本發(fā)明涉及一種樁基試驗裝置，具體涉及一種不同擴大頭間距對擴底抗拔樁承載力影響的研究試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和工業(yè)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)與土地資源緊張的矛盾日益突出，地下空間的利用受到越來越廣泛的重視，尤其是我國的沿海地區(qū)地下水位比較高，地下建筑物通常要承受巨大的浮力。建(構(gòu))筑物承受上拔荷載的情況愈來愈多。工程中承受上拔荷載或者承受豎向抗拔力的樁稱為抗拔樁，抗拔樁作為抗拔基礎(chǔ)的主要形式之一在工程中應(yīng)用廣泛。在工程建設(shè)中，抗拔樁的承載力已成為控制工程質(zhì)量的一個非常重要的手段。單樁承載力的準(zhǔn)確對于各類建筑物基礎(chǔ)設(shè)計乃至上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計都起著舉足輕重的作用。國內(nèi)現(xiàn)有研究工程實踐表明，擴底抗拔樁可以大幅度提高樁的抗拔能力，且在相同的抗浮要求下，擴底抗拔樁的造價大約為等截面抗拔樁的1/2至1/3。另外，增加擴大頭數(shù)量可以使抗拔樁承載力大幅提高。因此，擴底樁在技術(shù)、經(jīng)濟上都具有很大的優(yōu)越性。因此，深入探討多擴大頭之間的距離對于抗拔樁承載力的影響效應(yīng)是當(dāng)前樁基工程中的一個重要問題。

目前，國內(nèi)外對擴底抗拔樁承載的研究已經(jīng)取得了一定的理論成果。研究方法主要是理論分析法、數(shù)值模擬法以及現(xiàn)場檢測法。理論分析法是利用彈性理論，通過假定對研究模型進行簡化，但在一定程度上不能準(zhǔn)確考慮樁土之間的復(fù)雜關(guān)系，并且計算量大；數(shù)值模擬方法一般需要借助大型商用軟件，數(shù)值模型的建立較為復(fù)雜且計算耗時。此外，由于土工測試儀器設(shè)備的限制很難獲得精確的土體物理力學(xué)參數(shù)，而土體參數(shù)的變化對數(shù)值模擬結(jié)果影響很大，因此容易造成計算結(jié)果的偏差。現(xiàn)場監(jiān)測方法是獲取不同擴大頭間距時抗拔樁承載力數(shù)據(jù)的手段之一，但是受儀器設(shè)備以及人為觀察因素等限制，現(xiàn)場測試結(jié)果具有一定偏差，同時現(xiàn)場監(jiān)測需要投入一定量的人力物力，現(xiàn)場預(yù)埋測試元件非常容易在施工中受到破壞，從而延誤監(jiān)測乃至得到錯誤監(jiān)測信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種擴大頭間距對擴底抗拔樁承載力影響的研究實驗裝置，用于實現(xiàn)在不同擴大頭間距條件下抗拔樁承載力的模擬，準(zhǔn)確測量在填土之后荷載引起的樁基上拔變形量,并對樁基進行豎向承載力進行分析。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種擴大頭間距對擴底抗拔樁承載力影響的研究實驗裝置，包括模型箱、樁基模型、應(yīng)變計，豎向抗拔靜荷載試驗裝置，所述模型箱為鋁合金材料制成的長方形箱，其頂面設(shè)為開口，方便安置豎向抗拔靜荷載試驗裝置；所述樁基模型的抗拔樁樁體為鋁合金空心管制成的套管，樁身模型外壁粘貼十組應(yīng)變片，每組應(yīng)變片對稱分布于樁身中軸線兩側(cè)，十組應(yīng)變片以樁身中心線為基準(zhǔn)對稱分布；樁基模型放置于模型箱的正中間，樁身模型外壁靠近底端安裝若干擴大頭；所述豎向抗拔靜荷載試驗裝置安置在所述模型箱頂面，水平方向固定，垂直方向可以進行調(diào)節(jié)。

所述豎向抗拔靜荷載試驗裝置包括鋼筋混凝土墊塊、傳力板、反力梁、荷載板、樁頂連接筋、千斤頂、測試儀，所述反力梁下面兩端通過鋼筋混凝土墊塊安置在兩側(cè)的傳力板上，反力梁上面設(shè)有千斤頂，千斤頂上面放置荷載板，樁頂連接筋從反力梁中心穿過，與荷載板連接；千斤頂連接測試儀，通過測試儀來測量豎向抗拔靜荷載試驗裝置的上拔量。

