本發(fā)明涉及巖土工程中樁基領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置及方法。

背景技術(shù)：

樁基礎(chǔ)在軟弱土層地區(qū)以及高層建筑下用途廣泛，類型分為鋼管樁，混凝土預(yù)制樁，不同材料的管樁都分為閉口樁和開口樁。現(xiàn)有研究開口管樁土塞效應(yīng)的多采用現(xiàn)場的原位試驗(yàn)，但現(xiàn)場試驗(yàn)由于要滿足日后工程的實(shí)際需要，往往投資巨大并且試研過程中由于各種試驗(yàn)參數(shù)都較大，采取的設(shè)備將更加復(fù)雜，試驗(yàn)很難全面展開，在此情況下，現(xiàn)場模型試驗(yàn)可以節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，由于是現(xiàn)場試驗(yàn)，得到的結(jié)果也符合實(shí)際情況，這給問題的解決帶來較大利好?，F(xiàn)場的打樁裝置、反力裝置和土塞高度測量裝置往往不是體積較大就是操作復(fù)雜，后期成本較高，花費(fèi)時(shí)間多，安裝復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種方便拆裝、試驗(yàn)成本低的用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置，包括試驗(yàn)樁、錨樁、基準(zhǔn)梁和反力槽，所述試驗(yàn)樁位于兩根錨樁之間，所述反力槽和基準(zhǔn)梁安裝在所述錨樁上，所述基準(zhǔn)梁位于反力槽下方，所述試驗(yàn)樁的下端有開口，所述試驗(yàn)樁的頂部固定有承臺板，所述承臺板上設(shè)置千斤頂，所述千斤頂?shù)捻敳吭O(shè)有荷載傳感器，所述千斤頂?shù)捻敹说衷谒龇戳Σ鄣南露嗣?，所述水平基?zhǔn)梁上設(shè)置有磁力表座，所述磁力表座上安裝用于測量所述承臺板位移的電子百分表，所述荷載傳感器與數(shù)值測力儀連接，所述試驗(yàn)樁上設(shè)有預(yù)留孔，所述試驗(yàn)樁內(nèi)部設(shè)有內(nèi)鐵球，所述內(nèi)鐵球與細(xì)繩連接，所述細(xì)繩穿過預(yù)留孔并與位于試驗(yàn)樁外的外鐵球連接。

上述方案中，所述反力槽上設(shè)有矩形孔，所述錨桿穿過矩形孔，所述錨桿通過支撐鎖和限位螺栓固定，所述支撐鎖述包括四根剛片，所述剛片的兩端設(shè)有彎鉤，一端固定在反力槽上，另一端鉤在錨樁頂部開口處，所述限位螺栓固定在所述錨樁上，所述限位螺栓下端抵住反力槽。

上述方案中，所述承臺板焊接在所述試驗(yàn)樁上。

上述方案中，所述內(nèi)鐵球和外鐵球?yàn)閷?shí)心鐵球。

上述方案中，所述基準(zhǔn)梁通過平臺螺栓固定在所述錨桿上。

一種現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的方法，包括以下步驟：

S1、組裝權(quán)利要求1中的用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置；將錨樁固定在土中，用記號筆在試驗(yàn)樁上沿樁身每隔100mm做標(biāo)記；

S2、拉直細(xì)繩至內(nèi)鐵球和外鐵球之間有相互作用力，用尺子量出試驗(yàn)樁外細(xì)繩的長度L_s；

S3、通過千斤頂將試驗(yàn)樁壓入土中，試驗(yàn)樁每入土100mm，重復(fù)步驟S2量出試驗(yàn)樁外細(xì)繩的長度L_sn；土塞高度變化H＝L_sn-L_s，計(jì)算得出土塞的填充率IFR＝dL_s/100×100(％)；

S4、千斤頂加壓的過程中通過數(shù)值測力儀測量千斤頂?shù)募虞d力，通過電子百分表測得試驗(yàn)樁樁頂?shù)奈灰葡鲁亮浚?/p>

S5、測量具有同樣樁徑、樁長的開口樁和閉口樁的豎向極限承載力，并進(jìn)行比較。

實(shí)施本發(fā)明的用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置及方法，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明構(gòu)造簡單，操作容易，方便運(yùn)輸和裝卸，對所需試驗(yàn)環(huán)境要求低，能判定各類土質(zhì)下的開口樁閉塞程度。

2、承臺板可提供較大的儀器工作平臺面，方便操作。

3、支撐鎖固定反力槽的方式簡單方便，讓反力槽提供反力前可以較好的固定于所需位置，同時(shí)拆卸安裝方便。

4、基準(zhǔn)梁的懸空架設(shè)可以讓磁力表座懸空，避免了地面震動對百分表讀數(shù)的干擾。

5、反力槽通過限位螺栓限位，在提供較大的反力的同時(shí)不會產(chǎn)生大的變形。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是基準(zhǔn)梁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是反力槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1-圖3所示，在本發(fā)明用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置包括試驗(yàn)樁1、錨樁2、反力槽3、限位螺栓4、支撐鎖5、基準(zhǔn)梁6、平臺螺栓7、荷載傳感器8、千斤頂9、承臺板10、磁力表座11、電子百分表12、試驗(yàn)樁預(yù)留孔13、內(nèi)鐵球14、細(xì)繩15、數(shù)字測力儀16、樁內(nèi)土塞17、外鐵球18。

