[发明专利]一种端部敞口型PHC管桩桩端阻力测试装置

权利要求书

1.一种端部敞口型PHC管桩桩端阻力测试装置，其特征在于主体结构包括管桩、底座钢板、温度自补偿式光纤光栅土压力传感器、铠装光缆、光纤光栅分析仪、牵引槽、内壁凹槽、桩身第一钻孔、外壁凹槽、桩身第二钻孔、法兰接头、接桩焊缝和传感器嵌入孔，管桩为端部敞口型PHC管桩；圆环形结构、厚度为3cm的底座钢板内外直径与管桩内外直径相同，底座钢板与管桩桩端处自带的圆环形钢板焊接在一起；底座钢板上预留两个对称布置的传感器嵌入孔，传感器嵌入孔的直径大于温度自补偿式光纤光栅土压力传感器，底座钢板上预留有与传感器嵌入孔相连、宽度为5mm的牵引槽；温度自补偿式光纤光栅土压力传感器安装在底座钢板上预留的传感器嵌入孔内，温度自补偿式光纤光栅土压力传感器的底面和侧面用植筋胶与管桩紧密粘贴，保证温度自补偿式光纤光栅土压力传感器凸出底座钢板，使得温度自补偿式光纤光栅土压力传感器与管桩、底座钢板成为一整体；温度自补偿式光纤光栅土压力传感器的引线用铠装光缆保护；管桩的内外壁上分别开有内壁凹槽和外壁凹槽，管桩的桩端开有桩身第一钻孔，桩顶开有桩身第二钻孔，铠装光缆通过底座钢板上的牵引槽从管桩的内壁凹槽经桩身第一钻孔引入管桩的外壁凹槽，然后经桩身第二钻孔从管桩的内部引出与光纤光栅分析仪连接，牵引槽、内壁凹槽、桩身第一钻孔、外壁凹槽、桩身第二钻孔内的铠装光缆采用结构胶封装；底座钢板防止管桩在施工过程中温度自补偿式光纤光栅土压力传感器脱落或受损，保证温度自补偿式光纤光栅土压力传感器均匀受力，温度自补偿式光纤光栅土压力传感器能够自动剔除温度变化对测试结果的影响；一根管桩的长度不够时，从桩身第一钻孔中穿出带有法兰接头的铠装光缆，将铠装光缆与另一根管桩的桩身第二钻孔中引出的同样带有法兰接头的铠装光缆连接，并将两根管桩沿管桩抱箍板周边焊接对齐形成接桩焊缝。

2.根据权利要求1所述端部敞口型PHC管桩桩端阻力测试装置，其特征在于该装置使用前，对温度自补偿式光纤光栅土压力传感进行标定，使用时，温度自补偿式光纤光栅土压力传感器承压面的外法线与岩土接触面外法线共线，确保管桩的受力状态通过温度自补偿式光纤光栅土压力传感器正常传递到桩端岩土层，装置安装完成后及时测量初始值；在管桩的施工过程中，利用光纤光栅分析仪读取数据，根据装置的参数指标、读取的数据和公式(1)Δλ_B＝K_εΔε_x、公式(2)Q_pk＝EΔε_xΑ_p计算得到桩端阻力，其中，Δλ_B为中心波长变化量，单位nm；K_ε为传感器应变灵敏系数；Δε_x为轴向应变变化量；Q_pk为桩端阻力，单位kN；E为管桩弹性模量，单位MPa；Α_p为管桩桩端面积，单位mm²。

3.根据权利要求2所述端部敞口型PHC管桩桩端阻力测试装置，其特征在于采用该装置实现端部敞口型PHC管桩桩端阻力测试的具体过程：

(1)将加工好的底座钢板与管桩桩端的圆环形端头板焊接在一起，其中底座钢板在桩端近内边缘处预留传感器嵌入孔和宽度5mm的牵引槽；沿桩外壁侧表面预刻宽度5mm的外壁凹槽，在管桩的桩顶和桩端用电钻钻孔形成桩身第二钻孔和桩身第一钻孔，并在桩端内壁预留宽度5mm的内壁凹槽；

(2)将温度自补偿式光纤光栅土压力传感器放入传感器嵌入孔中，铠装光缆沿牵引槽和内壁凹槽从管桩内部穿出再沿桩身凹槽顺线，最后从桩身第二钻孔中引出并全程临时固定，再在内壁凹槽、外壁凹槽、桩身第二钻孔和桩身第一钻孔中灌入植筋胶封装，此时要保证温度自补偿式光纤光栅土压力传感器与管桩桩端土接触面齐平以反映桩端与岩土的相互作用；

(3)待植筋胶固化2小时后，将管桩引出的铠装光缆与光纤光栅分析仪连接，一方面检查测试装置连接是否完好，另一方面检查温度自补偿式光纤光栅土压力传感器是否被损坏；在采用静压或锤击施工之前及时测量安装定位完成的温度自补偿式光纤光栅土压力传感器的初始值，然后根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的具体要求进行施工，施工过程中作好施工记录与数据存储，并在使用过程中保护好测试仪器；

(4)如果一根管桩的长度达不到设计规定的深度，则进行接桩处理，此时上节桩需提前将铠装光缆沿桩身封装完毕，并从桩身第一钻孔中穿出带有法兰接头的铠装光缆，将其与从已压入桩桩身第二钻孔中引出的同样带有法兰接头的铠装光缆连接，确保上下法兰接通良好，将上下两节桩沿管桩抱箍版周边焊接对齐，保证焊接质量，上述工作完成后利用静压或锤击的施工方法继续贯入直至达到设计要求的沉桩控制条件。