[发明专利]一种桩基抗拔室内试验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桩基础抗拔性能测试的室内试验装置及使用方法，属于岩土工程室内测试技术领域，具体应用于桩基础性能检测技术领域。

技术背景

随着我国城市建设的大规模发展，城市地下空间利用率要求越来越高，当地下工程埋深较浅时，在外界因素(大风、地下水)的影响下，工程结构将会面临上浮风险。尤其是我国南方大部分地区，降雨量充沛，常年地下水位较高，土层地质情况较差，当地下建筑的自重和覆土重量之和不能平衡地下水浮力作用时，结构上浮问题随之而来。为解决这一问题，当前最常用的措施是设置抗拔桩。抗拔桩也叫抗浮桩，是指当建筑工程地下结构部分或整低于周边土壤水位时，为了抵抗土壤中水对结构产生的上浮力而设置的桩。因此，在基坑开挖之前方便、准确地预测浮力所引起的基坑坑底的隆起变形以及桩基的受力情况，对于逆作法条件下抗浮抗拔桩配筋的设计、施工以及内支撑基坑的支撑系统的设计，都具有重要的指导意义。

桩基础抗拔性能测试有室内试验和现场试验两种方式。现场试验耗时较长，人力、物力成本较高，且现场试验安全管理要求严格，因此，相比现场试验，室内试验成为一种更为便捷的测试手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、高效方便、测量精确的抗拔桩性能的室内实验装置及实验方法，它可以研究桩土界面特征、土层压力、桩径比、含水率等因素对桩基础抗拔性能的影响。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种桩基础抗拔性能测试的室内试验装置，其关键技术在于：其包括实验箱体、基坑与桩基系统、应力加载系统和用于测定试验过程中的各项参数的监测系统；所述实验箱体放置在地面上，其内部填满实验土体，所述基坑与桩基系统放置于实验箱体的土层中，所述应力加载系统与基坑与桩基系统通过钢丝绳相连；

所述实验箱体主体为框架结构，所述实验箱体一侧的上部、下部分别垂直设置导流孔，在所述导流孔处设置连通阀门，下上连通阀门之间设置水位显示管；

所述基坑与桩基系统包括内部可放置沙土的基坑槽和模拟桩，所述基坑槽上部为立方体形状，其上部开口，侧面、底面由钢板焊接而成；所述基坑槽四个侧面钢板的上部设置4个连接孔，连接孔用于实现基坑系统和应力加载系统的连接，所述基坑槽的底面焊接螺栓，所述模拟桩为空心钢管，模拟桩顶端内部焊接与螺栓配套的螺母，所述模拟桩的中间部位设置用于黏贴应变传感单元的微型沟槽；

所述应力加载系统包括支撑架、定滑轮、钢丝绳、应力加载盘和砝码组成，所述支撑架包括竖直支撑钢梁、水平支撑钢梁和倾斜支撑钢梁，所述竖直支撑钢梁与实验箱体连接，所述水平支撑钢梁与竖直支撑钢梁焊接固定，所述倾斜支撑钢梁一端焊接竖直支撑钢梁，一端焊接水平支撑钢梁，所述水平支撑钢梁上面设有定滑轮，所述钢丝绳的一端连接基坑槽，另一端通过两个定滑轮与应力加载盘相连，所述应力加载盘用于放置实验法码；

所述监测系统包括土压力传感单元、水压力传感单元、应变传感单元、位移传感单元、数据线和数据采集系统，所述土压力传感单元、水压力传感单元、应变传感单元、位移传感单元分别与数据采集系统相连，所述土压力传感单元埋置于模拟桩周围土体中，所述水压力传感单元埋置于基坑槽底部的土体中，所述应变传感单元黏贴在模拟桩中间部位的微型沟槽中，所述位移传感单元固定在基坑槽上部的四个角。

优选的，所述实验箱体包括刚性框架、钢化玻璃、水位显示管、连通阀门、缓冲垫片、和土工织物，所述刚性框架由一定厚度的柱形钢管焊接而成，在底面上呈现“田”字形布置，在四个侧面呈现“日”字行布置；所述刚性框架与钢化玻璃的接触位置布置缓冲垫片，所述导流孔位于一侧的钢化玻璃的上部和下部，所述钢化玻璃与连通阀门、连通阀门与水位显示管之间设置密封圈，并利用树脂胶现实密封。在连通阀门内部设置土工织物。

优选的，所述模拟桩的表面可以设置为光滑表面或者螺纹表面。