CN114808903A - 一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统及其测试方法，包括主机控制设备、加压控制设备、套管、通信传力杆、位移百分表、传感器总成以及螺旋板头，其中通信传力杆包括由上至下依次同轴设置的通信传力杆地上接头、多段设置的触点式通信探杆、通信传力杆地下接头，主机控制设备无线方式连接加压控制设备，并根据套管沉降数据和传感器总成的压力、位移数据伺服控制加压控制设备。本发明采用伺服控制系统对试验中的压力变化进行自动化控制，试验过程中无需人工值守，且内部集成布线解决了有缆操作过程复杂的问题，使得测试数据实时传输显示，避免了因为传统通长缆线存在造成的操作困难，提高试验质量和效率，试验效果真实可靠。

Description

一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体为一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统及其测试方法。

背景技术

在岩土工程原位测试领域中，螺旋板载荷试验作为一种简易的岩土载荷试验方法得到广泛普及，该方法适用于黏性土、粉土及砂类土等多种测试环境，用于测定深层地基土或水位以下地基土的承载力、变形模量等岩土参数，为桩基础、基坑等设计提供参数依据。

螺旋板载荷试验的测试原理为：通过传力杆向螺旋形承压板施加荷载，观测并记录板下地基土体受压后板的下沉位移，从而获得地基土的荷载-下沉位移-时间关系曲线，进而获得不同深度地基土的承载力、变形模量等岩土设计参数。

然而当前，传统螺旋板载荷试验存在诸多不足，螺旋板载荷试验的试验周期一般需要24～72小时，试验过程中需要人工值守稳定压力并实时调节，劳动强度大；多芯缆线冗长导致螺旋板头在旋转贯入土体并加接传力杆的过程中，操作复杂，易损伤线缆，因此存在试验装置老旧、外部线缆冗杂、测试自动化程度低且需人工长时间监控等问题。

因此，如何消除现有技术中，多根传力杆内插入的贯通式多芯长缆线而带来的操作困难，且如何实现螺旋板载荷试验的自动化控制功能，便成为本领域人员亟待解决的技术问题。

通过公开专利检索，发现以下对比文件：

CN105699195公开了一种岩土工程原位旋转触探车的螺旋板深层载荷试验系统及其使用方法。由旋转触探车、测量数据记录仪、位移检测器和载荷压力检测器构成的检测器总成、螺旋承压板组成试验系统，本系统将位移检测器设置于空心传力杆的最底端，可以完全排除传力杆弯曲对试验准确性产生的影响，本系统利用现有的岩土工程原位旋转触探车进行螺旋板载荷试验，其反力装置、液压装置等可使试验深度达30m以上，并且不需要在钻孔的基础上进行试验，本系统将直线型容栅位移传感器的动、定栅极板分别设置在位移检测器的空心传力轴和传动接头，试验时位移检测器的包括传动接头的壳体随套管固定，空心传力轴随空心传力杆加荷移动，因此能够准确测量螺旋承压板的下沉位移量。

经分析，上述公开专利虽重点解决了螺旋板位移测量不准、测试深度浅等问题，但在试验压力控制、有缆操作、人力控制等方面仍存在较大问题，需要进行新的改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统及其测试方法，采用该系统对试验中的压力变化进行自动化控制，试验过程中无需人工值守，采用RS485两线制通讯方式，制成触点式通信探杆，解决了多芯长线缆有缆操作过程复杂的问题，使得测试数据实时传输显示，即避免了因为传统通长缆线存在造成的操作困难，也便利了试验过程控制，提高试验质量和效率，试验效果真实可靠。

一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，包括主机控制设备、加压控制设备、套管、通信传力杆、位移百分表、传感器总成以及螺旋板头，其中通信传力杆包括由上至下依次同轴设置的通信传力杆地上接头、多段设置的触点式通信探杆、通信传力杆地下接头，通信传力杆地下接头的上端通过多段设置的触点式通信探杆有线连接通信传力杆地上接头，通信传力杆地下接头的下端有线连接传感器总成并固接螺旋板头；主机控制设备与位移百分表采用无线方式连接，用于采集套管的沉降数据；主机控制设备与通信传力杆地上接头采用无线方式连接，用于采集螺旋板头受到的压力及螺旋板头相对套管的沉降数据；主机控制设备无线方式连接加压控制设备，并根据套管沉降数据和传感器总成测定的螺旋板头载荷、螺旋板头相对套管的沉降位移数据伺服控制加压控制设备。

