本发明属于桩基工程技术领域，具体涉及一种群桩基础桩土荷载分担比的测试方法。
背景技术：
随着城市化建设的发展，大规模的群桩基础应用越来越广泛，群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用，使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩不同，模型试验与工程实测均表明，在一定条件下，群桩的承载力将高于单桩承载力之和，考虑承台下土体的抗力，可有效提高群桩基础的承载能力，具有巨大的经济效益。
《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中对于考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值的计算提出了计算公式，有力的提升了群桩基础竖向承载力设计的水平，降低了工程造价，这些计算公式没有考虑承台下土体在不同沉降量条件下土体抗力的差别，而且计算公式中承台效应系数的取值在同一条件下的取值是一个区间，但是其对于具体的取值并不明确。现有的群桩基础桩土荷载分担比的测试方法需要开展桩径、桩长、承台尺寸与沉降等影响因素在不同组合条件下的桩土荷载分担比试验，需要大量的原位测试或模型试验，操作繁琐，试验工作量极大，既降低了工作效率，又增加了测试成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种操作便捷、效率高、成本低的群桩基础桩土荷载分担比的测试方法。
本发明提供的这种群桩基础桩土荷载分担比的测试方法，该方法采用位移升降装置和桩间土压力盒；
所述位移升降装置包括升降执行器、位移传感器、轴力计、内套筒、外套筒、上法兰和下法兰，升降执行器、位移传感器、轴力计位于内套筒内部，并与内套筒固定连接，位移传感器、轴力计安装于升降执行器的顶端，内套筒位于外套筒中，并能相对外套筒上下滑动，轴力计及内套筒与上法兰的下端连接，上法兰的上端与承台连接，升降执行器及外套筒的下端与下法兰的上端连接，下法兰的下端与桩基础固定连接，通过升降执行器的上下位移实现承台的升降；
其中，位移传感器、轴力计分别与外部的位移监测仪、轴力监测仪连接，通过位移监测仪得到承台的沉降量，利用轴力监测仪测得桩顶平均应力F0，计算桩顶的面积为S0；
所述桩间土压力盒埋设于承台底部，桩间土压力盒与外部的压力监测仪连接，利用压力监测仪测得桩间土平均应力F1，计算桩间土的面积为S1；
承台在不同沉降量下的桩土荷载分担比K，由下式计算得出：
K＝(F0*S0)/(F1*S1)。
在一个具体实施方式中，升降执行器包括液压伸缩器和设置于地面上的液压伺服器，以控制承台的沉降。
在一个具体实施方式中，升降执行器、位移传感器、轴力计与内套筒通过内置支架固定连接。
在一个具体实施方式中，位移监测仪、轴力监测仪和压力监测仪通过读数电缆分别与位移传感器、轴力计和桩间土压力盒连接，以实时监测位移、轴力、桩间土应力的变化，当达到试验要求的沉降位移时对位移进行锁定。
在一个具体实施方式中，桩基础采用灌注桩施工方式，在浇筑混凝土前，将螺栓焊接到桩基础的钢筋笼上，待混凝土凝结硬化后，位移升降装置的下法兰通过螺母与桩基础进行连接固定。
在一个具体实施方式中，在承台地基土上布置若干桩间土压力盒，桩间土压力盒位于桩基础之间的中心线和对角线上，以测试桩间土平均应力。
在一个具体实施方式中，桩间土压力盒为钢弦式压力测试盒。
在一个具体实施方式中，位移升降装置的上法兰与承台之间固定有加强钢垫板，以防止位移升降装置受力后陷入承台。
在一个具体实施方式中，位移升降装置的上法兰与加强钢板垫通过螺栓固定，从加强钢垫板安装承台模板，布置承台钢筋，再浇筑承台混凝土，使加强钢垫板、螺栓、承台形成整体。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
本发明所述群桩基础桩土荷载分担比的测试方法采用的装置结构简单，利用位移升降装置来实现承台的沉降控制，通过承台底部的桩间土压力盒来实现在任意给定承台沉降量条件下的桩土荷载分担比的计算，从而达到测试不同荷载、不同承台沉降量条件下桩土荷载分担比的目的，能快速测定桩土荷载分担比系数，该方法能够显著减少原位测试或模型试验的组数，操作便捷，大量减小试验工作量，降低试验成本，提高工作效率，为掌握群桩基础的工作原理，做到合理设计，具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一个实施例的位移升降装置的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的群桩基础桩土荷载分担比测试模型图。
图3为本发明一个实施例的桩间土压力盒的埋设位置图。
