一种群桩现场试验的模型装置及方法

摘要

本发明涉及一种群桩现场试验的模型装置及方法，其装置包括锚桩、定位支撑装置、反力板、模型桩、承台、千斤顶、荷载传感器、百分表、程控静态应变仪、数据处理电脑、数值测力仪和电阻应变片；多根模型桩固定在承台下方，承台上表面设置承台盖板；定位支撑装置包括上框架、下框架和可伸缩的立柱，上框架和下框架通过立柱连接，上框架和下框架的中部设有连接板，连接板的四个角分别设置伸缩杆，伸缩杆的端部设有限位圈，连接板上设有水准器。本发明定位支撑装置可以对各根模型桩起到定位和保证垂直度的作用，对群桩桩顶和承台起到保证水平的作用。本发明装置结构简单，操作灵活简便，测量精准度高，经济效益好。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，更具体地说，涉及一种群桩现场试验的模 型装置及方法。

背景技术

桩基础是一种常见的基础形式，在建筑、桥梁、港口等工程中得到广泛的 应用。群桩作为桩基的一种主要形式，其受力变形特性的研究一直受到人们的 重视。

在桩基工程中，进行群桩的原型实验需要花费大量的人力、物力和时间， 或者因场地条件等因素的限制无法进行原型试验，在这种条件下，现场群桩模 型试验成为研究、探索和解决问题的一种有效方法。它不仅为桩基础的理论研 究提供试验数据和试验论证，而且为工程设计提供依据进而指导工程实践。

现场模型试验综合了现场试验和室内模型试验的优点：其一方面保证土体 结构的完整性，相比于室内模型有更高的准确性；另一方面相比于现场原型试 验节约成本，缩短试验周期。

现有的群桩现场模型试验过程中，模型桩在很多情况下是通过手动的方法 压入的，在压入的过程中，模型桩易出现歪斜的情况，只能通过肉眼观察的方 法去调整，模型桩的垂直度和群桩的桩顶的水平度都无法保证，导致测量结果 的准确性降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种群桩现场试验的模型装置及方法， 该装置可以保证各根模型桩的垂直度，操作灵活简便，测量精准度高。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：构造一种群桩现场试验的模 型装置，包括锚桩、反力板、定位支撑装置、模型桩、承台、千斤顶、荷载传 感器、百分表、程控静态应变仪、数据处理电脑、数值测力仪和电阻应变片；

所述电阻应变片设置在所述模型桩内部，所述模型桩有多根，多根模型桩 固定在所述承台下方，所述承台上表面设置承台盖板；所述千斤顶设置在承台 盖板与荷载传感器之间，所述荷载传感器与所述数值测力仪连接；所述导线与 所述程控静态应变仪连接，所述程控静态应变仪与所述数据处理电脑连接；所 述百分表通过基准梁设置在承台盖板上方；所述锚桩分成两排固定在地基中， 所述反力板与地面之间设有支撑柱；

所述定位支撑装置包括上框架、下框架和可伸缩的立柱，所述上框架和下 框架通过立柱连接，所述上框架和下框架的中部设有连接板，所述连接板的四 个角分别设置伸缩杆，所述伸缩杆的端部设有限位圈，所述连接板上设有水准 器。

上述方案中，所述限位圈包括两个半圆的圈体，两个圈体的一端相互铰接， 另一端通过扣件连接。

上述方案中，所述下框架上设有悬臂，所述悬臂放置在基准梁上。

上述方案中，所述下框架的底部设有固定脚。

上述方案中，所述伸缩杆、上框架和下框架上设有刻度尺。

上述方案中，所述反力板和锚桩通过钢丝绳连接，所述钢丝绳的固定端通 过钢管固定连接在所述反力板上，所述钢丝绳的活动端通过锚桩上的钢丝绳引 出孔穿出，并通过钢丝绳卡扣扣紧拉直。

上述方案中，所述模型桩通过螺母与所述承台连接，所述承台上设有多个 与模型桩配合的安装孔。

上述方案中，所述承台盖板上设有定位凸台，所述定位凸台与千斤顶的受 力面接触。

上述方案中，所述定位凸台的表面设有凹槽。

本发明还提供了一种利用上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、定位压入两排锚桩；

S2、安装基准梁并固定定位支撑装置，模型桩穿过限位圈，依次压入贴有 电阻应变片的多根模型桩，压入的过程中通过水准器调平，保证模型桩的垂直 度和各根模型桩桩顶高度的一致性；定位支撑的立柱可伸缩，确保整个压桩过 程模型桩的垂直度；

