CN115324127B - 后装式桩身轴力测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种后装式桩身轴力测试装置及方法，包括：导管、防护槽、导槽、增强楔块、注浆头、注浆管、应变测杆集成、接长杆集成、第一螺纹套筒、第二螺纹套筒、钢丝绳，增强楔块包括斜面板、侧面板、肋板、顶面板；注浆头包括弯管、大头钉、第一橡胶圈、第二橡胶圈；应变测杆集成包括光纤光栅应变计、光纤、连接杆；接长杆集成包括接长杆、导杆、导轮、销轴、弹簧；防护槽固定在导管外侧壁；导槽平行于导管轴线对称焊接固定在导管内侧壁；注浆管布置在防护槽内，顶部延伸出防护槽顶。本发明的有益效果为：可适用于不同类型打入桩的桩身轴力测试；提高了传感器成活率；可自设埋设深度。

Description

后装式桩身轴力测试装置及方法

技术领域

本发明涉及桩基工程技术领域，尤其涉及一种后装式桩身轴力测试装置及方法。

背景技术

桩基是工业与民用建筑、港口码头、桥梁等建构筑物广泛采用的基础形式之一。在桩基础建设过程中，为了验证桩基承载力是否满足设计要求、获得不同土层的土阻力值以指导设计优化，往往需要进行单桩静载试验并配合桩身轴力测试。目前，桩身轴力测试一般采用预装传感器的方式实现，比如，灌注桩一般将应变传感器预先在钢筋笼上，然后随钢筋笼下放至桩孔内；钢管桩一般将应变传感器预先焊接在管壁上然后随桩打入土层中；PHC桩则将应变传感器预先安装在钢筋笼上，或者在桩预制时预埋焊接件，并在预制完成后类似钢管桩焊接应变传感器，最终随桩打入土层中。工程经验表明，灌注桩的应变传感器一般具有较高的成活率，但打入桩的应变传感器成活率较低，即使成活，其测试数据仍极可能丧失准确性。

打入桩在贯入土层过程中，桩身承受的打击荷载较大，反复打击次数高达数百至数千，产生较大的动应变，容易对预装的应变传感器造成损伤，或引起焊接点脱落等问题，难以保证打桩结束后的成活率和准确性，而且应变传感器通过焊接方式安装至桩侧壁，焊接高温也容易对传感器造成损伤。此外，安装应变传感器测试桩身轴力的最终目的是获得不同土层的侧阻力值，如果沉桩前预装应变传感器，则沉桩后无法调整。实际工程中，打入桩的最终入土深度往往需要根据终锤贯入度（沉桩结束时平均每次锤击的贯入深度）是否达到设计要求来判断，因此，最终入土深度可能与设计值存在较大差异，进而导致按设计入土深度预装在土层界面的应变传感器实际并非布置在土层界面。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提出一种后装式桩身轴力测试装置及方法，提高了打入桩轴力测试应变传感器成活率，实现了传感器埋设深度可自定义调整的。

本发明的一方面提供了一种后装式桩身轴力测试装置，其包括桩身1、导管2、防护槽3、导槽4、增强楔块5、注浆头6、注浆管7、应变测杆集成8、接长杆集成9、第一螺纹套筒10、第二螺纹套筒11及钢丝绳12；

所述防护槽3平行于导管2轴线焊接固定在导管2外侧壁；

所述导槽4包括两条规格相同的马鞍形断面钢质线槽，所述导槽4平行于所述导管2轴线，且对称焊接固定在所述导管2内侧壁；

所述注浆管7布置在所述防护槽3内，顶部延伸出所述防护槽3；

所述增强楔块5设置于所述导管2底部；

所述钢丝绳12与所述第二螺纹套筒11连接，所述钢丝绳12穿过依次相连的所述第二螺纹套筒11、所述第一螺纹套筒10、所述应变测杆集成8及所述接长杆集成9。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中所述注浆头6包括弯管61、大头钉62、第一橡胶圈63、第二橡胶圈64；所述弯管61一端的管壁对称设有圆孔，所述第一橡胶圈63套紧在所述弯管61上并封闭管壁圆孔，所述大头钉62穿刺所述第一橡胶圈63插入管壁的圆孔内，所述第二橡胶圈64套紧在所述第一橡胶圈63上并遮盖所述大头钉62。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中导管2底封闭，所述导管2近底部侧壁开圆孔，所述注浆头6设有圆孔一端插入导管2内，另一端在防护槽3内与注浆管7连接，所述导管2侧壁圆孔与所述注浆头6之间的孔隙由焊接封闭。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中增强楔块5包括斜面板51、侧面板52、肋板53及顶面板54，所述侧面板52包括两块规格相同的三角形钢板，所述肋板53为三角形钢板，所述斜面板51和所述顶面板54均为矩形钢板，所述侧面板52斜边、所述肋板53斜边与所述斜面板51侧面焊接，所述侧面板52直角短边、所述肋板53直角短边、所述斜面板51顶边均与所述顶面板54侧面焊接。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中接长杆集成9包括接长杆91、导杆92、导轮93、销轴94、弹簧95，所述接长杆91两端设有螺纹，中部设有矩形空腔以及贯通孔，所述导杆92中间开孔并内嵌轴承，所述导杆92两端各安装一个所述导轮93；

