本發(fā)明為一種應(yīng)用于陸域、水域的工程地質(zhì)勘察測試裝置，特別是一種樁阻力模擬測試裝置，通過該裝置能夠模擬樁的受力變形情況，檢測地基土的樁端阻力和樁側(cè)阻力，并提供地基土的剪切模量、壓縮模量等相關(guān)參數(shù)。

背景技術(shù)：

在工程地質(zhì)勘察中，經(jīng)常需提供地基土的樁端阻力和樁側(cè)阻力。目前傳統(tǒng)的樁阻力測試方法主要有三種：1，通過測試地基土的物理指標(biāo)查表推算樁阻力；2，利用靜力觸探資料推算樁阻力；3，原位靜載試樁。第1種方法最為簡單，但其是建立在物理指標(biāo)與力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)的經(jīng)驗關(guān)系之上，誤差較大，一般作為前期估算使用。第2種方法能夠提供地基土的側(cè)阻力和端阻力，是基樁設(shè)計前估算樁阻力最常用的一種方法，但其亦存在缺點，基樁具有尺寸效應(yīng)，用小直徑的靜力觸探測得的端、側(cè)阻力有時并不能真實估算基樁的阻力情況，且靜力觸探是一種連續(xù)貫入的大應(yīng)變測試，土體在其連續(xù)刺入的情況下應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，測試數(shù)據(jù)有一定誤差。第3種方法是最真實最準(zhǔn)確的一種測試方法，但其成本較高，測試周期較長，除重要工程的施工前設(shè)計試樁測試外，一般工程僅將其作為一種施工完成后的質(zhì)量檢測，具有滯后性。

現(xiàn)實的發(fā)展需要有一種操作快速方便，成本低廉，能較切合實際狀況的樁阻力測試裝置及方法，能夠在基樁設(shè)計施工前就提供樁阻力相關(guān)參數(shù)，為基樁設(shè)計提供依據(jù)。出于現(xiàn)實需要急需研制阻力模擬測試裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種樁阻力模擬測試裝置，能夠通過該裝置模擬地基土在基樁作用下的實際受力變形狀態(tài)，可重復(fù)使用，不需進(jìn)行實際試樁，成本少，費用低，效費比高，并可在基樁設(shè)計施工前提供樁阻力相關(guān)參數(shù)，為基樁的設(shè)計施工提供依據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種樁阻力模擬測試裝置，其中：該裝置包括四部分：樁端阻力測試部分、樁側(cè)阻力測試部分、數(shù)據(jù)采集及傳輸部分、測試裝置主體。樁端阻力測試部分由錐頭、滑動桿、端阻力及位移傳感器構(gòu)成。樁側(cè)阻力測試部分由摩擦筒、側(cè)阻力及位移傳感器構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集及傳輸部分由數(shù)據(jù)采集接收器和輔助數(shù)據(jù)線組成。測試裝置主體由上、下承壓筒及承壓筒頂帽構(gòu)成。其工作原理是外部荷載通過測試裝置主體將荷載傳遞給樁端阻力測試部分和樁側(cè)阻力測試部分。樁端阻力測試部分和樁側(cè)阻力測試部分將所采集到的端阻力、側(cè)阻力及位移數(shù)據(jù)分別傳輸至數(shù)據(jù)采集及傳輸部分。數(shù)據(jù)采集及傳輸部分將采集輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包輸出至地面接收裝置。

本發(fā)明的效果是使用該裝置，模擬地基土在基樁作用下的實際受力變形狀態(tài)，同時提供地基土樁端阻力、樁側(cè)阻力、剪切模量及壓縮模量等參數(shù)，可在基樁設(shè)計施工前提供樁阻力相關(guān)參數(shù)，為基樁的設(shè)計施工提供依據(jù)，解決了傳統(tǒng)采用物理指標(biāo)估算樁阻力的誤差，克服了傳統(tǒng)靜力觸探因探頭尺寸較小易產(chǎn)生尺寸效應(yīng)失真和連續(xù)貫入易產(chǎn)生的大應(yīng)變失真，能在不進(jìn)行實際試樁的條件下盡可能真實的反映樁土作用狀態(tài)，可重復(fù)使用，相較于實際試樁可節(jié)省約50％的費用(以20m的φ500mm預(yù)制樁為例)，具有成本低、費用少、效費比高的特點，特別適宜于設(shè)計試樁以及丙級基樁等不必需進(jìn)行實際試樁的情況。本裝置適合于各種陸域、水域工程勘察檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明樁阻力模擬測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為采用本發(fā)明樁阻力模擬測試裝置操作示意圖。