在間隔一米的兩個點(diǎn)打入兩根錨樁2，錨樁2為無縫鋼管樁，強(qiáng)度較高，用于支撐反力裝置，在兩根錨桿中間地方打入試驗(yàn)樁1，并保持三根樁位于同一條直線上，反力槽3和基準(zhǔn)梁6安裝在錨樁2上。在打入過程中控制這三根樁的入土深度以及樁入土?xí)r候樁要直立于土中。試驗(yàn)樁1一端是開口的，打樁過程中土體可進(jìn)入。

試驗(yàn)樁1的頂部固定有承臺板10，承臺板10上設(shè)置千斤頂9，千斤頂9的頂部設(shè)有荷載傳感器8，千斤頂9的頂端抵在反力槽3的下端面，水平基準(zhǔn)梁6上設(shè)置有磁力表座11，磁力表座11上安裝用于測量承臺板10位移的電子百分表12。懸空的磁力表座11會使得百分表12讀數(shù)將會更為準(zhǔn)確，減少外界條件的干擾。荷載傳感器8與數(shù)值測力儀16連接，可以測量千斤頂9的加載力，控制荷載的施加。

試驗(yàn)樁1上設(shè)有預(yù)留孔13，試驗(yàn)樁1內(nèi)部設(shè)有內(nèi)鐵球14，內(nèi)鐵球14與細(xì)繩15連接，細(xì)繩15穿過預(yù)留孔13并與位于試驗(yàn)樁1外的外鐵球18連接。內(nèi)鐵球14和外鐵球18為實(shí)心鐵球。通過內(nèi)鐵球14、外鐵球18和細(xì)繩15可以測量土塞17的高度。

基準(zhǔn)梁6位于反力槽3下方，基準(zhǔn)梁6通過平臺螺栓7固定在錨桿上。反力槽3為槽鋼形狀，其可以提供較大的反力而不產(chǎn)生變形，槽鋼底部兩端在對稱位置上開有矩形孔，矩形孔的短邊尺寸應(yīng)大于錨樁2的直徑。錨桿穿過矩形孔，錨桿通過支撐鎖5和限位螺栓4固定，支撐鎖5述包括四根剛片，剛片的兩端設(shè)有彎鉤，一端固定在反力槽3上，另一端鉤在錨樁2頂部開口處，限位螺栓4固定在錨樁2上，限位螺栓4下端抵住反力槽3，來限制反力槽3的豎向移動，提供較大反力。

承臺板10采用長150mm和寬100mm，厚15mm的鋼板制成，在打樁入土過程中可以承受全部沖擊而不產(chǎn)生過大變形，同時(shí)交到的面積能夠使得承臺板10上的其他儀器處在同一軸線上，有利于試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

基準(zhǔn)梁6通過錨樁2預(yù)留的孔后，可懸空架設(shè)與試驗(yàn)樁1兩端，便于磁力表座11的架設(shè)，對百分表12的讀數(shù)精確性提供基礎(chǔ)，可最大程度減小地表振動對百分表12讀數(shù)的影響。

本發(fā)明還提供了一種現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的方法，包括以下步驟：

S1、組裝權(quán)利要求1中的用于現(xiàn)場測量開口樁內(nèi)土塞閉塞程度的模型裝置；將錨樁固定在土中，用記號筆在試驗(yàn)樁上沿樁身每隔100mm做標(biāo)記；

S2、拉直細(xì)繩至內(nèi)鐵球和外鐵球之間有相互作用力，用尺子量出試驗(yàn)樁外細(xì)繩的長度；

S3、通過千斤頂將試驗(yàn)樁壓入土中，試驗(yàn)樁每入土100mm，重復(fù)步驟S2量出試驗(yàn)樁外細(xì)繩的長度；細(xì)繩長度的增加值即為土塞的增長高度L_s，計(jì)算得出土塞的填充率IFR＝dL_s/100×100(％)；。

S4、千斤頂加壓的過程中通過數(shù)值測力儀測量千斤頂?shù)募虞d力，通過電子百分表測得試驗(yàn)樁樁頂?shù)奈灰葡鲁亮浚?/p>

S5、測量具有同樣樁徑、樁長的開口樁和閉口樁的豎向極限承載力，并進(jìn)行比較。

本發(fā)明提供了一個具體測量實(shí)施例如下：

本裝置基于我國某沿海地區(qū)特有的灰色結(jié)構(gòu)性黏土開展了一些列開口樁內(nèi)土塞高度現(xiàn)場測量試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，進(jìn)行了多組模型裝的測量。例如：測量一個樁徑40mm、樁長1200mm的鋼管樁在打樁過程中的土塞高度變化情況。在樁身上每隔100mm做一個標(biāo)記，總共做11組標(biāo)記，樁高出土面100mm。針對本跟試驗(yàn)樁的測量，每組土塞高度為102、94、83、76、72、61、76、63、60、58、57(mm)

根據(jù)公式IFR＝dL_s/100×100(％)求得樁內(nèi)土塞的閉塞程度，本試驗(yàn)樁的最終IFR接近60％，即是未完全閉塞，再根據(jù)現(xiàn)場測得同樣樁徑和樁長的開口樁豎向極限承載力為6.1kN,而閉口樁的豎向極限承載力為7.5kN，開口樁的承載力明顯小于閉口樁，當(dāng)樁內(nèi)土塞完全閉塞時(shí)，可認(rèn)為開口樁的極限承載力等同閉口樁的承載力，兩者數(shù)值差別不大。本試驗(yàn)樁的承載力之間差別較大，根據(jù)IFR也可得到，樁內(nèi)土塞處于未完全閉塞。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。