所述导杆（92）贯穿所述接长杆（91）矩形空腔，所述销轴94插入所述接长杆91贯通孔和所述导杆92轴承孔内；

所述弹簧95套接在所述销轴94上，一端与所述销轴94固定，另一端与所述导杆92固定。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，还包括：

所述弹簧95用于限制导杆92和接长杆91之间的夹角，自由状态下，两个所述导轮93中心的水平距离与所述导管2内对称所述导槽4的中心净距一致，当加荷使所述导杆92绕所述销轴94旋转，所述导杆92与所述接长杆91所成锐角减小直至为零，卸去荷载，以使所述导杆92恢复至自由状态。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中应变测杆集成8包括光纤光栅应变计81、光纤82及连接杆83，所述光纤光栅应变计81两端设有螺杆，通过螺杆与所述连接杆83一端的螺孔连接，所述光纤光栅应变计81两端预留有用于所述光纤光栅应变计81串联的所述光纤82。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中连接杆83一端设有螺纹，另一端设有螺孔。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中第一螺纹套筒10与所述连接杆83一端的螺纹、接长杆91两端的螺纹相配套。

根据所述的后装式桩身轴力测试装置，其中第二螺纹套筒11内螺纹与连接杆83一端的螺纹相配套，第二螺纹套筒11一端设有用于连接所述钢丝绳12的吊耳。

本发明的一方面提供了一种后装式桩身轴力测试方法，包括：

S10、根据所述光纤光栅应变计81的最大安装深度确定所述导管2、所述防护槽3、所述导槽4以及所述注浆管7的长度；

S20、组装所述导管2、所述防护槽3、所述导槽4、所述注浆管7及所述注浆头6，根据打入桩的类型，将组装后的所述导管2安装至所述桩身1；

S30、执行沉桩，多节混凝土预制桩在接桩时，通过所述注浆管7接头连接上下两节桩段对应的所述注浆管7，在下节桩段所述导管2断面粘贴与导管2断面一致的橡胶垫用于导管断面处的密封止水，然后对齐上下节混凝土预制桩同一断面的所述导管2及所述导槽4；

S40、将延伸至桩顶的注浆管7连接至高压水泵，通过高压水泵及注浆管7往导管2内压入清水，直至桩顶位置导管2顶部持续溢出清水；

S50、通过所述接长杆集成9获得有效导管深度；

S60、根据沉桩结束后的实际桩顶标高、有效导管深度以及桩身轴力测试断面的位置确定所需的光纤光栅应变计81的数量及埋设深度，其中，所述光纤光栅应变计81埋设深度不超过有效导管深度，其中所述光纤光栅应变计81布置在土层分界面和土层内部中的一种；

S70、根据所述光纤光栅应变计81的数量，组装应变测杆集成8和接长杆集成9：

S80、根据所述应变测杆集成8、所述接长杆集成9、钢丝绳12的布置关系，采用所述第一螺纹套筒10连接相接的所述应变测杆集成8和所述接长杆集成9，采用所述第二螺纹套筒11连接相接的所述接长杆集成9和所述钢丝绳12；

S90、将波长范围互不重叠的多个光纤光栅应变计81划分为一组，依次熔接该组中相邻所述光纤光栅应变计81，以使所有所述光纤光栅应变计81自下而上依次串联，最上部所述光纤光栅应变计81上部光纤82接长，使所有光纤光栅应变计81置于埋设深度后，该上部光纤82可延伸至导管2顶部并留有富余；

S100、将步骤S70~S90已组装装置下放至所述导管2内，将接长杆集成9的所有所述导轮93置于所述导槽4中，当所有光纤光栅应变计81置于埋设深度后，将延伸至导管2顶的所述钢丝绳12绑扎固定；

S110、将延伸至桩顶的所述注浆管7连接至高压注浆泵，通过高压注浆泵及注浆管7往所述导管2内压入高强水泥砂浆，同步取高强水泥砂浆样并制作抗压试块；

S120、同步进行高强水泥砂浆试块抗压试验，以获取对应龄期的弹性模量；

S130、根据静载试验过程的荷载作用下的所述光纤光栅应变计81测得的应变值，计算所述光纤光栅应变计81埋设深度对应的桩身轴力。

根据所述的后装式桩身轴力测试方法，其中步骤S20包括：

S21、针对钢管桩、钢板桩，在沉桩前，将所述导管2平行桩纵轴线布置，所述导管2安装防护槽3的相对侧紧贴桩身侧壁，所述导管2与桩侧壁接触线通长焊接固定，组装所述增强楔块5，并将所述增强楔块5安装在所述导管2和所述防护槽3底部并与桩侧壁焊接固定，所述导管2安装完成后，对所述桩身1执行防腐涂装；

S22、针对单节混凝土预制桩，在钢筋笼制作完成后，将所述导管2平行桩纵轴线布置在钢筋笼内侧，所述导管2安装防护槽的相对侧紧贴钢筋笼箍筋，所述导管2与箍筋接触点焊接固定，所述导管2安装完成后，进行所述桩身1混凝土浇筑及养护；

S23、针对多节混凝土预制桩，根据配桩长度分配每节桩对应的所述导管2长度，将所述导管2连同防护槽3、导槽4、注浆管7进行切割分段，在接桩位置注浆管7设置接头，在钢筋笼制作完成后，将每段所述导管2平行桩节纵轴线布置，所述导管2安装防护槽3的相对侧紧贴钢筋笼箍筋，所述导管2与箍筋接触点焊接固定，所述导管2安装完成后，临时封闭所述导管2、所述防护槽3及所述注浆管7的两端，进行桩身混凝土浇筑及养护。

