[发明专利]一种冻土地区桩侧负摩阻力测试装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程桩的负摩阻力测试装置及其使用方法，特别是涉及一种冻土地区桩侧负摩阻力测试装置及其使用方法。

背景技术

冻土地区，尤其是高纬度的多年冻土地区，冬季大气温度较低，土体在负温下发生冻结，土体发生冻胀隆起，夏季大气温度升高，冻结的土体发生融化，土体发生热熔沉降，从而导致土体对桩产生负摩阻力，负摩阻力不仅不能承担桩上部的结构荷载，反而会对桩产生向下拉的负作用，大大降低了桩基的承载力，而影响上部结构的安全。目前，工程上对桩的负摩阻力的研究多集中在软土地区，对冻土区，尤其是高纬度的多年冻土地区桩的负摩阻力研究的较少，冻土地区因负摩阻力造成的工程事故屡见不鲜，尤其是近几天气候变暖，使得冻土区热融化深度增大，然而现在还没有专门的测量冻土地区，尤其是高纬度的多年冻土地区桩在周围土体融化后产生的负摩阻力的试验装置。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种冻土地区桩侧负摩阻力测试装置及其使用方法，解决现有技术中冻土地区因负摩阻力造成的工程事故较多的问题。

本发明所采用的技术方案有：一种冻土地区桩侧负摩阻力测试装置，包括空心桩以及设置于空心桩内测的应变片，所述空心桩设置于保温外壳内，保温外壳设有顶盖，紧贴保温外壳内壁沿圆周设置有制冷管，制冷管与制冷机相连，保温外壳内空心桩下方设置有补水装置与水池之间通过管道连接，保温外壳上下分别设置顶板和底板，保温外壳底部和底板之间铺设中砂，保温外壳内部空心桩外侧铺设土样，温度传感器、冻胀融沉计、水分传感器、沉降标沿竖直方向埋置土样中，由数据线连接，数据线接头留在土样外侧与百分表连接，顶盖通过螺丝钉与顶板连接，百分表通过表座固定牢固。

所述保温外壳为双层钢桶结构，双层钢桶之间铺设无机保温砂浆。

所述应变片设置两种型号：应变片A和应变片B。

所述土样的粒径不超过20mm。

所述中沙的厚度为30-50mm。

所述两种型号的应变片A和应变片B的竖向间距为30-40mm。

所述温度传感器的竖向间距为40-60mm，沉降标的竖向间距也为40-60mm，冻涨融沉计的竖向间距为60-80mm。

一种冻土地区桩侧负摩阻力测试装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据不同工况的含水率，在土样中添加所需要的水，搅拌均匀，一层一层的铺在双层钢桶内，边铺边用小锤振捣，每一层的厚度不超过50mm，到指定位置将温度传感器、冻胀融沉计、温度传感器、沉降标埋在土样中并用数据线与其连接；

(2)启动制冷机，通过制冷机产生的冷能使土样发生冻结，通过温度传感器和冻胀融沉计实时监测土样的温度和冻胀量，当土样中温度和冻胀量达到预设值时，停止制冷机的工作；

(3)在土样融化过程中用应变片A、应变片B、百分表及沉降标实时监测桩与土样之间的变形值，利用得到的变形值，就可以换算得到最终桩的负摩阻力的大小；

(4)打开补水装置，重复步骤(2)、(3)进行不同含水率的土样的负摩阻力试验测定。该装置的工作原理是：通过制冷机使土样发生冻胀隆起，停止制冷机工作，让样在室温下自然融化，融化后通过应变片和百分表测出桩的变形值，利用变形与摩阻力的计算公式，就可以得到负摩阻力的大小，利用温度传感器、冻胀融沉计和水分传感器可以实时得到不同温度、冻胀融沉量和含水率的工况下桩的负摩阻力的大小。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1通过制冷机人工制冷，可以模拟各种工况的大气温度，并且可以通过温度传感器和冻胀融沉计实时精确测量土样的温度和冻胀量，这样就可以剔除冻胀量对负摩阻力的影响，使得试验结果更精确。

2在土样融化过程中用应变片A、应变片B、百分表及沉降标实时监测桩与土样之间的变形值，利用得到的变形值，换算得到最终桩的负摩阻力的大小，精度非常高，其结果与实际情况非常吻合。

3补水装置的设置可以模拟任何含水率（含水率对桩与土负摩阻力的影响非常大）工况下的桩与土体的负摩阻力。

附图说明

图1为本发明冻土地区桩侧负摩阻力测试装置结构示意图；

图中：1-双层钢桶，2-空心桩，3-应变片A，4-应变片B，5-水分传感器，6-顶盖，7-顶板，8-底板，9-中砂，10-土样，11-补水装置，12-温度传感器，13-百分表，14-表座，15-沉降标，16-冻胀融沉计，17-制冷管，18-制冷机，19-水池，20-无机保温砂浆，21-螺丝钉。

具体实施方式