一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统及方法与流程

本发明涉及试验桩的综合检测领域，特别是涉及一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统及方法。

背景技术：

随着桩基技术的发展，新型桩层出不穷，一种新型桩从发明到推广应用必须要经过试验桩桩基检测环节，监测内容包括新型桩在受荷条件下的桩端力，轴力，侧摩阻力，桩端、桩顶位移等等，除此之外，还应对试验桩对周边环境的影响进行测量分析，如试验桩受荷情况下的单桩影响半径，桩基遮拦效应等等。在现场桩基检测所得的实验数据可以为该新桩型建立理论计算公式提供数据基础，为后期设计计算奠定实验基础。故如何完整全面地进行桩基检测是新型桩推广运用的重要基础。

当前桩基检测技术对试验桩的检测虽能对桩受荷情况下桩的侧摩阻力与桩顶位移进行监测，对试验桩的桩端位移以及桩端力不能有很好的监测，对桩的受荷影响半径，遮拦效应，以及成桩对土体的作用效应无法进行检测，这对新型桩的工作性能的了解极其不利。故全面而完整的试验桩监测方法前景广泛。故针对上述现象，试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统及方法应运而生。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统，该检测系统可实现对试验桩承载力的施加，试验完成后，可实现桩基工作机理监测、桩基相互作用影响监测和桩基施工工艺检测分析，从而对现场施工做出预测。

一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统的具体方案如下：

一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统，包括：

设于土层的若干试验桩，试验桩内部设置桩身位移测试管；

用于获取土样的岩土勘察孔，设于每一试验桩侧面；

土压力计，设于每一试验桩底部以测得桩端阻力；

桩顶沉降测量部件，设于每一试验桩顶部土层桩顶沉降观测点处；

桩端沉降测量部件，设于每一试验桩端部桩底土层沉降观测点处。

进一步地，所述试验桩包括至少两种抗压桩和至少两种抗拔锚桩。

进一步地，还包括地表沉降测量部件地表沉降测量部件与土体分层沉降测量部件，土体分层沉降测量部件包括滑动电阻式分层沉降仪，在观测点位置通过设置钻孔埋入滑动电阻式分层沉降仪，通过滑动电阻式分层沉降仪确定土体分层沉降位移，此外也可在钻孔内设置刚度较大的不动杆，不动杆下端插入土层，上端引出地面，与测量设备配合以获得不同土层的沉降位移；地表沉降测量部件包括地表钢筋，地表钢筋底部与土层固定，地表钢筋与测量设备配合以获得地表沉降位移，地表钢筋围绕桩顶沉降测量部件设置，土体分层测量部件围绕桩身设置至少三圈，以获得试验桩桩周的沉降值。

进一步地，所述试验桩为现场浇筑桩，试验桩包括钢筋笼，在钢筋笼设置钢筋应力计。

或者，所述钢筋笼由钢筋围绕设置而成，在钢筋笼中部分钢筋设置所述的钢筋应力计，钢筋应力计两侧通过套管与钢筋连接。

进一步地，所述桩顶沉降测量部件为桩顶钢筋，桩顶钢筋位于试验桩桩顶土层中央，桩顶钢筋与测量设备(如水平仪)配合；

或者，所述桩端沉降测量部件为桩端钢筋，桩端钢筋与测量设备配合桩端钢筋位于桩身位移测量管内部，桩端钢筋底部设于试验桩桩底土层。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测方法，具体步骤如下：

