一种群桩抗拔现场模型试验装置的制作方法

本实用新型涉及岩土工工程领域，更具体地说，涉及一种群桩抗拔现场模型试验装置。

背景技术：

桩基础是一种最常见的基础形式，在建筑、桥梁、隧道、港口及构筑物领域都得到了广泛的运用，桩基础以其独有的承载力优势而被大量的运用于超高层建筑物、特大型桥梁等现代化土木工程，桩基础拥有强大的应用前景。

在桩基工程中，进行桩基的原型试验需要花费大量的人力、物力和财力，或者由于现场条件的限制使得桩基原型试验无法顺利进行，在这种条件下，现场模型试验成为研究、探索和解决工程问题的有效途径之一。

现有的群桩抗拔现场模型试验过程中，提供抗拔力的千斤顶无法保证绝对的同步加压，导致承台基础或多或少承受的偏心力对试验结果的影响；传统多根传力杆无法保证多杆受力均匀的现象，从而导致承台基础受力不均匀；传统抗拔现场模型试验装置的用途相对单一，无法实现多用途、高效率的试验。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种群桩抗拔现场模型试验装置，可以保证群桩基础的垂直度和承台基础的水平度且群桩基础均匀受力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种群桩抗拔现场模型试验装置，包括模型桩、主梁、标准桩、标准梁和反力墩，所述标准桩上安装所述标准梁，所述标准梁上安装用于测量模型桩沉降的百分表，所述主梁安装在反力墩上，所述主梁上设置有穿心式千斤顶，所述模型桩设有多根，多根模型桩固定在承台上，组成群桩，所述承台上设有限位孔，模型桩上端穿过限位孔并通过第一螺母固定于承台上，所述承台的顶部固定有箱盖，所述箱盖顶部中间位置设有弧形钩，所述弧形钩通过第二螺母固定在箱盖上，所述弧形钩与钢索连接，所述穿心式千斤顶顶部设有锥台和锥台帽，所述钢索穿过所述锥台和锥台帽，所述锥台内部设有对夹在钢索两侧的锥台塞，所述锥台帽与锥台螺纹连接，拧紧所述锥台帽使锥台塞夹紧钢索，所述模型桩内壁固定有应变片，连接应变片的导线通过出线孔穿过模型桩连接到程控静态应变仪，所述承台的外表面设有插片，所述百分表与所述插片接触。

上述方案中，所述承台内部设有相互垂直分布的钢板肋。

上述方案中，所述承台与箱盖通过插板连接，所述承台和所述插板上设有相对应的穿板槽，所处插板插入穿板槽内。

上述方案中，所述承台表面设有水平仪。

本实用新型还提供了一种群桩抗拔现场模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、在模型桩内壁每隔一定距离对称固定一组应变片，连接应变片的导线通过出线孔穿过模型桩连接到程控静态应变仪；

S2、将单根模型桩依次穿过承台内限位孔和第一螺母定位至场地，并打入模型桩至指定位置，模型桩下端安装堵头，依次使用相同的方法打入模型桩并将模型桩和插片固定到承台上；

S3、通过插板将箱盖和承台连接为一个整体，箱盖正上部分安装弧形钩，弧形钩通过第二螺母固定；

S4、打入标准桩，并在标准桩上安装标准梁，标准梁上安装百分表；在与标准桩连线中心垂直线上放置反力墩，反力墩上架设主梁，主梁中间位置放置穿心式千斤顶，千斤顶上架设锥台；试验时，穿心式千斤顶之上架设的锥台内锥台塞经过上部锥台帽对锥台塞的挤压实现锥台塞与钢索的挤压接触，当穿心式千斤顶向上顶推锥台时，锥台内锥台塞与钢索之间发生一个相对运动趋势，锥台塞带动钢索向上发生一个位移，从而导致上拔力的产生，上拔力通过钢索及箱盖传递给承台，上拔群桩模型；

S5、通过百分表读出桩顶位移，通过程控静态应变仪读出模型桩的应变量。

上述方案中，当需要做抗水平荷载现场模型试验研究时，只需将主梁及其上部装置全部移动至标准桩相对于群桩基础的外侧，并向外侧旋转90度平铺于与承台处于同一水平面上的钢板，将拆除下来的标准梁安装至反力墩上，加压穿心式千斤顶，完成群桩基础的抗水平荷载试验。

实施本实用新型的群桩抗拔现场模型试验装置，具有以下有益效果：

1、该装置可以保证群桩基础的垂直度和承台基础的水平度且群桩基础均匀受力，即承台内限位孔由相互垂直或平行的竖直矩形板之间的空间构成，相互垂直或平行的竖直矩形板之间焊接成型为承台，承台内存在大量钢板肋的设计保证了承台刚度的需要，从而保证了承台及模型桩的整体受力，即群桩基础均匀受力，因限位孔本身具备垂直的条件，在打桩过程中能够使模型桩内切于限位孔，从而保证了模型桩的垂直度；

2、承台两相交侧面上分别设置有两把处于同一平面上互相不平行而与模型桩垂直的水平仪，两个居中的水平仪内水准泡确定出一个水平面，试验中根据两水准泡是否居中判定承台是否水平；

3、该装置可以保证上拔力均匀传递，即钢索不同于以往多杆传力的设计，改为单根钢索(由A、B两部分组成)对折受力，钢索中部与弧形钩之间无固定约束，试验时，单根钢索A、B部分绝对同步受力，均匀传递上拔力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的主视图；

