CN207007619U - 一种变截面cfg桩复合地基静载试验自平衡组合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置，该装置包括模型箱体、荷载施加系统、数据测量系统；荷载施加系统安装在模型箱体上方，变截面CFG桩和模拟地基材料置于模型箱体内，荷载施加系统包括施力装置、传力装置；施力装置上部与加载反力用的传力装置连接，施力装置采用逐级加载方式向下方的试验箱体内的变截面CFG桩复合地基表面施加载荷，通过模型箱体自重、模拟地基材料自重、变截面CFG桩自重来平衡。本实用新型解决了研究变截面CFG桩复合地基破坏机理、确定荷载设计值过程中需要固定式反力装置或大量堆载的问题；采用手动式螺旋千斤顶进行逐级加载，荷载大小由人工手动控制千斤顶，不会发生手动千斤顶的补压不准问题。

Description

一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，特别是涉及一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置。

背景技术

我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山涧谷地等有广泛的软弱土分布，地基处理费用在工程建设中所占比例非常大。CFG桩复合地基通过置换作用、排水作用、挤密作用和垫层作用使得地基承载力提高，沉降变形减小，具有施工周期短、质量易于控制、工程造价低等特点。其中，新型变截面CFG桩复合地基还增加了加固区内桩体按深度变刚度分布效果，使得复合地基进一步提高了沉降减小、地基承载力提高的目标，获得良好的经济效益和社会效益。

复合地基的实验室模型试验是研究复合地基承载机理、极限荷载的必要手段，一般主要采用具有固定反力架的反力梁系统，需要相对固定的场地条件、试验环境，而且前期投入较大；同时，受到岩土材料非线性、变截面CFG桩的几何非线性影响，该复合地基在承载机理、加固桩-地基相互作用、软土地基与良好土层地基的荷载传递规律等规律有待进一步厘清，需要提供一种试验装置，便于勘察设计部门开展模型试验，并结合现场试验数据，提供相应的设计参数。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置，用来研究变截面CFG桩复合地基的承载机理和荷载传递规律，结合现场试验数据，提供变截面CFG桩复合地基的设计参数。

本实用新型的技术方案如下：

一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置，包括模型箱体、荷载施加系统、数据测量系统；

所述荷载施加系统安装在模型箱体上方，变截面CFG桩和模拟地基材料置于模型箱体内，荷载施加系统，包括：施力装置、传力装置；施力装置上部与加载反力用的传力装置连接，施力装置采用逐级加载方式向下方的试验箱体内的变截面CFG桩复合地基表面施加载荷，通过模型箱体自重、模拟地基材料自重、变截面CFG桩自重来平衡；

所述数据测量系统，包括荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置、动静态应变测试系统、计算机；加载荷载值测量装置安装在变截面CFG 桩复合地基表面，荷载板位移测量装置布置在加载荷载值测量装置上，桩身应变测量装置布置在变截面CFG桩上，土压力测量装置埋设在变截面CFG桩的端部、变截面处以及桩周围的土体中；荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置均与动静态应变测试系统连接，动静态应变测试系统与计算机连接。

所述模型箱体包括试验箱体，内置变截面CFG桩和模拟地基材料；试验所需加载的反力值大于试验箱体及内置岩土体总重量的两倍时试验箱体下方安装已浇筑混凝土的配重箱体。

所述试验箱体是顶部敞口的箱体结构，设置有活动门。

所述试验箱体顶部开口的左右两侧边缘连接有带孔条形板，带孔条形板与荷载施加系统中的传力装置连接。

所述传力装置采用人字架反力装置，结构为两根钢棒焊接在一起，焊接处竖直方向焊接一根短钢棒，人字架反力装置下部两端各自焊接一块带孔矩形板，焊接位置为带孔矩形板中部且与人字架反力装置端部截面中心对中；施力装置采用手动式螺旋式千斤顶向变截面CFG 桩施加的荷载与人字架反力装置反力平衡；手动式螺旋千斤顶所施加的荷载由试验箱体自重、变截面CFG桩自重、地基材料自重和配重箱体自重承担。