圖中：

1、錐頭2、滑動桿3、摩擦筒4、端阻力及位移傳感器

5、側(cè)阻力及位移傳感器6、數(shù)據(jù)采集接收器7、下承壓筒

8、上承壓筒9、承壓筒頂帽10、螺紋端口11、探桿

12、加載裝置13、地面監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收裝置14、電纜傳輸或無線傳輸

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置設(shè)計思想是，模擬地基土在基樁作用下的實際受力變形狀態(tài)，同時能在基樁設(shè)計施工前提供地基土的樁端阻力、樁側(cè)阻力、剪切模量、壓縮模量等相關(guān)參數(shù)，為基樁的設(shè)計施工提供依據(jù)，解決了傳統(tǒng)采用物理指標(biāo)估算樁阻力的誤差，避免了傳統(tǒng)靜力觸探的連續(xù)貫入大應(yīng)變失真及尺寸效應(yīng)失真，能在不進(jìn)行實際試樁的條件下盡可能真實的反映樁土作用狀態(tài)，能重復(fù)使用，成本少，費用低，效費比高。

如圖1所示，本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置包括四部分：樁端阻力測試部分、樁側(cè)阻力測試部分、數(shù)據(jù)采集及傳輸部分、測試裝置主體。樁端阻力測試部分由錐頭1、滑動桿2和端阻力及位移傳感器4構(gòu)成。樁側(cè)阻力測試部分由摩擦筒3和側(cè)阻力及位移傳感器5構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集及傳輸部分由數(shù)據(jù)采集接收器6和輔助數(shù)據(jù)線組成。測試裝置主體由下承壓筒7、上承壓筒8及承壓筒頂帽9構(gòu)成。承壓筒頂帽9通過螺紋端口10與外部探桿連接。

所述錐頭1由鋼質(zhì)材料制成，直徑視規(guī)格不同而定，一般取75-126mm，直徑過大無法在常規(guī)勘探孔中檢測，直徑過小難以反映尺寸效應(yīng)且易連續(xù)貫入，地基土變形不易檢測，綜合考慮普通勘探孔直徑及檢測難易程度，直徑取75-126mm為宜。錐頭1與滑動桿2通過螺紋絲扣連接，滑動桿2穿過下承壓筒7的下端內(nèi)孔，端阻力及位移傳感器4置于滑動桿2與下承壓筒7的下端內(nèi)孔壁之間，以實現(xiàn)滑動桿2與下承壓筒7的相對微位移過程中對阻力及位移的檢測。

摩擦筒3由鋼鐵材質(zhì)制成，摩擦筒3位于下承壓筒7的外側(cè)，側(cè)阻力及位移傳感器5位于摩擦筒3的內(nèi)壁與下承壓筒7的外壁之間，以實現(xiàn)摩擦筒3與下承壓筒7的相對微位移過程中對阻力及位移的檢測。

數(shù)據(jù)采集接收器6通過輔助數(shù)據(jù)線與端阻力及位移傳感器4、側(cè)阻力及位移傳感器5相連，并與地面接收裝置或通過輔助電纜，電纜從裝置頂端中心圓孔穿過并從外部探桿內(nèi)芯穿過，或通過無線傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

下承壓筒7與上承壓筒8之間通過螺紋絲扣連接，上承壓筒8與承壓筒頂帽9間通過螺紋絲扣連接，下承壓筒7、上承壓筒8、承壓筒頂帽9共同組成了測試裝置主體，承壓筒頂帽9通過螺紋端口10與外部探桿連接。

本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置的功能是這樣實現(xiàn)的：

該所述裝置通過外部探桿被施加以垂向荷載，裝置在荷載作用下向下移動，由于受到土體的側(cè)阻力和端阻力，使所述裝置端阻力測試部分的錐頭1、滑動桿2與下承壓筒7之間產(chǎn)生相對微位移，所述裝置側(cè)阻力測試部分的摩擦筒3與下承壓筒7之間的產(chǎn)生相對微位移。在錐頭1、滑動桿2與下承壓筒7之間的微位移過程中，由端阻力及位移傳感器4采集錐頭1在垂直荷載作用過程中受到的土阻力及產(chǎn)生的微位移，并將采集數(shù)據(jù)通過輔助數(shù)據(jù)線傳輸至數(shù)據(jù)采集接收器6。在摩擦筒3與下承壓筒7之間的微位移過程中，由側(cè)阻力及位移傳感器5采集摩擦筒3在垂直荷載作用過程中受到的土體側(cè)阻力及產(chǎn)生的微位移，并將數(shù)據(jù)通過輔助數(shù)據(jù)線傳輸至數(shù)據(jù)采集接收器6。