优选的，主机控制设备包括无线数据接收器、数据存储器、控制处理芯片及无线数据发射器；数据存储器实时存储主机控制设备接收到的压力数据、沉降位移和时间数据；控制处理芯片内预设并控制加压控制设备的控制要求、加压等级及加压稳定时间，且控制处理芯片接收并处理传感器总成的实时压力及沉降数据并与预设值进行比较，并实时伺服控制加压控制设备。

优选的，加压控制设备，包括无线信号处理器、伺服电机、油压泵及油压千斤顶；无线信号处理器远程连接主机控制设备，该无线信号处理器包括数据接收器及无线数据编码器；伺服电机接收主机控制设备的控制信号并双向精密控制油压泵；油压泵为双向精密定量泵，该油压泵由伺服电机控制加压及卸压，并向油压千斤顶加注及抽排液压油。

优选的，通信传力杆地下接头内集成有数据采集器、数据处理器、数据存储器及有线信号传输单元；数据采集器有线连接触点式通信探杆并有线连接传感器总成，将测试过程中获得的螺旋板头载荷、螺旋板头沉降位移数据分别传输给数据处理器；数据处理器将上述螺旋板头受到的压力、螺旋板头沉降位移数据进行同步和匹配，将形成数据一路通过数据存储器储存在内存卡作为数据备份，一路通过有线信号传输单元转换为数据流经多段的触点式通信探杆有线发送给通信传力杆地上接头。

优选的，通信传力杆地上接头同轴固定插接在触点式通信探杆的顶部，该通信传力杆地上接头为空心管形结构，其顶部固定套装有配合油压千斤顶顶撑的扩大承压板，且通信传力杆地上接头的内部由上至下依次设置有顶部密封塞、内部电源、通信处理模块、内部电缆及触点插头；通信处理模块上连接有径向伸出通信传力杆地上接头的无线发射天线，该通信处理模块通过内部电缆及触点插头连接触点式通信探杆，并通过触点式通信探杆有线连接通信传力杆地下接头的有线信号传输单元，且通信处理模块转换触点式通信探杆有线发送的数字信号并通过无线发射天线程发送给主机控制设备。

优选的，触点式通信探杆为空心管形结构，该触点式通信探杆的顶部轴向嵌装固定有触点插座，触点式通信探杆的底部轴向嵌装固定有与通信传力杆地上接头底部相同并通过电缆连接触点插座的触点插头；触点式通信探杆的顶端及底端均制出有轴向设置的阶梯内孔，该阶梯内孔的一端轴向插接定位触点插头及触点插座，且阶梯内孔的另一端螺纹连接有轴向顶紧触点插头及触点插座的卡环；触点插头及触点插座均包括螺丝、绝缘橡胶及管状螺母，其中绝缘橡胶为环形，该绝缘橡胶轴向嵌装在阶梯内孔的内壁上，且绝缘橡胶的内部穿透胀接管状螺母；管状螺母的一端同轴螺纹连接螺丝，由管状螺母的端面及螺丝的螺帽配合于绝缘橡胶的两个轴向端面对向挤压绝缘橡胶；触点插座的螺丝上轴向固设有接触弹簧，该接触弹簧的另一端与触点插头的管状螺母弹性顶撑并电信号导通连接。

优选的，套管的上部外壁上径向固设有对称设置的检测板；位移百分表的检测端贴合在检测板上。

一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤1：检查主机控制设备与通信传力杆地上接头的数据无线通讯情况，以及通信传力杆地上接头、触点式通信探杆及通信传力杆地下接头的数据有线通讯情况，保证主机控制设备上实时显示螺旋板相对位移传感器及螺旋板压力传感器的测量数据，使测量数据与螺旋板头的实际荷载及位移变化同步显示；

步骤2：检查主机控制设备与位移百分表的无线通讯情况；位移百分表无线连接主机控制设备，并检查主机控制设备是否与数显位移百分表显示同步；

步骤3：检查主机控制设备与加压控制设备无线通讯及压力控制是否正常；

步骤4：以上三步检查正常后，先连接螺旋板头、传感器总成及通信传力杆地下接头，并开启通信传力杆地下接头内的电源开关，而后在通信传力杆地下接头上依次接入触点式通信探杆，在传感器总成的外螺纹上接套管，最后利用旋转贯入设备或人力旋压套管，套管带动传感器总成、通信传力杆地下接头、触点式通信探杆及螺旋板头同轴旋转并进入地层；

