一种适用于振冲碎石桩的监测辅助装置的制作方法

1.本实用新型涉及建筑桩基承载力检测领域，尤其是一种适用于振冲碎石桩的监测辅助装置。


背景技术：

2.在近半个世纪的振冲碎石桩复合地基方法加固软土地基工程实践中，软土、砂土等软弱地基采取振冲碎石桩的方法使其地基承载力得到加强。对于振冲碎石桩最为重要的是对其承载力的检测，目前，对于单桩以及复合地基的承载力普遍采用静载荷试验法。
3.桩基静载荷试验是最接近于建筑物施工完毕后桩基受荷状态的一种试验方法，它模拟了在长期荷载作用下的桩身压缩变形和桩身位移的变化情况，甚至桩周土层发生的相应变化，是目前国内外公认的最为直观、有效的测试单桩承载力的一种方法，但压重物不仅体积大，操作效率低，对交通运输和机械设备施工要求高，而且危险性高，易发生安全事故。
4.锚桩法静载试验主要利用反力架和锚桩/锚索所提供的反力进行试验，主要由反力架、锚桩/锚索、千斤顶等构件构成，当千斤顶在对试桩施加压力时，千斤顶会对反力架产生向上的集中力，反力架将该集中力以向上的拉拔力形式均匀分布在各锚桩/锚索上。因此锚桩法静载试验无需使用堆载块，避免了重物堆载过程中繁重的加载卸载过程，反力架可随时随地组装，组装成本低，尤其对于特大吨位试桩，可节约试验所需空间、时间等。
5.振冲碎石桩与灌注桩不同，碎石桩桩体没有粘结力，其承载力是依靠周围土体的侧限阻力保持其形状并承受荷载的。散体材料桩的承载力除与桩身材料有关外，主要取决于桩周围土体的侧限能力。因此无法像灌注桩那样提供反力并通过锚桩法对试桩施加压力以进行静载试验。另一方面由于碎石桩在施工过程中振冲器所产生的振冲力较大，很难在桩身内埋置传感器，对于导线的埋置更加困难，因此对于碎石桩的检测往往是通过桩顶，缺少对桩身的质量的检测。
6.针对以上的工程问题，需要一种适用于振冲碎石桩检测装置，以解决工程中碎石桩无法提供反力以进行静载试验的局限性，并同时对桩身的应力大小以及孔隙水压力进行监测。


技术实现要素：

7.本实用新型根据现有技术的不足公开了一种适用于振冲碎石桩的监测辅助装置。本实用新型目的是提供一种适用于振冲碎石桩监测辅助装置，以解决振冲碎石桩只能采用堆载法进行单桩承载力检测的问题，缩短试验所需要的时间，节省成本，减少静载试验所需要的空间；同时，本实用新型解决了传感器无法埋置在振冲碎石桩桩身内的问题，实现对桩身指定位置应力大小、孔隙水压力大小，以判断地下水的上浮力对碎石桩的影响。
8.本实用新型通过以下技术方案实现：
9.适用于振冲碎石桩的监测辅助装置，辅助装置用于辅助锚桩法对振冲碎石桩监测，其特征在于：辅助装置由钢绞线串联多级阻拦件构成；
10.所述钢绞线平行设置两根并穿过间隔设置的各级阻拦件，各级阻拦件之间的钢绞线长度相同构成钢绞线拉直状态下各阻拦件平行布置；
11.每级阻拦件至少包括垫板和垫板下方的双孔锚具，垫板和双孔锚具中部均设置两钢绞线穿孔；其中，双孔锚具的两钢绞线穿孔均为正锥形孔，钢绞线穿孔部套装锥形孔匹配结构的锥形夹片与锥形孔预紧固定。
12.进一步所述钢绞线是多钢丝缠绕钢绞线，钢绞线芯穿设各传感器导线。
13.进一步所述多级阻拦件至少在最底末端一级设置环形压力传感器，环形压力传感器中部穿过钢绞线并固定位于垫板与双孔锚具之间，环形压力传感器通过导线与信息采集仪器联接。
14.进一步所述多级阻拦件最高一级设置孔隙水压计，孔隙水压计设置于垫板上表面两钢绞线之间、另两侧设置用于保护的挡板，孔隙水压计通过导线与信息采集仪器联接。