根据所述的后装式桩身轴力测试方法，其中步骤S50包括：

S51、组装所述接长杆集成9，在所述接长杆集成9一端安装所述第二螺纹套筒11，并在所述第二螺纹套筒11吊耳上系上带长度标记的细绳，提拽细绳，将所述接长杆集成9的所述导轮93置于所述导槽4中，将所述接长杆集成9下放，直至触及所述导管2底部，所述导管2底部所处深度即为有效导管深度；

S52、若未触及所述导管2底部前，所述接长杆集成9无法继续下放，则将所述接长杆集成9保持在停留位置，拉紧细绳，通过细绳上的长度标记获得所述接长杆集成9底端深度，获得有效导管深度。

根据所述的后装式桩身轴力测试方法，其中步骤S70包括：

S71、根据所述光纤光栅应变计81数量，组装相同数量的应变测杆集成8；

S72、根据所述光纤光栅应变计81数量以及上下相邻所述光纤光栅应变计81之间的埋设间距，确定所述接长杆集成9数量以及多个所述接长杆集成9中所述接长杆91长度、所述钢丝绳12段数及每段所述钢丝绳12的长度；确定所述接长杆集成9数量，包括将每个所述应变测杆集成8两端分别连接一个所述接长杆集成9；若上下相邻所述光纤光栅应变计81之间的埋设间距小于预设距离，则上下相邻应变测杆集成8采用一个或多个接长杆集成9直接连接；每一接长杆集成9中接长杆91的长度可灵活调整；若上下相邻光纤光栅应变计81之间的埋设间距较大，上下相邻接长杆集成9之间通过所述钢丝绳12连接；上下相邻的所述应变测杆集成8连接后，上下相邻所述光纤光栅应变计81之间的中心距离与所需的上下相邻的所述光纤光栅应变计81之间的埋设间距一致；最上部所述接长杆集成9顶连接所述钢丝绳12，使所有所述光纤光栅应变计81置于埋设深度后，使所述钢丝绳12延伸至所述导管2顶部并留有富余；

S73、根据步骤S72确定的所述接长杆集成9数量及对应的所述接长杆91长度，组装所述接长杆集成9。

根据所述的后装式桩身轴力测试方法，其中方法还包括：

所述导管2、所述防护槽3、所述导槽4以及所述注浆管7的总长度覆盖桩顶标高至光纤光栅应变计81最大安装深度以下的一倍桩径；

或者，若所述光纤光栅应变计（81）最大安装深度以下一倍桩顶位置的标高低于桩底标高，所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）以及所述注浆管（7）的总长度覆盖全桩长。

本发明的有益效果为：可适用于钢管桩、预应力混凝土桩、钢板桩等不同类型打入桩的桩身轴力测试；解决打入桩沉桩过程对沉桩前预装应变传感器、保护装置造成损伤和损坏，导致传感器成活率低的问题；可以根据沉桩后实际桩入土深度灵活调整应变传感器的埋设深度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的一种后装式桩身轴力测试装置结构示意图；

图2是本发明实施例的导管安装立面示意图；

图3是本发明实施例的应变测杆集成、接长杆集成组装示意图；

图4是本发明实施例的导管安装平面示意图；

图5是本发明实施例的应变测杆集成结构示意图；

图6是本发明实施例的接长杆集成结构示意图；

图7是本发明实施例的接长杆集成中接长杆结构示意图；

图8是本发明实施例的接长杆集成中导杆安装示意图；

图9是本发明实施例的第一螺纹套筒结构示意图；

图10是本发明实施例的应变测杆集成中连接杆结构示意图；

图11是本发明实施例的应变测杆集成中光纤光栅应变计示意图；

图12是本发明实施例的注浆头结构示意图；

图13是本发明实施例的增强楔块横截面示意图；

图14是本发明实施例的增强楔块立面示意图；

图15是本发明实施例的第二螺纹套筒结构示意图。

附图标号：1-桩身，2-导管，3-防护槽，4-导槽，5-增强楔块，51-斜面板，52-侧面板，53-肋板，54-顶面板，6-注浆头，61-弯管，62-大头钉，63-第一橡胶圈，64-第二橡胶圈，7-注浆管，8-应变测杆集成，81-光纤光栅应变计，82-光纤，83-连接杆，9-接长杆集成，91-接长杆，92-导杆，93-导轮，10-第一螺纹套筒，11-第二螺纹套筒，12-钢丝绳，其中附图中标号9-1与91一致，其他不再赘述。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。在本后续的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本发明的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整步骤之间的实施顺序并不会影响本发明技术方案所达到的技术效果。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，其示例了一种适用于打入桩的后装式桩身轴力测试装置，包括导管2、防护槽3、导槽4、增强楔块5、注浆头6、注浆管7、应变测杆集成8、接长杆集成9、第一螺纹套筒10、第二螺纹套筒11、钢丝绳12，其中防护槽3平行于导管2轴线焊接固定在导管2外侧壁；导槽4包括两条规格相同的马鞍形断面钢质线槽，导槽4平行于导管2轴线，且对称焊接固定在导管2内侧壁；注浆管7布置在防护槽3内，顶部延伸出防护槽3；增强楔块5设置于导管2底部；钢丝绳12与第二螺纹套筒11连接，钢丝绳12穿过依次相连的第二螺纹套筒11、第一螺纹套筒10、应变测杆集成8及接长杆集成9。

