CN114086610A - 桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置及方法，该装置包括外环壳、转盘、驱动装置、铰接条、输出通道管和输出口；外环壳套设在转盘外，且外环壳和转盘的圆心相同，驱动装置一端与外环壳固定连接且另一端驱动转盘相对外环壳旋转；铰接条一端与转盘边缘固定连接且另一端设于输出通道管内，输出通道管固定设置在外环壳内且一端延伸至输出口；输出口位于外环壳外侧边缘且与土体接触。克服现有桩承载力自平衡测试中，上段桩的侧摩阻力小于下段桩阻力时，上段桩被顶出的问题。

Description

桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置及方法
技术领域
本发明属于岩土工程领域，尤其涉及一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置及方法。
背景技术
桩竖向承载力测试时，往往用堆载反力梁装置，这样在施工场地需要运输配重块，而配重块可以为砂袋、混凝土预制块、钢锭以及水箱，这时试桩需要往工地运输配重块，且安装时间较长，降低了效率。而自平衡测试法通过在桩中安装荷载箱，荷载箱同时对上段桩和下段桩产生压力，这样可以分别画出上段桩和下端桩的力-位移曲线，进而计算桩的承载力，但是自平衡测试时会遇到上段桩的侧摩阻力小于下段桩阻力的情况，这时会发生上段桩被顶出的问题。因此需要一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置及方法。
发明内容
本发明为了克服现有桩承载力自平衡测试中，上段桩的侧摩阻力小于下段桩阻力时，上段桩被顶出的问题，提供了一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，外环壳、转盘、驱动装置、铰接条、输出通道管和输出口；外环壳套设在转盘外，且外环壳和转盘的圆心相同，驱动装置与转盘配合以驱动转盘相对外环壳旋转；铰接条一端与转盘边缘固定连接且另一端设于输出通道管内，输出通道管设置在外环壳内且一端延伸至输出口，输出口位于外环壳外侧边缘且与土体接触。
优选地，驱动装置包括电机、第一齿轮和第二齿轮，电机和外环壳固定连接，电机的转轴与第一齿轮固定连接，第一齿轮和第二齿轮啮合，第二齿轮和转盘固定连接，电机驱动第一齿轮旋转时，第一齿轮带动第二齿轮和转盘旋转。
优选地，铰接条包括若干铰接单元，相邻两铰接单元之间在铰接点通过铰接轴连接；铰接单元进入输出通道管前铰接单元绕铰接轴旋转；铰接单元进入输出通道管后，铰接单元两两之间固定连接且无法绕铰接轴旋转。
优选地，铰接条包括若干铰接单元，相邻两铰接单元之间在铰接点通过铰接轴连接；进入输出通道管前，铰接单元绕铰接轴旋转；进入输出通道管后，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转。
优选地，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转的方法为：每一铰接单元均开设有固定孔，外环壳固定连接有杆腔室，杆腔室内设有依次排列的若干固定杆，杆腔室底部设有与固定杆相配合的杆连通口，杆腔室内有弹簧，弹簧一端与杆腔室固定连接且另一端挤压固定杆；相邻两铰接单元移动至杆腔室对应位置时，其两固定孔在输出通道管内处于联通状态，固定杆在重力作用下由杆连通口进入联通状态的两固定孔。
优选地，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转的方法为：相邻两铰接单元分别为第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴连接相邻的第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴与第一铰接单元固定连接，铰接轴位于第二铰接单元的铰接孔内，第二铰接单元的铰接孔边缘设有第一固定槽，铰接轴为形状记忆合金材料制成，外环壳内安装有温度控制装置，温度控制装置使铰接单元和铰接轴在输出通道管内时处于第一温度，第一温度时铰接轴在第二铰接单元的铰接孔内的横截面呈圆形，此时第二铰接单元绕铰接轴自由转动；铰接轴在离开输送管道后处于第二温度，第二温度时铰接轴在第二铰接单元的铰接孔内的横截面发生变形且进入第一固定槽，此时第一铰接单元和第二铰接单元无法发生相对转动。
