[发明专利]一种对倾斜模型桩基进行纠偏的试验纠偏装置及方法

说明书

本发明公开了一种对倾斜模型桩基进行纠偏的试验纠偏装置及方法，其装置包括试验箱、拉力装置、横向循环荷载加载装置和纵向循环荷载加载装置；拉力装置为模型桩基提供根据模型桩基转角大小自动调节的纠偏力，横向循环荷载加载装置用于对模型桩基施加横向循环荷载；纵向循环荷载加载装置在模型桩基倾斜垂向施加循环荷载。本发明为海上桩基模型在长期循环荷载下产生的倾斜提供纠偏方法，即通过分别施加横向和纵向的水平循环荷载弱化桩土之间作用，同时施加纠偏力对模型桩基进行纠偏。试验装置及试验方法可以测得施加长时间循环荷载及纠偏力后模型桩基倾角的变化，从而考察循环荷载对模型桩基进行纠偏的方法的可行性和科学性。

技术领域

本发明涉及一种试验测量技术领域，特别是涉及一种对倾斜模型桩基进行纠偏的试验纠偏装置及方法。

背景技术

大直径单桩基础是目前海上风机最成熟的一种基础形式，一般适用于水深在20~30m的浅水海域，插入土中20~35m。

海上风机所面临的海洋环境极其恶劣，风机受到永不停息的风力、波浪力及水流力等等，这些侧向循环荷载传递至桩基础将造成永久侧向变形。当桩身转角超过0.5°，就可能导致风力发电机无法正常运作。而桩基在侧向荷载下的累计变形存在很大的未知性，给桩基基础的设计增加了很大的难度。

海上风机安装所处的海洋环境同样十分复杂，安装时受到风、浪、流和潮汐等因素影响，而且海床土壤一般比较松软，打桩很容易发生倾斜。

当单桩基础桩身倾斜角度超过0.5°，就可能导致风力发电机无法正常运作，此时如果直接将风机报废会造成巨大的经济损失。因此，必须提出可靠地方法将桩身适时地进行纠偏，从而提高风机的服役寿命，增加经济效益。

在我国建设单桩式海上风机基础，面临着复杂的海洋地质环境。在福建海域海床表层主要为海积堆积的淤泥质土、粉质黏土、砂等，下伏为花岗岩风化层，通常在桩基的底部已经接近海底岩基层。因此有必要在试验中有效地模拟真实的海洋地质环境，包括模拟海床的试验砂土、模拟海水的试验水和模拟岩基的混凝土层。

发明内容

本发明的主要目的在于，就目前海上风机单桩基础在安装过程中和风、浪、流等长期循环荷载作用下易发生侧向位移的缺陷，提出通过施加循环荷载对倾斜桩基进行纠偏的纠偏方法，并提供对该方法进行试验验证的试验装置及方法，特别适用于海上风机倾斜桩基的纠偏试验研究。

本发明所要解决的技术问题是提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的一种对倾斜模型桩基进行纠偏的试验纠偏装置，可模拟桩基基础所处的复杂环境，并精确获得倾斜桩基在纠偏力和不同方向的循环荷载作用下的纠偏效果，以论证通过外加的横向循环荷载、纵向循环荷载对桩土进行弱化作用后，纠偏力对倾斜桩基进行纠偏的可行性和科学性，并对实际工程中的桩基纠偏提供指导，极具有产业上的利用价值。

本发明所要解决的另一技术问题是提供模拟环境可变、响应快速、测量精确、测量结果有效的一种对倾斜模型桩基进行纠偏的试验方法，通过加载试验及数据采集和对比分析，可获得在不同循环次数和不同纠偏荷载下的模型桩基倾斜角度的变化规律。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对倾斜模型桩基进行纠偏的试验纠偏装置，包括顶面开口的中空试验箱、拉力装置、横向循环荷载加载装置、纵向循环荷载加载装置、设于试验箱内的模型桩基以及数据采集装置；

所述试验箱内从下到上依次填有用于模拟岩基的混凝土、模拟海床的试验土和用于模拟海水的试验水；

所述数据采集装置包括采集仪、计算机和位移传感元件，采集仪和计算机相连，位移传感元件与采集仪相连，所述位移传感元件设置在所述模型桩基一侧；

拉力装置为模型桩基提供水平纠偏恒载，所述拉力装置通过柔索二连接在模型桩基的与倾斜方向相反的一侧上，计算机根据所述位移传感元件测量的位移计算得出的模型桩基转角变化来调整拉力装置提供的水平纠偏恒载大小；