专利名称：一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种工程桩的侧壁冻结力测试装置及其使用方法，特别是涉及一种冻 土地区桩侧壁冻结力测试装置及其使用方法。
背景技术：
冻土地区，尤其是多年冻土区内的桩侧摩阻力主要来自桩侧与冻土之间的冻结强 度，目前工程模型试验通常是利用土压力盒测出模型桩所受的侧向压力，然后依照经验公 式换算出桩侧壁冻结力，这种方法的准确性依赖于地区经验，而且试验的可操作性比较困 难，测出的桩侧壁冻结力与实际情况相差较大，其试验结果无法直接用于桩基础设计，如何 准确测量冻土地区桩侧壁冻结力已经成为一个工程上的难题，所以迫切需要研发一种可以 准确测量冻土地区桩侧壁冻结力测试装置。发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装 置及其使用方法，解决现有技术中冻土地区桩侧壁冻结力测试结果不准确的问题。
本发明所采用的技术方案有一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，包括模型桩， 所述模型桩设置于制冷管盘内部，一端伸出制冷管盘与变形计相连，另一端穿过试样进入 保温带，模型桩底部设有压力计，压力计设置于千斤顶之上；变形计通过螺栓固定在支架 上，并通过数据线与数采仪相连；制冷管盘内填充试样，试样内部埋设温度传感器，温度传 感器通过数据线与数采仪相连；制冷管盘上设置有冷能输送管，冷能输送管与制冷机连接， 制冷管盘周围设置保温带。
所述模型桩是素混凝土桩或者钢筋混凝土桩。
所述保温带为用塑料袋装着的保温板碎末或者保温发泡层。
所述制冷管盘的直径为15-20mm。
所述温度传感器的垂直间距为30_40mm。
所述保温带的厚度为50_70mm。
所述模型桩直径为50-80mm，长度为400-600mm。
一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置的使用方法，包括以下步骤
(I) 土样制备；用电子称测量试样重量，并根据试样的含水率，用喷壶在试样上面 均匀喷洒水并搅拌均匀；
(2)用塑料软管将冷能输送管与制冷机连接，制冷管盘通过透明胶粘在两层有机 玻璃之间；
( 3 )将步骤(I)配制好的试样铺设在有机玻璃内，在指定位置将温度传感器埋在试 样中，并逐层用小铁锤将试样振捣密实，将保温带包裹在有机玻璃外侧；
(4)将模型桩插在试样中间，模型桩的下部穿过试样进入保温带，变形计放在模型 桩顶部，并且通过支架固定牢固；
(5)将千斤顶固定在钢骨架上，将压力计固定在千斤顶的顶部和模型桩的底部；
(6)将数采仪与温度传感器及变形计之间用数据线连接起来，用数据线将电脑与 数采仪之间连接起来；
(7)启动制冷机，设置温度值，对试样进行制冷工作；
(8)利用事先装好的千斤顶对模型桩施加上顶力；
(9)启动采集系统，对试样温度、模型桩侧变形及千斤顶的上定力进行采集，当变 形值达到极限值终止千斤顶的加载，即完成一次试验。
所述步骤(I)试样搅拌的时间不低于10分钟，搅拌均匀后，用保鲜膜将土样包严 实，静放12小时以上。
所述步骤(3)试样压密系数不小于O. 92。
该装置的工作原理是制冷机产生冷能，通过冷能输送管和制冷管盘使试样的温 度达到土体的冻结温度，使模型桩侧壁和试样之间产生冻结力，然后通过千斤顶对模型桩 施加上顶力，使模型桩和试样之间发生相对变形，当模型桩的变形达到极限值所对应的上 顶力就是最终所测桩的侧向冻结力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
1、从原理上符合测量桩侧冻结力的条件即使桩侧和试样(土层)之间发生相对位 移；2、利用人工制冷可以使土层达到不同的温度并且通过温度传感器等进行实施监测，从 而可以模拟各种地温工况下桩侧与土层的冻结力；3、通过千斤顶可以对模型桩实施上顶 力，并且通过压力计和变形计可以实时监测桩侧上顶力的大小和桩侧的变形，来精确确定 桩侧的冻结力的大小。