图中：1—位移升降装置；2—桩间土压力盒；3—升降执行器；4—位移传感器；5—轴力计；6—内套筒；7—外套筒；8—上法兰；9—下法兰；10—承台；11—桩基础；12—位移监测仪；13—轴力监测仪；14—压力监测仪；15—液压伺服器；16—内置支架；17—螺栓；18—加强钢垫板。
具体实施方式
下面结合附图对本次模型试验的具体实施作进一步描述。
本发明提供的这种群桩基础桩土荷载分担比的测试方法，该方法采用位移升降装置1和桩间土压力盒2；
所述位移升降装置1包括升降执行器3、位移传感器4、轴力计5、内套筒6、外套筒7、上法兰8和下法兰9，升降执行器3、位移传感器4、轴力计5位于内套筒6内部，并与内套筒6固定连接，位移传感器4、轴力计5安装于升降执行器3的顶端，内套筒6位于外套筒7中，并能相对外套筒7上下滑动，轴力计5及内套筒6与上法兰8的下端连接，上法兰8的上端与承台10连接，升降执行器3及外套筒7的下端与下法兰9的上端连接，下法兰9的下端与桩基础11固定连接，通过升降执行器3的上下位移实现承台10的升降，具体如图1所示；
其中，位移传感器4、轴力计5分别与外部的位移监测仪12、轴力监测仪13连接，通过位移监测仪12得到承台10的沉降量，利用轴力监测仪13测得桩顶平均应力F0，计算桩顶的面积为S0；
所述桩间土压力盒2埋设于承台10底部，桩间土压力盒2与外部的压力监测仪14连接，利用压力监测仪14测得桩间土平均应力F1，计算桩间土的面积为S1；
承台在不同沉降量下的桩土荷载分担比K，由下式计算得出：
K＝(F0*S0)/(F1*S1)。
升降执行器3包括液压伸缩器和外部的液压伺服器15，液压伺服器15为液压伸缩器提供动力，由液压伸缩器实现承台位移的升降。
升降执行器3、位移传感器4、轴力计5与内套筒6通过内置支架16固定连接。
位移监测仪12、轴力监测仪13和压力监测仪14通过读数电缆分别与位移传感器4、轴力计5和桩间土压力盒2连接，以实时监测位移、轴力、桩间土应力的变化，当达到试验要求的沉降位移时对位移进行锁定。
在承台10地基土上布置若干桩间土压力盒2，桩间土压力盒2位于桩基础之间的中心线和对角线上，具体如图3所示。
在本实施例中，桩间土压力盒采用钢弦式压力测试盒。
本发明的这种群桩基础桩土荷载分担比的测试方法，具体步骤如下：
(一)位移升降装置的安装；
(二)桩间土压力盒的安装；
(三)桩土荷载分担比系数的测定。
下面以一个具体实施例来说明本发明公开的群桩基础桩土荷载分担比的测试方法。
(一)位移升降装置的安装
本实施例模型为四桩承台，如图2所示，试验采用直径为300mm的灌注桩，桩长为8m，承台尺寸为1650mm×1650mm×700mm。
(1)采用灌注桩施工方式，在浇筑混凝土前，将6个长为210mm的螺栓焊接到桩基础的钢筋笼上，待混凝土凝结硬化后，将位移升降装置的下法兰与桩基础进行连接固定；
(2)位移升降装置的上法兰通过6个长为210mm螺栓与加强钢垫板进行连接，加强钢垫片的尺寸为400mm×400mm×25mm；
(3)将位移升降装置的液压伺服器、位移监测仪、轴力监测仪安装到承台旁边的土体表面，以方便观测，位移监测仪、轴力监测仪通过读数电缆分别与位移传感器、轴力计连接，外露电缆做好保护措施。
(二)桩间土压力盒的安装
(1)在承台浇注前将底面进行平整，在承台地基土上铺设30mm厚的中砂，再放置好压力盒，然后打100mm厚的素混凝土垫层，承台下具体埋设压力盒的位置如图3所示，桩间土压力盒连接有压力监测仪，安装到承台旁边的土体表面，以方便观测；
(2)从加强钢垫板处安装承台模板，然后布置承台钢筋，浇筑承台混凝土，使加强钢垫板、螺栓与承台形成整体。
(三)桩土荷载分担比系数的测定
本实施例分成两组进行桩土荷载分担比系数的测试。
(1)在承台上部施加荷载8000kN，通过位移升降装置控制承台沉降量10mm，通过以上装置得出的数据，分别取轴力监测仪、压力监测仪读数的平均值作为桩顶平均应力F0，桩间土平均应力F1，计算桩顶的面积记为S0＝4πR2＝0.2826m2，桩间土的面积S1＝1.65×1.65-4πR2＝2.4399m2，得到桩土荷载分担比K，分别将位移升降装置控制承台沉降量到15mm和20mm，重复以上操作，得出相应的桩土荷载比K；
(2)在承台上部继续施加荷载到9000kN，通过位移升降装置控制承台沉降量25mm，通过以上装置得出的数据，分别取轴力监测仪、压力监测仪读数的平均值作为桩顶平均应力F0，桩间土平均应力F1，计算桩顶的面积记为S0＝0.2826m2，桩间土的面积S1＝2.4399m2，得到桩土荷载分担比K，分别将位移升降装置控制承台沉降量到30mm和35mm，重复以上操作，得出相应的桩土荷载比K。
表1桩土荷载分担比计算结果
因此本试验方法可以借助设置在桩顶与承台之间的位移伸缩器来实现承台的沉降控制，从而实现不同荷载、不同承台沉降量条件下的桩土荷载分担比的测定，本发明能够显著减少原位测试或模型试验的组数，操作便捷，大量减小试验工作量，降低试验成本，提高工作效率，为掌握群桩基础的工作原理，做到合理设计，具有重要意义。