數(shù)據(jù)采集接收器6負(fù)責(zé)接收端阻力及位移傳感器4、側(cè)阻力及位移傳感器5傳輸至的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理打包后通過有線電纜或無線方式傳輸至地面數(shù)據(jù)接收裝置，地面數(shù)據(jù)接收裝置對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理后，最終提供樁阻力相關(guān)參數(shù)。

如圖2所示，本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置在使用中，將所述樁阻力模擬測試裝置置于勘探孔預(yù)定深度處，所述裝置通過螺紋端口10與外部探桿11連接，探桿11頂端有外部加載裝置12，通過加載裝置12對探桿11施加以垂向荷載，荷載通過探桿11傳遞至所述樁阻力模擬測試裝置，使所述裝置在垂向荷載作用下向下位移。所述樁阻力模擬測試裝置在向下位移過程中受到土體的阻力，使所述裝置的錐頭1、滑動桿2與下承壓筒7之間產(chǎn)生相對微位移，所述裝置的摩擦筒3與下承壓筒7之間產(chǎn)生相對微位移。在錐頭1、滑動桿2與下承壓筒7之間的微位移過程中，通過端阻力及位移傳感器4采集錐頭1在垂直荷載作用過程中受到的土阻力及產(chǎn)生的微位移。在摩擦筒3與下承壓筒7之間的微位移過程中，由側(cè)阻力及位移傳感器5采集摩擦筒3在垂直荷載作用過程中受到的土體側(cè)阻力及產(chǎn)生的微位移。端阻力及位移傳感器4、側(cè)阻力及位移傳感器5將采集的數(shù)據(jù)通過輔助數(shù)據(jù)線傳至數(shù)據(jù)采集接收器6，數(shù)據(jù)采集接收器6通過電纜傳輸或無線傳輸14將數(shù)據(jù)打包傳輸至地面監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收裝置13。電纜傳輸或無線傳輸14當(dāng)采用電纜傳輸時，電纜從探桿11的內(nèi)芯穿過。地面監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收裝置13一方面監(jiān)測探桿11在加裁過程中的下沉位移，另一方面同時接收數(shù)據(jù)采集接收器6傳輸至的相關(guān)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置的操作步驟如下：

(1)將勘探孔鉆至試驗深度處并清孔。

(2)連接樁阻力模擬測試裝置和探桿，下入至孔底試驗土層，探桿上端接加載裝置，探桿外安裝調(diào)試地面監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收裝置，若采用電纜傳輸數(shù)據(jù)則將傳輸電纜通過探桿內(nèi)芯，一端與孔底樁阻力模擬測試裝置連接，一端與地面監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收裝置連接。

(3)通過加載裝置給探桿及樁阻力模擬測試裝置施加垂向荷載，使樁阻力模擬測試裝置貫入土體40cm，然后卸載并對所有傳感器調(diào)零。

(4)進(jìn)行分級加載或連續(xù)加載，通過數(shù)據(jù)接收裝置記錄樁阻力模擬測試裝置的端阻力、端位移、側(cè)阻力、側(cè)位移及探桿總的下沉位移，其中采用分級加載時每級荷載的沉降位移穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)參照單樁靜載試驗或深層平板載荷試驗判別標(biāo)準(zhǔn)。

(5)參照單樁靜載試驗或深層平板載荷試驗，當(dāng)土體出現(xiàn)明顯破壞，終止試驗測試，拆卸加載裝置、探桿及樁阻力模擬測試裝置，并對樁阻力模擬測試裝置進(jìn)行心要的清理養(yǎng)護(hù)。

(6)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，提供地基土試驗深度處的端阻力、側(cè)阻力、壓縮模量、剪切模量等指標(biāo)參數(shù)。

本發(fā)明的樁阻力模擬測試裝置的特點是：

(1)可模擬地基土在基樁作用下的實際受力變形狀況，并可在基樁設(shè)計施工前提供較可靠的端阻力、側(cè)阻力、壓縮模量、剪切模量等相關(guān)參數(shù)，功能多，提供參數(shù)豐富。

(2)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，易于搬運，可重復(fù)使用，不用實際試樁；

(3)成本少，費用低，作業(yè)周期短，效費比高。

(4)避免了傳統(tǒng)樁阻力測試方法的缺點，提供了一種新型樁阻力測試裝置及方法。

(5)能夠滿足各種陸域、水域的工程勘察檢測需要，適用范圍廣，工作效率高。