一種深長鉆孔灌注樁壓力測試結構及測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種深長鉆孔灌注樁壓力測試結構及測試方法，所述深長鉆孔灌注樁壓力測試結構包括固定在灌注樁上的環向主筋，設置在主筋外側的多個土壓力盒保護和固定裝置，以及用于將相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置固定連接在一起的多個土壓力盒固定裝置間連接部件；每個多個土壓力盒固定裝置間連接部件通過定位和鎖緊裝置鎖固在所述主筋外側；每個土壓力盒保護和固定裝置內裝有一個土壓力盒，且在灌注樁澆筑前安裝在深長鉆孔中時，該土壓力盒分別與灌注樁外壁面和樁側土保持可靠接觸。本發明易于實施，操作簡單、效果良好、造價低，且適用范圍廣。
【專利說明】
一種深長鉆孔灌注樁壓力測試結構及測試方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種深長鉆孔灌注粧壓力測試結構及測試方法，屬于建筑結構測試領域。
【背景技術】
[0002]粧是主要用于承擔上部荷載并滿足一定豎向位移要求的一種常用基礎型式。實現粧基的承載能力主要通過粧端支承力和粧側摩阻力。當地層巖性不理想時，如深厚軟土地層，較難以獲得可靠的粧端支承力，故通過加大粧的直徑和長度來換取更大的粧側摩阻力。影響粧側摩阻力大小性能的2個關鍵因素即為粧側土壓力和粧土之間的摩擦性能，對于后者可容易采用室內試驗的辦法來得到。另外，當粧基用于加固邊坡時，其作用于邊坡上的抗滑力主要源于粧側土壓力。由此，掌握粧側土壓力是判斷粧基承載性能的重要依據，并可以此反映粧土之間的作用模式，以及驗算粧基自身強度。
[0003]為了獲取粧側土壓力，目前常采用如下幾種方法:
(1)理論分析，對粧側土壓力的分布模式進行簡單假設，然后通過力學關系來求解粧側土壓力的大小；
(2)數值模擬，建立粧土作用模型，選取粧土合理的力學和變形參數，通過數值求解來獲得粧側土壓力的大小；
(3)人工預埋土壓力盒，按照一定間距在粧側埋設土壓力盒元件，通過連續或間斷監測獲取真實的粧側土壓力大小。如中國專利CN204728297U公開的一種鉆孔埋設土壓力盒裝置，其包括帶孔L型鋁合金、連接板、固定盒、護線管、加強橫肋，帶孔L型鋁合金與連接板通過螺栓組合成土壓力盒埋設裝置框架并間隔設有加強橫肋，固定盒兩側設有卡扣與帶孔L型鋁合金上的卡扣孔連接，土壓力盒設于固定盒內，護線管位于帶孔L型鋁合金內并通過導線入口連接至固定盒。
[0004]然而，理論分析和數值模擬方法對無法反應粧的真實工作狀態，獲得的粧側土壓力只為近似解，且存在偏離實際的情況，另外，人工預埋土壓力盒僅適用于短粧及便于人工活動的粧基類型，如人工挖孔灌注粧。
[0005]現有大直徑深長灌注粧其長度已超過50m，穿過的地層均存在不確定性，采用上述三種方法均無法滿足獲取準確的粧側土壓力。因此，在這種情況下，迫切需求一種能利用大直徑深長灌注粧的特點來準確有效獲得粧側土壓力的測試裝置和測試方法。
【發明內容】
[0006]本發明旨在提供一種深長鉆孔灌注粧壓力測試結構及測試方法，該測試結構利用大直徑深長灌注粧的特點來準確有效獲得粧側土壓力，且易于實施，操作簡單、效果良好、造價低、適用范圍廣。
[0007]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:
一種深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其結構特點是，包括固定在灌注粧上的環向主筋，設置在主筋外側的多個土壓力盒保護和固定裝置，以及用于將相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置固定連接在一起的多個土壓力盒固定裝置間連接部件;每個多個土壓力盒固定裝置間連接部件通過定位和鎖緊裝置鎖固在所述主筋外側，各土壓力盒保護和固定裝置、土壓力盒固定裝置間連接部件和定位和鎖緊裝置之間固定相連而形成環繞在主筋外側的環狀部件;每個土壓力盒保護和固定裝置內裝有一個土壓力盒，且在深長鉆孔中澆筑成形灌注粧時，該土壓力盒分別與灌注粧外壁面和粧側土保持可靠接觸。