15.本实用新型垫板直径小于振冲器翼缘与桩壁之间的距离、大于振冲碎石桩所用石料直径。
16.各级阻拦件垫板之间的钢绞线长度小于等于2米。
17.本实用新型锥形夹片是两片组合结构，组合后形成的内孔径小于钢绞线直径，内孔壁布设锯齿纹。
18.本实用新型多级阻拦件中最底一级阻拦件的埋深可由以下方法确定：
19.根据静载试验所需施加最大的压力，计算出每个锚桩所应提供最大拉拔力大小，得出一根辅助装置抗拔力设计值f；获取现场地质勘察报告确定土层重度γ，并确定土体自重应力分布图，根据桩体摩擦系数φ和土侧压力系数k，由下式(1)确定负摩阻力大小；
20.α＝k*tanφ*σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
21.式中：α—桩侧负摩阻力标准值，k—土侧压力系数，φ—土有效内摩擦角，σ—土竖向有效应力；
22.由下式(2)得出辅助装置设计埋置深度x；
[0023][0024]
式中：h1—土层厚度，r—垫板半径，f
max
—辅助装置设计最大抗拔力。
[0025]
本实用新型能够根据施工现场的地质勘察报告确定摩擦系数、土层重度等参数，根据相应的计算公式确定所述钢绞线长度，以及阻拦件个数。通过双孔锚具将两根钢绞线以及垫板组合一个整体，根据振冲碎石桩的施工工艺埋置在桩体内，以提供锚桩法静载试验所需要的反力。通过在钢绞线端部设置阻拦件以产生一定的端阻力，增大钢绞线所能提供的最大反力大小，满足锚桩法静载试验的要求。钢绞线中间钢丝穿设导线代替，导线被外面六根钢丝包裹，可避免所述导线在碎石桩内磨损。导线可通过两根钢丝之间的缝隙穿出，与信息采集仪器进行连接。
[0026]
根据需要，至少在底端一级阻拦件双孔锚具与所述垫板之间设置一环形压力传感器，可用于采集桩体成型后水平面上的应力大小，以判断振冲碎石桩成桩质量。
[0027]
根据需要，在上端一级阻拦件的垫板上方沿平行于钢绞线方向焊接两块挡板，在挡板以及两根钢绞线形成的封闭区域内设置孔隙水压计，孔隙水压计可用于检测桩身孔隙水压力变化情况，以判断桩身所受地下水的影响情况。
[0028]
本实用新型钢绞线的埋置深度由垫板设置数量确定，垫板的尺寸根据现场振冲器与桩壁之间缝隙宽度确定，垫板之间的距离为固定值。确定垫板直径之后，根据相应的计算公式确定两块垫板之间所能提供的摩擦阻力大小，根据单各辅助装置应提供的抗拔力大小确定阻拦件设置数量，进而确定反辅助装置埋置深度。
[0029]
组合安装时，将钢绞线依次穿过垫板、双孔锚具，将垫板和双孔锚具滑动至钢绞线指定位置，随后将夹片安装在双孔锚具的孔道之内，并利用外力将其紧紧嵌在钢绞线与孔道之间的缝隙内。最后利用扎丝简单地将垫板和双孔锚具与垫板固定在一起，防止在移动辅助装置过程中两者分离。
[0030]
预埋安置时，根据振冲碎石桩的施工工艺，在碎石回填振冲紧密的过程中，将组装好的辅助装置沿着振冲器与桩壁之间的缝隙放入桩内。在放入过程中垫板和锚具由于用扎丝固定，故不会向下滑落。在辅助装置完全放入桩内，继续回填碎石进行振冲紧密，在振冲密实的过程中，将碎石和辅助装置挤压紧密，提高辅助装置各级阻拦件的抗拔能力。
[0031]
在静载试验过程中，辅助装置的阻拦件会受到向上的上拔力，钢绞线会有向上移动的趋势，但由于碎石的阻挡作用，垫板和双孔锚具由于碎石的阻挡会留在原地，钢绞线与双孔锚具之间有相对运动的趋势，在这种趋势下，夹片会更加紧密地嵌在钢绞线与双孔锚具锥形孔道之间，从而钢绞线与双孔锚具会结合的更加牢固。垫板位于双孔锚具上方，垫板在双孔锚具作用下不会向下移动，从而提供一定的端阻力。