优选地，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转的方法为：相邻两铰接单元分别为第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴连接相邻的第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴与第一铰接单元固定连接，铰接轴位于第二铰接单元的铰接孔内，铰接轴在第二铰接单元的铰接孔边缘设有第一固定槽，铰接轴内设有第二固定槽，第一固定槽和第二固定槽没有连通，第二固定槽内有遇水膨胀胶囊；铰接轴没有进入在输出通道管时，内第一固定槽和第二固定槽没有连通、且遇水膨胀胶囊没有进入第一固定槽；铰接轴进入从输出通道管进入土中时，第一固定槽和第二固定槽连通，遇水膨胀胶囊在地下水作用下膨胀且进入第一固定槽，以阻止此时第一铰接单元和第二铰接单元无法绕铰接轴旋转。
优选地，桩自平衡测试中防止上段桩顶出的方法，包括下述步骤：
步骤1：将桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置放在荷载箱上部，荷载箱的下端与下段桩接触，这时外环壳的下端与荷载箱接触、外环壳的上端与上段桩接触；
步骤2：当下段桩的阻力大于上段桩的侧摩阻力时，驱动装置驱动转盘相对外环壳旋转，这时铰接条沿输出口进入土体，这时增加上段桩和外环壳的侧向阻力，防止上段桩被顶出。
本发明的有益效果是：克服现有桩承载力自平衡测试中，上段桩的侧摩阻力小于下段桩阻力时，上段桩被顶出的问题。
附图说明
图1为本发明的平面示意图；
图2为本发明的装置与荷载箱和桩的协同作用纵断面示意图；
图3为本发明驱动装置为电机和齿轮平面示意图；
图4为本发明驱动装置含油泵时的平面示意图；
图5为本发明铰接单元由固定杆限制转动的纵断面示意图；
图6为本发明铰接单元由形状记忆合金铰接轴限制转动的平面示意图；
图7为本发明铰接单元由遇水膨胀胶囊限制转动的平面示意图。
图中 1.土体，2.上段桩，3.下段桩，4.荷载箱，5.外环壳，6.转盘，7.驱动装置，8.铰接条，9.输出通道管，10.输出口，11.电机，12.第一齿轮，13.第二齿轮，14.油泵，15.驱动腔室，16.活塞，17.铰接轴，18.固定孔，19.固定杆，20.杆腔室，21.弹簧，22.杆连通口，23.第一固定槽，24.温度控制装置，25.第二固定槽，26.遇水膨胀胶囊，27.第一铰接单元，28.第二铰接单元。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，对本发明的技术方案做进一步解释。
如图1-7所示，桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，包括外环壳5、转盘6、驱动装置7、铰接条8、输出通道管9和输出口10；外环壳5和转盘6的圆心相同，转盘6位于外环壳5内；驱动装置与转盘6配合以驱动转盘6相对外环壳5转动；铰接条8有4个、且均匀的周向布置在转盘6外缘，输出通道管9的数量与铰接条8数量一致、且铰接条8与输出通道管9一一对应，每一铰接条8一端与转盘6的外边缘固定连接且另一端设于对应的输出通道管9内，输出通道管9嵌设在外环壳5内，且输出通道管9远离铰接条8的一端向外延伸至输出口10，输出口10位于外环壳5外侧边缘且与土体1接触。
如图3所示，作为本发明中驱动装置7的其中一具体实施方式，该驱动装置7包括电机11、第一齿轮12和第二齿轮13，电机11和外环壳5固定连接，电机11的转轴和第一齿轮12固定连接，第一齿轮12和第二齿轮13啮合，第二齿轮13和转盘6固定连接，第二齿轮13和转盘6均为圆环状且两者的中心轴重合，电机11驱动第一齿轮12旋转时，第一齿轮12带动第二齿轮13旋转，由于第二齿轮13与转盘6固定连接，因此第二齿轮13带动转盘6同步旋转。
如图4所示，作为本发明中驱动装置7的另一具体实施方式，该驱动装置7包含油泵14、驱动腔室15、活塞16，驱动腔室15呈圆环形，外环壳5的内径与驱动腔室15的外径相同，外环壳5的内壁与驱动腔室15的外壁固定连接，驱动腔室15内设置有密封板，且活塞16设置在驱动腔室15内并与密封板配合形成两个互不连通的密封腔，油泵14与驱动腔室15中的其中一密封腔连通以为驱动腔室15供油，驱动腔室15顶部开设环形槽，转盘6设置在驱动腔室15顶部且转盘6与驱动腔室15内的活塞固定连接，环形槽不会限制转盘6的转动且转盘6底部与环形槽配合实现驱动腔室15的密封，油泵14加压时活塞16在驱动腔室15内移动即可带动转盘6相对外环壳5旋转。同时该转盘6的外径与外环壳5的内径一致，外环壳5的高度大于转盘6和驱动腔室15的总高度，使得外环壳5套设在转盘6外。