所述加载荷载值测量装置包括压力传感器和荷载板；施力装置的顶端与压力传感器接触，施力装置的底面与荷载板接触，荷载板安装在变截面CFG桩上部的褥垫层表面，测量荷载板表面施加荷载量。

所述荷载板位移测量装置采用双向防震百分表，两个双向防震百分表对称地布置在变截面CFG桩顶面的荷载板的对角线上，且双向防震百分表的测杆垂直于荷载板表面，通过磁性表座将表身固定在独立基准梁上。

所述桩身应变测量装置采用电阻应变片，布置在变截面CFG桩表面，采用1/2桥连接，测量变截面CFG桩的应变变化。

有益效果：

1、本实用新型的变截面CFG桩复合地基增加了地基加固区内变截面CFG桩按深度变刚度分布效果，较原有的刚性桩复合地基的经济效益和社会效益更为显著，但因尚未形成可靠的设计理论，更需要相关的室内试验工作为设计提供必要的参数，本实用新型的更为便捷地解决了该种复合地基的静荷载试验问题；

2、本实用新型的采用试验箱体、配重箱体、人字架反力装置的组合形式，解决了研究变截面CFG桩复合地基破坏机理、确定荷载设计值过程中需要固定式反力装置或大量堆载的问题，便于制作、运输、组装和试验等工作；

3、采用手动式螺旋千斤顶进行逐级加载，荷载大小由人工手动控制千斤顶，不会发生手动千斤顶的补压不准问题。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置示意图；

图2为本实用新型具体实施方式的试验箱体示意图；

图3为本实用新型具体实施方式的加劲肋及带孔吊装构件平面示意图，(a)为加劲肋平面示意图，(b)为带孔吊装构件平面示意图；

图4为本实用新型具体实施方式的试验箱体的平面尺寸示意图，(a)为侧板平面尺寸示意图，(b)为正面板平面尺寸示意图，(c)为封底板平面尺寸示意图，(d)为背面板平面尺寸示意图；

图5为本实用新型具体实施方式的试验箱体各条形板平面尺寸示意图，(a)为无孔条形板平面尺寸示意图，(b)为带孔条形板平面尺寸示意图，(c)为正/背面条形板平面尺寸示意图；

图6为本实用新型具体实施方式的活动门及活动门把手、活动门固定条形挡板平面尺寸示意图，(a)为活动门及活动门把手板平面尺寸示意图，(b)为活动门固定条形挡板平面尺寸示意图；

图7为本实用新型具体实施方式的配重箱体平面尺寸示意图，(a)为配重箱体正视图尺寸示意图，(b)为配重箱体侧视图平面尺寸示意图，(c)为配重箱体俯视图平面尺寸示意图；

图8为本实用新型具体实施方式的荷载施加系统正视图；

图9为本实用新型具体实施方式的带孔矩形板平面尺寸示意图；

图10为本实用新型具体实施方式的等腰直角三角形钢板平面尺寸示意图；

图中，G1-L型直角螺栓连接件；G2-配重箱体；G3-数据测量系统；G4-荷载施加系统；G5-双向防震百分表；G6-试验箱体；G7-钻孔；G8-侧板；G9-正面板；G10- 封底板；G11-固定条形挡板；G12-活动门；G13-把手；G14-背面板；G15-正/背面条形板；G16-无孔条形板；G17-带孔条形板；G18-螺栓孔；G19-加劲肋；G20-带孔吊装构件；G21-人字架反力装置；G22-短钢棒；G23-等腰直角三角形钢板；G24-压力传感器；G25-手动式螺旋千斤顶；G26-荷载板；G27-带孔矩形板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。

本实施方式提供如图1所示的一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置，包括模型箱体、荷载施加系统G4、数据测量系统G3。

所述荷载施加系统G4安装在模型箱体上方，变截面CFG桩和模拟地基材料置于模型箱体内，荷载施加系统G4，包括：施力装置、传力装置；施力装置上部与加载反力用的传力装置连接，施力装置采用逐级加载方式向下方的试验箱体内的变截面CFG桩复合地基表面施加载荷，通过模型箱体自重、模拟地基材料自重、变截面CFG桩自重来平衡，不需要外部反力梁系统。

