桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置及方法

1.本发明属于岩土工程领域，尤其涉及一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置及方法。


背景技术：

2.桩竖向承载力测试时，往往用堆载反力梁装置，这样在施工场地需要运输配重块，而配重块可以为砂袋、混凝土预制块、钢锭以及水箱，这时试桩需要往工地运输配重块，且安装时间较长，降低了效率。而自平衡测试法通过在桩中安装荷载箱，荷载箱同时对上段桩和下段桩产生压力，这样可以分别画出上段桩和下端桩的力-位移曲线，进而计算桩的承载力。但荷载箱将桩截断，降低了桩在荷载箱位置抵抗弯矩的能力。自平衡试桩后往往采用高压注浆填充荷载箱处断层，提高该处竖向承载力，但对抵抗弯矩帮助不大。虽然桩的抵抗弯矩主要是位于上部土层，一般情况下在荷载箱处承受的弯矩近乎为0。但是桩旁边有基坑开挖，水平向的卸荷引起弯矩；桩中有水平向的渗流固结也会引起桩受弯矩。因此需要增加桩在荷载箱位置抵抗弯矩的装置。


技术实现要素：

3.本发明为了克服现有桩承载力自平衡测试中，荷载箱将桩截断，降低了桩在荷载箱位置弯矩承载力的问题，本发明提供了一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置及方法。
4.本发明的技术方案：一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置，包括顶板，顶板内设置有贮线盒，贮线盒内存储有增强线，增强线的活动端延伸至顶板外并固定连接有底板，顶板和底板处于同一中心轴线；桩基自平衡测试中荷载箱将桩分为上段桩和下段桩，底板和桩基自平衡测试中荷载箱的下移动部分固定连接、或和下段桩固定连接，顶板和桩基自平衡测试中荷载箱的上移动部分固定连接、或和上段桩固定连接；在底板和顶板的相对竖向位移加大的过程中，贮线盒控制增强线的长度自由伸长；当底板和顶板的相对竖向位移增长到指定值时，增强线的长度被贮线盒固定。
5.优选地，所述贮线盒包括开设于顶板内部的贮线槽，贮线槽内设置有固定轴、转轴，固定轴固定设置在贮线槽内，转轴可转动地套设在固定轴外，增强线活动端固定在底板上、固定端固定在转轴上、且增强线缠绕在转轴上；贮线槽内配合转轴设有锁止装置，锁止装置不工作时转轴绕固定轴旋转，锁止装置工作时转轴被固定且无法绕固定轴旋转。
6.优选地，所述锁止装置包括锁止盘、摩擦片、形状记忆合金条和第一加热装置，锁止盘与转轴固定且随转轴旋转，锁止盘与摩擦片对应设置，摩擦片通过形状记忆合金条与顶板固定连接，第一加热装置与形状记忆合金条配合设置、且与顶板固定连接；第一加热装置加热时形状记忆合金条为第一温度，第一温度时形状记忆合金条没有驱动摩擦片与锁止盘接触，且转轴绕固定轴旋转；第一加热装置不加热时形状记忆合金条为第二温度，第二温度时形状记忆合金条驱动摩擦片与锁止盘接触，且转轴无法绕固定轴旋转；在底板和顶板
的相对竖向位移加大的过程中、控制增强线的长度自由伸长，这时第一加热装置加热，形状记忆合金条为第一温度且没有驱动摩擦片与锁止盘接触，且转轴绕固定轴旋转；底板和顶板的相对竖向位移增长到指定值时、增强线的长度被固定，这时第一加热装置不加热，形状记忆合金条为第二温度且驱动摩擦片与锁止盘接触，且转轴无法绕固定轴旋转。
7.优选地，所述底板和顶板的相对位移为增强线在顶板和底板间增加的长度，所述增强线在顶板和底板间增加的长度为转轴旋转的角度乘以转轴半径。
8.优选地，所述贮线盒包括贮线槽，增强线存储在贮线槽内，增强线的固定端和贮线槽固定连接，贮线槽内配合所述增强线设有线固定装置；在底板和顶板的相对竖向位移加大的过程中、贮线盒控制增强线的长度自由伸长，这时线固定装置不工作；底板和顶板的相对竖向位移增长到指定值时，线固定装置固定增强线的活动端。