在一些实施例中，参考图2所示的导管安装立面示意图，其中注浆管7布置在防护槽3内，顶部延伸出防护槽3顶；弯管61一端的管壁对称设有圆孔，第一橡胶圈63套紧在弯管上并封闭管壁圆孔，大头钉62穿刺第一橡胶圈63插入管壁圆孔内，第二橡胶圈64套紧在第一橡胶圈63上并遮盖大头钉62；导管2底封闭，导管2近底部侧壁开圆孔，注浆头6设有圆孔一端插入导管2内，另一端在防护槽3内与注浆管7连接，导管2侧壁圆孔与注浆头6之间的孔隙由焊接封闭；侧面板52包括两块规格相同的三角形钢板，肋板53为三角形钢板，斜面板51和顶面板54均为矩形钢板，侧面板52斜边、肋板53斜边与斜面板51侧面焊接，侧面板52直角短边、肋板53直角短边、斜面板51顶边均与顶面板54侧面焊接。

在一些实施例中，参考图4，其中防护槽3平行于导管2轴线焊接固定在导管2外侧壁；导槽4包括两条规格相同的马鞍形断面钢质线槽，两条导槽4平行于导管2轴线对称焊接固定在导管2内侧壁。

在一些实施例中，参考图13和图14，其中增强楔块5包括斜面板51、侧面板52、肋板53、顶面板54，其中，增强楔块5包括斜面板51、侧面板52、肋板53及顶面板54，侧面板52包括两块规格相同的三角形钢板，肋板53为三角形钢板，斜面板51和顶面板54均为矩形钢板，侧面板52斜边、肋板53斜边与斜面板51侧面焊接，侧面板52直角短边、肋板53直角短边、斜面板51顶边均与顶面板54侧面焊接。

在一些实施例中，参考图12，其中的注浆头6包括弯管61、大头钉62、第一橡胶圈63、第二橡胶圈64；注浆头6包括弯管61、大头钉62、第一橡胶圈63、第二橡胶圈64；弯管61一端的管壁对称设有圆孔，第一橡胶圈63套紧在弯管61上并封闭管壁圆孔，大头钉62穿刺第一橡胶圈63插入管壁的圆孔内，第二橡胶圈64套紧在第一橡胶圈63上并遮盖大头钉62。

在一些实施例中，参考图5，其中应变测杆集成8包括光纤光栅应变计81、光纤82、连接杆83，光纤光栅应变计81两端设有螺杆，通过螺杆与连接杆83一端的螺孔连接，光纤光栅应变计81两端预留有用于光纤光栅应变计81串联的光纤82。

在一些实施例中，参考图6、7、8，其中的接长杆集成9包括接长杆91、导杆92、导轮93、销轴94、弹簧95，接长杆91两端设有螺纹，中部设有矩形空腔以及贯通孔，导杆92中间开孔并内嵌轴承，导杆92两端各安装一个导轮93。

在一些实施例中，其中接长杆的外壁也可设置螺纹或者凿毛，以增加接长杆与高强水泥砂浆的摩擦力。

在一些实施例中，接长杆91两端设有螺纹，中部设有矩形空腔以及贯通孔，导杆92中间开孔并内嵌轴承，导杆92两端各安装一个导轮93；

在一些实施例中，导杆92贯穿接长杆91矩形空腔，销轴94插入接长杆91贯通孔和导杆92轴承孔内；

在一些实施例中，弹簧95套接在销轴94上，一端与销轴94固定，另一端与导杆92固定。

在一些实施例中，弹簧95用于限制导杆92和接长杆91之间的夹角，自由状态下，两个导轮93中心的水平距离与导管2内对称导槽4的中心净距一致，当加荷使导杆92绕销轴94旋转，导杆92与接长杆91所成锐角减小直至为零，卸去荷载，以使导杆92恢复至自由状态。

在一些实施例中，参考图9及图10，第一螺纹套筒10与连接杆83一端的螺纹、接长杆91两端的螺纹相配套。

在一些实施例中，参考图15，第二螺纹套筒11内螺纹与连接杆83一端的螺纹相配套，第二螺纹套筒11一端设有用于连接钢丝绳12的吊耳。

在一些实施例，参考图3所示的变测杆集成、接长杆集成组装示意图，还包括后装式桩身轴力测试方法，其流程如下所示：

S10、根据光纤光栅应变计81的最大安装深度确定导管2、防护槽3、导槽4以及注浆管7的长度；

示例性地，导管2、防护槽3、导槽4以及注浆管7的长度覆盖桩顶标高至光纤光栅应变计81最大安装深度以下一倍桩径；

示例性地，若光纤光栅应变计81最大安装深度以下一倍桩顶位置的标高低于桩底标高，则导管2、防护槽3、导槽4以及注浆管7的长度覆盖全桩长；

S20、组装导管2、防护槽3、导槽4、注浆管7及注浆头6，根据打入桩的类型，将组装后的导管2安装至桩身1；

在一些实施例中，其中步骤S20还包括：

S21、针对钢管桩、钢板桩，在沉桩前，将导管2平行桩纵轴线布置，导管2安装防护槽3的相对侧紧贴桩身侧壁，导管2与桩侧壁接触线通长焊接固定，组装增强楔块5，并将增强楔块5安装在导管2和防护槽3底部并与桩侧壁焊接固定，导管2安装完成后，对桩身1执行防腐涂装；