所述数据测量系统G3，包括荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置、DH3817K动静态应变测试系统、计算机；加载荷载值测量装置安装在变截面CFG桩复合地基表面，荷载板位移测量装置布置在加载荷载值测量装置上，桩身应变测量装置布置在变截面CFG桩上，土压力测量装置埋设在变截面CFG桩的端部、变截面处以及桩周围的土体中；荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置均与DH3817K动静态应变测试系统连接，DH3817K动静态应变测试系统与计算机连接。

模型箱体包括试验箱体G6，内置变截面CFG桩和模拟地基材料；试验所需加载的反力值大于试验箱体G6及内置岩土体总重量的两倍时试验箱体G6下方安装已浇筑混凝土的配重箱体G2。模型箱体中的所有构件均采用Q235材料制成；试验箱体G6通过L型直角螺栓连接件G1固定在配重箱体G2顶部；模型箱体基于确定的变截面CFG桩模型尺寸和尽量减少模型边界条件的影响原则设计，其中的试验箱体G6内净空尺寸为：长×宽×高＝900mm×900mm×900mm。试验箱体G6内置变截面CFG桩和模拟地基材料。

如图2所示的试验箱体G6是侧板G8、正面板G9、封底板G10、背面板G14围成的顶部敞口的箱体结构，其中的正面板G9设置有活动门G12，活动门G12上安装有固定条形挡板G11，活动门G12上方安装有把手G13，能够上下抽拉，便于试验箱体G6中地基的分层制作和变截面CFG桩的安装就位，活动门及活动门把手、活动门固定条形挡板平面尺寸如图6(a)～(b)所示。试验箱体G6顶部开口的左右两侧边缘连接有带孔条形板G17，带孔条形板G17下方且在试验箱体G6的侧板G8中上部的同一水平直线方向上纵向焊接(与无孔条形板G16及带孔条形板G17焊接在一起)三个间距为210mm的如图3(a)所示的加劲肋 G19，将带孔条形板G17固定到左右两侧的侧板G8上，带孔条形板G17上开有螺栓孔G18，试验箱体G6顶部开口的左右两侧边缘还连接有无孔条形板G16，且垂直于带孔条形板G17；试验箱体G6顶部开口的前后两侧边缘连接有正/背面条形板G15，封底板G10的左右两侧开有若干钻孔G7。试验箱体G6的两个侧板G8中部同一水平直线方向上都焊接两个间距为 736mm的连接有带孔吊装构件G20，如图3(b)所示。加劲肋G19和带孔吊装构件G20所采用钢板厚度均为12mm。前述所有钢材构件均通过满焊焊接方式连接在一起。

如图4(a)～(d)所示，试验箱体G6的侧板G8尺寸为：长×宽×厚＝900mm×900mm×8mm，背面板G14的尺寸为：长×宽×厚＝916mm×900mm×8mm，活动门G12的尺寸为：长×宽×厚＝916mm×420mm×8mm，封底板G10的尺寸为：长×宽×厚＝1044mm×916mm×8mm。在试验箱体G6顶部开口的四周方向，正背面及左右侧方向各焊接有两块条形板，各条形板的平面尺寸如图5(a)～(c)所示，其中的正/背面条形板G15的尺寸为：长×宽×厚＝916mm×80mm×18mm，无孔条形板G16的尺寸为：长×宽×厚＝1120mm×80mm×18mm，带孔条形板G17的尺寸为：长×宽×厚＝1120mm×80mm×18mm，且分别在带孔条形板G17中间位置设有两个用于固定安装试验箱体G6上部荷载施加系统G4中的人字架反力装置G21的螺栓孔G18，通过该螺栓孔 G18与荷载施加系统G4中的传力装置连接，螺栓孔G18直径为30mm，螺栓型号为M30×1.25×80mm。