图2是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的侧视图；

图3是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的平面布置图；

图4是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的反力墩结构示意图；

图5是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的锥台剖面图；

图6是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的承台及箱盖结构示意图；

图7是本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置的抗水平荷载平面布置图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至7所示，本实用新型群桩抗拔现场模型试验装置包括：模型桩1、应变片2、出线孔3、第一螺母4、插片5、标准桩6、标准梁7、百分表8、承台9、限位孔91、钢板肋92、水平仪93、箱盖10、第二螺母11、弧形钩 12、插板13、穿板槽131、穿板槽132、钢索14、穿心式千斤顶15、锥台16、螺纹161、锥台塞162、锥台帽17、主梁18、反力墩19。

标准桩6上安装标准梁7，标准梁7上安装用于测量模型桩11沉降的百分表8，主梁18安装在反力墩19上，主梁18上设置有穿心式千斤顶15，模型桩1设有多根，多根模型桩1固定在承台9上，组成群桩，承台9上设有限位孔91，模型桩1上端穿过限位孔91并通过第一螺母4固定于承台9上，承台9的顶部固定有箱盖10，箱盖10顶部中间位置设有弧形钩12，弧形钩12 通过第二螺母11固定在箱盖10上，弧形钩12与钢索14连接，穿心式千斤顶 15顶部设有锥台16和锥台帽17，钢索14穿过锥台16和锥台帽17，锥台16 内部设有对夹在钢索14两侧的锥台塞162，锥台帽17与锥台16通过螺纹161 连接，拧紧锥台帽使锥台塞162夹紧钢索14，模型桩1内壁固定有应变片2，连接应变片2的导线通过出线孔3穿过模型桩1连接到程控静态应变仪，承台 9的外表面设有插片5，百分表8的测量头与插片5表面接触，插片5的位移即为群桩的位移。

模型桩1上端穿过限位孔91通过第一螺母4固定于承台9之上，一定深度的限位孔91保证的模型桩1的垂直度，承台9侧面的水平仪93保证了承台 9的水平度，承台9上部的穿板槽131和箱盖10的下部穿板槽132通过插板 13错位固定于同一水平面，箱盖10上承受的上拔力在其箱壁处通过插板传递给承台9，承台9内钢板肋92保证承台9具备充足的使与承台连接的模型桩1 同步受力的刚度。

箱盖10的下部通过插板13与承台9连接，箱盖顶部中间位置弧形钩12 通过螺母11与箱盖10连接，弧形钩12承受其上方钢索14作用的上拔张力，并将此上拔力通过第二螺母11传递给箱盖10。

如图6，为了避免插板13发生剪切破坏，其横截面积应满足以下条件：

式中，S为插板的横截面积；

h为插板的厚度，L为插板的宽度；

[τ]插板的许用切应力，等于0.6-0.8τ_拉，τ_拉为钢材的抗拉强度；

F_max为最大抗拔力。

通过螺纹161人工拧紧的锥台帽17导致锥台塞162产生一个竖直向下的位移，由于锥台塞162锥面的作用，锥台塞162产生竖直向下位移的同时产生了水平向钢索14方向的水平位移，从而导致锥台塞162对钢索14的水平挤压，当穿心式千斤顶15的作用使锥台16带动锥台塞162产生一个竖直向上的位移趋势时，穿心式千斤顶的上拔力以静摩擦力的形式传递给钢索。

主梁18的中部相对于穿心式千斤顶15的下端开口处同样开口，且开口直径一致，穿心式千斤顶15以主梁18中部为基础向上顶推锥台16，主梁18的两端以反力墩19为基础，平衡穿心式千斤顶15对主梁18的力。

反力墩19的结构示意图如图4，反力墩19内部设置对称板肋，用以提供反力墩19的刚度，反力墩19数值向下扩大处理，用以提高反力墩19的承载能力，同时可以减少反力墩对模型桩土压力的影响。

上述试验装置的详细实施测量方法步骤如下：

1.在模型桩内壁每隔一定距离对称固定一组应变片，连接应变片的导线通过出线孔穿过模型桩连接到程控静态应变仪。

2.处理好试验场地，将单根模型桩依次穿过承台内限位孔和螺母定位至场地上某点，并打入模型桩至指定位置，模型桩下端安装堵头，避免场地内黏土在打桩过程中进入模型桩内部，影响实验测试结果。依次使用相同的方法打入模型桩并将模型桩和插片固定到承台上相应位置。

3.通过插板将箱盖和承台连接为一个整体，箱盖正上部分安装可供钢索连接的弧形钩，弧形钩通过螺母固定。如图6。

4.对照图纸将标准桩打入相应位置并在标准桩上安装标准梁，标准梁上安装百分表，百分表用于测量群桩基础沉降；在与标准桩连线中心垂直线上放置反力墩，反力墩上架设主梁，主梁中间位置放置穿心式千斤顶，千斤顶上架设锥台。试验时，穿心式千斤顶之上架设的锥台内锥台塞经过上部锥台帽对锥台塞的挤压实现锥台塞与钢索的挤压接触，当穿心式千斤顶向上顶推锥台时，锥台内锥台塞与钢索之间发生一个相对运动趋势，锥台塞带动钢索向上发生一个位移，从而导致上拔力的产生，上拔力通过钢索及箱盖传递给承台。

5.当需要做抗水平荷载现场模型试验研究时，只需将主梁及其上部装置全部移动至标准桩相对于群桩基础的外侧，并向外侧旋转90度平铺于与承台处于同一水平面上的钢板，将拆除下来的标准梁安装至反力墩上，加压穿心式千斤顶，完成群桩基础的抗水平荷载试验。

通过百分表读出桩顶位移，通过程控静态应变仪读出模型桩的应变量，千斤顶的加载力可以直接在千斤顶上读出。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。