静压管桩可视化沉桩数采装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种静压管桩可视化沉桩数采装置。
【背景技术】
[0002] PHC管桩(预应力高强混凝土管桩）以其承载力高、适应性强、生产工业化和施工速 度快等优点成为广泛采用的一种桩基形式。研究其沉桩机理及承载力性状意义重大，现场 原位试验由于试验条件复杂、试验周期长、耗资巨大等因数较少开展，室内模型试验作为一 种有效手段越来越多的受到学者关注，模型装置是试验的硬件条件，其功能直接影响试验 的质量和结论可靠性，故研发试验模型装置有着重要的科研价值。压桩试验设备虽在近年 得到了发展，但仍存在相当的不足。静压管桩残余应力为桩顶卸荷后滞留在桩上的相关应 力，主要包括桩身残余应力、桩侧残余单位摩阻力、桩端残余应力。残余应力存在与否及其 能否得到准确估计或量测对桩基承载力性状具有重要影响。以下为当前静压管桩试验设备 一些不足及残余应力量测研究现状：
[0003] (1)多数学者采用的试验模型箱尺寸一般都相对较小，试验会受到室内模型尺寸 效应的限制，关于沉桩阻力及承载特性的研究不可避免的受到边界效应的影响；
[0004] (2)目前的室内压桩装置可视化装置没有或是程度较低，沉桩挤土位移变化观察 范围有限，特别是研究静压群桩挤土效应观察应是多角度的，因此对于桩土界面相互作用 的细观研究不可避免的受到可视化程度低的影响；
[0005] (3)静力压桩加载系统是否方便准确直接关系到测试结果的准确性。目前常用 的加载系统有反力架加千斤顶加载系统、改装后手摇轻便静力触探仪加载系统两种，二者 均靠人力手摇转动控制沉桩加载，所以受人为因素影响很大以致试验结果仍存在很大不稳 定性。目前公开"一种模拟静压桩沉桩过程的模型试验装置"，公布了一种采用手动链条式 静力触探仪作为加载系统的静压桩沉桩过程模型试验装置。该技术方案具有可连续贯入 土体，沉桩速度手动控制等优点，但是，沉桩过程仍是采用人力手摇控制，而静压桩是一个 费时又费力的缓慢过程，这种压桩方式仍然受人为因素影响大测量结果可靠性无法得到保 证；
[0006] (4)常见静压管桩试验多为单桩试验，沉桩加载系统位置通常被固定移动不便，而 对于群桩的室内模型试验需多次变换沉桩位置。目前的静力管桩试验或是仅压单桩或是上 部加载设备过于笨重改变桩位时操作复杂。因此针对便于静压群桩的试验装置的设计与开 发具有重要的科研价值和现实意义；
[0007] (5)目前试验用土(砂）在试验准备和结束过程中装卸比较麻烦效率低，试验用土 (砂）从模型箱外装入箱内过程中需反复跨越较高的模型箱身高，如果该过程中靠试验人员 人力提拉铁桶装土则比较费力且易碰撞模型箱玻璃一面，对土的压实效果也可能存在一定 影响。
[0008] 国外较国内对残余应力研究早，针对静压管桩残余应力的模型试验研究报道甚 少。考虑到现场试验条件、经济和时间等因数影响，量测残余应力难以实施或准确测得。因 此基于室内静压管桩试验研究残余应力具有不可替代优点。残余应力即是桩顶卸荷之后考 虑时间效应的应力，因此桩身应力量测的准确与否直接关系到残余应力获得。目前应力量 测方法较为简单，试验结果误差较大。多数试验者采用直接在桩的外壁粘贴应变片再涂抹 防摩擦脱落材料后压桩入土方法。应变片必然受到桩周土的挤压影响，再加上涂抹在应变 片上的化学材料使得此处桩的外径一定程度增大，整个桩身形似"葫芦串"，桩的实际受力 情况改变，模拟效果难以实现。
【发明内容】
[0009] 本实用新型要解决的技术问题是：针对目前静压管桩试验装置的不足，提供一种 压桩试验装置可视化、加载系统自动化、数据采集自动化、静压单桩群桩操作均易行的静压 管桩可视化数采装置。
[0010] 解决上述技术问题的技术方案是：一种静压管桩可视化沉桩数采装置，包括模型 箱、反力架、坚向加载系统和数据采集系统，所述的反力架安装在模型箱的上方，所述的坚 向加载系统安装在反力架上，所述模型箱的两相邻侧壁均为透明的钢化玻璃，该模型箱的 另两相邻侧壁均为钢板，该模型箱的一侧钢板由钢板I和钢板II组成，所述的钢板I固定 安装在模型箱上，所述的钢板II为可拆卸安装在钢板I的上方，所述的模型箱的底部设有 滚轮，所述的坚向加载系统包括伺服电机和坚向顶推杆，所述的坚向加载系统中的坚向顶 推杆上设有用于将模型桩与坚向顶推杆连接的套管，所述的反力架上可拆卸安装有定位导 管，该定位导管位于套管的正下方，所述的数据采集系统包括压力传感器和设有集成电路 的控制面板，所述的压力传感器安装在坚向顶推杆上。
[0011] 本实用新型的进一步技术方案是：所述模型箱一侧钢化玻璃前面放置有用于拍摄 并记录模型箱中桩土界面土体颗粒变化过程的数码摄录装置。