配重箱体G2为顶面开口的钢板焊接箱体，如果试验所需加载的反力值大于试验箱体G6 及内置岩土体总重量的两倍，则需要在配重箱体G2中浇筑混凝土，其上安放试验箱体G6，并将L型直角螺栓连接件G1通过试验箱体G6下表面外缘上的钻孔G7插入配重箱体G2的现浇混凝土中，在混凝土强度达到设计要求后开始试验工作。配重箱体G2的平面尺寸如图7(a)～(c)所示。

如图8所示的荷载施加系统G4，施力装置采用手动式螺旋千斤顶G25，最大起重重量根据试验要求确定，本实施方式中手动式螺旋千斤顶的型号为QL5，最大起重重量为5吨，最大行程135mm；传力装置为人字架反力装置G21，其结构采用两根直径为50mm、长度为780mm的钢棒焊接在一起，焊接处竖直方向焊接一根直径为50mm、长度为100mm的短钢棒G22，以便于手动式螺旋千斤顶G25施加荷载，并在焊接处前后方向各采用一块底边长度为180mm的等腰直角三角形钢板G23用于加固人字架反力装置G21焊接效果，等腰直角三角形钢板G23的平面尺寸如图10所示；此外，人字架反力装置G21下部两端各自焊接一块带孔矩形板G27，带孔矩形钢板G27的尺寸为：长×宽×厚＝148mm×80mm×18mm，孔径为 30mm，焊接位置为带孔矩形板G27中部且与人字架反力装置G21端部截面中心对中，带孔矩形板G27的平面尺寸如图9所示。施力装置即手动式螺旋千斤顶G25的底部安装在数据测量系统中的荷载板G26上，手动式螺旋千斤顶G25的顶部与传力装置连接，顺时针旋转手动式螺旋式千斤顶G25的摇杆，向传力装置即人字架反力装置G21施加力，由人字架反力装置 G21加载反力用至荷载板G26，实现向下方的试验箱体内的变截面CFG桩复合地基表面施加载荷。

手动式螺旋式千斤顶G25向下压变截面CFG桩的荷载与人字架反力装置反力平衡；手动式螺旋千斤顶G25所施加的荷载由试验箱体G6自重、变截面CFG桩自重、地基材料自重和配重箱体G2自重承担。本实施方式中采用逐级加载方式施加荷载，荷载大小由人工手动控制手动式螺旋式千斤顶G25，通过螺栓将其与上部加载反力用的人字架反力装置G21连接。试验箱体G6的封底板G10超出试验箱体G6外表面64mm，在封底板G10外缘中部沿边长等距离开三个钻孔G7。

数据测量系统G3，包括荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置、DH3817K动静态应变测试系统、计算机。加载荷载值测量装置安装在变截面CFG桩复合地基表面，荷载板位移测量装置布置在加载荷载值测量装置的荷载板上，桩身应变测量装置布置在变截面CFG桩上，土压力测量装置埋设在变截面CFG桩的端部、变截面处以及桩周围的土体中。荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置均与DH3817K动静态应变测试系统连接，DH3817K动静态应变测试系统与计算机连接。

(1)荷载板位移测量装置

荷载板位移测量装置采用量程为0～10mm，精度为0.01mm的双向防震百分表G5，测量荷载板G26竖向沉降量，并将两个双向防震百分表G5对称地布置在变截面CFG桩顶面的荷载板G26的对角线上，以控制加载过程中出现荷载偏心问题，且双向防震百分表G5的测杆垂直于荷载板G26表面，通过磁性表座将表身固定在独立基准梁上。

(2)桩身应变测量装置

采用带自动温度补偿的350-3AA高精度箔式电阻应变片，作为桩身应变测量装置，栅长×栅宽＝3.2mm×3.1mm，灵敏系数为2.0。在获取竖向加载试验过程中轴力沿桩身的分布规律，在变截面CFG桩即变截面铝管表面布置一定数量的电阻应变式应变片，采用1/2桥连接，测量变截面CFG桩的应变变化。