1)选择试验场地并确定试验桩的桩型和桩基承载力大小，该步骤对试验现场条件有一个基本认识，为步骤3)进行承载力试验所需加载大小和未来试验桩理论计算提供依据；

2)制作试验桩，并将试验桩置于试验场地；

3)对试验桩进行桩基承载力试验，同时进行试验数据监测；

4)对试验桩桩基工作机理进行监测，以获得桩身轴力、侧摩阻力、端阻力、桩顶位移和桩端位移监测；

5)对试验桩相互作用影响进行监测；

6)对试验桩桩基施工工艺进行检测分析，通过在打桩前后获得的土样进行对比分析，可得出该试验桩成桩对土性质的影响，从而可解释该桩型承载力提高。

或者，所述步骤3)、步骤4)和步骤5)可同时进行。

进一步地，所述步骤1)中根据土层分布、物理特性、力学参数确定桩基承载力大小；

或者，所述步骤3)中桩基承载力试验的具体方法如下：

3-1)对各试验桩中的抗压桩逐级进行加载，完成抗压破坏性试验；

3-2)对各试验桩中的抗拔锚桩进行拉拔试验，完成破坏性实验。

进一步地，所述步骤4)中对试验桩桩基工作机理进行监测的具体方法如下：

4-1)桩身轴力和侧摩阻力监测：通过试验桩钢筋笼的钢筋应力计进行确定；钢筋应力计所得的测量数据即为桩中该桩段钢筋的轴力，可通过数据计算算得该处桩身轴力，通过对比相邻两个钢筋应力计处的轴力，可计算出该段侧摩阻力值。

4-2)桩端阻力监测：通过在试验桩钢筋笼底部安装的土压力计，进而测得桩端阻力；

4-3)桩顶位移监测：通过桩顶钢筋，用测量设备(如百分表或水准仪)测量桩顶钢筋的高度变化可直接测出桩顶位移。

4-4)桩端位移监测：桩端钢筋位于桩身位移测试管内，端部延伸至桩端，静载前，在桩端钢筋与实际桩顶齐平处做标记，静载试验完成时，可通过测量设备测得实际桩顶沉降为s0，标记处与实际桩顶位移差为Δs1，则设计桩顶标高处位移为ss＝s0-Δs1；在测试时，因桩端钢筋设于测试管内，与桩身隔开，不进行压缩，因此可获得压缩量。

进一步地，所述步骤5)中对试验桩相互作用影响进行监测的具体方法如下：

5-1)单桩影响半径试验：根据距离受荷单桩不同位置处设置的地表沉降观测点(地表沉降测量部件包括地表钢筋，地表钢筋底部与土层固定，地表钢筋与测量设备配合以获得地表沉降位移，地表钢筋围绕桩顶钢筋设置，将受荷单桩影响半径实测值和理论计算值进行比较，获得受荷单桩影响半径的合理修正值)和土体分层沉降测量点，土体分层沉降测量点处设置滑动电阻式分层沉降仪，在观测点位置通过设置钻孔埋入滑动电阻式分层沉降仪，通过滑动电阻式分层沉降仪确定土体分层沉降位移，此外也可在钻孔内设置刚度较大的不动杆，不动杆下端插入土层，上端引出地面，与测量设备配合以获得不同土层的沉降位移；获得距离受荷单桩不同位置处地表土的沉降和不同深度处桩周土的位移，揭示距离单桩不同位置和不同深度处桩-土体系的变形机理，获得受荷单桩的影响半径；

5-2)基桩遮拦效应试验：在受荷单桩一侧设置一桩身布设钢筋应力计的非受荷单桩，并在距离受荷单桩不同位置处设置地表沉降观测点和土体分层沉降测量部件，获得非受荷单桩存在时不同位置处地表土的沉降和不同深度处桩周土的位移，受荷单桩对非受荷单桩的位移、轴力、侧阻力的影响，进而获得由于非受荷桩的加筋遮帘作用导致受荷单桩和桩周土位移的折减量，建立桩-桩和桩-土相互作用系数的计算方法。

进一步地，所述步骤6)中对试验桩桩基施工工艺进行检测分析的具体方法如下：

6-1)在打桩前在试验桩桩位侧面钻取第一次岩土勘察孔，取土样，做标贯，进行现场旁压试验，测定定喷后桩侧土体物理参数；

6-2)通过在测试验桩桩侧做第二次岩土勘探，取土样，做标贯，进行现场旁压试验，测定定喷后桩侧土体物理参数；

6-3)确定桩端喷、压对桩端与桩端侧面土体物理参数；

6-4)确定喷、压效应范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过对各个装置的设置，可实现试验桩基工作机理监测、桩基相互作用影响监测和桩基施工工艺检测分析，有利于对试验桩受力传力机制以及该桩对周围环境的影响有一个较为详细的研究，进而可为后期该桩的设计计算提供可靠的基础。

2)各个系统的测试相互互不影响，方便快捷。

3)多项检测试验可同时进行，节省人力物力，有较好的经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明综合试验桩位布置图。