所述擴大頭之間的間距通過滑動和螺栓的固定來調(diào)節(jié)，方便實現(xiàn)反復(fù)利用，多次試驗，尋找最佳擴大頭設(shè)置方案。

所述樁基模型采用簡支梁方法校正樁基模型的樁身，用于檢驗樁基模型本身尺寸是否合格和測量樁身的應(yīng)變。

所述傳力板為剛性墊塊作，用于提供反力，兩個傳力板材料和尺寸完全相同，并且以樁基模型的樁身中心對稱放置。

所述千斤頂加壓時，千斤頂?shù)纳习魏狭νㄟ^樁基模型中心。

所述測試儀在樁基模型兩個正交直徑方向各安置一個，使測試儀不受氣溫、振動外界影響。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點：1、本試驗測試裝置可以手工制作，在相關(guān)科研中廣泛性良好，試驗測試方案具有較強擴展性，可以進一步應(yīng)用到樁基施工的變形影響研究中；2、本試驗的模擬裝置可以較好對比擴大頭間距不同時，抗拔樁承載力的大小，并可以較為準(zhǔn)確測出樁基上拔的觀測值；3、本試驗在實驗前先對樁基模型樁身應(yīng)變計進行校正，通過對樁身彎矩應(yīng)變計和軸力應(yīng)變計的校正，可以反求出模型試驗時樁身各處的彎矩和軸力，使樁基模型的尺寸問題對結(jié)果的影響降低到最小；4、采用本套模擬測試裝置進行抗拔樁的試驗研究，可為樁基工程現(xiàn)場施工提供良好的咨詢與建議，對于制定樁基施工提供最優(yōu)承載力提供一定的理論參考。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在實施例中的模型箱內(nèi)模擬測試裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明在實施例中的樁基模型靜載試驗示意圖；

圖3為本發(fā)明在實施例中的模型樁彎矩校正示意圖；

圖4為本發(fā)明在實施例中的模型樁軸力校正示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過一個優(yōu)選實例對本發(fā)明作進一步地詳細說明。

首先，制作一個模型箱1、一個抗拔的樁身模型22。

圖1為本發(fā)明在實施例中的模型箱內(nèi)模擬測試裝置示意圖，如圖1所示，模型箱23外形呈長方體，內(nèi)部空間尺寸為800mm×500mm×500mm（長×寬×高），由5個厚度為15mm的鋁合金板拼接組成。

圖2為本發(fā)明在實施例中的抗拔樁模型靜荷載試驗示意圖。如圖4所示，樁身模型的螺栓可以調(diào)節(jié)擴大頭并且通過螺栓固定擴大頭的位置。樁身模型為空心鋁合金管，外徑10mm，壁厚2mm，樁長310mm，入土深度300mm，樁底焊接60?的尖形樁靴21。左、右鋼筋混凝土墊塊3，4放在左傳力板1和右傳力板2上用來支撐上部的反力梁5，試驗設(shè)備最上面的板即為荷載板6；位于荷載板6和反力梁5之間的為千斤頂8；樁頂連接筋7從反力梁5中心穿過，與荷載板6連接；右傳力板2用于試驗設(shè)備和接觸面接觸以此來傳遞支反力，上拔量通過測試儀24測量。樁身模型22外壁粘貼十組應(yīng)變片，每組應(yīng)變片對稱分布于樁身中軸線兩側(cè)，十組應(yīng)變片以樁身中心線為基準(zhǔn)對稱分布。其中，中心線上側(cè)第一組應(yīng)變計中心位置9與樁身模型中心線距離為135mm，第二組應(yīng)變計中心位置10與樁身模型中心線距離為105mm，第三組應(yīng)變計中心位置11與樁身模型中心線距離為75mm，第四組應(yīng)變計中心位置12與樁身模型中心線距離為45mm，第五組應(yīng)變計中心位置13與樁身模型中心線距離為15mm；中心線下側(cè)第一組應(yīng)變計中心位置14與樁身模型中心線距離為15mm，第二組應(yīng)變計中心位置15與樁身模型中心線距離為45mm，第三組應(yīng)變計中心位置16與樁身模型中心線距離為75mm，第四組應(yīng)變計中心位置17與樁身模型中心線距離為105mm，第五組應(yīng)變計中心位置18與樁身模型中心線距離為135mm。