S22、针对单节混凝土预制桩，在钢筋笼制作完成后，将导管2平行桩纵轴线布置在钢筋笼内侧，导管2安装防护槽的相对侧紧贴钢筋笼箍筋，导管2与箍筋接触点焊接固定，导管2安装完成后，进行桩身1混凝土浇筑及养护；

S23、针对多节混凝土预制桩，根据配桩长度分配每节桩对应的导管2长度，将导管2连同防护槽3、导槽4、注浆管7进行切割分段，在接桩位置注浆管7设置接头，在钢筋笼制作完成后，将每段导管2平行桩节纵轴线布置，导管2安装防护槽3的相对侧紧贴钢筋笼箍筋，导管2与箍筋接触点焊接固定，导管2安装完成后，临时封闭导管2、防护槽3及注浆管7的两端，进行桩身混凝土浇筑及养护。

S30、执行沉桩，根据多节混凝土预制桩在接桩时，通过注浆管7接头连接上下两节桩段对应的注浆管7，在下节桩段导管2断面粘贴与导管2断面一致的橡胶垫用于导管断面处的密封止水，然后对齐上下节混凝土预制桩同一断面的导管2及导槽4；

S40、将延伸至桩顶的注浆管7连接至高压水泵，通过高压水泵及注浆管7往导管2内压入清水，直至桩顶位置导管2顶部持续溢出清水；

S50、通过接长杆集成9获得有效导管深度；

在一些实施例中，获得有效导管深度的详细流程包括：

S51、组装接长杆集成9，在接长杆集成9一端安装第二螺纹套筒11，并在第二螺纹套筒11吊耳上系上带长度标记的细绳，提拽细绳，将接长杆集成9的导轮93置于导槽4中，将接长杆集成9下放，直至触及导管2底部，导管2底部所处深度即为有效导管深度；

S52、若未触及导管2底部前，接长杆集成9无法继续下放，则将接长杆集成9保持在停留位置，拉紧细绳，通过细绳上的长度标记获得接长杆集成9底端深度，获得有效导管深度。

由于桩基施工过程损伤或者导管安装等问题可能引起导管某一深度位置发生堵塞，造成导管无法全长贯通，通过S50~S52步骤即可以获得有效导管深度。

S60、根据沉桩结束后的实际桩顶标高、有效导管深度以及桩身轴力测试断面的位置确定所需的光纤光栅应变计81埋设深度及数量，其中，光纤光栅应变计81埋设深度不超过有效导管深度；

其中，一般静载试验的时间需要在沉桩后14天或者28天，这是规范规定的，达到这个时间，水泥砂浆的强度满足静载实验要求。

光纤光栅应变计一般布置在土层分界面，当土层厚度较大时，也可以在土层内部增加光纤光栅应变计埋设断面。

S70、根据光纤光栅应变计81的数量，组装应变测杆集成8和接长杆集成9；

在一些实施例中，组装应变测杆集成8和接长杆集成9的流程包括：

S71、根据光纤光栅应变计81数量，组装相同数量的应变测杆集成8；

S72、根据光纤光栅应变计81数量以及上下相邻光纤光栅应变计81之间的埋设间距，确定接长杆集成9数量以及多个接长杆集成9中接长杆91长度、钢丝绳12段数及每段钢丝绳12的长度；确定接长杆集成9数量，包括将每个应变测杆集成8两端分别连接一个接长杆集成9；若上下相邻光纤光栅应变计81之间的埋设间距小于预设距离，则上下相邻应变测杆集成8采用一个或多个接长杆集成9直接连接；每一接长杆集成9中接长杆91的长度可灵活调整；若上下相邻光纤光栅应变计81之间的埋设间距较大，上下相邻接长杆集成9之间通过钢丝绳12连接；上下相邻的应变测杆集成8连接后，上下相邻光纤光栅应变计81之间的中心距离与所需的上下相邻的光纤光栅应变计81之间的埋设间距一致；最上部接长杆集成9顶连接钢丝绳12，使所有光纤光栅应变计81置于埋设深度后，使钢丝绳12延伸至导管2顶部并留有富余；

S73、根据步骤S72确定的接长杆集成9数量及对应的接长杆91长度，组装接长杆集成9。

S80、根据应变测杆集成8、接长杆集成9、钢丝绳12的布置关系，采用第一螺纹套筒10连接相接的应变测杆集成8和接长杆集成9，采用第二螺纹套筒11连接相接的接长杆集成9和钢丝绳12；

S90、将波长范围互不重叠的多个光纤光栅应变计81划分为一组，依次熔接该组中相邻光纤光栅应变计81，以使所有光纤光栅应变计81自下而上依次串联，最上部光纤光栅应变计81上部光纤82接长，使所有光纤光栅应变计81置于埋设深度后，该光纤82可延伸至导管2顶部并留有富余；

S100、将步骤S70~S90已组装装置下放至导管2内，将接长杆集成9的所有导轮93置于导槽4中，当所有光纤光栅应变计81置于埋设深度后，将延伸至导管2顶的钢丝绳12绑扎固定；