[0032]
本实用新型装置垫板采用钢板加工而成，其直径大小根据振冲器与桩壁之间的距离决定，直径越大所能提供的最大端阻力越大。在垫板直径、垫板之间的间距确定之后，便确定单个垫板所承担的端阻力大小，根据端阻力利用软件计算出垫板所需要的厚度。所述垫板孔道与所述双孔锚具在同一竖向线上，以便于钢绞线穿过。
[0033]
本实用新型装置钢绞线在制作过程中去掉中间的钢丝，后期穿过数据采集仪器所用导线，外面六根钢丝将导线包裹在里面，以防止振冲碎石桩在施工过程中对导线造成破坏。导线通过钢丝之间的缝隙穿出，与各传感器进行连接。
[0034]
本实用新型装置在双孔锚具与垫板之间设置环形压力传感器，可用于采集桩体成型后水平面上的应力大小，以判断振冲碎石桩成桩质量。多数环形压力传感器在自身和垫板的压力作用下，可实现三者的紧密结合，以反应辅助装置在上拔过程中单个垫板所受压力大小。环形压力传感器通过钢绞线内的导线将数据传输至地表。
[0035]
根据需要检测的位置，本实用新型还在垫板上方安装孔隙水压计，为避免在埋置过程中碎石对孔隙水压计造成破坏，在垫板上方焊接两块挡板，两根钢绞线在挡板内侧，四者形成一封闭区域，可将孔隙水压计安装在其中。孔隙水压计安装完成之后利用扎丝将孔隙水压计与两根钢绞线牢固栓在一起，以避免在埋置过程中脱离辅助装置。
[0036]
本实用新型有益性，本实用新型辅助装置解决了振冲碎石桩只能采用堆载法进行单桩承载力检测的问题，缩短了试验所需要的时间，节省成本，减少静载试验所需要的空间等问题；辅助装置采用多级阻拦件在振冲碎石桩建造过程中预埋设置，克服振冲碎石桩桩体无粘结力，传感器无法埋置在振冲碎石桩桩身内的问题，并通过设置环形压力传感器和孔隙水压计实现对桩身指定位置应力大小、孔隙水压力大小监测，以判断地下水的上浮力对碎石桩的影响，实现振冲碎石桩实时监测。
附图说明
[0037]
图1为本实用新型装置三维示意图；
[0038]
图2为图1中a区域三维爆炸图；
[0039]
图3为图1中b区域三维爆炸图；
[0040]
图4为本实用新型所用夹片三维图；
[0041]
图5为本实用新型所用钢绞线构造图；
[0042]
图6为负摩阻力计算简图。
[0043]
图中：1—挡板，2—夹片，3—钢绞线，4—垫板，5—环形压力传感器，6—双孔锚具，7—孔隙水压计，8—扎丝，9—锯齿纹，10—导线，11—钢丝。
具体实施方式
[0044]
下面结合具体实施方式对本实用新型进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。
[0045]
结合附图。
[0046]
根据静载试验所需施加最大的压力，计算出每个锚桩所应提供最大拉拔力大小，得出一个辅助装置抗拔力设计值f。静载试验所需施加最大的压力根据具体工程设计要求获得。
[0047]
本例垫板之间距离确定为2m，根据振冲器与孔壁之间的缝隙大小，确定垫板半径r。根据现场地质勘察报告确定土层重度γ，并确定出土体自重应力分布图，根据桩体摩擦系数φ，以及土的侧压力系数k，根据公式(1)可确定负摩阻力大小。
[0048]
α＝k*tanφ*σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0049]