铰接条8含若干铰接单元，相邻的两个铰接单元之间在铰接点通过铰接轴17连接；铰接单元进入输出通道管前铰接单元绕铰接轴旋转；铰接单元进入输出通道管后，铰接单元两两之间固定连接且无法绕铰接轴旋转。
本发明中，相邻两铰接单元分别为第一铰接单元和第二铰接单元，第一铰接单元和第二铰接单元的高度均相同，第一铰接单元和第二铰接单元的对应端均呈台阶结构、且对应端的高度均为第一铰接单元的一半，第一铰接单元和第二铰接单元的对应端上下堆叠设置、且通过一铰接轴17铰接，使得第一铰接单元、第二铰接单元均可绕铰接轴旋转，且第一铰接单元、第二铰接单元堆叠位置的高度与第一铰接单元的高度相同。
作为本发明的相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴17旋转的一种具体实施方法：外环壳5内配合每一输出通道管9均固定设置有杆腔室，也即杆腔室的数量与每一输出通道管9的数量一致，为4个，且每一杆腔室对应设置在一输出通道管9的上方位置，如图5(a)所示，杆腔室内初始时依次排列有若干固定杆，固定杆竖直设置，杆腔室底部设有可容一固定杆通过的杆连通口，且杆腔室内水平设置有弹簧21，该弹簧21一端与杆腔室20固定连接、另一端挤压固定杆29；相邻两铰接单元的对应端上对应固定杆均设置有固定孔18，且输出通道管9上对应固定孔开设通孔；如图5(b)所示，在铰接条的相邻两铰接单元移动至杆腔室的对应位置时，相邻两个铰接单元对应端的固定孔18在输出通道管9内处于联通状态、且位于杆连通口22下方，固定杆19在重力作用下由杆连通口22进入联通状态的两个固定孔18内；固定杆19和铰接轴17共同作用，从而防止两个相邻铰接单元绕铰接轴17旋转。
作为本发明的相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴17旋转的第二种具体实施方法：铰接轴17连接相邻的第一铰接单元27和第二铰接单元28，铰接轴17与第一铰接单元27固定连接，铰接轴17位于第二铰接单元28的铰接孔内，第二铰接单元28的铰接孔边缘设有第一固定槽23，铰接轴17为形状记忆合金材料制成，在外环壳5内安装温度控制装置24，铰接单元和铰接轴17在输出通道管9内时处于第一温度，铰接轴17在输出口10和土层中处于第二温度；如图6(a)所示第一温度时，铰接轴17在第二铰接单元28的铰接孔内的横截面呈圆形，且此时第二铰接单元28绕铰接轴17自由转动；如图6(b)所示第二温度时铰接轴17在第二铰接单元28的铰接孔内的横截面发生变形且进入第一固定槽23，这时第一铰接单元27和第二铰接单元28无法发生相对转动。本发明中，该温度控制装置可以为加热器，该加热器的加热方法可以为电阻丝加热、或微波加热、或红外线加热。该温度控制装置的具体结构为本领域的公知常识，本领域技术人员可根据实际情况自行设置。
作为本发明的相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴17旋转的第三种具体实施方法：如图7所示，铰接轴17连接相邻的第一铰接单元27和第二铰接单元28，铰接轴17与第一铰接单元27固定连接，铰接轴17位于第二铰接单元28的铰接孔内，铰接轴17在第二铰接单元28的铰接孔边缘设有第一固定槽23，铰接轴17内有第二固定槽25，第一固定槽23和第二固定槽25连通，第二固定槽内25嵌有遇水膨胀胶囊26，该遇水膨胀胶囊26由吸水膨胀树脂制成；铰接轴17在输出通道管9内时，遇水膨胀胶囊26没有进入第一固定槽23；铰接轴17从输出通道管9进入土中时，遇水膨胀胶囊26在地下水作用下膨胀且进入第一固定槽23，以阻止第一铰接单元27和第二铰接单元28绕铰接轴旋转。
一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的方法，包括下述步骤：
步骤1：将桩自平衡测试中防止上段桩2顶出的装置放在荷载箱4上部，荷载箱4的下端与下段桩3接触，这时外环壳5的下端与荷载箱4接触、外环壳5的上端与上段桩2接触；