S110、将延伸至桩顶的注浆管7连接至高压注浆泵，通过高压注浆泵及注浆管7往导管2内压入高强水泥砂浆，同步取高强水泥砂浆样并制作抗压试块；

S120、进行静载试验，同步进行高强水泥砂浆试块抗压试验，以获取对应龄期的弹性模量；

S130、根据静载试验过程的荷载作用下的光纤光栅应变计81测得的应变值，计算光纤光栅应变计81埋设深度对应的桩身轴力，其中计算方式通过：

桩身轴力≈应变×（桩身弹性模量×桩身截面积+导管弹性模量×导管截面积+高强水泥砂浆弹性模量×导管空腔截面积）得到。

通过本实施例的技术方案，其至少具有以下技术效果：可适用于钢管桩、预应力混凝土桩、钢板桩等不同类型打入桩的桩身轴力测试；可以解决打入桩沉桩过程对沉桩前预装应变传感器、保护装置造成损伤和损坏，导致传感器成活率低的问题；可以根据沉桩后实际桩入土深度灵活调整应变传感器的埋设深度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (12)

1.一种后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，包括桩身（1）、导管（2）、防护槽（3）、导槽（4）、增强楔块（5）、注浆头（6）、注浆管（7）、应变测杆集成（8）、接长杆集成（9）、第一螺纹套筒（10）、第二螺纹套筒（11）及钢丝绳（12）；

所述防护槽（3）平行于导管（2）轴线焊接固定在导管（2）外侧壁；

所述导槽（4）包括两条规格相同的马鞍形断面钢质线槽，所述导槽（4）平行于所述导管（2）轴线，且对称焊接固定在所述导管（2）内侧壁；

所述注浆管（7）布置在所述防护槽（3）内，顶部延伸出所述防护槽（3）；

所述增强楔块（5）设置于所述导管（2）底部；

所述钢丝绳（12）与所述第二螺纹套筒（11）连接，所述钢丝绳（12）穿过依次相连的所述第二螺纹套筒（11）、所述第一螺纹套筒（10）、所述应变测杆集成（8）及所述接长杆集成（9）；

其中，所述导管（2）底封闭，所述导管（2）近底部侧壁开圆孔，所述注浆头（6）设有圆孔一端插入导管（2）内，另一端在防护槽（3）内与注浆管（7）连接，所述导管（2）侧壁圆孔与所述注浆头（6）之间的孔隙由焊接封闭；

所述接长杆集成（9）包括接长杆（91）、导杆（92）、导轮（93）、销轴（94）、弹簧（95），所述接长杆（91）两端设有螺纹，中部设有矩形空腔以及贯通孔，所述导杆（92）中间开孔并内嵌轴承，所述导杆（92）两端各安装一个所述导轮（93）；所述导杆（92）贯穿所述接长杆（91）矩形空腔，所述销轴（94）插入所述接长杆（91）贯通孔和所述导杆（92）轴承孔内；所述弹簧（95）套接在所述销轴（94）上，一端与所述销轴（94）固定，另一端与所述导杆（92）固定；

所述应变测杆集成（8）包括光纤光栅应变计（81）、光纤（82）及连接杆（83），所述光纤光栅应变计（81）两端设有螺杆，通过螺杆与所述连接杆（83）一端的螺孔连接，所述光纤光栅应变计（81）两端预留有用于所述光纤光栅应变计（81）串联的所述光纤（82）；

所述后装式桩身轴力测试装置的后装式桩身轴力测试方法包括：

S10、根据所述光纤光栅应变计（81）的最大安装深度确定所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）以及所述注浆管（7）的长度；

S20、组装所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）、所述注浆管（7）及所述注浆头（6），根据打入桩的类型，将组装后的所述导管（2）安装至所述桩身（1）；

S30、执行沉桩，多节混凝土预制桩在接桩时，通过所述注浆管（7）接头连接上下两节桩段对应的所述注浆管（7），在下节桩段所述导管（2）断面粘贴与导管（2）断面一致的橡胶垫用于导管断面处的密封止水，然后对齐上下节混凝土预制桩同一断面的所述导管（2）及所述导槽（4）；

S40、将延伸至桩顶的注浆管（7）连接至高压水泵，通过高压水泵及注浆管（7）往导管（2）内压入清水，直至桩顶位置导管（2）顶部持续溢出清水；

S50、通过所述接长杆集成（9）获得有效导管深度；

S60、根据沉桩结束后的实际桩顶标高、有效导管深度以及桩身轴力测试断面的位置确定所需的光纤光栅应变计（81）的数量及埋设深度，其中，所述光纤光栅应变计（81）埋设深度不超过有效导管深度，其中所述光纤光栅应变计（81）布置在土层分界面和土层内部中的一种；

S70、根据所述光纤光栅应变计（81）的数量，组装应变测杆集成（8）和接长杆集成（9）：

S80、根据所述应变测杆集成（8）、所述接长杆集成（9）、钢丝绳（12）的布置关系，采用所述第一螺纹套筒（10）连接相接的所述应变测杆集成（8）和所述接长杆集成（9），采用所述第二螺纹套筒（11）连接相接的所述接长杆集成（9）和所述钢丝绳（12）；

S90、将波长范围互不重叠的多个光纤光栅应变计（81）划分为一组，依次熔接该组中相邻所述光纤光栅应变计（81），以使所有所述光纤光栅应变计（81）自下而上依次串联，最上部所述光纤光栅应变计（81）上部光纤（82）接长，使所有光纤光栅应变计（81）置于埋设深度后，该上部光纤（82）可延伸至导管（2）顶部并留有富余；

