一种用于分析静压管桩应力的实验系统及方法技术方案

本发明专利技术属于地基处理模型实验技术领域，公开了一种用于分析静压管桩应力的实验系统及方法，为了解决由于地层条件、成桩质量以及施工成本的考虑而无法获取静压管桩在不同深度下的受力及承载特性的问题。本发明专利技术包括土箱结构和压桩器结构，所述土箱结构包括由底板和侧板构成的箱体，箱体的四个角落设置有加强柱，箱体的上部配设有定位架；所述压桩器结构包括脚柱，每一个脚柱上开设有滑槽，滑槽内配设有压桩支撑架，所述压桩支撑架的中部安装有油压机，油压机的下端连接有用于顶压管桩的压盘；管桩的上端和下端均布置有压力盒，管桩的侧壁上安装有多个应变片，压力盒和应变片经线路与外部的控制设备电连接。外部的控制设备电连接。外部的控制设备电连接。

【技术实现步骤摘要】
一种用于分析静压管桩应力的实验系统及方法


[0001]本专利技术属于地基处理模型实验
，具体涉及一种用于分析静压管桩应力的实验系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国市政建设步伐加快。桩基作为最常用的地基处理形式之一，其设计理论和施工工艺飞速发展。桩基形式多样，按成桩工艺分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩；按承载特性分为摩擦型桩和端承桩；又可按桩径分为小直径桩、中等直径桩和大直径桩等。其中，静压施工的预制管桩属于部分挤土桩或挤土桩，其承载特性根据土层变化又包括摩擦管桩和端承管桩。目前，静压管桩的施工技术主要为通过静力压桩机的自重和桩架上的配重作反力而将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。首先，预制管桩的质量容易控制，单桩造价低，采用静压施工穿越地层能力强。其次，静压施工避免了锤击打桩所产生的振动、噪音和污染。但受其施工过程十分复杂的限制，多应用于地质条件较好的区域。
[0003]但是，岩土工程灵活多变的特点为静压管桩的应用提供了进一步探索的空间。该类桩基在一些复杂、特殊地层中的施工应用尚缺乏实践论证。例如，分析在基岩上覆厚层粉砂、砂土条件下，沉桩过程中桩身应力（摩阻力和端阻力）的发展及变化规律，可以改进并完善静压管桩在该类地层中的施工工艺。此外，静压管桩在此类地层中的承载特性也可以通过分析桩身应力（摩阻力和端阻力）的发展及变化规律进行总结。而在实际施工过程中，受地层条件、成桩质量、效益成本等方面的约束，此类研究通常无法顺利进行，且数值模拟计算缺乏说服力。
[0004]因此，急需一种用于分析静压管桩应力的实验系统及方法，用于静压管桩成桩受力及承载特性分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了由于地层条件、成桩质量以及施工成本的考虑而无法获取静压管桩在不同深度下的受力及承载特性的问题，而提供一种用于分析静压管桩应力的实验系统及方法，能够获取到静压管桩不同深度下的应力分布规律，从而以此为实际施工过程中成桩质量提供理论依据，针对静压管桩的压桩工艺提出相应的建议，最终达到提高静压管桩成桩质量的目的。
[0006]为解决技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于分析静压管桩应力的实验系统，其特征在于，包括土箱结构和置于土箱结构上方的压桩器结构，所述土箱结构包括由底板和侧板构成的上端敞开并用于放置土体的箱体，所述箱体的四个角落设置有加强柱，所述箱体的上部配设有用于夹持管桩的定位架；所述压桩器结构包括用于放置在加强柱上的脚柱，每一个脚柱上开设有滑槽，滑槽内配设有能够在滑槽中滑动并且能够锁定在滑槽中的压桩支撑架，所述压桩支撑架的中部安装有油压机，所述油压机的下端连接有用于顶压管桩的压盘；所述管桩的上端和下端均布置
有压力盒，所述管桩的侧壁上安装有多个应变片，所述压力盒和应变片经线路与外部的控制设备电连接并将数据传输给外部的控制设备。
[0007]在一些实施例中，所述脚柱的下方设置有高强度传力弹簧，所述加强柱的上方设置有用于卡持在高强度传力弹簧内的凸起。
[0008]在一些实施例中，所述侧板采用透明或者半透明材质制作而成从而便于观察管桩插入到箱体内土体中的深度情况。
[0009]在一些实施例中，所述定位架连接在加强柱的对角线上，所述压桩支撑架连接在脚柱的对角线上。
[0010]在一些实施例中，所述滑槽和/或压桩支撑架配设有卡锁，所述压桩支撑架通过卡锁锁定在滑槽中。