(3)土压力测量装置

变截面CFG桩复合地基的土压力测量过程中需要测量的土压力主要是变截面CFG桩的端部、变截面处以及桩周围的土体间的土压力，因此本实施方式中在这些地方埋设一定数量的量程0.1MPa的土应力计传感器作为土压力测量装置，直径为16mm，厚度6mm。

(4)加载荷载值测量装置

加载荷载值测量装置包括压力传感器G24和荷载板G26；手动式螺旋式千斤顶G25的螺杆顶端与压力传感器G24接触，手动式螺旋千斤顶G25底面与荷载板G26接触，荷载板G26 安装在变截面CFG桩上部的褥垫层表面，千斤顶所施加的总荷载量不超过20kN，确定单级荷载的施加值为0.5kN，采用量程为30kN的型号为BYB-30的压力传感器G24，型号为BYB-30，测量荷载板G26表面施加荷载量。

所有有关试验的设备、材料等准备完成之后，选择有开敞空间20m²的实验室，将试验箱体平稳安放在实验室地面。将所有土应力计传感器、电阻式应变片及压力传感器G24与数据测量系统G3正确地连接起来，调设各项参数，事先对土应力计传感器、电阻式应变片和压力传感器G24进行检测，判别其工作性能是否来良好，若无障碍，则对每一个待测土应力计传感器和电阻式应变片做好相应的标记，以备后续操作。

采用上述的一种变截面CFG桩复合地基静荷载试验的自平衡模型试验装置进行的试验方法，其具体步骤如下：

(1)制作变截面CFG桩、选取与制备地基岩土体材料：

制作变截面CFG桩：采用铝管制作，将变截面CFG桩分为扩径段和标准段，扩径段铝管和标准段铝管的两端均各自焊接等直径、厚度为2mm的铝板，扩径段铝管一端与标准段铝管一端焊接构成变截面接口。扩径段内外径分别为40mm和36mm(2型)、52mm和48mm (3型)、70mm和66mm(3型)三种，变截面CFG桩长为165mm；标准段内外径为27mm 和25mm(1型)、桩长为365mm。

选取与制备地基岩土体材料：含水率为24.133％的中砂作为下部地基，内摩擦角和黏聚力分别为12.86°和7.581kPa的配制粘土为上部地基，含水率为24.0％，以备后续向试验箱体内填筑岩土体。

(2)将试验箱体摆放在水平地面上以保证平稳，并根据试验加载所需要的反力值要求，选择是否安放配重箱体：如需要，则在配重箱体安放平稳后浇筑混凝土，安放试验箱体，将 L型螺栓杆件通过试验箱体外缘钻孔插入混凝土中；如不需要，则可平稳地将试验箱体直接安放在实验室地面上。

(3)制作变截面CFG桩复合地基；

具体步骤如下：

(3.1)填筑70cm厚度的变截面CFG桩端以下部岩土体材料：首先将下部地基的岩土体材料按照高度为10～20cm铺入试验箱体内，然后将其抹平，用振捣器由外向内振捣夯实，反复循环3次，待振捣夯实结束后铺入下一层岩土体材料，振捣夯实，直至变截面CFG桩体的桩端平面。

(3.2)安放变截面CFG桩：当下部地基的岩土体材料填筑到变截面CFG桩的端部平面后，从人字架反力装置的短钢棒垂下铅锤，确定4根变截面CFG桩等距群桩的平面中心，使用直尺施放各个变截面CFG桩的中心点，埋设土应力计传感器后，安放变截面CFG桩，采用小木方对变截面CFG桩顶临时固定，变截面CFG桩下部堆放制备的砂土，振捣密实，使用水准尺检查变截面CFG桩顶标高是否一致，用直尺检查变截面CFG桩水平位置是否符合设计要求。土压力计传感器引线按“蛇形”走势埋设；变截面CFG桩的桩端部以上的砂土厚度为40cm，分4次填筑完成，每次填筑厚度为10cm，每填筑一次，需连续循环进行3次由外到内的振捣夯实工作，待砂土填筑平面层至变截面CFG桩顶平面层距离为16.5cm时(变截面CFG桩即为变截面处)，布置和埋设第二层土应力计传感器。