9.优选地，所述增强线为复合结构，增强线包括基线和软囊，基线和软囊平行设置且固定连接，软囊中固定设有若干等间隔设置的筋线，所述软囊通过加压泵与贮存罐依次连接，加压泵和贮存罐安放在地面上，贮存罐中存有液体，所述液体为液固转换体；在底板和顶板的相对竖向位移加大的过程中、加压泵不工作、贮存罐中的液体没有注入软囊；当底板和顶板的相对竖向位移增长到指定值时，加压泵工作使贮存罐中的液体注入软囊，注入软囊的液体变为固体；在桩承受弯矩时，基线承受横截面上的拉力，液体注入软囊变为固体后承受横截面上的压力。
10.优选地，所述筋线为形状记忆合金框架，底板上或者底板和软囊间配合该形状记忆合金框架设有第二加热装置，第二加热装置不加热时、形状记忆合金框架处于第三温度，在第三温度时形状记忆合金框架收缩贴合在软囊内表面；第二加热装置加热时、形状记忆合金框架处于第四温度，在第四温度时形状记忆合金框架扩张软囊，且在贮存罐中的液体注入软囊变为固体后与固体组成带筋复合体抵抗横截面上的压力。
11.优选地，第二加热装置包括连接的电源和电阻丝，电源安装在底板上，电阻丝安放在软囊内，电源给电阻丝加热时，形状记忆合金框架处于第四温度；或第二加热装置为安装在底板上的微波加热装置，微波加热方式为加热软囊内液体，或加热软囊内壁涂有的吸收微波发热膜、或加热形状记忆合金框架上涂有的吸收微波发热膜，微波加热时形状记忆合金框架处于第四温度。
12.优选地，所述增强线为复合结构，增强线包括基线和软囊，软囊和基线固定连接，所述软囊通过加压泵与贮存罐连接，加压泵和贮存罐安放在地面上，贮存罐中存有液体，所述液体为固液转换体；在底板和顶板的相对竖向位移加大的过程中，加压泵不工作、贮存罐中的液体没有注入软囊，软囊贴在基线上；底板和顶板的相对竖向位移增长到指定值时，加压泵工作、贮存罐中的液体注入软囊，这时软囊被撑为与基线不平行的线状，被注入软囊的液体逐渐凝成固体；完成桩自平衡测试后，在荷载箱位置注入水泥浆液，这时顶板和底板之间填满水泥浆液，这时水泥浆液固化后和被撑起的线状软囊或框架状软囊组成复合加筋体，在桩承受弯矩时抵抗横截面上的压应力。
13.优选地，增加抵抗弯矩的方法，包括以下步骤：
14.步骤1：底板与下段桩或荷载箱的下移动部分固定连接，顶板与上段桩或荷载箱的上移动部分固定连接；
15.步骤2：在底板和顶板的相对竖向位移加大的过程中、控制增强线的长度自由伸
长，顶板和底板不承受增强线拉力；
16.步骤3：荷载箱加载结束，底板和顶板的相对竖向位移增长到指定值时，增强线的长度被固定；当桩承受弯矩时，增强线抵抗桩横截面上的拉应力。
17.本发明的有益效果是克服现有桩承载力自平衡测试后，荷载箱将桩截断，降低了桩在荷载箱位置弯矩承载力的问题，本发明提供了一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置及方法。
附图说明
18.图1为本发明含转轴和固定轴时的增强线伸长示意图；
19.图2为本发明含锁止盘的锁止装置示意图；
20.图3为本发明锁止盘与转轴三维示意图；
21.图4为本发明线固定装置示意图；
22.图5为本发明的装置与荷载箱和桩的协同作用示意图；
23.图6为增强线的复合结构中形状记忆合金框架变形示意图；
24.图7为增强线中软囊变形示意图；
25.图中1.土，2.上段桩，3.下段桩，4.荷载箱下移动部分，5.荷载箱上移动部分，6.底板，7.增强线，8.顶板，9.固定轴，10.转轴，11.锁止盘，12.摩擦片，13.形状记忆合金条，14.第一加热装置，15.线固定装置，16.贮线盒，17.基线，18.软囊，19.加压泵，20.贮存罐，21.筋线，22.第二加热装置，23.液体，24.弯矩。
具体实施方式
26.为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