S3、将模型桩固定在承台下方，并在承台上表面放置承台盖板；

S4、安装千斤顶，连接荷载传感器、程控静态应变仪、数据处理电脑、数 值测力仪；

S5、安装支撑柱，将反力板置于支撑柱上，将钢管固定在反力板上，用钢 丝绳连接锚桩和反力板，并用钢丝绳卡扣扣紧拉直；

S6、百分表通过基准梁设置在承台盖板上方；

S7、利用荷载传感器与数值测力仪，实现千斤顶精准分级加载，百分表测 得承台沉降，程控静态应变仪测得桩身应变，数据处理电脑记录分析应变数据。

实施本发明的群桩现场试验的模型装置及方法，具有以下有益效果：

1、定位支撑装置可以对各根模型桩起到定位和保证垂直度的作用，进一 步的保证整个群桩桩顶水平，从而保证承台水平。

2、定位支撑装置限位圈之间的距离可以通过伸缩杆调节，可适用于不同 桩间距的群桩。

3、立柱可以伸缩，上框架的高度可随着沉桩过程调节，使模型桩在沉桩 过程中的垂直度得到实时的控制。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明群桩现场试验的模型装置的主视图；

图2是本发明群桩现场试验的模型装置的侧视图；

图3是模型桩、承台和承台盖板的连接示意图；

图4是承台的结构示意图；

图5是模型桩的结构示意图；

图6是承台盖板的结构示意图；

图7是反力板和锚桩的连接示意图；

图8是钢丝绳卡扣的结构示意图；

图9是定位支撑装置的结构示意图；

图10是定位支撑装置安装在基准梁上的俯视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详 细说明本发明的具体实施方式。

如图1至图10所示，本发明的群桩现场试验的模型装置包括1、基准梁， 2、百分表，3、承台盖板，4、承台，5、千斤顶，6、荷载传感器，7、螺母， 8、模型桩，9、导线引出孔，10、螺栓孔，11、锚桩，12、钢丝绳引出孔，13、 承台板，14、钢丝绳，15、反力板，16、钢丝绳固定孔，17、程控静态应变仪， 18、数据处理电脑，19、数值测力仪，20、钢丝绳卡扣，21、钢管，22、模型 桩预留孔，23、电阻应变片，24、导线，25、支撑柱，26、连接板，27、立柱， 28、限位圈，29、水准器，30、伸缩杆，31、扣件，32、悬臂，33、固定脚， 34、下框架，35、上框架。

电阻应变片23设置在模型桩8内部，模型桩8有多根，多根模型桩8固 定在承台4下方，承台4上表面设置承台盖板3。模型桩8的桩顶通过两个活 动螺母7连接承台4，固定在承台4底面的螺母7承受承台4传递的荷载。模 型桩8采用线切割技术，在桩顶及桩端各预留一定的长度不完全剖开，桩身每 间隔一段距离设置螺栓孔10，并在距桩顶一定距离处对称设置两个导线引出 孔16。模型桩8的底部设有封底，模型桩8内侧不同截面贴有电阻应变片23。

千斤顶5设置在承台盖板3与反力板15之间，荷载传感器6与数值测力 仪19连接，导线24与程控静态应变仪17连接，程控静态应变仪17与数据处 理电脑18连接。百分表2通过基准梁1设置在承台盖板3上方，本实施例中 百分表2设置四个，通过百分表2测量承台4的沉降。承台4底部开有四个模 型桩预留孔22，模型桩8顶高度低于承台4高度，承台4为长方体，中间设 挡板支撑，将承台4分为4个区间，在各角处顶面上焊有三角钢板，使承台4 整体性更好，同时能均匀传递承台盖板3的荷载。承台4可根据不同桩间距、 桩数、桩径进行制作。反力板15与地面之间设有支撑柱25。

锚桩11分成两排固定在地基中，钢丝绳14固定端穿过反力板15上的钢 丝绳固定孔16，并通过钢管21固定连接在反力板15上，钢丝绳14活动端通 过锚桩11上的钢丝绳引出孔12穿出，并通过钢丝绳卡扣20扣紧拉直。每排 锚桩11各四根，确保能通过反力板15提供给群桩足够的反力。各个锚桩11 的高度一致，且位于钢丝绳固定孔16正下方，使之在一条直线上，确保钢丝 绳14能够均匀受力。通过反力板15、锚桩11和钢丝绳14提供反力，比其它 方法更加灵活简便，节省了试验成本和时间。钢丝绳14通过钢丝绳卡扣20 扣紧拉直，可以根据不同承台4类型调节反力板15的位置，钢丝绳14操作灵 活，使本发明的装置架设和拆卸更加省时省力。