步骤5：随着旋转压入不断加接多段式的触点式通信探杆和套管，直到螺旋板头到达预定试验深度停止旋转压入；

步骤6：选择合适的套管短节和触点式通信探杆短节，保证套管高出地面30-50cm，触点式通信探杆高出套管10-20cm，以便于后续安装操作，并在套管和探杆之间放入两个导向卡瓦；最后加接通信传力杆地上接头，并开启其电源开关；

步骤7：下反力梁地锚和基准梁地锚，安装反力梁和基准梁，安装油压千斤顶；

步骤8：安装加压控制设备，用油管连接油压千斤顶与加压控制设备，并打开加压控制设备无线控制开关；

步骤9：安装包括位移百分表在内的地上测量装置，在套管管夹下垫好枕木，用套管管夹加紧套管；在套管上安装检测板，安装位移百分表，并打开其无线开关，将百分表磁吸支架固定在基准梁上，使位移百分表的检测端抵触在检测板上；

步骤10：打开主机控制设备，进入载荷试验界面，观测通信传力杆地下接头测得的荷载、位移，地上位移百分表监测情况，正常后，测试数据归零；

步骤11：在主机控制设备上设置加荷等级荷载，点击开始测试，主机控制系统进入第一级加载状态，并驱动加压控制设备给千斤顶加压，主机控制设备实时显示地下传感器总成检测到的螺旋板头承受荷载及螺旋板头沉降位移；当螺旋板所受的荷载达到设定荷载时，控制加压控制设备停止加压，主机控制设备按照螺旋板载荷试验标准规定的采样时间进行采样，记录采样时间、螺旋板头受到的荷载、螺旋板头沉降及套管沉降；试验过程中，当螺旋板所受的荷载低于设定荷载时，主机控制设备就反馈给加压控制设备启动补压，直到达到设定荷载；

步骤12：当满足设定的加载观测时间或沉降标准时，主机控制设备就驱动加压控制设备加压到下一级荷载进行阶梯载荷试验维持荷载，同时主机控制设备继续按螺旋板载荷试验标准规定的采样时间进行采样，记录采样时间、板头荷载、沉降及套管沉降；

步骤13：按预设试验控制要求，主机控制设备完成试验并经技术人员确认后，执行卸压操作至油压千斤顶完全回位；主机控制设备退出试验状态并关机，关掉加压控制设备电源及无线控制开关，拆掉油压千斤顶与千斤顶连接油管；拆解反力装置及地上套管沉降装置，关掉位移百分表无线开关，拆下通信传力杆上接头及套管与触点式通信探杆间的两导向卡瓦，关闭通信传力杆上接头电源开关；采用旋转贯入设备或人力，依次拔出套管、触点式通信探杆、通信传力杆地下接头、传感器总成，关闭通信传力杆地下接头内的电源开关，试验结束；

步骤14：对现场试验测得数据进行资料整理，螺旋板板头的实际沉降值=螺旋板头相对套管的沉降+套管相对地面的沉降，根据各级荷载P对应的螺旋板头最终沉降值s绘制荷载—沉降关系曲线，既P-s曲线，根据曲线确定地层初始压力、临塑压力、极限压力的特征值及岩土设计参数。

本发明的优点和技术效果是：

本发明的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统及其测试方法：

1、本发明的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，根据地下传感器总成的压力变化进行自动化加压控制，实现对油压千斤顶压力的自动稳压控制，技术人员仅需在试验开始、终止试验两个时点进行人为干预，其他时段可无人值守，极大提高试验控制质量，减轻技术人员劳动强度；

2.采用通信传力杆内部触点式接触传输，外部无线传输的快接半无缆式解决方案，即避免了因为缆线存在造成的操作困难，也便利了试验过程控制，使得测试数据实时传输显示；

3.在数据采集处理装置和加压控制设备设有独立存储卡，可为485通讯作为备用方案，提供地下地上独立存储，防止无线信号波动导致的数据丢失问题；

4.通过数据采集处理装置、触点式通信探杆、主机控制设备的数据校核等功能，可实时判断冗余数据，提高传输质量和效率；主机控制设备可无线实时接收测试数据，使用便利，图形图像显示丰富。

