膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法，属于建筑领域，测量装置包括支座、钢架、上端砝码蓝、钢索、滑轮、上端压力传感器、上端百分表、上端钢板、浸水管、膨胀土层、上段模型桩、应变片、下段模型桩、箱体、下端钢板、下端压力传感器、下端砝码蓝和下端百分表。采用室内模型试验经济实效、可操作性强、受复杂环境影响小，在研究单层土竖向受荷桩方面具有一定优势，其试验结果能为实际工程应用提供参考。

Measuring Device, Design Method and Measuring Method of Negative Friction Transfer Coefficient of Expansive Soil Layer

The invention discloses a measuring device, a design method and a measuring method for negative friction conversion coefficient of expansive soil layer, belonging to the construction field. The measuring device includes a support, a steel frame, an upper weight blue, a steel cable, a pulley, an upper pressure sensor, an upper percentile meter, an upper steel plate, a water immersion pipe, an expansive soil layer, an upper model pile, a strain gauge, a lower model pile, a box body, a lower steel plate, and a lower model pile. The lower pressure sensor, the lower weight blue and the lower percentile meter. Indoor model test is economical, practical and less affected by complex environment. It has certain advantages in the study of single-layer soil pile under vertical load. The test results can provide reference for practical engineering application.

【技术实现步骤摘要】
膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法
本专利技术涉及建筑领域，尤其涉及膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法。
技术介绍
桩基础是最常见的基础形式之一,在工程建设领域有着广泛的应用。单桩竖向承载力一直是国内外学者和研究人员关注的重要课题。同时,随着桩基工程在复杂地质条件下的广泛应用,桩基的负摩阻力问题也日益凸显,成为桩基研究的热点问题之一。自平衡试桩负摩阻力转换系数需根据实际情况通过相近条件的比对试验和地区经验确定。现在的工程中实现膨胀土层负摩阻力转换系数测时成本较高、可操作性不强、受复杂环境影响，比较难测量。因此，需要设计一种室内的模型试验，试验结果能为实际工程应用提供参考。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法，解决现有自平衡试桩负摩阻力转换系数测量困难的技术问题。膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，包括支座、钢架、上端砝码蓝、钢索、滑轮、上端压力传感器、上端百分表、上端钢板、浸水管、膨胀土层、上段模型桩、应变片、下段模型桩、箱体、下端钢板、下端压力传感器、下端砝码蓝和下端百分表，所述钢架固定设置在支座上，所述滑轮固定设置钢架上，所述上段模型桩和下段模型桩的桩头相对设置在箱体内，所述浸水管设置在箱体内，所述箱体底层填入细石层，细石层上填上膨胀土层，所述钢索与上端压力传感器的一端连接，另一端穿过滑轮与上端砝码蓝连接，所述上端压力传感器另一端与上段模型桩顶端连接，所述上端钢板设置在上段模型桩顶端上，所述上端百分表设置在上端钢板上；所述箱体底部设置有进水口，所述箱体底部开设有开孔，开孔上贯穿设置有保护管，保护管顶端与下段模型桩底端连接，所述钢索穿过保护管与下段模型桩的底端连接，所述下端压力传感器和下端砝码蓝依次设置在钢索上，所述下端钢板固定设置在保护管的底端，所述下端百分表设置在下端钢板上，所述应变片设置在上段模型桩和下段模型桩侧边上，所述应变片通过导线与外部应变仪连接。进一步地，所述上段模型桩和下段模型桩均浸没在膨胀土层内部，所述上段模型桩和下段模型桩上等间距设置有若干个应变片。进一步地，所述浸水管上开设有若干个孔，在浸水管外侧包裹有土工布，浸水管底端设置在细石层下，浸水管的上端淹埋在膨胀土层内，浸水管的数量为2-6根，等间距设置在箱体内。进一步地，所述进水口的数量为2-4，均匀设置在箱体的底部侧边上，进水口与细石层连通。进一步地，本方案还包括通水软管和蓄水容器，所述通水软管一端与进水口连接，另一端伸入蓄水容器内，所述蓄水容器内水的水位高于膨胀土层的高度。进一步地，所述上段模型桩和下段模型桩均采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，上段模型桩和下段模型桩埋在膨胀土层的深度为670mm，上段模型桩露出膨胀土层的长度为30mm，上段模型桩和下段模型桩内部粘贴若干个应变片，应变片间距均匀设为50mm。膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：步骤1：设计上段模型桩、下段模型桩和浸水管；步骤2：设置实验支座，同时将钢架嵌入支座，设置上端开口的箱体，箱体底部开设实验孔，侧边开设进水口，箱体架设在支座上，钢架位于箱体两侧；步骤3：往箱体底部放入细石层，把浸水管竖直插入细石层内，并把上段模型桩和下段模型桩相互对设置放置在箱体内，下段模型桩底部设置保护管贯穿箱体底部的实验孔；步骤4：上段模型桩顶部固定设置上端钢板，上端钢板上设置上端百分表，上端百分表与墙体或者固定物体固定连接，上段模型桩顶部通过连接钢索与上端压力传感器一端连接，上端压力传感器另一端使用钢索穿过设置在钢架上的滑轮，而且钢索末端设置上端砝码蓝；步骤5：下段模型桩底端设置通过连接钢索与下端压力传感器一端连接，下端压力传感器另一端设置下端砝码蓝，保护管底部设置下端钢板，下端百分表设置在下端钢板上，下端百分表与墙体或者固定物体固定连接。步骤6：往细石层上铺设膨胀土层，上段模型桩顶部固定设置上端钢板入膨胀土层深度为670mm，土体以上长度为30mm。进一步地，所述步骤1的具体过程为：上段模型桩和下段模型桩采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，将空心管采用线切割法从中心对半剖开，检查切割的空心管桩身完好后用细砂纸打磨切口，在管内壁标记应变片位置，用砂纸打磨光滑，涂抹胶水，将接线端子和应变片粘贴至标记处，依次焊接导线后将导线从桩顶预留走线孔引出并贴好标签，涂抹防水材料环氧树脂在应变片及其接线端处，同时用环氧树脂粘结剖开的模型，然后在穿好2mm钢丝绳的桩头上涂环氧树脂，将桩头安在桩顶和桩底，桩头采用铸铁制成，桩头总厚度为15mm，翼缘厚3mm，外径25mm，内径20mm，桩头上开有单个或双个2mm穿线口，另外在桩头粘贴一块铁片便于测量桩体位移；浸水管采用16mm的PVC管，PVC管身均匀钻小孔，再用土工布包裹1～2层并堵住孔，保证水能渗进膨胀土层又不被堵塞。膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：步骤1：试验加载与荷载、位移观测，往上端砝码蓝和下端砝码蓝上加砝码，每级加载为极限荷载的1/10，第一级用砝码篮进行加载，而后逐级添加砝码，采用慢速维持法，每加一级后，待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，同时记录各百分表数据，加载时间持续1小时，加载后的第一小时内，需进行五次百分表读数，时间间隔隔分别为5、5、10、10、15、15min，当桩身达到稳定，前后两次读数位移之差小于0.1mm时可进行下一级加载，出现下列情况之一终止加载：(a)所加荷载己达到试桩极限承载力；(b)下一级荷载的位移为前一级荷载位移的5倍；(c)累计位移超过100mm；(d)试桩破坏即试桩达不到稳定状态，卸载方式：分五级卸载，每级卸载10kg，卸载时间间隔为一小时，同样待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，位移数据每隔30min读一次数据，全部卸载后，隔3小时读最后一次数据，将所读数据计入表格；步骤2：采用无线静态应变测试分析系统进行收集数据，由应变仪采用每隔两秒采集一次应变数据的定时采集模式传给无线静态应变测试分析系统；步骤3：使用通水软管和蓄水容器，通水软管一端与进水口连接，另一端伸入蓄水容器内，蓄水容器内水的水位高于膨胀土层的高度，利用连通器原理，在浸水时，保持蓄水容器水位高于膨胀土层体表面，直至蓄水容器中水位保持不变，表明箱体内膨胀土层已饱和，进水口处需用钢丝绳绑扎紧实，防止漏水；步骤4：重复步骤1，并记录相应的数据；步骤5：使用试桩负摩阻力转换系数公式进行计算，公式为：式中Q为传统静压桩加载极限值，Q上、Q下为自平衡试桩上下段加载极限值，W为上段桩自重，γ为检桩的抗拔摩阻力转换系数。本专利技术采用了上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术采用室内模型试验经济实效、可操作性强、受复杂环境影响小，在研究单层土竖向受荷桩方面具有一定优势，其试验结果能为实际工程应用提供参考，同时研究膨胀土中自平衡试桩负摩阻力特性，通过设计浸水与未浸水两组模型试验，对比研究膨胀土中自平衡试桩与传统静压试桩负摩阻力特性，得到膨胀土中浸水与未浸水两种工况下不同的负摩阻力转换系数，并分析其原因，为实现建筑提供很好的数据参考。附图说明图1是本专利技术的装置剖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：包括支座(1)、钢架(2)、上端砝码蓝(3)、钢索(4)、滑轮(5)、上端压力传感器(6)、上端百分表(7)、上端钢板(8)、浸水管(9)、膨胀土层(10)、上段模型桩(11)、应变片(12)、下段模型桩(13)、箱体(14)、下端钢板(17)、下端压力传感器(18)、下端砝码蓝(19)和下端百分表(20)，所述钢架(2)固定设置在支座(1)上，所述滑轮(5)固定设置钢架(2)上，所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)的桩头相对设置在箱体(14)内，所述浸水管(9)设置在箱体(14)内，所述箱体(14)底层填入细石层(16)，细石层(16)上填上膨胀土层(10)，所述钢索(4)与上端压力传感器(6)的一端连接，另一端穿过滑轮(5)与上端砝码蓝(3)连接，所述上端压力传感器(6)另一端与上段模型桩(11)顶端连接，所述上端钢板(8)设置在上段模型桩(11)顶端上，所述上端百分表(7)设置在上端钢板(8)上；所述箱体(14)底部设置有进水口(15)，所述箱体(14)底部开设有开孔，开孔上贯穿设置有保护管(22)，保护管(22)顶端与下段模型桩(13)底端连接，所述钢索(4)穿过保护管(22)与下段模型桩(13)的底端连接，所述下端压力传感器(18)和下端砝码蓝(19)依次设置在钢索(4)上，所述下端钢板(17)固定设置在保护管(22)的底端，所述下端百分表(20)设置在下端钢板(17)上，所述应变片(12)设置在上段模型桩(11)和下段模型桩(13)侧边上，所述应变片(12)通过导线与外部应变仪连接。...