(3.3)填筑13cm的上部地基的岩土体材料：待安放变截面CFG桩完成之后，在上部地基与下部地基的接触面处铺设保鲜膜，减少上部含水率较高的黏土在振捣和静置中的水流失；厚度13cm的上部地基的岩土体材料分2次填筑，使用平板振捣器从外向内振捣1次，埋设第三层土土应力计传感器，土应力计传感器、电阻应变片的传感器引线按“蛇形”走势埋设，直至到变截面CFG桩顶部标高，填筑完13cm的上部地基的岩土体材料之后，将上平面抹平，使其和变截面CFG桩顶平面基本保持一致。

在振捣和夯实过程中要防止破坏土应力计传感器、电阻式应变片的传感器引线。

(4)待上述步骤(3)完成之后，将试验装置静置24h。

(5)安装施力装置和传力装置：静置24h后，安放褥垫层板，将褥垫层板中心与变截面 CFG桩中心重合；将荷载板G26平稳地搁置在褥垫层上平面，两个平面须充分接触，保持同一水平；用螺栓将人字架反力装置G21牢牢地与试验箱体G6连接在一起；安装手动式螺旋千斤顶G25和压力传感器G24，手动式螺旋千斤顶G25底面须与荷载板G26紧密平稳接触，手动式螺旋千斤顶G25上平面须与压力传感器G24底部紧密平稳接触，压力传感器G24顶部与短钢棒G22相接，最后对荷载板G26、手动式螺旋千斤顶G25、压力传感器G24做轻微调整，使荷载板G26中心、手动式螺旋千斤顶G25中轴线、压力传感器G24中轴线和短钢棒G22中轴线保持在同一直线上。

(6)安装并调设双向防震百分表G5：在荷载板G26任意一条对角线上对称地安装2个同一规格的双向防震百分表G5用以测量荷载板G26沉降量；双向防震百分表G5安装好之后，进行调设，使双向防震百分表G5测量每一级荷载施加下的荷载板G26沉降量的量程足够，在测量过程中不能触碰双向防震百分表G5及基准梁。

(7)开启数据测量系统G3，设定数据采集时间间隔：打开电源，开启数据测量系统G3，对所有连接线路进行检测，检查连接DH3817K动静态应变测试系统、交换机及计算机之间的网线，保证线路连接完好，对待测物理量进行参数设置，设定数据自动采集时间间隔为1 秒。

(8)进行加载/卸载试验，加载/卸载试验过程中必须保持整个装置连续通电状态，且不能对任意物理参数进行重新设置或更改。施加各级荷载，记录0分钟、5分钟、10分钟、15分钟的压力传感器G24压力值、双向防震百分表G5数值，在压力传感器G24数据稳定后施加下一级荷载。在出现：①本级荷载的荷载板G26沉降量为前一级荷载位移的两倍，②压力传感器G24超过量程，③土应力计传感器、电阻式应变片超过量程等情况时停止加载，开始卸载，每级卸载量为每级加载量的两倍，每级稳定时间为10分钟，直至卸载到零。

(9)使用DH3817K动静态应变测试系统和计算机读取并记录每一个试验数据，待加卸载试验结束之后，保存测量数据，断开电源，关闭试验装置。依次拆除双向防震百分表G5、基准梁、压力传感器G24、手动式螺旋千斤顶G25、荷载板G26、褥垫层板、上部地基、压力传感器、土应力计、下部地基、变截面CFG桩，将其摆放整齐并做一定清理，以待后续工况使用。检测电阻式应变片、土应力计传感器及压力传感器性能是否正常，有问题的要及时更换。