附图说明

图1为本发明的试验装置结构示意图；

图2为本发明中通信传力杆地上部分的连接结构示意图；

图3为本发明中通信传力杆地下部分的连接结构示意图；

图4为本发明中地下接头连接帽的结构示意图；

图5为本发明中单段触点式通信探杆的结构示意图；

图6为本发明中通信传力杆地上接头的结构示意图；

图7为本发明中触点插头的结构示意图；

图8为本发明中触点插座的结构示意图；

图9为本发明中试验系统的工作原理框图；

图中：1.螺旋板头；2.螺旋板压力传感器；3.螺旋板相对位移传感器；4.触点式通信探杆；4-1.接触弹簧；4-2.管状螺母；4-3.绝缘橡胶；4-4.螺丝；4-5.内部电缆；4-6.阶梯内孔；4-7.卡环；4-8.触点插头；4-9.触点插座；5.垫木；6.套管管夹；7.基准梁；8.磁吸支架；9.位移百分表；10.通信传力杆地上接头；10-1.顶部密封塞；10-2.内部电源；10-3 .通信处理模块；10-4扩大承压板；10-5无线发射天线；11.油压千斤顶；12.反力梁；13.加压控制设备；14.基准梁地锚；15.反力梁地锚；16.主机控制设备；17.导向卡瓦；18.套管；19.检测板；20.通信传力杆地下接头；20-1.地下接头外管；20-2.地下接头电子杆；20-3.地下接头连接帽。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

如图1及图9所示，一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，包括主机控制设备16、加压控制设备、套管18、通信传力杆、位移百分表9、传感器总成以及螺旋板头1，其中通信传力杆包括由上至下依次同轴设置的通信传力杆地上接头10、多段设置的触点式通信探杆4、通信传力杆地下接头20，通信传力杆地下接头的上端通过多段设置的触点式通信探杆有线连接通信传力杆地上接头，通信传力杆地下接头的下端有线连接传感器总成并插接螺旋板头；主机控制设备与位移百分表采用无线方式连接，用于采集套管的沉降数据；主机控制设备与通信传力杆地上接头采用无线方式连接，用于采集螺旋板头受到的压力及沉降数据；主机控制设备无线方式连接加压控制设备，并根据套管沉降数据和传感器总成的压力、位移数据伺服控制加压控制设备。

优选的，主机控制设备包括无线数据接收器、数据存储器、控制处理芯片及无线数据发射器；数据存储器实时存储主机控制设备接收到的压力数据、位移和时间数据；控制处理芯片内预设并控制加压控制设备的控制要求、加压等级及加压稳定时间，且控制处理芯片接收并处理传感器总成的实时压力及沉降数据并与预设值进行比较，并实时伺服控制加压控制设备。

优选的，加压控制设备，包括无线信号处理器、伺服电机、油压泵及油压千斤顶11；无线信号处理器远程连接主机控制设备，该无线信号处理器包括数据接收器及无线数据编码器；伺服电机接收主机控制设备的控制信号并双向精密控制油压泵；油压泵为双向精密定量泵，该油压泵由伺服电机控制加压及卸压，并向油压千斤顶加注及抽排液压油。

优选的，通信传力杆地下接头内集成有数据采集器、数据处理器、数据存储器及有线信号传输单元；数据采集器有线连接触点式通信探杆并有线连接传感器总成，将测试过程中获得的板头压力、板头沉降位移数据分别传输给数据处理器；数据处理器将上述板头压力、板头沉降位移数据进行同步和匹配，将形成数据一路通过数据存储器储存在内存卡作为数据备份，一路通过有线信号传输单元转换为数据流经多段的触点式通信探杆有线发送给通信传力杆地上接头。

优选的，如图2及图6所示，通信传力杆地上接头同轴固定插接在触点式通信探杆的顶部，该通信传力杆地上接头为空心管形结构，其顶部固定套装有配合油压千斤顶顶撑的扩大承压板10-4，且通信传力杆地上接头的内部由上至下依次设置有顶部密封塞10-1、内部电源10-2、通信处理模块10-3、内部电缆4-5及触点插头4-8；通信处理模块上连接有径向伸出通信传力杆地上接头的无线发射天线10-5，该通信处理模块通过内部电缆及触点插头连接触点式通信探杆，并通过触点式通信探杆有线连接通信传力杆地下接头的有线信号传输单元，且通信处理模块转换通信传力杆地下接头有线发送的数字信号并通过无线发射天线发送给主机控制设备。