27.本发明的技术方案：如图1-7所示，桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置，包含从下至上依次连接的底板6、增强线7和顶板8；底板6和顶板8处于同一中心轴线，、顶板8内设有用于储藏增强线7的贮线盒16，以便增强线的长度能满足底板6和顶板8的相对竖向位移增大的需求，增强线7的固定端设置在贮线盒16内，增强线7的活动端则延伸至顶板8外并与底板6固定连接。
28.如图5所示，桩基自平衡测试中荷载箱将桩分为上段桩2和下段桩3，底板6与桩基自平衡测试中荷载箱下移动部分4或下段桩3固定连接，顶板8与桩基自平衡测试中荷载箱上移动部分5或上段桩2固定连接；所示在底板6和顶板8的相对竖向位移加大的过程中、贮线盒16控制增强线7的长度自由伸长，所示底板6和顶板8的相对竖向位移增长到指定值时、增强线7的长度被贮线盒16固定。
29.如图5所示，荷载箱油缸推动荷载箱上移动部分5和荷载箱下移动部分4相对移动，荷载箱油缸穿过底板6和顶板8。
30.作为本发明中贮线盒的其中一具体实施例，如图1所示的一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置中，该贮线盒16包括在顶板8中开设的贮线槽，贮线槽中设置有固定轴9、转轴10和锁止装置；该贮线槽内的固定轴9与顶板8固定连接，转轴10可转动的套设在固定轴9上，转轴10和固定轴9同圆心，增强线7的活动端固定在底板6上，增强线7的固定端则
固定在转轴10上，且增强线7的中间段缠绕在转轴10上；锁止装置则可以安装在顶板8上、转轴10上、或固定轴9上，也可以同时安装在顶板8和固定轴9上，锁止装置不工作时转轴10绕固定轴9旋转，锁止装置工作时转轴10被固定且无法绕固定轴9旋转。
31.进一步地，如图2所示，所述锁止装置包括锁止盘11、摩擦片12、形状记忆合金条13和第一加热装置14，锁止盘11与转轴10固定且随转轴10旋转，锁止盘11与摩擦片12对应设置，摩擦片12通过形状记忆合金条13与顶板8固定连接，第一加热装置14与顶板8固定连接、且与该形状记忆合金条13配合用于对形状记忆合金条13加热；第一加热装置14加热时形状记忆合金条13为第一温度，第一温度时形状记忆合金条13没有驱动摩擦片12与锁止盘11接触，且转轴10绕固定轴9旋转；第一加热装置14不加热时形状记忆合金条13为第二温度，第二温度时形状记忆合金条13驱动摩擦片12与锁止盘11接触，且转轴10无法绕固定轴9旋转。如图2(a)所示，在底板6和顶板8的相对竖向位移加大的过程中、控制增强线7的长度自由伸长，这时第一加热装置14加热，形状记忆合金条13为第一温度且没有驱动摩擦片12与锁止盘11接触，且转轴10绕固定轴9旋转；如图2(b)所示，底板6和顶板8的相对竖向位移增长到指定值时、增强线7的长度被固定，这时第一加热装置14不加热，形状记忆合金条13为第二温度且驱动摩擦片12与锁止盘11接触，且转轴10无法绕固定轴9旋转。
32.优选的，基于转轴10旋转的角度和转轴10半径，计算增强线7在顶板8和底板6之间增加的长度，此增加的长度为转轴10旋转的角度乘以转轴10半径，此增加的长度为底板6和顶板8的相对位移。
33.优选的，所述第一加热装置14为电阻丝加热装置、红外线加热装置或微波加热装置。
34.作为本发明中贮线盒的又一具体实施例，如图4所示的一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的装置中，该贮线盒16包括开设在顶板8内的贮线槽，该设置在贮线槽内的增强线7，其活动端延伸至顶板8外并与该底板6固定连接、固定端则与顶板8固定连接；该贮线槽中安装线固定装置15；如图4(a)所示，在底板6和顶板8的相对竖向位移加大的过程中、贮线盒16控制增强线7的长度自由伸长，这时线固定装置15不伸长且不与增强线7接触；如图4(b)所示，底板6和顶板8的相对竖向位移增长到指定值时，增强线7的长度被贮线盒16固定，这时线固定装置15伸长且与增强线7接触，且线固定装置15卡住增强线7。优选的，该线固定装置15可以为电机驱动螺杆装置，这时电机驱动螺杆移动从而实现线固定装置15的伸长；该线固定装置15也可以为液压驱动活塞装置，这时液压驱动活塞移动，从而实现线固定装置15的伸长且固定增强线。