【技术特征摘要】
1.膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：包括支座(1)、钢架(2)、上端砝码蓝(3)、钢索(4)、滑轮(5)、上端压力传感器(6)、上端百分表(7)、上端钢板(8)、浸水管(9)、膨胀土层(10)、上段模型桩(11)、应变片(12)、下段模型桩(13)、箱体(14)、下端钢板(17)、下端压力传感器(18)、下端砝码蓝(19)和下端百分表(20)，所述钢架(2)固定设置在支座(1)上，所述滑轮(5)固定设置钢架(2)上，所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)的桩头相对设置在箱体(14)内，所述浸水管(9)设置在箱体(14)内，所述箱体(14)底层填入细石层(16)，细石层(16)上填上膨胀土层(10)，所述钢索(4)与上端压力传感器(6)的一端连接，另一端穿过滑轮(5)与上端砝码蓝(3)连接，所述上端压力传感器(6)另一端与上段模型桩(11)顶端连接，所述上端钢板(8)设置在上段模型桩(11)顶端上，所述上端百分表(7)设置在上端钢板(8)上；所述箱体(14)底部设置有进水口(15)，所述箱体(14)底部开设有开孔，开孔上贯穿设置有保护管(22)，保护管(22)顶端与下段模型桩(13)底端连接，所述钢索(4)穿过保护管(22)与下段模型桩(13)的底端连接，所述下端压力传感器(18)和下端砝码蓝(19)依次设置在钢索(4)上，所述下端钢板(17)固定设置在保护管(22)的底端，所述下端百分表(20)设置在下端钢板(17)上，所述应变片(12)设置在上段模型桩(11)和下段模型桩(13)侧边上，所述应变片(12)通过导线与外部应变仪连接。2.根据权利要求1所述的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)均浸没在膨胀土层(10)内部，所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)上等间距设置有若干个应变片(12)。3.根据权利要求1所述的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：所述浸水管(9)上开设有若干个孔，在浸水管(9)外侧包裹有土工布，浸水管(9)底端设置在细石层(16)下，浸水管(9)的上端淹埋在膨胀土层(10)内，浸水管(9)的数量为2-6根，等间距设置在箱体(14)内。4.根据权利要求1所述的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：所述进水口(15)的数量为2-4，均匀设置在箱体(14)的底部侧边上，进水口(15)与细石层(16)连通。5.根据权利要求1所述的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：还包括通水软管和蓄水容器，所述通水软管一端与进水口(15)连接，另一端伸入蓄水容器内，所述蓄水容器内水的水位高于膨胀土层(10)的高度。6.根据权利要求1所述的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)均采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，上段模型桩(11)和下段模型桩(13)埋在膨胀土层(10)的深度为670mm，上段模型桩(11)露出膨胀土层(10)的长度为30mm，上段模型桩(11)和下段模型桩(13)内部粘贴若干个应变片(12)，应变片(12)间距均匀设为50mm。7.根据权利要求1-6所述的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：步骤1：设计上段模型桩(11)、下段模型桩(13)和浸水管(9)；步骤2：设置实验支座(1)，同时将钢架(2)嵌入支座(1)，设置上端开口的箱体(14)，箱体(14)底部开设实验孔，侧边开设进水口(15)，箱体(14)架设在支座(1)上，钢架(2)位于箱体(14)两侧；步骤3：往箱体(14)底部放入细石层(16)，把浸水管(9)竖直插入细石层(16)内，并把上段模型桩(11)和下段模型桩(13)相互对设置放置在箱体(14)内，下段模型桩(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧孝夺，江杰，李结全，李胜，
申请(专利权)人：广西岩土新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45