步骤2：如图2所示，当下段桩3的阻力大于上段桩2的侧摩阻力时，驱动装置7驱动转盘6相对外环壳5旋转，这时铰接条8沿输出口10进入土体1，以增加上段桩2和外环壳5的侧向阻力，防止上段桩2被顶出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，外环壳、转盘、驱动装置、铰接条、输出通道管和输出口；外环壳套设在转盘外，且外环壳和转盘的圆心相同，驱动装置与转盘配合以驱动转盘相对外环壳旋转；铰接条一端与转盘边缘固定连接且另一端设于输出通道管内，输出通道管设置在外环壳内且一端延伸至输出口，输出口位于外环壳外侧边缘且与土体接触。
2.根据权利要求1所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机、第一齿轮和第二齿轮，电机和外环壳固定连接，电机的转轴与第一齿轮固定连接，第一齿轮和第二齿轮啮合，第二齿轮和转盘固定连接，电机驱动第一齿轮旋转时，第一齿轮带动第二齿轮和转盘旋转。
3.根据权利要求1所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，所述驱动装置包括油泵、驱动腔室、活塞，油泵与驱动腔室连通，驱动腔室和外环壳固定连接，活塞与转盘固定连接，驱动腔室内的液体驱动活塞在驱动腔室内移动，油泵加压时活塞在驱动腔室内移动且带动转盘旋转。
4.根据权利要求1所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，铰接条包括若干铰接单元，相邻两铰接单元之间在铰接点通过铰接轴连接；铰接单元进入输出通道管前铰接单元绕铰接轴旋转；铰接单元进入输出通道管后，铰接单元两两之间固定连接且无法绕铰接轴旋转。
5.根据权利要求4所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转的方法为：每一铰接单元均开设有固定孔，外环壳固定连接有杆腔室，杆腔室内设有依次排列的若干固定杆，杆腔室底部设有与固定杆相配合的杆连通口，杆腔室内有弹簧，弹簧一端与杆腔室固定连接且另一端挤压固定杆；相邻两铰接单元移动至杆腔室对应位置时，其两固定孔在输出通道管内处于联通状态，固定杆在重力作用下由杆连通口进入联通状态的两固定孔。
6.根据权利要求4所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转的方法为：
相邻两铰接单元分别为第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴连接相邻的第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴与第一铰接单元固定连接，铰接轴位于第二铰接单元的铰接孔内，第二铰接单元的铰接孔边缘设有第一固定槽，铰接轴为形状记忆合金材料制成，外环壳内安装有温度控制装置，温度控制装置使铰接单元和铰接轴在输出通道管内时处于第一温度，第一温度时铰接轴在第二铰接单元的铰接孔内的横截面呈圆形，此时第二铰接单元绕铰接轴自由转动；铰接轴离开输送管道后处于第二温度，第二温度时铰接轴在第二铰接单元的铰接孔内的横截面发生变形且进入第一固定槽，此时第一铰接单元和第二铰接单元无法发生相对转动。
7.根据权利要求4所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置，其特征在于，相邻两铰接单元之间固定连接且无法绕铰接轴旋转的方法为：
相邻两铰接单元分别为第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴连接相邻的第一铰接单元和第二铰接单元，铰接轴与第一铰接单元固定连接，铰接轴位于第二铰接单元的铰接孔内，铰接轴在第二铰接单元的铰接孔边缘设有第一固定槽，铰接轴内设有第二固定槽，第一固定槽和第二固定槽没有连通，第二固定槽内有遇水膨胀胶囊；铰接轴在输出通道管时，内遇水膨胀胶囊没有进入第一固定槽；铰接轴从输出通道管进入土中时，遇水膨胀胶囊在地下水作用下膨胀且进入第一固定槽，此时第一铰接单元和第二铰接单元无法绕铰接轴旋转。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种桩自平衡测试中防止上段桩顶出装置，其特征在于，所述防止上段桩顶出的方法包括下述步骤：
步骤1：将桩自平衡测试中防止上段桩顶出的装置放在荷载箱上部，荷载箱的下端与下段桩接触，这时外环壳的下端与荷载箱接触、外环壳的上端与上段桩接触；
步骤2：当下段桩的阻力大于上段桩的侧摩阻力时，驱动装置驱动转盘相对外环壳旋转，这时铰接条沿输出口进入土体以增加上段桩和外环壳的侧向阻力。
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