S100、将步骤S70~S90已组装装置下放至所述导管（2）内，将接长杆集成（9）的所有所述导轮（93）置于所述导槽（4）中，当所有光纤光栅应变计（81）置于埋设深度后，将延伸至导管（2）顶的所述钢丝绳（12）绑扎固定；

S110、将延伸至桩顶的所述注浆管（7）连接至高压注浆泵，通过高压注浆泵及注浆管（7）往所述导管（2）内压入高强水泥砂浆，同步取高强水泥砂浆样并制作抗压试块；

S120、进行静载试验，同步进行高强水泥砂浆试块抗压试验，以获取对应龄期的弹性模量；

S130、根据静载试验过程的荷载作用下的所述光纤光栅应变计（81）测得的应变值，计算所述光纤光栅应变计（81）埋设深度对应的桩身轴力。

2.根据权利要求1所述的后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，所述注浆头（6）包括弯管（61）、大头钉（62）、第一橡胶圈（63）、第二橡胶圈（64）；所述弯管（61）一端的管壁对称设有圆孔，所述第一橡胶圈（63）套紧在所述弯管（61）上并封闭管壁圆孔，所述大头钉（62）穿刺所述第一橡胶圈（63）插入管壁的圆孔内，所述第二橡胶圈（64）套紧在所述第一橡胶圈（63）上并遮盖所述大头钉（62）。

3.根据权利要求1所述的后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，所述增强楔块（5）包括斜面板（51）、侧面板（52）、肋板（53）及顶面板（54），所述侧面板（52）包括两块规格相同的三角形钢板，所述肋板（53）为三角形钢板，所述斜面板（51）和所述顶面板（54）均为矩形钢板，所述侧面板（52）斜边、所述肋板（53）斜边与所述斜面板（51）侧面焊接，所述侧面板（52）直角短边、所述肋板（53）直角短边、所述斜面板（51）顶边均与所述顶面板（54）侧面焊接。

4.根据权利要求1所述的后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，还包括：

所述弹簧（95）用于限制导杆（92）和接长杆（91）之间的夹角，自由状态下，两个所述导轮（93）中心的水平距离与所述导管（2）内对称所述导槽（4）的中心净距一致，当加荷使所述导杆（92）绕所述销轴（94）旋转，所述导杆（92）与所述接长杆（91）所成锐角减小直至为零，卸去荷载，以使所述导杆（92）恢复至自由状态。

5.根据权利要求1所述的后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，所述连接杆（83）一端设有螺纹，另一端设有螺孔。

6.根据权利要求1所述的后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，所述第一螺纹套筒（10）与所述连接杆（83）一端的螺纹、接长杆（91）两端的螺纹相配套。

7.根据权利要求1所述的后装式桩身轴力测试装置，其特征在于，所述第二螺纹套筒（11）内螺纹与连接杆（83）一端的螺纹相配套，第二螺纹套筒（11）一端设有用于连接所述钢丝绳（12）的吊耳。

8.一种根据权利要求1-7任一所述装置的后装式桩身轴力测试方法，其特征在于，包括：

S10、根据所述光纤光栅应变计（81）的最大安装深度确定所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）以及所述注浆管（7）的长度；

S20、组装所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）、所述注浆管（7）及所述注浆头（6），根据打入桩的类型，将组装后的所述导管（2）安装至所述桩身（1）；

S30、执行沉桩，多节混凝土预制桩在接桩时，通过所述注浆管（7）接头连接上下两节桩段对应的所述注浆管（7），在下节桩段所述导管（2）断面粘贴与导管（2）断面一致的橡胶垫用于导管断面处的密封止水，然后对齐上下节混凝土预制桩同一断面的所述导管（2）及所述导槽（4）；

S40、将延伸至桩顶的注浆管（7）连接至高压水泵，通过高压水泵及注浆管（7）往导管（2）内压入清水，直至桩顶位置导管（2）顶部持续溢出清水；

S50、通过所述接长杆集成（9）获得有效导管深度；

S60、根据沉桩结束后的实际桩顶标高、有效导管深度以及桩身轴力测试断面的位置确定所需的光纤光栅应变计（81）的数量及埋设深度，其中，所述光纤光栅应变计（81）埋设深度不超过有效导管深度，其中所述光纤光栅应变计（81）布置在土层分界面和土层内部中的一种；

S70、根据所述光纤光栅应变计（81）的数量，组装应变测杆集成（8）和接长杆集成（9）：

S80、根据所述应变测杆集成（8）、所述接长杆集成（9）、钢丝绳（12）的布置关系，采用所述第一螺纹套筒（10）连接相接的所述应变测杆集成（8）和所述接长杆集成（9），采用所述第二螺纹套筒（11）连接相接的所述接长杆集成（9）和所述钢丝绳（12）；

S90、将波长范围互不重叠的多个光纤光栅应变计（81）划分为一组，依次熔接该组中相邻所述光纤光栅应变计（81），以使所有所述光纤光栅应变计（81）自下而上依次串联，最上部所述光纤光栅应变计（81）上部光纤（82）接长，使所有光纤光栅应变计（81）置于埋设深度后，该上部光纤（82）可延伸至导管（2）顶部并留有富余；