优选的，如图5、图7及图8所示，触点式通信探杆为空心管形结构，该触点式通信探杆的顶部轴向嵌装固定有触点插座4-9，触点式通信探杆的底部轴向嵌装固定有与通信传力杆地上接头底部相同并通过电缆连接触点插座的触点插头；触点式通信探杆的顶端及底端均制出有轴向设置的阶梯内孔4-6，该阶梯内孔的一端轴向插接定位触点插头及触点插座，且阶梯内孔的另一端螺纹连接有轴向顶紧触点插头及触点插座的卡环4-7；触点插头及触点插座均包括螺丝4-4、绝缘橡胶4-3及管状螺母4-2，其中绝缘橡胶为环形，该绝缘橡胶轴向嵌装在阶梯内孔的内壁上，且绝缘橡胶的内部穿透涨接管状螺母；管状螺母的一端同轴螺纹连接螺丝，由管状螺母的端面及螺丝的螺帽配合于绝缘橡胶的两个轴向端面对向挤压绝缘橡胶；触点插座的管状螺母上轴向固设有接触弹簧4-1，该接触弹簧的另一端与触点插头的管状螺母弹性顶撑并电信号导通连接。

优选的，套管的上部外壁上径向固设有对称设置的检测板19；位移百分表的检测端贴合在检测板上。

另外，本发明优选的，油压千斤顶为双向液压传力结构，通过液压管路与加压控制设备13连接。油压千斤顶上部与反力装置接触，下部与扩大承载板接触。

另外，本发明优选的，反力装置采用地锚加反力梁12结构，或重物堆载。

另外，本发明优选的，套管为中空管状结构，底部与传感器总成的外接头螺纹连接，套装于通信传力杆地下接头触点式通信探杆外；套管上部固定于地面上，其垂直姿态下不随油压千斤顶加压卸压而移动；

另外，本发明优选的，图3及图4所示，通信传力杆地下接头还包括地下接头外管20-1；地下接头电子杆20-2及地下接头连接帽20-3，其中地下接头外管的底部连接传感器总成的内接头，地下接头外管的顶部同轴固装地下接头连接帽，且地下接头外管的内部轴向滑动插接地下接头电子杆，电子杆与传感器总成航空插头连接；另外，地下接头连接帽的顶部电信号连通并同轴固接通信传力杆。另外，地下接头电子杆内部集成有电源、数据采集器、数据处理器、数据存储器及有线信号传输单元。

另外，本发明优选的，如图3所示，传感器总成采用现有技术中的螺旋板压力传感器2（应变压力传感器）及螺旋板相对位移传感器3（容栅位移传感器），其中螺旋板压力传感器底部插接在螺旋板头上，螺旋板压力传感器的顶部电信号连通并同轴固接在螺旋板相对位移传感器的底端；传感器总成将压力、位移数据通过地下接头电子杆采集、存储并以有线方式发送至通信传力杆地上接头，并最终以无线方式发送至主机控制设备。

另外，本发明优选的，如图1所示，待测土体的地面套管两侧垫设有垫木5，该垫木的顶面上设置有套管管夹6，该套管管夹固定夹持在套管的外壁上，从而保持套管的相对固定，管套的顶部开口内插接导向卡瓦17，由导向卡瓦导向抱接在触点式通信探杆的外壁上，用以保证管套与触点式通信探杆同轴滑动导向。

另外，本发明优选的，如图1所示，基准梁7采用基准梁地锚14锚固于待测土体上方，同理反力梁12采用反力梁地锚15锚固于基准梁上方；在实际测试中，基准梁上磁吸连接位移百分表的磁吸支架8，而位移百分表的检测探针应贴合在管套外壁的检测板上，用以实时检测管套的垂直度及沉降，并将其百分表数据实时发送至主机控制设备。

另外，本发明优选的，主机控制设备采用现有技术中的成熟产品，该主机控制设备内还集成有可实现人机交互功能的触屏显示器。

另外，需要说明的是，本发明的通信传力杆的中部为多段触点式通信探杆的同轴拼接结构，同时套管亦为多段的同轴拼接结构，每段触点式通信探杆以及套管的长度优选的设为1m，在试验准备过程中，需将触点式通信探杆及套管逐级压入地面以下，并连接新一段的触点式通信探杆及套管，以此往复直至达到预定试验深度，此时套管未由套管管夹固定；当螺旋板头的深度达到预定要求后，方可通过套管管夹加紧套管，对套管进行轴向定位（试验正常进行的情况下套管不应再发生沉降，若再发生沉降或偏移应由位移百分表报警并终止试验），而后由油压千斤顶为通信传力杆施加垂向下压动力，并定义通信传力杆与套管的轴向相对位移为通信传力杆的沉降数据。

