CN115075309A - 一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，包括钢管（1）、螺丝（3）、钢丝（5）、位移测量装置和钢梁（11）；钢管（1）上等间距设置若干螺孔（2），每一螺孔（2）处均采用尺寸相符的螺丝（3）封堵，能够紧密固定在钢管（1）上，且固定之后螺丝（3）能够伸入钢管内部空腔一定长度，螺丝（3）的端部设有螺丝端孔（4），在螺丝端孔（4）绑扎一根钢丝,位移测量装置包括弹簧（8）、刻度尺（9）和透明外壳（6）；本发明公开一种桩身轴力及侧摩阻力测试方法。所涉及测试装置简单，测试方法直观，能够直接测得桩身不同深度处的沉降量，进而计算得到不同深度处的桩身轴力及侧摩阻力，测试结果可靠，测试效率高、费用低。

Description

一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统及方法，属于建筑工程施工工程领域。
背景技术
随着各种高、重、深建筑的发展及普及，工程中对地基基础提出了更高的要求，而桩基础因其抗震性能好、沉降量小、承载力高等优点在各种工程中得到了广泛应用。桩基础的安全性和适用性是工程中需要考虑的重要因素，但在成桩过程中，工人的施工技术、现场施工条件等都会影响桩基础的质量，造成桩基础实际承载特性与设计参数相差较大，严重时甚至危及上部建筑物的安全。为保证桩基的安全性，在工程中大多通过静载试验对桩基础的承载力进行检验，在检验过程中需借助相应的测试方法来确定桩身轴力及侧摩阻力的分布，因此，确定一种简单有效的测试方法显得尤为重要。
目前，常用的桩身轴力及侧摩阻力测试方法是应力计法,在桩身不同位置处埋设应力计，各应力计均有导线延伸至地面，采用读数仪测量加载过程中各应力计的读数，通过计算得到桩身轴力及侧摩阻力的分布。由于应力计的埋设通常与桩基础的施工同步进行，实际工程中普遍发生应力计导线断裂、接触不良，甚至应力计被损坏的情况，导致应力计存活率得不到保障，从而使得桩身某些位置的测试数据缺失，影响测试结果。
发明内容
本发明公开一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，测试方法直观，能够直接测得桩身不同深度处的沉降量，进而计算得到不同深度处的桩身轴力及侧摩阻力，测试结果可靠，测试效率高、费用低。
本发明具体方案如下：
一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，包括钢管、螺丝、钢丝、位移测量装置和钢梁；所述钢管上等间距设置若干螺孔，螺孔自上而下编号，每一螺孔处均采用尺寸相符的螺丝封堵，所述螺丝尺寸与钢管上的螺孔相吻合，能够紧密固定在钢管上，且固定之后螺丝能够伸入钢管内部空腔一定长度，螺丝的端部设有螺丝端孔，在螺丝端孔绑扎一根钢丝；
位移测量装置包括弹簧、刻度尺和透明外壳，所述的弹簧的端部连接一刻度尺，弹簧和刻度尺被封装在透明外壳内；透明外壳端部位置有一条读数基准线，弹簧顶端连接在透明外壳顶部，透明外壳端部开口，刻度尺能够通过开口伸出，刻度尺端部中线位置有一刻度尺端孔；所述的钢丝下端绑扎于螺丝端孔上，上端绑扎在刻度尺端孔上，并保证每根钢丝均处于竖直拉紧状态，每个位移测量装置的顶端均固定在钢梁上。
较优地，最上端的螺孔位于钢管顶端位置，最下端的螺孔位于钢管底端位置，任意两螺孔既不在同一竖直线上也不在同一深度。
透明外壳透明硬塑料壳。
位移测量装置的数量与钢管上绑扎的钢丝量相一致。
钢丝的编号与对应位置的螺孔的编号一致。
较优地，所述透明外壳顶端均固定在钢梁上。
一种桩身轴力及侧摩阻力测试方法，基于一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统进行测试，测试步骤如下：
S1，对螺孔编号分别为1、2、…i…n，n为螺孔的数量，任意两相邻螺孔的间距均为l；
S2，将安装好螺丝和钢丝的钢管放置于沿桩身通长埋设的声测管中，并在钢管与声测管的空隙内注入水泥砂浆；
S3，通过透明外壳上的读数基准线读取每根刻度尺的初始读数并记录，基于预先估计的桩基极限承载力进行加载试验，按照规定的时间间隔读取每根刻度尺的读数并记录，某一时刻某一刻度尺的读数与其初始读数的差值为所述时刻对应桩身部位的沉降量；
