一种深层承压水降水对桩基沉降变形影响的测试装置的制作方法

1.本实用新型属于桩基试验测试技术领域，尤其涉及一种深层承压水降水对桩基沉降变形影响的测试装置。


背景技术：

2.近年来，随着我国城市化的不断推进，城市人口日益增加与城市有限土地资源的矛盾日益突出，开发利用城市地下空间已成为各大城市解决这一矛盾的重要选择，并向更深更广的地下空间开发发展。随着地下空间开挖深度越来越深，在埋藏深层承压水的地层中，由于上浮隔水层厚度较小，地下空间的开挖不可避免受承压水的影响。为减小承压水对基坑开挖的影响，保证地下空间的顺利开挖，通常采用将承压水隔断或者部分隔断结合降水的方式来处理承压水的影响。对于深厚的承压水层采用完全隔断的处理方式往往会造成围护结构插入深度过大，难以实施，且施工质量难以控制和保证，施工风险难度大，经济性也较差。因此通常采用部分隔断结合降水的方式来处理承压水。承压水层一般为透水性较好的土层，降水之后影响范围较大，承压水土层也将在较短的时间内产生固结变形。承压水降水涉及复杂的土体流固耦合问题，承压水降水对沉降范围内桩基的影响更是一个复杂的土结构项目作用问题。
3.开展现场试验的操作难度大、成本高、对既有桩基影响不可控、周期长等问题，而采用理论或有限元模拟无法有效分析评估承压水降水对邻近桩基的影响。既有的试验装置中主要研究承压水条件桩基水平、竖向承载力的测试，但无法分析研究对于承压水降压变化对桩基沉降变形、承载力、地基变形的影响。为了评估城市地下空间开发过程中地下承压水降水对邻近桩基沉降变形、承载力、地基沉降等影响，急需一种可以模拟承压水降压条件下对不同桩基形式沉降变形影响规律研究的测试装置，用于指导确定施工过程中承压水水头的允许下降高度，从而确保地下工程安全及桩基安全。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种深层承压水降水对桩基沉降变形影响的测试装置，能够模拟承压水降压条件下对不同桩基形式沉降变形影响规律研究，用于指导确定施工过程中承压水水头的允许下降高度，从而确保地下工程安全及桩基安全。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种深层承压水降水对桩基沉降变形影响的测试装置，其特征在于：试验主模型箱机构、承压水控制机构和监测机构，试验主模型箱机构包括试验模型箱、模拟土层和桩基，模拟土层设于试验箱中，桩基设于模拟土层中，模拟土层包括承压水透水层和不透水层，不透水层设于承压水透水层的上方，试验模型箱的底部设有排水孔，承压水控制机构与排水孔相连通以调节承压水透水层的水压，监测机构用于监测桩基和模拟土层的变化。通过控制排水孔的水压实现模拟承压水的排水降压，从而能够监测在承压水透水层的沉降变
形、承压水透水层的水压以及桩基沉降变形和桩身变形。
7.进一步，监测机构包括土层沉降监测传感器、承压水水压监测传感器、桩基沉降监测传感器和桩身变形监测传感器，土层沉降监测传感器设于承压水透水层和不透水层之间，承压水水压监测传感器设于承压水透水层中，桩基沉降监测传感器和桩身变形监测传感器均设于桩基上。通过土层沉降监测传感器监测承压水透水层的沉降变化、承压水水压监测传感器监测承压水透水层的水压变化、桩基沉降监测传感器监测桩基沉降变化、桩身变形监测传感器监测桩基的变形。传感器和数据自动采集仪相连，通过电脑自动记录保存采集的数据。
8.进一步，承压水控制机构包括稳压水箱和调节架，稳压水箱设于调节架上，稳压水箱设有进水孔和溢流孔，排水孔与进水孔相连通。稳压水箱与试验模拟箱连接，通过调节稳压水箱的高度而实现承压水透水层的水压调节，降低稳压水箱的高度来模拟承压水排水降压的效果，而溢流孔的设置则能够保证水压的稳定。
9.进一步，调节架包括支座、立杆和支架，立杆与支座固定连接，支架设于立杆上并能够在立杆上竖向移动，稳压水箱设于支架上。通过可调节的支架实现稳压水箱的高度调节，从而能够模拟承压水排水降压。支架可通过设置套管套设于立杆上实现上下滑动，套管设置顶紧螺栓顶紧立杆实现固定。
10.进一步，承压水控制机构还包括储水池，储水池设有水泵，水泵设有进水管用于稳压水箱的进水。储水池能够用于稳压水箱的补水，通过水泵输送补水。
11.进一步，储水池和溢流孔之间设有溢流管用于稳压水箱的溢流回水，通过溢流管能够回收稳压水箱中的溢流水。
12.进一步，排水孔设有土工布，通过土工布的设置能够避免承压水透水层的土体颗粒流失，保证测试效果。
13.进一步，桩基连接有承台，承台设有固定柱，固定柱设有加载砝码。通过在承台上设置加载砝码模拟桩基的载荷，使得桩基的载荷能够灵活调节和设置，保证了测试精度。
14.本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
15.本实用新型通过模拟承压水降压条件下对不同桩基形式沉降变形影响规律研究，用于指导确定施工过程中承压水水头的允许下降高度，从而确保地下工程安全及桩基安全。
附图说明