定位支撑装置包括上框架35、下框架34和可伸缩的立柱27。上框架35 和下框架34通过立柱27连接，上框架35和下框架34的中部设有连接板26， 连接板26的四个角分别设置伸缩杆30，伸缩杆30的端部设有与模型桩8对 应的限位圈28，连接板26上设置有水准器29。下框架34上还设有悬臂32， 悬臂32放置在基准梁1上。

下框架34底部设有固定脚33，便于插入地基内固定。压入模型桩8时， 先穿过上框架35和下框架34的限位圈28，并通过水准器29观察水平度，防 止出现偏差。立柱27可以伸缩，上框架35的高度可随着沉桩过程调节，使模 型桩8在沉桩过程中的垂直度得到实时的控制。

通过伸缩杆30可以调节各个限位圈28之间的间距以适用不同桩间距的群 桩模型。伸缩杆30、上框架35和下框架34上设置刻度尺，方便调节。伸缩 杆30中部设有固定卡扣，伸缩到指定长度后通过固定卡扣定位。

限位圈28包括两个半圆的圈体，两个圈体的一端相互铰接，另一端通过 扣件31连接。模型桩8压入后，拆开扣件31即可取出定位支撑装置，不会与 导线24互相干扰。

进一步的，为了提高支撑装置的稳定性，支撑装置还设有悬臂32，悬臂 32放置在基准梁1上，提高了稳定性。

进一步的，承台盖板3上设有定位凸台301，定位凸台301与千斤顶5的 受力面接触，确保千斤顶5的加载位于轴心的位置。定位凸台301的表面设有 凹槽302，进一步防止千斤顶5在加载的过程中偏移。

进一步的，承台盖板3上设有水准器29，通过水准器29可以观察调节承 台盖板3的水平度。

本发明还提供了一种利用上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、在模型桩8内表面间隔一定距离对称粘贴两片电阻应变片23，通过 端子将电阻应变片23与导线24连接，并将导线24分别从模型桩8的导线引 出孔9引出；闭合模型桩8，在螺栓孔10处插入螺栓加以固定。

S2、通过反力板15上的两排钢丝绳固定孔16，确定锚桩11的入土位置， 分别将锚桩11打入地基土指定深度。

S3、通过承台4上的模型桩预留孔22，将模型桩8分别放入地基土上的 孔位，在两排锚桩11中心位置确定模型桩8入土位置。安装基准梁1并固定 定位支撑装置，下框架34上的限位圈28对应孔位放置，模型桩8穿过限位圈 28，然后依次压入贴有电阻应变片23的多根模型桩8，压入过程中通过水准 器29调平，保证模型桩8的垂直度和各根模型桩8桩顶高度的一致性。定位 支撑的立柱27可伸缩，确保整个压桩过程模型桩8的垂直度。

S4、在保证垂直度的情况下，依次顺时针将模型桩8跟随承台4压入指 定入土深度；当所有模型桩8的桩顶在同一高度时，拆除定位支撑装置，在桩 顶位置通过模型桩预留孔22使之与承台4连接；通过螺母7将承台4与模型 桩8固定连接。

S5、将承台盖板3置于承台4上，将千斤顶5置于设有定位凸台301的 承台盖板3上，然后在千斤顶5上放置荷载传感器6，并将荷载传感器6连接 数值测力仪19；将导线24与程控静态应变仪17连接，通过数据线与数据处 理电脑18相连接。

S6、将反力板15置于支撑柱25上；将钢丝绳14固定端通过钢管21固 定连接在反力板15上，钢丝绳14活动端通过钢丝绳引出孔12穿出；钢丝绳 14通过钢丝绳卡扣20扣紧拉直，通过钢丝绳14可以灵活控制承台4与反力 板15预留高度。

S7、将基准梁1布置在承台4与锚桩11之间，使基准梁1水平且不受其 它装置的干扰；通过基准梁1将百分表2垂直架设在承台盖板3的四个角上。

S8、开启千斤顶5加压模式，由于两排锚桩11压入地基土中，反力板15 通过钢丝绳14连接固定，可以为装置提供足够的反力；承台盖板3将荷载传 递给承台4和模型桩8，为模型桩8提供竖向荷载；千斤顶5利用荷载传感器 6与数值测力仪19，实现精准分级加载；固定在基准梁1上的四个百分表2 可测得承台4沉降；模型桩8内不同截面的两片电阻应变片23可分别反映此 深度内桩身应变的情况，程控静态应变仪17可测得桩身应变，并可以连接数 据处理电脑18记录分析桩身应变数据。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本 领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。