[发明专利]一种模型试验中桩基承载力自平衡测试装置及试验方法

说明书

本发明提供一种模型试验中桩基承载力自平衡测试装置及试验方法，测试装置包括模型箱、双作用中空液压荷载箱、模型桩与液压加载系统数据采集系统，模型箱用于固定整个测试装置并模拟工程中岩土层结构的边界条件，双作用中空液压荷载箱能够实现上下方向的加载和卸载，模型桩通过螺纹与双作用中空液压荷载箱连接，液压加载系统用于提供试验所需的加载力，数据采集系统用于采集液压加载系统向模型桩与双作用中空液压荷载箱施加载荷过程中的试验数据。本发明能够实现多次重复的测试试验，从而得到自平衡法试桩条件下桩基平衡点位置及承载力计算参数的确定方法，对工程实践具有重要指导意义。

技术领域

本发明属于桩基基础承载力测试技术领域，具体涉及一种模型试验中桩基承载力自平衡测试装置及试验方法。

背景技术

静载试验是确定桩基承载力最可靠的方法。传统的桩基静荷载试验方法有两种，一是堆载法，二是锚桩法。这两种方法由于试桩所需反力较大，均存在施工时间长、操作难度大、试验费用高、在试验过程中安全风险较大等缺点。此外，工程中桩基静载试验多数情况下并不做到桩基破坏，而是以验证性试验为主，故桩基无法发挥桩侧摩擦阻力和桩端持力层的极限承载力，从而不利于有效的桩基设计参数积累。

桩的竖向承载力自平衡测试法可以利用桩基内部反力，即将载荷箱预先埋设于桩体内部，利用上段桩侧壁摩阻力及自重与下段桩侧壁摩阻力及端承力相平衡而加载，并根据测试结果换算桩基承载的方法。因此，相对于传统静载荷试验，桩基自平衡测试法具有省时、省力、省钱、安全的优点，故在工程中应用范围越来越广。

但与传统单桩静载荷试验相比，自平衡测试法的一个最大问题是上段桩的侧摩阻力方向是向下的，即负摩擦力，这与实际工程中桩侧摩阻力的方向相反。因此，自平衡测试法中正、负摩阻力的转换问题是一个关键问题。工程中可对同一场地两组相同设计参数的桩基分别进行静载试验和自平衡试验，并测试两组桩基的轴力分布，换算不同测试方法下桩基侧壁摩阻力分布和承载力计算参数，以此积累自平衡试验桩基承载力计算参数，但该方法成本高、试验周期较长，可重复性较差。因此，目前可用于自平衡试验桩基承载力计算模型和参数确定的试桩数据还很有限。

模型试验克服了现场试验的不足，试验成本较低、可重复性较好，能够进行不同地质条件和桩基设计参数下自平衡试桩试验，并与相同条件下静载荷试验结果进行对比，从而形成桩基自平衡试验承载力计算参数。然而，目前尚没有基于自平衡法的桩基承载力模型试验装置。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中尚无基于自平衡法的桩基承载力模型试验装置，无法进行桩基自平衡承载力室内模型试验研究的不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模型试验中桩基承载力自平衡测试装置，所述测试装置包括：

模型箱，所述模型箱的下部内填充有下部模型岩土层，所述下部模型岩土层的中部开设有开口向上的安装槽，所述模型岩层上方的模型箱内填充有上部模型岩土层；

双作用中空液压荷载箱，所述双作用中空液压荷载箱的轴线位置处为荷载箱中空部分，所述双作用中空液压荷载箱位于所述上部模型岩土层内；

模型桩，所述模型桩为中空结构，所述模型桩包括上段桩和下段桩，下段桩的下端安装在所述安装槽内，且下段桩的底部设置有封底的桩端土压计，下段桩的上端与双作用中空液压荷载箱的下部相连接，所述双作用中空液压荷载箱的上部与上段桩的下端相连接；

液压加载系统，所述液压加载系统安装在模型桩与双作用中空液压荷载箱上，用于向模型桩与双作用中空液压荷载箱施加载荷；

数据采集系统，所述数据采集系统安装在模型桩与双作用中空液压荷载箱上，用于采集液压加载系统向模型桩与双作用中空液压荷载箱施加载荷过程中的试验数据。