[0008]根據本發明的實施例，還可以對本發明作進一步的優化，以下為優化后形成的技術方案:
作為一種具體的連接部件的結構形式，所述土壓力盒固定裝置間連接部件包括分別與相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置固定相連的主板，以及設置在兩個主板內外側的兩塊副板;所述兩個主板通過兩塊副板和緊固件固定相連。
[0009]為了方便根據成粧尺寸調整環狀部件的半徑，所述兩個主板的端部之間具有間隙。
[0010]作為一種具體的定位與鎖緊結構形式，所述定位和鎖緊裝置包括主板、設置在主板外側的立板和設置在主筋內側的立板;所述主板和所述立板之間通過緊固件固定連接在一起。
[0011]根據本發明的實施例，所述土壓力盒保護和固定裝置包括兩個半圓柱型殼體，兩個半圓柱型殼體相對設置而形成安裝土壓力盒的通孔狀的安裝空間。
[0012]為了保證土壓力盒在安裝過程中不發生移動，所述半圓柱型殼體內壁面與土壓力盒之間設有柔性填充材料。柔性填充材料優選為塑料泡沫。
[0013]所述環狀部件的中心到土壓力盒外緣的距離與深長鉆孔的半徑一致。
[0014]為了提高監測數據的完整性，在灌注粧的水平監測斷面上沿路線方向和垂直于路線方向各布置多個土壓力盒。
[0015]基于同一個發明構思，本發明還提供了一種利用所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構進行灌注粧壓力測試的方法，其包括如下步驟:
SI在水平監測斷面上沿路線方向和垂直于路線方向各布置多個土壓力盒，并按照設計規范將土壓力盒裝入土壓力盒保護和固定裝置中；
S2通過土壓力盒固定裝置間連接部件將相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置進行連接，并固定于同一水平斷面上形成環狀部件，該環狀部件的中心到土壓力盒外緣的距離與深長鉆孔的半徑相同；
S3通過定位和鎖緊裝置將已連接好的土壓力盒保護和固定裝置與設定斷面的鋼筋籠外側的主筋進行定位和鎖緊，然后順著主筋方向將土壓力盒的測試導線固定并引出，并由測試位置和布置方向對各土壓力盒進行依次編號；
S4將預制的鋼筋籠放置于深長鉆孔內，并將鋼筋籠定位于鉆孔中心位置，再灌注混凝土，振搗密實使得各土壓力盒與灌注粧外壁面和粧側土保持可靠接觸；
S5根據規范對粧側土壓力進行監測，并進行數據處理后獲取不同時期粧側土壓力數據。
[0016]步驟S3中，在每套土壓力盒保護和固定裝置的左右兩側各安裝一套定位和鎖緊裝置。
[0017]藉由上述結構，本發明基于大直徑深長灌注粧的設計特點，并根據監測要求，開發土壓力盒的固定保護及鎖緊裝置，并配套將其固定于相應鋼筋籠位置處的外排鋼筋架上，實現多點多向定距采集粧側土壓力數據，并滿足測試裝置的通用性。
[0018]與現有技術相比，本發明徹底解決了大直徑深長灌注粧粧側土壓力數據的獲取問題，且測試方法的組成結構裝置上存在如下特征:
I) 土壓力盒保護和固定裝置由2塊大小和形狀均一致的半圓柱體外殼組成，便于模型化制作，且半圓柱體外殼側面和底面擋板均可對土壓力盒形成保護作用，同時，兩個半圓柱體外殼之間留有一定空隙便于應對土壓力盒尺寸存在的設計差異。
[0019]2) 土壓力盒固定裝置間連接部件由土壓力盒保護和固定裝置中半圓柱體外殼側面的主板和2塊單獨副板組成，便于在粧基同一斷面上安裝多個土壓力盒裝置，實現粧基粧側土壓力的多點多向監測，且不同土壓力盒固定裝置間主板留有孔隙，可適應鉆孔粧直徑的施工偏差。
[0020]3)定位和鎖緊裝置由2塊單獨立板和主筋連接部件組成，主板內側的立板與主筋連接部件形成鎖緊系統，主板內外側的立板形成定位系統，這2個系統的部件均易拆易裝，可依據鋼筋主筋的位置對連接部件進行定位和鎖緊，且不限定土壓力盒在監測斷面上的位置，能實現對粧基粧側土壓力的定距監測。
[0021]總之，本發明的測試結構和測試方法可實現多點多向定距采集粧側土壓力數據，并滿足測試裝置的通用性。同時，本發明易于實施，操作簡單、效果良好、造價低，且適用范圍廣。