樁身模型22外壁靠近底端設(shè)置擴大頭，以樁基模型22的對稱軸位置為中心，分布若干組擴大頭，由于套管兩側(cè)滑道，擴大頭可以安裝和拆卸。在第一組試驗中，以模型板底為基準(zhǔn)，第一組擴大頭中心位置19與樁基模型板底距離為210mm，第二組擴大頭中心位置20與對稱軸中心位置距離為260mm。在本實施例中，抗拔樁具體的承載力和抗拔量均由測試儀測量。

樁基模型在試驗之前，樁身應(yīng)先經(jīng)過校正。模型樁彎矩校正示意圖如圖3所示，可采用簡支梁法對模型樁彎矩應(yīng)變片進行校正。將單樁樁身模型22架在兩端固定支座上，在樁身模型中間施加集中荷載p，主要通過添加砝碼實現(xiàn)，量測應(yīng)變片電流變化，并計算相應(yīng)應(yīng)變片處的彎矩值，重復(fù)加載次數(shù)即可得到各應(yīng)變片處電壓與彎矩的回歸曲線，以此反求試驗時樁身各處的彎矩值。

軸力校正示意圖如圖4所示，將樁基模型22放在校核框架25中，框架兩端各有一個螺栓，框架的高度可以根據(jù)試樣的高度、施加荷載的大小等調(diào)節(jié)，將樁基模型試樣放在框架中一端固定，一端加載砝碼。量測模型樁上各應(yīng)變計因受軸向力變形產(chǎn)生的電壓，并計算應(yīng)變片位置處軸向壓力，重復(fù)加載即可得到應(yīng)變片位置處電壓與軸力的回歸曲線，以此確定抗拔樁模型材料均勻符合規(guī)定。

開始向模型箱內(nèi)填入砂土，當(dāng)土層厚度填至100mm，即填完樁基下臥層土，放入樁基模型，并使樁基模型與土層保持垂直。繼續(xù)填土直至厚度達400mm，即填土完成。樁身入土深度為300mm。

首先，對于單樁豎向靜荷載試驗的實驗方法是慢速維持荷載法，對試驗樁加載至樁側(cè)土體破壞或者樁身材料達到設(shè)計強度，試驗樁的最大荷載取單樁豎向抗拔承載力特征值的兩倍。

加載：在第一個試驗中選定兩個擴大頭之間的距離為樁的一倍直徑，然后往模型箱里填土，待填土完成后，用一定荷載開始上拔，建議選取單樁豎向極限承載力的1/10-1/12每級加載等值，在加載過程中要保持荷載傳遞連續(xù)、均勻、無沖擊、每級荷載變化幅度不得超過分級荷載的。

觀察測試儀的示數(shù)，在每級施加荷載后按照第5、15、30、45、60min測讀上拔變形量，以后每隔30min測讀一次。當(dāng)樁頂上拔變形速率達到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時候（每小時內(nèi)樁頂上拔增量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次），再施加下一級荷載。分別記錄下此時抗拔樁的上部土體的沉降量以及抗拔樁的承載力。記錄上述數(shù)據(jù)。

更改螺栓改變擴大頭之間的距離為1.5倍樁徑（即15mm）、2倍樁徑（即20mm）、2.5倍樁徑（即25mm）等，分別測量其承載力（與樁身應(yīng)變），可實現(xiàn)針對擴大頭間距對抗拔樁承載力影響效應(yīng)的研究。

以上試驗是在抗拔樁攜帶兩個擴大頭基礎(chǔ)上進行的，通過螺栓調(diào)節(jié)兩個擴大頭之間的距離，找出承載力最大時的擴大頭間距。另外，在擴大頭距離相同的情況下，考慮擴大頭的數(shù)量對抗拔承載力的影響時，可增加一個擴大頭，在套管上安裝一個模具并用螺栓擰緊。此模擬裝置最大的特點就是擴大頭的安裝和拆卸方便，操作簡單。

以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不以此為限，還可以在不超出本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)進行適當(dāng)變更。

本發(fā)明上述實施通過改變擴大頭之間的距離對抗拔樁承載力影響的實驗裝置，可以獲得不同擴大頭間距，以及不同擴大頭數(shù)量，對抗拔樁承載力的影響，從而達到準(zhǔn)確測量樁基最優(yōu)承載力的技術(shù)效果。