式中：α—桩侧负摩阻力标准值，k—土的侧压力系数，φ—土的有效内摩擦角，σ—土的竖向有效应力。
[0050]
如图6所示，图6为负摩阻力计算结果简图，图中表示不同土层厚度下负摩阻力的变化。
[0051]
得到如图6所示的负摩阻力分布情况之后，根据辅助装置设计最大拉拔力大小，由公式(2)得出辅助装置设计埋置深度x。
[0052][0053]
式中：α—桩侧负摩阻力标准值；h1—土层厚度；r—垫板半径；fmax—辅助装置设计最大抗拔力。
[0054]
得到辅助装置埋置深度之后，根据垫板间距确定垫板数量，在地面上将垫板及双孔锚具滑动至钢绞线指定位置。位置顺序为垫板在最上面，其次是双孔锚具，最后是与双孔锚具配套的夹片。在垫板与双孔锚具摆放好之后，将夹片嵌入双孔锚具孔壁与钢绞线之间缝隙内，使双孔锚具与钢绞线能紧密结合。最后用扎丝将垫板与双孔锚具简单绑扎在一起，以防移动辅助装置时，垫板发生移动，并用扎丝将两根钢绞线沿全长隔一定距离进行绑扎，防止辅助装置在埋设过程中发生分离。
[0055]
根据振冲碎石桩施工工艺，在碎石回填至距地面距离等于辅助装置设计埋置深度
时，停止桩体的振冲，提出振冲器，将本实用新型装置的辅助装置沿着桩壁缓慢放下。在放入之后，放入振冲器继续进行振冲作业，最终将碎石与辅助装置振冲挤压紧密。
[0056]
由于所述夹片在双孔锚具的下方，且夹片为一端大一端小的构造，其内壁为锯齿纹增加摩擦力，双孔锚具孔道同样为一端大一端小的构造。在双孔锚具和垫板的自重作用下，双孔锚具与钢绞线会结合的更加紧密。
[0057]
辅助装置的钢绞线会露出地面一定长度，用于后期与反力梁进行固定。辅助装置在拉拔过程中，抗拔力主要由两部分组成；一部分为钢绞线与周围碎石之间的负摩阻力，但由于钢绞线为金属材质，表面较为光滑，碎石与钢绞线的接触面积较小，因此这部分所产生的抗拔力不足以满足静载试验所需要的反力要求；另一部分抗拔力为所述垫板、双孔锚具、夹片组成的阻拦件产生的端阻力。钢绞线在向上的拉拔力作用下会有向上运动的趋势，垫板与双孔锚具由于被桩体包围，故没有向上的运动的趋势。钢绞线与双孔锚具会产生相互运动的趋势，由于夹片内壁设有锯齿纹，故这种运动趋势会带动夹片向双孔锚具孔道尺寸变小的一端移动，从而夹片嵌入孔道内更加紧密。通过这种方法增加所述双孔锚具与钢绞线之间的结合程度，以提供足够大的端阻力用于产生抗拔力。
[0058]
如图所示，钢绞线由七条钢丝构成，钢绞线去掉中间钢丝，留出一条通道用于穿过导线。导线在六根钢丝的包裹作用下能够避免在埋置过程中碎石对导线的磨损，导线在传感器位置通过两根钢丝之间的缝隙穿出，与传感器连接，另一端与地面上的设备连接。
[0059]
垫板和双孔锚具之间设置有环形压力传感器，钢绞线可穿过环形压力传感器。环形压力传感器在垫板和双孔锚具的挤压作用下能够紧密地贴合在一起，所述环形压力传感器可用于检测振冲碎石桩成型之后，检测指定位置的压力大小的，从而计算出相应的应力大小，判断振冲质量是否合格。
[0060]
垫板上方焊接两块挡板，挡板内侧是钢绞线，在钢绞线和挡板形成的区域内设置孔隙水水压计，外围的挡板和钢绞线可避免本实用新型在埋置过程中，碎石对孔隙水压计造成破坏。由于振冲碎石桩根据地层条件不同，需要设置反滤层，孔隙水压计的设计可用于检测孔隙水压对桩身的影响。
[0061]
环形压力传感器和孔隙水压计与钢绞线内部穿出的导线连接，将采集到的数据传输至地面。