图2(a)是本发明系统部分部件布置正视图。

图2(b)是本发明图2(a)的1-1剖视图。

图3是本发明岩土与施工效应勘察布置图。

图4(a)是试验单桩桩沉降观测点布置图。

图4(b)是试验桩遮拦效应试验观测布置图。

图5是钢筋计安装示意图。

图6是土压力计安装示意图。

其中：1.A型试验桩，2.B型试验桩，3.C型试验桩，4.A型抗拔锚桩，5.B型抗拔锚桩，6.C型抗拔锚桩，7.单桩影响半径试验节点，8.两桩遮拦效应试验节点，9.钢筋应力计，10.桩身位移测试管，11.导线管，12.钢筋笼，13.第一次岩土勘察孔，14.第二次岩土勘察孔，15.桩顶沉降观测点，16.桩端沉降观测点，17.地表沉降观测点，18.土体分层沉降观测点，19.螺纹，20.土压力计，21.圆形钢板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统，包括设于土层的若干试验桩，试验桩内部设置桩身位移测试管10，在桩身位移测试管10内设置位移测量计；第一次岩土勘察孔13，设于每一试验桩侧面；土压力计20，设于每一试验桩底部以测得桩端阻力，具体通过圆形钢板21设于试验桩钢筋笼12底部，土压力盒20设于圆形钢板21底部；桩顶沉降测量部件，设于每一试验桩顶部桩顶沉降观测点15处；桩端沉降测量部件，设于每一试验桩端部桩端沉降观测点16处。

进一步地，为了保证试验效果的综合性，与其他桩型进行对比分析，更具有全面测量意义，所述试验桩包括至少两种抗压桩和至少两种抗拔锚桩，有A型试验桩1，B型试验桩2，C型试验桩3，A型抗拔锚桩4，B型抗拔锚桩5和C型抗拔锚桩6，如图3所示，可设置16个试验桩，第一排设置3个试验桩，在C型试验桩3两侧设置C型抗拔锚桩6，第二排的B型试验桩2、A型抗拔锚桩4间隔设置，在第二排还设置A型试验桩1，在第三排设置C型试验桩3和B型试验桩2，B型抗拔锚桩5设于B型试验桩2的两侧。

检测系统还包括设于地表沉降观测点17的地表沉降测量部件与设于土体分层沉降观测点18的土体分层沉降测量部件，地表沉降测量部件为Φ8的地表钢筋，土体分层沉降测量部件包括滑动电阻式分层沉降仪，在观测点位置通过设置钻孔埋入滑动电阻式分层沉降仪，通过滑动电阻式分层沉降仪确定土体分层沉降位移，此外也可在钻孔内设置刚度较大的不动杆，不动杆下端插入土层，上端引出地面，与测量设备配合以获得不同土层的沉降位移；地表沉降测量部件包括地表钢筋，地表钢筋底部与土层固定，地表钢筋与测量设备配合以获得地表沉降位移，地表钢筋围绕桩顶沉降测量部件设置，土体分层测量部件围绕桩身设置至少三圈，以获得试验桩桩周的沉降值，如图4(a)和图4(b)所示。

其中，土压力计20的电线设于导线管11内，导线管为聚乙烯导线管，这个导线管设于钢筋笼内，如图6所示。

试验桩为现场浇筑桩，试验桩包括钢筋笼，钢筋笼内设置各个测量部件后，管柱混凝土，在钢筋笼设置钢筋应力计，通过应力计可实现桩身轴力和侧摩阻力数据的获得。

或者，所述钢筋笼12由钢筋围绕设置而成，在钢筋笼12中部分钢筋设置所述的钢筋应力计9，钢筋应力计9两侧通过套管与钢筋连接，也就是在钢筋笼的两侧分别设置一排钢筋应力计，这一排钢筋应力计设置在钢筋处，钢筋包括多段，相邻的钢筋间隔设置，且相邻的钢筋之间设置套管，两个套管与钢筋应力计固定，钢筋靠近套管的端部设置螺纹19以实现与套管的连接，如图5所示。

进一步地，所述桩顶沉降测量部件为预埋钢筋，预埋钢筋位于桩顶土层中央；

或者，所述桩端沉降测量部件为Φ30桩端钢筋(直径大小可调)，Φ30桩端钢筋位于桩身位移测量管10内部，Φ30桩端钢筋底部通向桩底且底部与桩底土层固定。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测方法，具体步骤如下：