35.作为本发明中增强线的其中一具体实施方式，如图6所示，所述增强线7为复合结构，增强线7包括基线17和软囊18，基线17和软囊18平行设置且固定连接，软囊18内壁等间隔地固定设置有筋线21，该软囊18通过加压泵19与贮存罐20连接，加压泵19和贮存罐20安放在地面上，贮存罐20中存有液体23，该液体23为固液转换体；如图6(a)所示，在底板6和顶板7的相对竖向位移加大的过程中，加压泵19不工作，贮存罐20中的液体23没有注入软囊18；底板6和顶板8的相对竖向位移增长到指定值时，加压泵19工作，贮存罐20中的液体注入软囊18；贮存罐20中的液体23在注入软囊18后变为固体，且此固体含有筋线21；如图6(b)所示，在桩承受弯矩时，右侧承受拉力、这时依靠基线17承受横截面上的拉力，左侧承受压力、这时液体注入软囊变为固体后承受横截面上的压力。优选地，该液体23为水泥浆、水玻璃和
氯化钙混合液或树脂。
36.进一步地，如图6(a)所示，所述筋线21为形状记忆合金框架，在第三温度时形状记忆合金框架的筋线21收缩贴合在软囊18内表面；在第四温度时形状记忆合金框架的筋线21扩张软囊18，且在贮存罐20中的液体23注入软囊18变为固体后与固体组成带筋复合体抵抗横截面上的压力，在图6(b)中左侧承受压力；该装置中配合该形状记忆合金库框架设有第二加热装置22，该第二加热装置22安放在底板6上、或安装在底板6和软囊18间；第二加热装置22不加热时、形状记忆合金框架的筋线21处于第三温度，第二加热装置22加热时、形状记忆合金框架的筋线21处于第四温度。
37.优选的，该第二加热装置22包括连接的电源和电阻丝，电源安装在底板6上，电阻丝安放在软囊18内，电源给电阻丝加热时，形状记忆合金框架的筋线21处于第四温度；该第二加热装置22也可以为安装在底板6上的微波加热装置，微波加热装置包含连接的电源和磁控管，磁控管发射微波。微波加热方式为加热软囊18内液体，或加热软囊18内壁涂有的吸收微波发热膜、或加热形状记忆合金框架的筋线21上涂有的吸收微波发热膜，微波加热时形状记忆合金框架的筋线21处于第四温度。
38.作为发明中增强线的又一具体实施例，如图7所示，所述增强线7为复合结构，增强线7包括固定连接的基线17和软囊18，所述软囊18通过加压泵19与贮存罐20连接；加压泵19和贮存罐20安放在地面上，贮存罐20中存有液体，该液体为固液转换体；如图7(a)所示，在底板6和顶板8的相对竖向位移加大的过程中，加压泵19不工作，贮存罐20中的液体23没有注入软囊18，软囊18贴在基线17上；如图7(b)所示，底板5和顶板8的相对竖向位移增长到指定值时，加压泵19工作时贮存罐20中的液体23注入软囊18，这时软囊18被撑为与基线17不平行的线状；液体23被注入软囊18后逐渐凝成固体；完成桩自平衡测试后，在荷载箱位置注入水泥浆液，这时顶板6和底板8之间填满水泥浆液，这时水泥浆液固化后和被撑起的线状软囊18组成复合加筋体，在桩承受弯矩时抵抗横截面上的压应力，图7(b)中左侧承受压应力。
39.一种桩基自平衡测试中增加抵抗弯矩的方法，包括下述步骤：
40.步骤1：底板6和荷载箱下移动部分4或下段桩3固定连接，顶板6和荷载箱上移动部分5或上段桩2固定连接；
41.步骤2：在底板6和顶板8的相对竖向位移加大的过程中、控制增强线7的长度自由伸长，顶板6和底板8不承受增强线7拉力；
42.步骤3：荷载箱加载结束，底板6和顶板8的相对竖向位移增长到指定值时、增强线7的长度被固定，当桩承受弯矩时，增强线7抵抗桩横截面上的拉应力。