S100、将步骤S70~S90已组装装置下放至所述导管（2）内，将接长杆集成（9）的所有所述导轮（93）置于所述导槽（4）中，当所有光纤光栅应变计（81）置于埋设深度后，将延伸至导管（2）顶的所述钢丝绳（12）绑扎固定；

S110、将延伸至桩顶的所述注浆管（7）连接至高压注浆泵，通过高压注浆泵及注浆管（7）往所述导管（2）内压入高强水泥砂浆，同步取高强水泥砂浆样并制作抗压试块；

S120、进行静载试验，同步进行高强水泥砂浆试块抗压试验，以获取对应龄期的弹性模量；

S130、根据静载试验过程的荷载作用下的所述光纤光栅应变计（81）测得的应变值，计算所述光纤光栅应变计（81）埋设深度对应的桩身轴力。

9.根据权利要求8所述的后装式桩身轴力测试方法，其特征在于，所述步骤S20包括：

S21、针对钢管桩、钢板桩，在沉桩前，将所述导管（2）平行桩纵轴线布置，所述导管（2）安装防护槽（3）的相对侧紧贴桩身侧壁，所述导管（2）与桩侧壁接触线通长焊接固定，组装所述增强楔块（5），并将所述增强楔块（5）安装在所述导管（2）和所述防护槽（3）底部并与桩侧壁焊接固定，所述导管（2）安装完成后，对所述桩身（1）执行防腐涂装；

S22、针对单节混凝土预制桩，在钢筋笼制作完成后，将所述导管（2）平行桩纵轴线布置在钢筋笼内侧，所述导管（2）安装防护槽的相对侧紧贴钢筋笼箍筋，所述导管（2）与箍筋接触点焊接固定，所述导管（2）安装完成后，进行所述桩身（1）混凝土浇筑及养护；

S23、针对多节混凝土预制桩，根据配桩长度分配每节桩对应的所述导管（2）长度，将所述导管（2）连同防护槽（3）、导槽（4）、注浆管（7）进行切割分段，在接桩位置注浆管（7）设置接头，在钢筋笼制作完成后，将每段所述导管（2）平行桩节纵轴线布置，所述导管（2）安装防护槽（3）的相对侧紧贴钢筋笼箍筋，所述导管（2）与箍筋接触点焊接固定，所述导管（2）安装完成后，临时封闭所述导管（2）、所述防护槽（3）及所述注浆管（7）的两端，进行桩身混凝土浇筑及养护。

10.根据权利要求8所述的后装式桩身轴力测试方法，其特征在于，所述步骤S50包括：

S51、组装所述接长杆集成（9），在所述接长杆集成（9）一端安装所述第二螺纹套筒（11），并在所述第二螺纹套筒（11）吊耳上系上带长度标记的细绳，提拽细绳，将所述接长杆集成（9）的所述导轮（93）置于所述导槽（4）中，将所述接长杆集成（9）下放，直至触及所述导管（2）底部，所述导管（2）底部所处深度即为有效导管深度；

S52、若未触及所述导管（2）底部前，所述接长杆集成（9）无法继续下放，则将所述接长杆集成（9）保持在停留位置，拉紧细绳，通过细绳上的长度标记获得所述接长杆集成（9）底端深度，获得有效导管深度。

11.根据权利要求8所述的后装式桩身轴力测试方法，其特征在于，所述步骤S70包括：

S71、根据所述光纤光栅应变计（81）数量，组装相同数量的应变测杆集成（8）；

S72、根据所述光纤光栅应变计（81）数量以及上下相邻所述光纤光栅应变计（81）之间的埋设间距，确定所述接长杆集成（9）数量以及多个所述接长杆集成（9）中所述接长杆（91）长度、所述钢丝绳（12）段数及每段所述钢丝绳（12）的长度；确定所述接长杆集成（9）数量，包括将每个所述应变测杆集成（8）两端分别连接一个所述接长杆集成（9）；若上下相邻所述光纤光栅应变计（81）之间的埋设间距小于预设距离，则上下相邻应变测杆集成（8）采用一个或多个接长杆集成（9）直接连接；每一接长杆集成（9）中接长杆（91）的长度可灵活调整；若上下相邻光纤光栅应变计（81）之间的埋设间距较大，上下相邻接长杆集成（9）之间通过所述钢丝绳（12）连接；上下相邻的所述应变测杆集成（8）连接后，上下相邻所述光纤光栅应变计（81）之间的中心距离与所需的上下相邻的所述光纤光栅应变计（81）之间的埋设间距一致；最上部所述接长杆集成（9）顶连接所述钢丝绳（12），使所有所述光纤光栅应变计（81）置于埋设深度后，使所述钢丝绳（12）延伸至所述导管（2）顶部并留有富余；

S73、根据步骤S72确定的所述接长杆集成（9）数量及对应的所述接长杆（91）长度，组装所述接长杆集成（9）。

12.根据权利要求8所述的后装式桩身轴力测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）以及所述注浆管（7）的总长度覆盖桩顶标高至光纤光栅应变计（81）最大安装深度以下的一倍桩径；

或者，若所述光纤光栅应变计（81）最大安装深度以下一倍桩顶位置的标高低于桩底标高，所述导管（2）、所述防护槽（3）、所述导槽（4）以及所述注浆管（7）的总长度覆盖全桩长。