1)选择试验场地并确定试验桩的桩型和桩基承载力大小，该步骤对试验现场条件有一个基本认识，为步骤3)进行承载力试验所需加载大小和未来试验桩理论计算提供依据；

2)制作试验桩，并将试验桩置于试验场地；

3)对试验桩进行桩基承载力试验，同时进行试验数据监测；

4)对试验桩桩基工作机理进行监测，以获得桩身轴力、侧摩阻力、端阻力、桩顶位移和桩端位移监测；

5)对试验桩相互作用影响进行监测；

6)对试验桩桩基施工工艺进行检测分析，通过在打桩前后获得的土样进行对比分析，可得出该试验桩成桩对土性质的影响，从而可解释该桩型承载力提高。

或者，所述步骤3)、步骤4)和步骤5)可同时进行。

进一步地，所述步骤1)中根据土层分布、物理特性、力学参数确定桩基承载力大小；

或者，所述步骤3)中桩基承载力试验的具体方法如下：

3-1)对各试验桩中的抗压桩逐级进行加载，完成抗压破坏性试验；

3-2)对各试验桩中的抗拔锚桩进行拉拔试验，完成破坏性实验。

进一步地，所述步骤4)中对试验桩桩基工作机理进行监测的具体方法如下：

4-1)桩身轴力和侧摩阻力监测：通过试验桩钢筋笼的钢筋应力计进行确定；钢筋应力计所得的测量数据即为桩中该桩段钢筋的轴力，可通过数据计算算得该处桩身轴力，通过对比相邻两个钢筋应力计处的轴力，可计算出该段侧摩阻力值。

4-2)桩端阻力监测：通过在试验桩钢筋笼底部安装的土压力计，进而测得桩端阻力；

4-3)桩顶位移监测：通过桩顶钢筋，用测量设备(如经纬仪)测量桩顶钢筋的高度变化可直接测出桩顶位移。

4-4)桩端位移监测：桩端钢筋位于桩身位移测试管内，端部延伸至桩端，静载前，在桩端钢筋与实际桩顶齐平处做标记，静载试验完成时，可通过测量设备测得实际桩顶沉降为s0，标记处与实际桩顶位移差为Δs1，则设计桩顶标高处位移为ss＝s0-Δs1；在测试时，因桩端钢筋设于测试管内，与桩身隔开，不进行压缩，因此可获得压缩量。

进一步地，所述步骤5)中对试验桩相互作用影响进行监测的具体方法如下：

5-1)单桩影响半径试验：根据距离受荷单桩不同位置处设置的地表沉降观测点(在地表埋设地表钢筋，通过外部测量设备(如百分表或水准仪测量位移，地表钢筋围绕桩顶钢筋设置)和土体分层沉降测量部件(采用不动杆法进行测量：在观测点位置通过设置钻孔埋入刚度较大的不动杆，不动杆下端插入土层，上端引出地面，通过百分表或水准仪测量竖向位移)，获得距离受荷单桩不同位置处地表土的沉降和不同深度处桩周土的位移，将受荷单桩影响半径实测值和理论计算值进行比较，获得受荷单桩影响半径的合理修正值；

5-2)基桩遮拦效应试验：在两桩遮拦效应试验节点8内，在受荷单桩一侧设置一桩身布设钢筋应力计的非受荷单桩，并在距离受荷单桩不同位置处设置地表沉降观测点和土体分层沉降测量部件，获得非受荷单桩存在时不同位置处地表土的沉降和不同深度处桩周土的位移，受荷单桩对非受荷单桩的位移、轴力、侧阻力的影响，进而获得由于非受荷桩的加筋遮帘作用导致受荷单桩和桩周土位移的折减量，建立桩-桩和桩-土相互作用系数的计算方法。

进一步地，步骤6)中对试验桩桩基施工工艺进行检测分析的具体方法如下：

6-1)在打桩前在试验桩桩位侧面钻取第一次岩土勘察孔13，取土样，做标贯，进行现场旁压试验，测定定喷后桩侧土体物理参数

6-2)在测试验桩桩侧通过第二次岩土勘察孔14(设于试验桩侧部)做第二次岩土勘探，取土样，做标贯，进行现场旁压试验，测定定喷后桩侧土体物理参数；

6-3)确定桩端喷、压对桩端与桩端侧面土体物理参数；

6-4)确定喷、压效应范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。