图1为本发明冻土地区桩侧壁冻结力测试装置结构示意图中1-模型桩，2-制冷管盘，3-变形计，4-压力计，5-千斤顶，6_数采仪，7_支 架，8-试样，9-温度传感器，10-冷能输送管，11-制冷机，12-保温带，13-钢骨架，14-电脑， 15-有机玻璃。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明冻土地区桩侧负摩阻力测试装置，包括模型桩1，所述模型桩I 设置于制冷管盘2内部，一端伸出制冷管盘2与变形计3相连，模型桩I底部设有压力计4， 压力计4设置于千斤顶5之上；变形计3通过螺栓固定在支架7上，并通过数据线与数采仪 6相连；制冷管盘2内填充试样8，试样8内部埋设温度传感器9，温度传感器9通过数据线 与数采仪6相连；制冷管盘2上设置有冷能输送管10，冷能输送管10与制冷机11连接，制 冷管盘2周围设置保温带12。
模型桩I可以是素混凝土桩，也可以是钢筋混凝土桩。
保温带12可以是用塑料袋装着的保温板碎末，也可以是保温发泡层。
测试装置的组装方法包括(I)试样制备。用电子称测量试样8重量，并根据试样 的含水率，用喷壶在试样上面均匀喷洒水，边喷边搅拌均匀，搅拌的时间不低于10分钟，搅拌均匀后，用保鲜膜将土样包严实，静放12小时以上，以使试样含水均匀达到饱和。(2)用 塑料软管将冷能输送管10与制冷机11连接，接头处首先用胶水粘一遍，再用塑料包裹严 实，以免损失冷能，然后将冷能输送管10插入制冷管盘2，并且通过透明胶缠绕牢固，制冷 管盘2通过透明胶一圈一圈的粘在两层有机玻璃15之间，制冷管盘2的直径为15-20_。(3)将事先配制好的试样一层一层铺设在有机玻璃15内，在指定位置将温度传感器9埋在 试样8中，温度传感器9的垂直间距为30-40mm，并逐层用小铁锤将试样振捣密实，压密系数 不小于O. 92，将保温板碎末装在塑料袋中，然后将塑料带包裹在有机玻璃外侧形成保温带 12,保温带的厚度为50-70mm。(4)将模型桩插I在试样8中间,顶部入土深度小于IOmm,模 型桩的直径为50-80mm，长度为400-600mm. (5)将变形计3放在模型桩I顶部，并且通过支 架7固定牢固。(6)将千斤顶5固定在钢骨架13上，将压力计4固定在千斤顶5的顶部和 模型桩I的底部。(7)将数采仪6与温度传感器9及变形计3之间用数据线连接起来，用数 据线将电脑14与数采仪6之间连接起来。(8)启动制冷机11，设置温度值，对试样8进行 制冷工作。(9)利用事先装好的千斤顶5对模型桩I施加上顶力。(10)启动采集系统，对 试样温度、模型桩侧变形及千斤顶的上定力进行采集，当变形值达到极限值终止千斤顶的 加载，即完成一次试验。
本发明装置中模型桩的作用是模拟实际工程中的桩，试样的作用是模拟实际工程 中桩周围的土层，制冷机的作用是产生试样冻结的冷能，冷能输送管的作用是输送制冷机 产生的冷能，制冷管盘的作用是将冷能输送管传来的冷能均匀的输入到试样中，保温带的 作用是减少或避免冷能扩散到空气中，温度传感器是实时监测试样的温度，确定什时候试 样发生冻结，变形计的作用是实时监测模型桩的竖向变形，压力计是实时监测模型桩桩侧 的上顶力的大小，数采仪的作用是实时采集试样温度和模型桩的变形信息，电脑的作用是 最终处理数采仪的所采集的信息，支架的作用是固定变形计，确保变形计稳定，钢骨架的作 用是固定千斤顶。
尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施 方式，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本 发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多变 形，这些均属于本发明的保护之列。
权利要求
1.一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，包括模型桩，其特征在于，所述模型桩设置于制冷管盘内部，一端伸出制冷管盘与变形计相连，另一端穿过试样进入保温带，模型桩底部设有压力计，压力计设置于千斤顶之上；变形计通过螺栓固定在支架上，并通过数据线与数采仪相连；制冷管盘内填充试样，试样内部埋设温度传感器，温度传感器通过数据线与数采仪相连；制冷管盘上设置有冷能输送管，冷能输送管与制冷机连接，制冷管盘周围设置保温带。