16.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
17.图1为本实用新型一种深层承压水降水对桩基沉降变形影响的测试装置的结构示意图。
18.图中，1-试验模型箱；3-桩基；4-承压水透水层；5-不透水层；6-排水孔；7-土层沉降监测传感器；8-承压水水压监测传感器；9-桩基沉降监测传感器；10-桩身变形监测传感器；11-稳压水箱；13-进水孔；14-溢流孔；15-支座；16-立杆；17-支架；18-储水池；19-水泵；20-溢流管；21-承台；22-固定柱；23-加载砝码；24-进水管。
具体实施方式
19.如图1所示，为本实用新型一种深层承压水降水对桩基础沉降变形特性影响的测试装置，试验主模型箱机构、承压水控制机构和监测机构，试验主模型箱机构包括试验模型箱1、模拟土层和桩基3，模拟土层设于试验箱中，桩基3设于模拟土层中，模拟土层包括承压水透水层4和不透水层5，不透水层5设于承压水透水层4的上方，试验模型箱1的底部设有排水孔6，承压水控制机构与排水孔6相连通以调节承压水透水层4的水压，监测机构用于监测桩基3和模拟土层的变化。通过控制排水孔6的水压实现模拟承压水的排水降压，从而能够监测在承压水透水层4的沉降变形、承压水透水层4的水压以及桩基3沉降变形和桩身变形。
20.监测机构包括土层沉降监测传感器7、承压水水压监测传感器8、桩基沉降监测传感器9和桩身变形监测传感器10，土层沉降监测传感器7设于承压水透水层4和不透水层5之间，承压水水压监测传感器8设于承压水透水层4中，桩基沉降监测传感器9和桩身变形监测传感器10均设于桩基3上。通过土层沉降监测传感器7监测承压水透水层4的沉降变化、承压水水压监测传感器8监测承压水透水层4的水压变化、桩基沉降监测传感器9监测桩基3沉降变化、桩身变形监测传感器10监测桩基3的变形。传感器和数据自动采集仪相连，通过电脑自动记录保存采集的数据。
21.承压水控制机构包括稳压水箱11和调节架，稳压水箱11设于调节架上，稳压水箱11设有进水孔13和溢流孔14，排水孔6与进水孔13相连通。稳压水箱11与试验模拟箱连接，通过调节稳压水箱11的高度而实现承压水透水层4的水压调节，降低稳压水箱11的高度来模拟承压水排水降压的效果，而溢流孔14的设置则能够保证水压的稳定。
22.调节架包括支座15、立杆16和支架17，立杆16与支座15固定连接，支架17设于立杆16上并能够在立杆16上竖向移动，稳压水箱11设于支架17上。通过可调节的支架17实现稳压水箱11的高度调节，从而能够模拟承压水排水降压。
23.承压水控制机构还包括储水池18，储水池18设有水泵19，水泵19设有进水管24用于稳压水箱11的进水。储水池18能够用于稳压水箱11的补水，通过水泵19输送补水。
24.储水池18和溢流孔14之间设有溢流管20用于稳压水箱11的溢流回水，通过溢流管20能够回收稳压水箱11中的溢流水。
25.排水孔6设有土工布，通过土工布的设置能够避免承压水透水层4的土体颗粒流失，保证测试效果。
26.桩基3连接有承台21，承台21设有固定柱22，固定柱22设有加载砝码23。通过在承台21上设置加载砝码23模拟桩基3的载荷，使得桩基3的载荷能够灵活调节和设置，保证了测试精度。
27.测试方法包括以下步骤：
28.(1)根据实际模拟工况确定模型桩基3的数量和尺寸，确定上部不透水层5和下部承压水透水层4的厚度，确定初始承压水水头高度以及设计水头下降高度，计算桩基3上部荷载的大小；
29.(2)制备模拟承压水透水层4的级配砂土和模拟不透水层5的黏土层；
30.(3)在主模型箱内分层铺设土层，预埋模型桩基3，安装监测传感器，根据上部荷载大小采用砝码施加作用于桩基3上的荷载；
31.(4)连接稳压水箱11、储水池18和试验模型箱1，调节稳压水箱11支架17到初始水
头高度；
32.(5)在储水池18内和稳压水箱11内注水打开试验模型箱1进水阀，打开水泵19将稳压水箱11的水位稳定在初始水头高度；
33.(6)调试各个监测传感器，记录各个监测传感器的初始监测数据，将整个试验装置静置24小时，再次记录各个监测传感器的监测数据；
34.(7)调节稳压水箱11水池支架17的高度到设计水头下降高度，并保持水位稳定，同步记录各个传感器的监测数据；
35.(8)当各个传感器的读数在1小时内变化小于1％时，可认为桩基3沉降变形已稳定，停止试验；
36.(9)重复上述步骤7-8，可以获得不同承压水水头下降条件下桩基3的沉降值。
37.(10)绘制承压水水头下降与桩基3沉降变形之间的关系曲线，根据桩基3沉降变形允许值确定相应条件下承压水允许下降的高度。
38.本实用新型通过模拟承压水降压条件下对不同桩基3形式沉降变形影响规律研究，用于指导确定施工过程中承压水水头的允许下降高度，从而确保地下工程安全及桩基3安全。
39.以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。