具体举例来说，如在变截面CFG桩复合地基静载荷中，变截面CFG桩为桩长53cm，上部扩径段内外径分别为40mm、36mm，桩长165mm；下部标准段内外径分别为27mm、25mm，桩长为365mm。地基材料分上部地基即粘土层和下部地基即砂土层组成，下部地基选用含水率24.133％、湿密度19kN/m³的中砂分层振捣夯实；下部地基为配制含水率为24.0％、内摩擦角和黏聚力分别为12.86°和7.581kPa的配制黏土。变截面CFG桩复合地基静载荷试验结果见表1。分析可知，该试验装置和试验方法稳定实现了变截面CFG桩复合地基载荷试验，受上部欠固结黏土软弱地基影响，试验开始的第一级荷载对角线上的两块双向防震百分表G5位移测量值误差约有0.5mm，其后误差基本降低到0.1mm左右，荷载板G26上荷载均匀施加到褥垫层板和复合地基。试验表明，上部粘土层中扩径段桩体增加了复合地基的置换率，提高了桩侧阻力和变截面位置的端阻力，地基表面荷载较好地向下部良好承载力的砂土地基传递，单位荷载的位移增量较小，复合地基承载力远大于上部粘土软弱层的地基承载力。

表1变截面CFG桩复合地基静载荷试验的荷载和位移的数据采集

最后应该说明的是：以上实施实例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施实例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种变截面CFG桩复合地基静载试验自平衡组合装置，其特征在于，包括模型箱体、荷载施加系统(G4)、数据测量系统(G3)；

所述荷载施加系统(G4)安装在模型箱体上方，变截面CFG桩和模拟地基材料置于模型箱体内，荷载施加系统(G4)，包括：施力装置、传力装置；施力装置上部与加载反力用的传力装置连接，施力装置采用逐级加载方式向下方的试验箱体内的变截面CFG桩复合地基表面施加载荷，通过模型箱体自重、模拟地基材料自重、变截面CFG桩自重来平衡；

所述数据测量系统(G3)，包括荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置、动静态应变测试系统、计算机；加载荷载值测量装置安装在变截面CFG桩复合地基表面，荷载板位移测量装置布置在加载荷载值测量装置上，桩身应变测量装置布置在变截面CFG桩上，土压力测量装置埋设在变截面CFG桩的端部、变截面处以及桩周围的土体中；荷载板位移测量装置、桩身应变测量装置、加载荷载值测量装置、土压力测量装置均与动静态应变测试系统连接，动静态应变测试系统与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模型箱体包括试验箱体(G6)，内置变截面CFG桩和模拟地基材料；试验所需加载的反力值大于试验箱体(G6)及内置岩土体总重量的两倍时试验箱体(G6)下方安装已浇筑混凝土的配重箱体(G2)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述试验箱体(G6)是顶部敞口的箱体结构，设置有活动门(G12)。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述试验箱体(G6)顶部开口的左右两侧边缘连接有带孔条形板(G17)，带孔条形板(G17)与荷载施加系统(G4)中的传力装置连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传力装置采用人字架反力装置(G21)，其结构为两根钢棒焊接在一起，焊接处竖直方向焊接一根短钢棒(G22)，人字架反力装置(G21)下部两端各自焊接一块带孔矩形板(G27)，焊接位置为带孔矩形板(G27)中部且与人字架反力装置(G21)端部截面中心对中；施力装置采用手动式螺旋式千斤顶(G25)向变截面CFG桩施加的荷载与人字架反力装置(G21)反力平衡；手动式螺旋千斤顶(G25)所施加的荷载由试验箱体(G6)自重、变截面CFG桩自重、地基材料自重和配重箱体(G2)自重承担。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加载荷载值测量装置包括压力传感器(G24)和荷载板(G26)；施力装置的顶端与压力传感器(G24)接触，施力装置的底面与荷载板(G26)接触，荷载板(G26)安装在变截面CFG桩上部的褥垫层表面，测量荷载板(G26)表面施加荷载量。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述荷载板位移测量装置采用双向防震百分表(G5)，两个双向防震百分表(G5)对称地布置在变截面CFG桩顶面的荷载板(G26)的对角线上，且双向防震百分表(G5)的测杆垂直于荷载板(G26)表面，通过磁性表座将表身固定在独立基准梁上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述桩身应变测量装置采用电阻应变片，布置在变截面CFG桩表面，采用1/2桥连接，测量变截面CFG桩的应变变化。