[0011]本专利技术还提供一种用于分析静压管桩应力的实验方法，其特征在于，包括前面讲述的用于分析静压管桩应力的实验系统，基于该用于分析静压管桩应力的实验系统的实验方法包括如下：（1）以地质勘察报告为依据获取地层信息，所述地层信息至少包括土体分层情况以及每层土体的厚度；按照土体分层情况在箱体内设置相应层的土体，并且箱体内每层土体的厚度依据地层信息中的每层土体的厚度按照同一比例进行缩放；（2）将安装好压力盒和应变片的管桩夹持在定位架上，并使得管桩的下端与箱体内的土体上表面接触，管桩的上端与压盘接触；并将压桩支撑架锁定在脚柱的滑槽中；其中，所述管桩按照施工场地实际使用的管桩进行缩放制作而成，在箱体上使用的管桩缩放比例与箱体中每层土体的厚度缩放比例相同；（3）调整好管桩的垂直度以及脚柱的垂直度之后，控制油压机进行工作将管桩静压入箱体的土体中，并通过应变力和压力盒将数据传输给外部的控制设备；（4）当油压机工作时达到单次最大压桩进尺时，卸载油压机的油压并松开卡锁带动油压机和压桩支撑架在滑槽中滑动，直至压盘再次接触管桩的上端面，然后再次将压桩支撑架锁定在脚柱的滑槽中，控制油压机再次进行工作；如此进行循环控制油压机直至完成管桩的静压实验。
[0012]在一些实施例中，箱体中放置的土体为地质钻探工作人员从地层中取样获得的土体。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的用于分析静压管桩应力的实验系统及方法在使用过程中，通过地质钻探人员从地层中现场取土以模拟预制管桩在既定地层中的成桩施工作业，从而能够客观真实的反应预制管桩在实际静压过程中的受力情况，分析结果更具有说服力，从而以此为实际施工过程中成桩质量提供理论依据，针对静压管桩的压桩工艺提出相应的建议，最终达到提高静压管桩成桩质量的目的。
[0014]同时本专利技术还能够通过在箱体内设置不同的层状的土体，以便于模拟预制管桩在不同既定地层（即不同施工现场的地层）中的受力情况，从而快速获得在不同地层中静压的受力情况，使得本专利技术具有通用性效果。
[0015]本专利技术的土箱结构和压桩器结构具有结构简单、组装和使用方便的特点，具有制造和使用成本低的优点。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一实施例的结构示意图；图2为本专利技术的土箱结构的结构示意图；图3为本专利技术的压桩器结构的结构示意图；图4为本专利技术的管桩的结构示意图,在该示意图中的管桩为用于放置在土箱结构和压桩器结构上的实验用管桩的结构示意图；图5为本专利技术的控制设备一实施例的结构示意图；图中标记：1、侧板，2、加强柱，3、底板，4、定位架，5、脚柱，6、高强度传力弹簧，7、卡锁，8、油压机，9、压盘，10、滑槽，11、压桩支撑架，12、管桩，121、应变片槽，122、压力盒放置槽，13、控制设备，131、显示屏，132、电源接口，133、电源开关，134、调节按钮。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0018]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分析静压管桩应力的实验系统，其特征在于，包括土箱结构和置于土箱结构上方的压桩器结构，所述土箱结构包括由底板和侧板构成的上端敞开并用于放置土体的箱体，所述箱体的四个角落设置有加强柱，所述箱体的上部配设有用于夹持管桩的定位架；所述压桩器结构包括用于放置在加强柱上的脚柱，每一个脚柱上开设有滑槽，滑槽内配设有能够在滑槽中滑动并且能够锁定在滑槽中的压桩支撑架，所述压桩支撑架的中部安装有油压机，所述油压机的下端连接有用于顶压管桩的压盘；所述管桩的上端和下端均布置有压力盒，所述管桩的侧壁上安装有多个应变片，所述压力盒和应变片经线路与外部的控制设备电连接并将数据传输给外部的控制设备。2.根据权利要求1所述的用于分析静压管桩应力的实验系统，其特征在于，所述脚柱的下方设置有高强度传力弹簧，所述加强柱的上方设置有用于卡持在高强度传力弹簧内的凸起。3.根据权利要求1所述的用于分析静压管桩应力的实验系统，其特征在于，所述侧板采用透明或者半透明材质制作而成从而便于观察管桩插入到箱体内土体中的深度情况。4.根据权利要求1所述的用于分析静压管桩应力的实验系统，其特征在于，所述定位架连接在加强柱的对角线上，所述压桩支撑架连接在脚柱的对角线上。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的用于分析静压管桩应力的实验系统，其特征在于，所述滑槽和/或压桩支撑架配设有卡锁，所述压桩支撑架通过卡锁锁定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宇，周文灏，章宁，赵津廷，黄泽军，
申请(专利权)人：中冶成都勘察研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：