[0012] 所述的钢板II通过插槽插装在钢板I的上方。
[0013] 所述的模型箱的长=100cm、宽=100cm、高=130cm。
[0014] 所述的静压管桩可视化沉桩数采装置包括静态应变仪，所述模型桩的内壁设有与 该静态应变仪相连的应变片。
[0015] 由于采用上述技术方案，本实用新型之静压管桩可视化沉桩数采装置，具有以下 有益效果：
[0016] 1.模型箱的可视化：本实用新型中的模型箱两相邻侧壁采用透明的钢化玻璃， 作为沉桩观测和拍摄窗口。相较于目前的室内压桩装置程度较低的只有一面钢化玻璃的观 察范围扩大，特别有益于观察研究静压群桩沉桩过程中土体位移变化情况。且还可以在钢 化玻璃前面安装数码摄录装置，利用显微数码摄录技术，采用高清数码和体视显微镜对钢 化玻璃区域桩土界面土体颗粒进行实时摄录，由数字图像细观结构分析软件统计得到桩土 荷载传递过程中颗粒配位数、粒间接触法向、颗粒长轴定向、局部孔隙率等主要细观组构参 量的变化规律；获取静压沉桩过程中桩土界面附近土体颗粒的位移场和应变场变化，研究 分析管桩承载力特性及沉桩机理。
[0017] 2.模型箱装卸土效率提高：本实用新型中的模型箱一侧钢板由钢板I和钢板II 组成，所述的钢板I固定安装在模型箱上，所述的钢板II为可拆卸安装在钢板I的上方，将 钢板II抽出后可作为试验前后期装卸土进出窗口，将钢板II安放后可采用防水橡胶密封上 下钢板接缝，保证模型箱密封良好。
[0018] 3.加载系统、数据采集自动化：本实用新型的坚向加载系统内包括伺服电机和坚 向顶推杆，在坚向顶推杆上安装有压力传感器，通过设有集成电路的控制面板对伺服电机 调节进而对沉桩速率、位移及压桩力控制，保证模型桩贯入过程准确，操作自动方便。而试 验过程中的压桩力通过压力传感器显示并保存到控制面板里，沉桩位移通过对伺服电机转 动过程进行编程换算得到并显示保存到控制面板，利用数据线将控制面板连接个人计算机 将相关数据导出保存；桩身应变数据通过静态应变仪采集系统连接到计算机自动保存。
[0019] 4.静压单群桩操作更便捷：本实用新型中的模型箱底部设有滚轮，模型箱可全方 位自由移动改变压桩位置，即沉桩设备不动而模拟地基动，突破了传统的只能移动上部加 载装置方法，实现静压群桩目的，本实用新型静压群桩装置操作更便捷和压桩效率更高；且 本实用新型中的模型箱相较于现有的长宽高尺寸均在50cm左右的模型箱扩大1倍多，相较 于一般试验过程中受到尺寸效应的影响更小，试验所得的结果更贴合实际。
[0020] 5.本实用新型在模型桩的内壁直接黏贴有应变片，应变片的导线通过在模型桩 顶开设有小口引出，避免应变片直接与桩周土直接接触受其挤压变形影响，数据采集科学 准确；基于室内模型桩身应力量测获得残余应力，特别是对于静压闭口管桩测量方法科学 结果准确。
[0021] 下面，结合说明书附图和具体实施例对本实用新型之静压管桩可视化沉桩数采装 置的技术特征作进一步的说明。
【附图说明】
[0022] 图1 :本实用新型中的静压管桩可视化沉桩数采装置结构示意图。
[0023] 图2 :本实用新型中模型箱的结构示意图。
[0024] 在上述附图中，各标号说明如下：
[0025] 1-模型箱、11-钢化玻璃，12-钢板，121-钢板I，122-钢板II，13-滚轮，2-反力 架、21-立柱，22-反力架横梁，22-横梁II，3-坚向加载系统，31-坚向顶推杆，4-套管，5-定 位导管，6-计算机，7-平台，8-静态应变仪。
【具体实施方式】
[0026] -种静压管桩可视化沉桩数采装置，包括模型箱1、反力架2、坚向加载系统3、数 据采集系统和静态应变仪8,所述的反力架2安装在模型箱1的上方，所述的坚向加载系统 3安装在反力架2上。
[0027] 所述的模型箱1采用角钢做为骨架，角钢尺寸为60 mmX60 mmX6 mm，所述的模型 箱1的长=l〇〇cm、宽=100cm、高=130cm。模型箱1的内体积V=l. 3 m3。所述模型箱1的两 相邻侧壁均为12mm厚的透明钢化玻璃11，可作为沉桩观测和拍摄窗口。该模型箱1的另两 相邻侧壁和底板均为厚6mm的钢板12,该模型箱1的一侧钢板由钢板I 121和钢板II 122 组成，所述的钢板I 121焊接固定在模型箱1上，所述的钢板II 122为可拆卸安装在钢板 I 121的上方，即所述的钢板II 122可通过插槽插装在钢板I 121的上方，使得钢板II 122 可活动抽出和安装，抽出时可作为试验前后期装卸土进出窗口，提高试验装卸土效率，安装 后采可用防水橡胶密封上下钢板接缝，钢板12和角钢贴合处采用防水橡胶密封，钢化玻璃 11和角钢的贴合处采用玻璃防水胶粘接，所述的模型箱1的底部设有滚轮13,便于模型箱 可全方位