2.根据权利要求1所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，其特征在于，所述模型桩是素混凝土桩或者钢筋混凝土桩。
3.根据权利要求1所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，其特征在于，所述保温带为用塑料袋装着的保温板碎末或者保温发泡层。
4.根据权利要求1所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，其特征在于，所述制冷管盘的直径为15_20mm。
5.根据权利要求1所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，其特征在于，所述温度传感器的垂直间距为30-40mm。
6.根据权利要求1所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，其特征在于，所述保温带的厚度为50-70mm。
7.根据权利要求1所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置，其特征在于，所述模型桩的直径为50-80mm,长度为400-600mm。
8.—种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤(1)土样制备；用电子称测量试样重量，并根据试样的含水率，用喷壶在试样上面均匀喷洒水并搅拌均匀；(2)用塑料软管将冷能输送管与制冷机连接，制冷管盘通过透明胶粘在两层有机玻璃之间；(3)将步骤(I)配制好的试样铺设在有机玻璃内，在指定位置将温度传感器埋在试样中，并逐层用小铁锤将试样振捣密实，将保温带包裹在有机玻璃外侧；(4)将模型桩插在试样中间，模型桩的下部穿过土样进入保温带，变形计放在模型桩顶部，并且通过支架固定牢固；(5)将千斤顶固定在钢骨架上，将压力计固定在千斤顶的顶部和模型桩的底部；(6)将数采仪与温度传感器及变形计之间用数据线连接起来，用数据线将电脑与数采仪之间连接起来；(7)启动制冷机，设置温度值，对试样进行制冷工作；(8)利用事先装好的千斤顶对模型桩施加上顶力；(9)启动采集系统，对试样温度、模型桩侧变形及千斤顶的上定力进行采集，当变形值达到极限值终止千斤顶的加载，即完成一次试验。
9.根据权利要求8所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置的使用方法，其特征在于，所述步骤(I)试样搅拌的时间不低于10分钟，搅拌均匀后，用保鲜膜将土样包严实，静放12小时以上。
10.根据权利要求8所述冻土地区桩侧壁冻结力测试装置的使用方法，其特征在于，所述步骤(3)试样压密系数不小于O. 92。
全文摘要
本发明公开了一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置及其使用方法，包括模型桩，所述模型桩设置于制冷管盘内部，一端伸出制冷管盘与变形计相连，模型桩底部设有压力计，压力计设置于千斤顶之上；变形计通过螺栓固定在支架上，并通过数据线与数采仪相连；制冷管盘内填充试样，试样内部埋设温度传感器，温度传感器通过数据线与数采仪相连；制冷管盘上设置有冷能输送管，冷能输送管与制冷机连接，制冷管盘周围设置保温带。本发明利用人工制冷可以使土层达到不同的温度并且通过温度传感器等进行实施监测，从而可以模拟各种地温工况下桩侧与土层的冻结力来精确确定桩侧的冻结力的大小。
文档编号E02D33/00GK103061361SQ201310004478
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者柴艳飞, 王存贵, 余流, 张云富, 陆海英, 黄克起, 方杰, 高璞, 朱芳 申请人:中国建筑第六工程局有限公司