S4，若某级荷载下桩顶沉降达到相对稳定标准时，第i和i+1号螺孔所对应桩身位置的沉降量分别为Si和Si+1，则两螺孔之间桩段中点位置的应变ε为：
ε＝(Si-Si+1)/l
桩段中点位置处的桩身轴力为：
F＝EAε
其中：E和A分别为桩的弹性模量和横截面积。
S5，求得任意两螺孔之间桩段中点位置的轴力，获得桩身轴力的分布情况；不同深度处桩身轴力的差值为所述深度范围内的桩身侧摩阻力，得到侧摩阻力沿深度的分布情况。
本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：
本发明公开一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，所涉及测试装置简单，测试方法直观，能够直接测得桩身不同深度处的沉降量，进而计算得到不同深度处的桩身轴力及侧摩阻力，测试结果可靠，测试效率高、费用低。
附图说明
图1为本发明一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统示意图；
附图标记为：钢管1、螺孔2、螺丝3、螺丝端孔4、钢丝5、透明外壳6、读数基准线7、弹簧8、刻度尺9、刻度尺端孔10、钢梁11。
具体实施方式
以下将结合附图及实施方式对本发明进一步详细地解释说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，包括钢管1、螺丝3、钢丝5、细弹簧8、刻度尺9、钢梁6；
钢管1上等间距设置一系列螺孔2，最上端的螺孔位于钢管1顶端位置，最下端的螺孔2位于钢管1底端位置，任意两螺孔2既不在同一竖直线上也不在同一深度，螺孔2自上而下编号，每一螺孔2处均采用尺寸相符的螺丝3封堵，所述的螺丝3尺寸与钢管1上的螺孔2相吻合，能够紧密固定在钢管1上，且固定之后螺丝3能够伸入钢管内部空腔一定长度，螺丝3的端部设有螺丝端孔4，在螺丝端孔4绑扎一根钢丝5，钢丝5编号与对应位置的螺孔2编号一致；弹簧8的端部连接一刻度尺9，的弹簧8和刻度尺9被封装在透明外壳6内构成一个位移测量装置，位移测量装置的数量与钢管1上绑扎的钢丝5数量相一致。透明外壳6端部位置有一条读数基准线7，弹簧8顶端连接在透明外壳6顶部，透明外壳6端部开口，刻度尺9可以通过开口伸出，刻度尺9端部中线位置有一刻度尺端孔10。所述的钢丝5下端绑扎于螺丝端孔4上，上端绑扎在刻度尺端孔10上，并保证每根钢丝均处于竖直拉紧状态，钢丝5的编号与对应螺孔2的编号一致。每个位移测量装置的顶端均固定在钢梁11上。
所述螺丝3尺寸与钢管1上的螺孔2相吻合，能够紧密固定在钢管上，且固定之后螺丝3能够伸入钢管1内部空腔一定长度，螺丝3的端部设有螺丝端孔4。
弹簧8端部连接一刻度尺9，弹簧8和刻度尺9被封装在透明外壳内，构成一个位移测量装置，位移测量装置的数量与钢管1上绑扎的钢丝数量相一致，能够通过刻度尺9直接获取桩身轴力。
刻度尺9端部中线位置有刻度尺端孔10，钢丝5上端绑扎在刻度尺端孔10上，下端绑扎在对应位置的螺丝端孔4上，并保证每根钢丝5均处于竖直拉紧状态，钢丝5的编号与对应螺孔2的编号一致。
透明外壳6顶端均固定在钢梁上。
本实施例中，透明外壳(6)为透明硬塑料壳。
一种桩身轴力及侧摩阻力测试方法，基于一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统进行测试，测试步骤如下：
S1，取一根与受测桩等长的钢管1，在钢管1上自上而下等间距设置一系列螺孔2，编号分别为1，2，…i，…n，任意两相邻螺孔2的间距均为l；每一螺孔2均通过尺寸相符的螺丝3封堵，并在螺丝端孔4处绑扎一根钢丝5，钢丝5的编号与对应位置的螺孔2编号一致。
S2，将安装好螺丝3和钢丝5的钢管1放置于沿桩身通长埋设的声测管中，并在钢管1与声测管的空隙内注入水泥砂浆使两者紧密结合。
将对应不同深度位置的钢丝5分别绑扎在一个位移测量装置的刻度尺端孔10上，使每根钢丝5均处于竖直拉紧状态，并将每个位移测量装置的顶端均固定在钢梁11上。
S3，安装好加载设备之后，通过透明外壳6上的读数基准线7读取每根刻度尺9的初始读数并记录，按照预先估计的桩基极限承载力进行加载试验，根据规定的时间间隔读取每根刻度尺9的读数并记录，某一时刻某一刻度尺的读数与其初始读数的差值，为该时刻对应桩身部位的沉降量；
S4，若某级荷载下桩顶沉降达到相对稳定标准时，第i和i+1螺孔所对应桩身位置的沉降量分
