如权利要求2所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：所述下位移杆保护管底部固接有封板，所述下位移杆底端与所述封板固接。
4.如权利要求1所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：所述上位移杆与所述下位移杆分别设置有两根，且两所述下位移杆分别与两所述主筋靠近并平行绑扎。
5.如权利要求1所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：任一所述主筋上钢筋计为等距设置。
6.如权利要求5所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：相邻所述钢筋计之间的距离为3m。
7.如权利要求1所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：位于任一所述主筋上的n个钢筋计非等距设置，n大于等于3。
8.如权利要求1所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：所述第一位移量检测器与第二位移量检测器为位移传感器。
9.如权利要求1所述的一种验证基桩内力测试结果的装置，其特征在于：任一所述主筋上的钢筋计从主筋下端朝向主筋上端依次设置。
10.一种利用基桩内力测试结果的求解方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)依据权利要求1-9任一项所述的验证基桩内力测试结果的装置搭建试验平台；
(2)浇筑混凝土到桩孔中且待混凝土达到28天龄期；
(3)对基桩进行加载试验，直至加载到基桩的极限状态；
(4)采集试验数据，收集基桩在极限状态下，下位移杆的位移量、上位移杆的位移量与桩身应变；
(5)整理试验数据，并根据试验数据和公式1计算并验证各钢筋计所测得的桩身各深度处的桩身应变εi的正确性；从而根据桩身内力测试结果计算公式2中桩周土摩阻力τi；
Δ＝Δ1-Δ2≈Σεili 1)
其中，Δ1为第一位移量检测装置采集的位移量的均值，Δ2为第二位移量检测器采集的位移量的均值，同一高度任意两个钢筋计为一组，εi为第i组钢筋计在基桩极限状态作用下所测得的相应位置的应变的平均值，li为i组钢筋计与i-1组钢筋计深度的中点与i组钢筋计与i+1组钢筋计深度的中点间的距离，i≧1，D为桩的直径，E为混凝土弹模，A为桩的截面面积，若公式2两边的误差大于-2mm且小于2mm时，等式2成立，则表明测得的桩身应变εi正确，则公式2计算出的桩周土侧摩阻力τi的结果准确；反之公式1不成立，则公式2计算出的桩周土侧摩阻力τi的结果不正确。
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