一种劲性复合桩承载力测试的试验装置的制作方法

本实用新型属于基础工程中试验技术领域，具体涉及到一种劲性复合桩承载力测试的试验装置。

背景技术：

劲性复合桩是在水泥土搅拌桩初凝前将芯桩插入其中，形成共同受力的一种新的复合桩型。因此，内芯和外芯，外芯和桩周土体之间必然产生桩侧摩擦阻力，而衡量桩侧摩擦阻力主要靠侧阻力特征值，单位桩体所能承受的极限荷载力也就是最大静载试验压力除以安全系数2.0，得出的标准值。现有较常用的桩身侧阻力试验测试技术较传统，常规的方法桩身侧阻力试验方法分为两种。

一种是现场工程桩荷载试验方法是在桩身预埋置钢筋应力计，在桩顶加载竖向荷载或者水平荷载，测量桩身的轴向应力，桩顶变形和加载荷载，经过计算和分析间接得到桩身的侧阻力。此种方法最明显的缺陷是，通过桩身轴力与桩顶荷载的作差和分析得到桩身侧阻力，而不能直接测量桩土接触面的桩身侧阻力，计算中的假设会导致分析结果与实际桩身侧阻力发挥规律的误差，不能真实反映桩身侧阻力的作用规律。

另一种桩身侧阻力的测试方法是实验室内进行桩土接触面的直剪试验，这种方法可以较准确，精准的进行实验测试并监测侧阻力的变化，但是由于实验室内的桩土接触面与工程现场不符，实验结论存在误差。

因此，对现有试验方法的改进设计是十分必要的，否则势必会限制劲性复合桩的理论发展。基于此，本实用新型提出了一种劲性复合桩承载力测试的试验装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种劲性复合桩承载力测试的试验装置，克服了现有技术的不足。在室内试验的条件下，极大程度上模拟了复合桩的现场情况，并且在前人研究的基础上分析复合桩的受力方式，针对性的采用加载方式，研究出复合桩的破坏模式，为劲性复合桩的理论提供数据支撑。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种劲性复合桩承载力测试的试验装置，其特征在于：包括垫环、垫块、高强内芯、水泥土外芯、模拟土层、压力机、位移计、数据存储系统、数据线；所述位移计通过数据线与数据存储系统连接，所述压力机通过数据线与数据存储系统连接；

所述压力机包括加载系统、压力机支架，其中压力机支架包括支架底板和上部支撑框架，支架底板为圆形结构，支架底板的材质为铸铁，洛氏硬度为50-60hrc，上部支撑框架为高硬度合金材质，抗弯强度大于300kn/mm²；

所述模拟土层的直径应大于或等于水泥土外芯直径的3倍，模拟土层的种类应选择层状的软土或中硬土，模拟土层的标准贯入试验击数n值不超过80。

优选地，所述垫环的材质为铸铁，洛氏硬度为40-50hrc，垫环的外径大于或等于模拟土层的直径，垫环的内径大于或等于高强内芯的直径，且垫环的内径大于高强内芯的直径的部分不超过水泥土外芯直径与高强内芯直径之差的一半，垫环的高度为5-10cm。

优选地，所述垫块的材质为铸铁，洛氏硬度为40-50hrc，垫块的直径小于或等于高强内芯直径，且垫块的直径小于高强内芯直径的部分不超过高强内芯直径的八分之一，垫块的高度为5-10cm。

优选地，所述高强内芯的材质为混凝土，且混凝土强度等级不小于c50。

优选地，所述水泥土外芯的组成材料为普通硅酸盐水泥、土体、膨胀剂、水，其中，普通硅酸盐水泥的含量占整个劲性复合桩体积的10%-20%，膨胀剂的掺入量为水泥掺入量的0%-10%，水的掺入量为整个劲性复合桩体积的5%-20%，水泥土的无侧限抗压强度大于等于10mpa。

优选地，所述位移计为两组，每组两个，第一组安装在紧贴垫块的正方形刚性钢片上，两个位移计关于垫块中心点对称分布；第二组安装在紧贴水泥土外芯的正方形刚性钢片上，两个位移计关于水泥土外芯的中心点对称分布，刚性钢片的厚度为1-3mm，刚性钢片的边长为3-5cm，所述位移计的精度为0.001mm，量程不小于100mm。

优选地，所述模拟土层的种类可以是层状的单一淤泥质土、人工填土、粉黏土、红黏土、粉细砂、粗中砂或是多种土体的组合。

本实用新型所带来的有益技术效果：

（1）本实用新型的试验装置可以测桩身竖向侧阻力，实现了现场桩侧阻力的试验测试，克服了传统的现场荷载试验方法的间接计算推导桩身侧阻力的误差，和实验室配置桩土接触面试样的不真实试验结果。（2）竖向荷载加载系统采用了高强度可伸缩轴力杆加载，通过轴力加载单元分别控制轴力大小的方法，可以达到施加微竖向轴力增量步，精细实时调整竖向荷载的目的，同时，多个位移计可以实时监测竖向沉降，反映桩竖向侧阻力发挥的程度。（3）本实用新型的效果是该装置结构简单，使用方便，易于搬运，可重复使用，不用实际试桩，成本少，费用低，效费比高，能够模拟地基土在基桩作用下的实际受力变形状况，可在基桩设计施工前提供桩阻力相关参数，并辅助提供地基土的剪切模量、压缩模量等参数。