以下结合图9具体说明本发明中深层螺旋板载荷试验系统的测试方法：

一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤1：检查主机控制设备与通信传力杆地上接头的数据无线通讯情况，以及通信传力杆地上接头、触点式通信探杆及通信传力杆地下接头的数据有线通讯情况，保证主机控制设备上实时显示螺旋板相对位移传感器及螺旋板压力传感器的测量数据，使测量数据与螺旋板头的实际荷载及位移变化同步显示；

步骤2：检查主机控制设备与位移百分表的无线通讯情况；位移百分表无线连接主机控制设备，并检查主机控制设备是否与数显位移百分表显示同步；

步骤3：检查主机控制设备与加压控制设备无线通讯及压力控制是否正常；

步骤4：以上三步检查正常后，先连接螺旋板头、传感器总成及通信传力杆地下接头，并开启通信传力杆地下接头内的电源开关，而后在通信传力杆地下接头上依次接入触点式通信探杆，在传感器总成的外螺纹上接套管，最后利用旋转贯入设备或人力旋压套管，套管带动传感器总成、通信传力杆地下接头、触点式通信探杆及螺旋板头同轴旋转并进入地层；

步骤5：随着旋转压入不断加接多段式的触点式通信探杆和套管，直到螺旋板头到达预定试验深度停止旋转压入；

步骤6：选择合适的套管短节和触点式通信探杆短节，保证套管高出地面30-50cm，触点式通信探杆高出套管10-20cm，以便于后续安装操作，并在套管和探杆之间放入两个导向卡瓦；最后加接通信传力杆地上接头，并开启其电源开关；

步骤7：下反力梁地锚和基准梁地锚，安装反力梁和基准梁，安装油压千斤顶；

步骤8：安装加压控制设备，用油管连接油压千斤顶与加压控制设备，并打开加压控制设备无线控制开关；

步骤9：安装包括位移百分表在内的地上测量装置，在套管管夹下垫好枕木，用套管管夹加紧套管；在套管上安装检测板，安装位移百分表，并打开其无线开关，将百分表磁吸支架固定在基准梁上，使位移百分表的检测端抵触在检测板上；

步骤10：打开主机控制设备，进入载荷试验界面，观测通信传力杆地下接头测得的荷载、位移，地上位移百分表监测情况，正常后，测试数据归零；

步骤11：在主机控制设备上设置加荷等级荷载，点击开始测试，主机控制系统进入第一级加载状态，并驱动加压控制设备给千斤顶加压，主机控制设备实时显示地下传感器总成检测到的螺旋板头承受荷载及螺旋板头沉降位移；当螺旋板所受的荷载达到设定荷载时，控制加压控制设备停止加压，主机控制设备按照螺旋板载荷试验标准规定的采样时间进行采样，记录采样时间、螺旋板头受到的荷载、螺旋板头沉降及套管沉降；试验过程中，当螺旋板所受的荷载低于设定荷载时，主机控制设备就反馈给加压控制设备启动补压，直到达到设定荷载；

步骤12：当满足设定的加载观测时间或沉降标准时，主机控制设备就驱动加压控制设备加压到下一级荷载进行阶梯载荷试验维持荷载，同时主机控制设备继续按螺旋板载荷试验标准规定的采样时间进行采样，记录采样时间、板头荷载、沉降及套管沉降；

步骤13：按预设试验控制要求，主机控制设备完成试验并经技术人员确认后，执行卸压操作至油压千斤顶完全回位；主机控制设备退出试验状态并关机，关掉加压控制设备电源及无线控制开关，拆掉油压千斤顶与千斤顶连接油管；拆解反力装置及地上套管沉降装置，关掉位移百分表无线开关，拆下通信传力杆上接头及套管与触点式通信探杆间的两导向卡瓦，关闭通信传力杆上接头电源开关；采用旋转贯入设备或人力，依次拔出套管、触点式通信探杆、通信传力杆地下接头、传感器总成，关闭通信传力杆地下接头内的电源开关，试验结束；

步骤14：对现场试验测得数据进行资料整理，螺旋板板头的实际沉降值=螺旋板头相对套管的沉降+套管相对地面的沉降，根据各级荷载P对应的螺旋板头最终沉降值s绘制荷载—沉降关系曲线，既P-s曲线，根据曲线确定地层初始压力、临塑压力、极限压力的特征值及岩土设计参数。