[0022]
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步闡述。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明一個實施例的結構原理圖；
圖2為本發明所述土壓力盒保護和固定裝置的結構示意圖；
圖3是圖2的前視圖；
圖4是圖2的a_a#曬圖；
圖5是本發明所述土壓力盒鎖緊裝置間連接部件的結構示意圖；
圖6是圖5的前視圖；
圖7是圖5的左視圖；
圖8是本發明所述定位和鎖緊裝置的結構示意圖。
[0024]圖9是圖8的前視圖；
圖10是圖8的左視圖；
在圖中
1、鉆孔灌注粧;2、鋼筋籠;3、主筋;4、土壓力盒;5、土壓力盒保護和固定裝置;6、土壓力盒固定裝置間連接部件;7、定位和鎖緊裝置;8、主板;9、副板;10、立板;11、螺釘;12、螺栓。
【具體實施方式】
[0025]一種大直徑深長鉆孔灌注粧粧側土壓力測試裝置，如圖1所示，主要由土壓力盒保護和固定裝置、土壓力盒固定裝置間連接部件及定位和鎖緊裝置這3個構造裝置或部件來實現;所述土壓力盒保護和固定裝置由2塊大小和形狀均一致的半圓柱體外殼組成;所述土壓力盒固定裝置間連接部件由設置在半圓柱體外殼側面的主板和2塊單獨副板組成;所述的定位和鎖緊裝置由2塊單獨立板和主筋連接部件組成。
[0026]其中，土壓力盒保護和固定裝置、土壓力盒固定裝置間連接部件及定位和鎖緊裝置均采用螺栓進行鎖定，對于土壓力盒保護和固定裝置，當土壓力盒進行固定時半圓柱體外殼之間留有一定空隙便于應對土壓力盒尺寸存在的設計差異，對于土壓力盒固定裝置間連接部件，當主板進行連接時主板間留有孔隙以便適應鉆孔粧直徑的施工偏差，對于定位和鎖緊裝置，該構件易拆易裝，能依據鋼筋主筋的位置對連接部件進行定位和鎖緊。
[0027]如圖2-10所示，所述土壓力盒4放置于土壓力盒保護和固定裝置5內；土壓力盒保護和固定裝置5通過主板8和副板9由土壓力盒固定裝置間連接部件6進行連接;土壓力盒保護和固定裝置5通過主板8和立板10由連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置7進行鎖定。所述土壓力盒保護和固定裝置5由螺釘11和螺栓12進行固定。所述土壓力盒固定裝置間連接部件6由螺釘11和螺栓12進行連接。所述土壓力盒固定裝置間連接部件6可使主板8保持一定空隙，以便應對鉆孔粧施工偏差。所述連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置7由螺釘11和螺栓12進行鎖定。所述連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置7易拆易裝，可依據主筋3的位置對土壓力盒固定裝置間連接部件6進行定位和鎖緊，且不限定土壓力盒4在監測斷面上的位置。
[0028]上述測試裝置的操作方法包括如下步驟:
I在水平監測斷面上沿路線方向和垂直于路線方向各布置2個土壓力盒，并按照規范方法將其裝入土壓力盒保護和固定裝置；
2通過土壓力盒鎖緊裝置間連接部件將相鄰的2套土壓力盒保護和固定裝置進行連接，并固定于同一水平斷面上，同時，根據成粧尺寸，決定是否在主板之間預留空隙，并最終形成環狀部件，其環狀部件的中心到土壓力盒外緣的距離與粧孔半徑相同；
3通過連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置將已連接好的土壓力盒保護和固定裝置與設定斷面鋼筋籠外側主筋進行定位和鎖緊，并在每套土壓力盒保護和固定裝置的左右兩側主板上各安裝一套連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置，然后順著主筋方向將土壓力盒測試導線綁扎并引出，并由測試位置和布置方向對土壓力盒進行依次編號；
4將預制的鋼筋籠放置于鉆孔內，并將鋼筋籠定位于鉆孔中心位置，再灌注混凝土，振搗密實使得土壓力盒與粧、土接觸可靠。
[0029]以下以兩個具體實例來闡述本發明:
實施例1:
參見圖1、圖2、圖3和圖4所示的大直徑深長鉆孔灌注粧粧(包括鉆孔灌注粧1、鋼筋籠2和主筋3)及測試方法組成裝置(土壓力盒4、土壓力盒保護和固定裝置5、土壓力盒鎖緊裝置間連接部件6、連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置7、主板8、副板9、立板10、螺釘11和螺栓12)，粧長80m，粧側土依次分別為淤泥質粉質黏土、粉土、粉砂和粉質粘土，其中，淤泥質粉質黏土厚達16m，粉土厚達34m，粉砂厚達5m，粉質粘土厚達25m，粧基設計為摩擦粧，且承受較為大豎向荷載，粧基機械鉆孔施工，地面預制鋼筋籠，并灌注混凝土成粧。所述測試裝置包括土壓力盒4、土壓力盒保護和固定裝置5、土壓力盒鎖緊裝置間連接部件6及連接部件與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置7;所述土壓力盒4在每個水平斷面上布置4個，分別沿路線方向布置2個和垂直于路線方向布置2個，且沿粧長度方向每隔1m布置一個監測斷面;根據規范方法將這4個土壓力盒4裝入土壓力盒保護和固定裝置5內；采用連接部件6及其與鋼筋籠主筋定位和鎖緊裝置7將土壓力盒保護和固定裝置5按設計要求固定于鋼筋籠2外側主筋3上;將預制鋼筋籠2下放至粧基內，并將土壓力盒4測試導線引至地面，對其依次進行編號。安裝時注意檢查土壓力盒4是否固定，且定位是否準確，并對土壓力盒4的底面、側面和頂面進行保護，灌注混凝土時應振搗密實，保證土壓力盒4與粧、土接觸良好。
[0030]實施例2
(1)按照《建筑粧基檢測技術規范》(JGJ106-2003)的規定，根據傳感器技術和環境特性，選擇適合的土壓力盒傳感器，按照《建筑基坑工程監測技術規范》(GB 50497-2009)選擇土壓力盒的量程范圍以及測量精度和分辨率；
(2)按照《建筑基坑工程監測技術規范》(GB50497-2009)規定將土壓力盒裝入土壓力盒保護和固定裝置，首先，在半圓柱體外殼底面設有薄膜對土壓力盒底面進行保護，并能與粧側混凝土形成良好接觸，也不至混凝土澆筑時進入土壓力盒保護和固定裝置內，其次，在對半圓柱體外殼側面進行鎖緊前，將土壓力盒與半圓柱體外殼側面之間的孔隙采用塑料泡沫充填，然后再進入鎖緊程序，最后，用小型編織袋裝入一定量的沙子壓實密封，并綁扎在土壓力盒頂面以保護土壓力盒頂面，并可與粧側土形成良好接觸；
(3)沿路線方向(或邊坡滑動方向)以及垂直路線方向(或邊坡滑動方向)各預埋2個土壓力盒，共計4個土壓力盒以及4套土壓力盒保護和固定裝置，然后，通過副板采用螺栓擰緊的方式將相鄰的2套土壓力盒保護和固定裝置進行連接，并根據成粧尺寸，決定是否在主板之間預留空隙，最終形成環狀部件，其環狀部件的中心到土壓力盒外緣的距離與粧孔半徑相同，最后檢查連接部件是否牢固可靠；
(4)根據預制鋼筋籠的進度，按照設計間距布置監測斷面，將已連接好的土壓力盒保護和固定裝置通過立板與設定斷面鋼筋籠外側主筋進行定位和鎖緊，為了使土壓力盒可長期有效工作，在每套土壓力盒保護和固定裝置的左右兩側主板上各安裝一套立板和主筋連接部件，共計8套，然后順著主筋方向將土壓力盒測試導線綁扎并引出，并由測試位置和布置方向對土壓力盒進行依次編號；
(5)在鉆孔內放置預制的鋼筋籠，并將鋼筋籠定位于鉆孔中心位置，再灌注混凝土，振搗密實使得土壓力盒與粧、土接觸可靠，然后，依據《建筑基坑工程監測技術規范KGB50497-2009)規定對粧側土壓力進行定期監測，并進行數據處理獲取不同時期粧側土壓力數據。
[0031]上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發明，而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍。
【主權項】