附图说明

图1为本实用新型劲性复合桩侧阻力测试设备的结构示意图。

图2为本实用新型劲性复合桩侧阻力测试设备中压力机的结构示意图。

其中，1-垫环；2-垫块；3-高强内芯；4-水泥土外芯；5-模拟土层；6-压力机；7-位移计；8-数据存储系统；9-数据线；10-加载系统；11-压力机支架。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

实施例1：

运用本实用新型一种劲性复合桩侧阻力测试设备进行试验，模型桩各部分的尺寸为：混凝土内芯直径为200mm，高度为500mm，水泥土外芯直径为500mm，高度为500mm。

如图1-2，一种劲性复合桩承载力测试的试验装置，其特征在于：包括垫环1、垫块2、高强内芯3、水泥土外芯4、模拟土层5、压力机6、位移计7、数据存储系统8、数据线9；所述位移计通过数据线9与数据存储系统8连接，所述压力机6通过数据线9与数据存储系统8连接；

所述压力机6包括加载系统10、压力机支架11，其中压力机支架11包括支架底板和上部支撑框架，支架底板为圆形结构，支架底板的材质为铸铁，洛氏硬度为50hrc，上部支撑框架为高硬度合金材质，抗弯强度为300kn/mm²；

所述模拟土层5的直径等于水泥土外芯4直径的3倍，模拟土层5的种类选择层状的软土，模拟土层5的标准贯入试验击数n值为40。

优选地，所述垫环1的材质为铸铁，洛氏硬度为40hrc，垫环1的外径大于或等于模拟土层5的直径，垫环1的内径大于或等于高强内芯3的直径，且垫环1的内径大于高强内芯3的直径的部分不超过水泥土外芯4直径与高强内芯3直径之差的一半，垫环1的高度为5cm。

优选地，所述垫块2的材质为铸铁，洛氏硬度为40hrc，垫块2的直径等于高强内芯3直径，垫块2的高度为5cm。

优选地，所述高强内芯3的材质为混凝土，且混凝土强度等级不小于c50。

优选地，所述水泥土外芯4的组成材料为普通硅酸盐水泥、土体、膨胀剂、水，其中，普通硅酸盐水泥的含量占整个劲性复合桩体积的12%，膨胀剂的掺入量为水泥掺入量的0.5%，水的掺入量为整个劲性复合桩体积的10%，水泥土的无侧限抗压强度等于10mpa。

优选地，所述位移计7为两组，每组两个，第一组安装在紧贴垫块2的正方形刚性钢片上，两个位移计7关于垫块2中心点对称分布；第二组安装在紧贴水泥土外芯4的正方形刚性钢片上，两个位移计7关于水泥土外芯4的中心点对称分布，刚性钢片的厚度为1mm，刚性钢片的边长为3cm，所述位移计7的精度为0.001mm，量程不小于100mm。

优选地，所述模拟土层5的种类是层状的单一淤泥质土。

实施例2：

运用本实用新型一种劲性复合桩侧阻力测试设备进行试验，模型桩各部分的尺寸为：混凝土内芯直径为250mm，高度为500mm，水泥土外芯直径为500mm，高度为500mm。

如图1-2，一种劲性复合桩承载力测试的试验装置，其特征在于：包括垫环1、垫块2、高强内芯3、水泥土外芯4、模拟土层5、压力机6、位移计7、数据存储系统8、数据线9；所述位移计通过数据线9与数据存储系统8连接，所述压力机6通过数据线9与数据存储系统8连接；

所述压力机6包括加载系统10、压力机支架11，其中压力机支架11包括支架底板和上部支撑框架，支架底板为圆形结构，支架底板的材质为铸铁，洛氏硬度为50hrc，上部支撑框架为高硬度合金材质，抗弯强度为350kn/mm²；

所述模拟土层5的直径等于水泥土外芯4直径的4倍，模拟土层5的种类选择层状的中硬土，模拟土层5的标准贯入试验击数n值为60。

优选地，所述垫环1的材质为铸铁，洛氏硬度为50hrc，垫环1的外径等于模拟土层5的直径，垫环1的内径等于高强内芯3的直径，垫环1的高度为7cm。

优选地，所述垫块2的材质为铸铁，洛氏硬度为50hrc，垫块2的直径小于高强内芯3直径，且垫块2的直径小于高强内芯3直径的部分为高强内芯3直径的十六分之一，垫块2的高度为5cm。

优选地，所述高强内芯3的材质为混凝土，且混凝土强度等级为c60。

优选地，所述水泥土外芯4的组成材料为普通硅酸盐水泥、土体、膨胀剂、水，其中，普通硅酸盐水泥的含量占整个劲性复合桩体积的15%，膨胀剂的掺入量为水泥掺入量的1%，水的掺入量为整个劲性复合桩体积的12%，水泥土的无侧限抗压强度等于10mpa。

优选地，所述位移计7为两组，每组两个，第一组安装在紧贴垫块2的正方形刚性钢片上，两个位移计7关于垫块2中心点对称分布；第二组安装在紧贴水泥土外芯4的正方形刚性钢片上，两个位移计7关于水泥土外芯4的中心点对称分布，刚性钢片的厚度为1mm，刚性钢片的边长为3cm，所述位移计7的精度为0.001mm，量程不小于100mm。

优选地，所述模拟土层5的种类是层状的粗中砂。

本实用新型一种劲性复合桩承载力测试的试验装置，在室内试验的条件下，极大程度上模拟了复合桩的现场情况，并且在前人研究的基础上分析复合桩的受力方式，针对性的采用加载方式，研究出复合桩的破坏模式，为劲性复合桩的理论提供数据支撑。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。