最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。本发明公开和提出的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。并且应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：包括主机控制设备、加压控制设备、套管、通信传力杆、位移百分表、传感器总成以及螺旋板头，其中通信传力杆包括由上至下依次同轴设置的通信传力杆地上接头、多段设置的触点式通信探杆、通信传力杆地下接头，所述通信传力杆地下接头的上端通过多段设置的触点式通信探杆有线连接通信传力杆地上接头，通信传力杆地下接头的下端有线连接传感器总成并固接螺旋板头；所述主机控制设备与位移百分表采用无线方式连接，用于采集套管的沉降数据；所述主机控制设备与通信传力杆地上接头采用无线方式连接，用于采集螺旋板头受到的压力及螺旋板头相对套管的沉降数据；所述主机控制设备无线方式连接加压控制设备，并根据套管沉降数据和传感器总成测定的螺旋板头载荷、螺旋板头相对套管的沉降位移数据伺服控制加压控制设备。

2.根据权利要求1所述的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：所述主机控制设备包括无线数据接收器、数据存储器、控制处理芯片及无线数据发射器；所述数据存储器实时存储主机控制设备接收到的压力数据、沉降位移和时间数据；所述控制处理芯片内预设并控制加压控制设备的控制要求、加压等级及加压稳定时间，且控制处理芯片接收并处理传感器总成的实时压力及沉降数据并与预设值进行比较，并实时伺服控制加压控制设备。

3.根据权利要求1所述的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：所述加压控制设备，包括无线信号处理器、伺服电机、油压泵及油压千斤顶；所述无线信号处理器远程连接主机控制设备，该无线信号处理器包括数据接收器及无线数据编码器；所述伺服电机接收主机控制设备的控制信号并双向精密控制油压泵；所述油压泵为双向精密定量泵，该油压泵由伺服电机控制加压及卸压，并向油压千斤顶加注及抽排液压油。

4.根据权利要求1所述的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：所述通信传力杆地下接头内集成有数据采集器、数据处理器、数据存储器及有线信号传输单元；所述数据采集器有线连接触点式通信探杆并有线连接传感器总成，将测试过程中获得的螺旋板头载荷、螺旋板头沉降位移数据分别传输给数据处理器；所述数据处理器将上述螺旋板头受到的压力、螺旋板头沉降位移数据进行同步和匹配，将形成数据一路通过数据存储器储存在内存卡作为数据备份，一路通过有线信号传输单元转换为数据流经多段的触点式通信探杆有线发送给通信传力杆地上接头。

5.根据权利要求1所述的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：所述通信传力杆地上接头同轴固定插接在触点式通信探杆的顶部，该通信传力杆地上接头为空心管形结构，其顶部固定套装有配合油压千斤顶顶撑的扩大承压板，且通信传力杆地上接头的内部由上至下依次设置有顶部密封塞、内部电源、通信处理模块、内部电缆及触点插头；所述通信处理模块上连接有径向伸出通信传力杆地上接头的无线发射天线，该通信处理模块通过内部电缆及触点插头连接触点式通信探杆，并通过触点式通信探杆有线连接通信传力杆地下接头的有线信号传输单元，且通信处理模块转换触点式通信探杆有线发送的数字信号并通过无线发射天线程发送给主机控制设备。

6.根据权利要求1所述的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：所述触点式通信探杆为空心管形结构，该触点式通信探杆的顶部轴向嵌装固定有触点插座，触点式通信探杆的底部轴向嵌装固定有与通信传力杆地上接头底部相同并通过电缆连接触点插座的触点插头；所述触点式通信探杆的顶端及底端均制出有轴向设置的阶梯内孔，该阶梯内孔的一端轴向插接定位触点插头及触点插座，且阶梯内孔的另一端螺纹连接有轴向顶紧触点插头及触点插座的卡环；所述触点插头及触点插座均包括螺丝、绝缘橡胶及管状螺母，其中绝缘橡胶为环形，该绝缘橡胶轴向嵌装在阶梯内孔的内壁上，且绝缘橡胶的内部穿透胀接管状螺母；所述管状螺母的一端同轴螺纹连接螺丝，由管状螺母的端面及螺丝的螺帽配合于绝缘橡胶的两个轴向端面对向挤压绝缘橡胶；所述触点插座的螺丝上轴向固设有接触弹簧，该接触弹簧的另一端与触点插头的管状螺母弹性顶撑并电信号导通连接。