别为Si和Si+1，则两螺孔2之间桩段中点位置的应变ε为：
ε＝(Si-Si+1)/l
桩段中点位置处的桩身轴力为：
F＝EAε
其中：E和A分别为桩的弹性模量和横截面积。
S5，求得任意两螺孔2之间桩段中点位置的轴力，获得桩身轴力的分布情况；不同深度处桩身轴力的差值为所述深度范围内的桩身侧摩阻力，得到侧摩阻力沿深度的分布情况。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的方法。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
最后说明，本发明未详细解释该领域技术人员公认常识，以上所述仅为本发明的一个具体实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，其特征在于：包括钢管(1)、螺丝(3)、钢丝(5)、位移测量装置和钢梁(11)；
所述钢管(1)上等间距设置若干螺孔(2)，螺孔(2)自上而下编号，每一螺孔(2)处均通过螺丝(3)封堵，所述螺丝(3)尺寸与钢管(1)上的螺孔(2)相适应，能够固定在钢管(1)上，且固定之后螺丝(3)能够伸入钢管(1)内部空腔一定长度，螺丝(3)的端部设有螺丝端孔(4)，在螺丝端孔(4)绑扎一根钢丝(5)；
位移测量装置包括弹簧(8)、刻度尺(9)和透明外壳(6)，所述的弹簧(8)的端部连接一刻度尺(9)，弹簧(8)和刻度尺(9)被封装在透明外壳(6)内；透明外壳(6)端部位置有一条读数基准线(7)，弹簧(8)顶端连接在透明外壳(6)顶部，透明外壳(6)端部开口，刻度尺(9)能够通过开口伸出，刻度尺(9)端部中线位置有一刻度尺端孔(10)；所述的钢丝(5)下端绑扎于螺丝端孔(4)上，上端绑扎在刻度尺端孔(10)上，并保证每根钢丝均处于竖直拉紧状态，每个位移测量装置的顶端均固定在钢梁(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，其特征在于：
最上端的螺孔(2)位于钢管(1)顶端位置，最下端的螺孔(2)位于钢管(1)底端位置，任意两螺孔(2)既不在同一竖直线上也不在同一深度。
3.根据权利要求1所述的一种桩身轴力及侧摩阻力测系统，其特征在于：
透明外壳(6)为透明硬塑料壳。
4.根据权利要求1所述的一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，其特征在于：
位移测量装置的数量与钢管(1)上绑扎的钢丝(5)数量相同。
5.根据权利要求1所述的一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，其特征在于：
钢丝(5)的编号与对应位置的螺孔(2)的编号一致。
6.根据权利要求1所述的一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统，其特征在于：
所述透明外壳(6)顶端均固定在钢梁(11)上。
7.一种桩身轴力及侧摩阻力测试方法，其特征在于，基于根据权利要求1至6任一项所述的一种桩身轴力及侧摩阻力测试系统进行测试，测试步骤如下：
S1，螺孔(2)编号分别为1、2、…i…n，n为螺孔(2)的数量，任意两相邻螺孔(2)的间距均为l；
S2，将安装好螺丝(3)和钢丝(5)的钢管(1)放置于沿桩身通长埋设的声测管中，并在钢管(1)与声测管的空隙内注入水泥砂浆；
S3，通过透明外壳(6)上的读数基准线(7)读取每根刻度尺(9)的初始读数并记录，基于预先估计的桩基极限承载力进行加载试验，按照规定的时间间隔读取每根刻度尺(9)的读数并记录，某一时刻某一刻度尺的读数与其初始读数的差值为所述时刻对应桩身部位的沉降量；
S4，若某级荷载下桩顶沉降达到相对稳定标准时，第i和i+1号螺孔(2)所对应桩身位置的沉降量分别为Si和Si+1，则两螺孔(2)之间桩段中点位置的应变ε为：
ε＝(Si-Si+1)/l
桩段中点位置处的桩身轴力为：
F＝EAε
其中：E和A分别为桩的弹性模量和横截面积；
S5，求得任意两螺孔(2)之间桩段中点位置的桩身轴力，获得桩身轴力的分布情况；不同深度处桩身轴力的差值为所述深度范围内的桩身侧摩阻力，得到侧摩阻力沿深度的分布情况。
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