1.一種深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，包括固定在灌注粧(I)上的環向主筋(3)，設置在主筋(3)外側的多個土壓力盒保護和固定裝置(5)，以及用于將相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置(5)固定連接在一起的多個土壓力盒固定裝置間連接部件(6);每個多個土壓力盒固定裝置間連接部件(6)通過定位和鎖緊裝置(7)鎖固在所述主筋(3)外側，各土壓力盒保護和固定裝置(5)、土壓力盒固定裝置間連接部件(6)和定位和鎖緊裝置(7)之間固定相連而形成環繞在主筋外側的環狀部件;每個土壓力盒保護和固定裝置(5)內裝有一個土壓力盒(4)，且在深長鉆孔中澆筑成形灌注粧(I)時，該土壓力盒(4)分別與灌注粧(I)外壁面和粧側土保持可靠接觸。2.根據權利要求1所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，所述土壓力盒固定裝置間連接部件(6)包括分別與相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置(5)固定相連的主板(8)，以及設置在兩個主板(8)內外側的兩塊副板(9);所述兩個主板(8)通過兩塊副板(9)和緊固件固定相連。3.根據權利要求2所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，所述兩個主板(8)的端部之間具有間隙。4.根據權利要求1-3之一所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，所述定位和鎖緊裝置(7)包括主板(8)、設置在主板(8)外側的立板(10)和設置在主筋內側的立板(10);所述主板(8)和所述立板(10)之間通過緊固件固定連接在一起。5.根據權利要求1-3之一所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，所述土壓力盒保護和固定裝置(5)包括兩個半圓柱型殼體，兩個半圓柱型殼體相對設置而形成安裝土壓力盒(4)的通孔狀的安裝空間。6.根據權利要求1-3之一所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，所述半圓柱型殼體內壁面與土壓力盒(4 )之間設有柔性填充材料。7.根據權利要求1-3之一所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，所述環狀部件的中心到土壓力盒外緣的距離與深長鉆孔的半徑一致。8.根據權利要求1-3之一所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構，其特征在于，在灌注粧(I)的水平監測斷面上沿路線方向和垂直于路線方向各布置多個土壓力盒(4)。9.一種利用權利要求1-8之一所述的深長鉆孔灌注粧壓力測試結構進行灌注粧壓力測試的方法，其特征在于，包括如下步驟: SI在水平監測斷面上沿路線方向和垂直于路線方向各布置多個土壓力盒(4)，并按照設計規范將土壓力盒(4)裝入土壓力盒保護和固定裝置(5)中； S2通過土壓力盒固定裝置間連接部件(6)將相鄰兩個土壓力盒保護和固定裝置(5)進行連接，并固定于同一水平斷面上形成環狀部件，該環狀部件的中心到土壓力盒(4)外緣的距離與深長鉆孔的半徑相同； S3通過定位和鎖緊裝置(7)將已連接好的土壓力盒保護和固定裝置(5)與設定斷面的鋼筋籠外側的主筋進行定位和鎖緊，然后順著主筋方向將土壓力盒(4)的測試導線固定并引出，并由測試位置和布置方向對各土壓力盒(4)進行依次編號； S4將預制的鋼筋籠放置于深長鉆孔內，并將鋼筋籠定位于鉆孔中心位置，再灌注混凝土，振搗密實使得各土壓力盒(4)與灌注粧(I)外壁面和粧側土保持可靠接觸； S5根據規范對粧側土壓力進行監測，并進行數據處理后獲取不同時期粧側土壓力數據。10.根據權利要求9所述的利用深長鉆孔灌注粧壓力測試結構進行灌注粧壓力測試的方法，其特征在于，步驟S3中，在每套土壓力盒保護和固定裝置(5)的左右兩側各安裝一套定位和鎖緊裝置(7)。
【文檔編號】E02D33/00GK105887943SQ201610256050
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】鄧東平, 李亮, 趙煉恒
【申請人】中南大學