7.根据权利要求1所述的一种内置缆线式螺旋板载荷试验系统，其特征在于：所述套管的上部外壁上径向固设有对称设置的检测板；所述位移百分表的检测端贴合在检测板上。

8.一种如权利要求1所述的内置缆线式螺旋板载荷试验系统的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：检查主机控制设备与通信传力杆地上接头的数据无线通讯情况，以及通信传力杆地上接头、触点式通信探杆及通信传力杆地下接头的数据有线通讯情况，保证主机控制设备上实时显示螺旋板相对位移传感器及螺旋板压力传感器的测量数据，使测量数据与螺旋板头的实际荷载及位移变化同步显示；

步骤2：检查主机控制设备与位移百分表的无线通讯情况；位移百分表无线连接主机控制设备，并检查主机控制设备是否与数显位移百分表显示同步；

步骤3：检查主机控制设备与加压控制设备无线通讯及压力控制是否正常；

步骤4：以上三步检查正常后，先连接螺旋板头、传感器总成及通信传力杆地下接头，并开启通信传力杆地下接头内的电源开关，而后在通信传力杆地下接头上依次接入触点式通信探杆，在传感器总成的外螺纹上接套管，最后利用旋转贯入设备或人力旋压套管，套管带动传感器总成、通信传力杆地下接头、触点式通信探杆及螺旋板头同轴旋转并进入地层；

步骤5：随着旋转压入不断加接多段式的触点式通信探杆和套管，直到螺旋板头到达预定试验深度停止旋转压入；

步骤6：选择合适的套管短节和触点式通信探杆短节，保证套管高出地面30-50cm，触点式通信探杆高出套管10-20cm，以便于后续安装操作，并在套管和探杆之间放入两个导向卡瓦；最后加接通信传力杆地上接头，并开启其电源开关；

步骤7：下反力梁地锚和基准梁地锚，安装反力梁和基准梁，安装油压千斤顶；

步骤8：安装加压控制设备，用油管连接油压千斤顶与加压控制设备，并打开加压控制设备无线控制开关；

步骤9：安装包括位移百分表在内的地上测量装置，在套管管夹下垫好枕木，用套管管夹加紧套管；在套管上安装检测板，安装位移百分表，并打开其无线开关，将百分表磁吸支架固定在基准梁上，使位移百分表的检测端抵触在检测板上；

步骤10：打开主机控制设备，进入载荷试验界面，观测通信传力杆地下接头测得的荷载、位移，地上位移百分表监测情况，正常后，测试数据归零；

步骤11：在主机控制设备上设置加荷等级荷载，点击开始测试，主机控制系统进入第一级加载状态，并驱动加压控制设备给千斤顶加压，主机控制设备实时显示地下传感器总成检测到的螺旋板头承受荷载及螺旋板头沉降位移；当螺旋板所受的荷载达到设定荷载时，控制加压控制设备停止加压，主机控制设备按照螺旋板载荷试验标准规定的采样时间进行采样，记录采样时间、螺旋板头受到的荷载、螺旋板头沉降及套管沉降；试验过程中，当螺旋板所受的荷载低于设定荷载时，主机控制设备就反馈给加压控制设备启动补压，直到达到设定荷载；

步骤12：当满足设定的加载观测时间或沉降标准时，主机控制设备就驱动加压控制设备加压到下一级荷载进行阶梯载荷试验维持荷载，同时主机控制设备继续按螺旋板载荷试验标准规定的采样时间进行采样，记录采样时间、板头荷载、沉降及套管沉降；

步骤13：按预设试验控制要求，主机控制设备完成试验并经技术人员确认后，执行卸压操作至油压千斤顶完全回位；主机控制设备退出试验状态并关机，关掉加压控制设备电源及无线控制开关，拆掉油压千斤顶与千斤顶连接油管；拆解反力装置及地上套管沉降装置，关掉位移百分表无线开关，拆下通信传力杆上接头及套管与触点式通信探杆间的两导向卡瓦，关闭通信传力杆上接头电源开关；采用旋转贯入设备或人力，依次拔出套管、触点式通信探杆、通信传力杆地下接头、传感器总成，关闭通信传力杆地下接头内的电源开关，试验结束；

步骤14：对现场试验测得数据进行资料整理，螺旋板板头的实际沉降值=螺旋板头相对套管的沉降+套管相对地面的沉降，根据各级荷载P对应的螺旋板头最终沉降值s绘制荷载—沉降关系曲线，既P-s曲线，根据曲线确定地层初始压力、临塑压力、极限压力的特征值及岩土设计参数。

Images