本實(shí)用新型涉及巖土工工程領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

樁基礎(chǔ)是一種最常見的基礎(chǔ)形式，在建筑、橋梁、隧道、港口及構(gòu)筑物領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用，樁基礎(chǔ)以其獨(dú)有的承載力優(yōu)勢而被大量的運(yùn)用于超高層建筑物、特大型橋梁等現(xiàn)代化土木工程，樁基礎(chǔ)擁有強(qiáng)大的應(yīng)用前景。

在樁基工程中，進(jìn)行樁基的原型試驗(yàn)需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，或者由于現(xiàn)場條件的限制使得樁基原型試驗(yàn)無法順利進(jìn)行，在這種條件下，現(xiàn)場模型試驗(yàn)成為研究、探索和解決工程問題的有效途徑之一。

現(xiàn)有的群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)過程中，提供抗拔力的千斤頂無法保證絕對的同步加壓，導(dǎo)致承臺基礎(chǔ)或多或少承受的偏心力對試驗(yàn)結(jié)果的影響；傳統(tǒng)多根傳力桿無法保證多桿受力均勻的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致承臺基礎(chǔ)受力不均勻；傳統(tǒng)抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的用途相對單一，無法實(shí)現(xiàn)多用途、高效率的試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供一種群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置，可以保證群樁基礎(chǔ)的垂直度和承臺基礎(chǔ)的水平度且群樁基礎(chǔ)均勻受力。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置，包括模型樁、主梁、標(biāo)準(zhǔn)樁、標(biāo)準(zhǔn)梁和反力墩，所述標(biāo)準(zhǔn)樁上安裝所述標(biāo)準(zhǔn)梁，所述標(biāo)準(zhǔn)梁上安裝用于測量模型樁沉降的百分表，所述主梁安裝在反力墩上，所述主梁上設(shè)置有穿心式千斤頂，所述模型樁設(shè)有多根，多根模型樁固定在承臺上，組成群樁，所述承臺上設(shè)有限位孔，模型樁上端穿過限位孔并通過第一螺母固定于承臺上，所述承臺的頂部固定有箱蓋，所述箱蓋頂部中間位置設(shè)有弧形鉤，所述弧形鉤通過第二螺母固定在箱蓋上，所述弧形鉤與鋼索連接，所述穿心式千斤頂頂部設(shè)有錐臺和錐臺帽，所述鋼索穿過所述錐臺和錐臺帽，所述錐臺內(nèi)部設(shè)有對夾在鋼索兩側(cè)的錐臺塞，所述錐臺帽與錐臺螺紋連接，擰緊所述錐臺帽使錐臺塞夾緊鋼索，所述模型樁內(nèi)壁固定有應(yīng)變片，連接應(yīng)變片的導(dǎo)線通過出線孔穿過模型樁連接到程控靜態(tài)應(yīng)變儀，所述承臺的外表面設(shè)有插片，所述百分表與所述插片接觸。

上述方案中，所述承臺內(nèi)部設(shè)有相互垂直分布的鋼板肋。

上述方案中，所述承臺與箱蓋通過插板連接，所述承臺和所述插板上設(shè)有相對應(yīng)的穿板槽，所處插板插入穿板槽內(nèi)。

上述方案中，所述承臺表面設(shè)有水平儀。

本實(shí)用新型還提供了一種群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

S1、在模型樁內(nèi)壁每隔一定距離對稱固定一組應(yīng)變片，連接應(yīng)變片的導(dǎo)線通過出線孔穿過模型樁連接到程控靜態(tài)應(yīng)變儀；

S2、將單根模型樁依次穿過承臺內(nèi)限位孔和第一螺母定位至場地，并打入模型樁至指定位置，模型樁下端安裝堵頭，依次使用相同的方法打入模型樁并將模型樁和插片固定到承臺上；

S3、通過插板將箱蓋和承臺連接為一個整體，箱蓋正上部分安裝弧形鉤，弧形鉤通過第二螺母固定；

S4、打入標(biāo)準(zhǔn)樁，并在標(biāo)準(zhǔn)樁上安裝標(biāo)準(zhǔn)梁，標(biāo)準(zhǔn)梁上安裝百分表；在與標(biāo)準(zhǔn)樁連線中心垂直線上放置反力墩，反力墩上架設(shè)主梁，主梁中間位置放置穿心式千斤頂，千斤頂上架設(shè)錐臺；試驗(yàn)時(shí)，穿心式千斤頂之上架設(shè)的錐臺內(nèi)錐臺塞經(jīng)過上部錐臺帽對錐臺塞的擠壓實(shí)現(xiàn)錐臺塞與鋼索的擠壓接觸，當(dāng)穿心式千斤頂向上頂推錐臺時(shí)，錐臺內(nèi)錐臺塞與鋼索之間發(fā)生一個相對運(yùn)動趨勢，錐臺塞帶動鋼索向上發(fā)生一個位移，從而導(dǎo)致上拔力的產(chǎn)生，上拔力通過鋼索及箱蓋傳遞給承臺，上拔群樁模型；

S5、通過百分表讀出樁頂位移，通過程控靜態(tài)應(yīng)變儀讀出模型樁的應(yīng)變量。

上述方案中，當(dāng)需要做抗水平荷載現(xiàn)場模型試驗(yàn)研究時(shí)，只需將主梁及其上部裝置全部移動至標(biāo)準(zhǔn)樁相對于群樁基礎(chǔ)的外側(cè)，并向外側(cè)旋轉(zhuǎn)90度平鋪于與承臺處于同一水平面上的鋼板，將拆除下來的標(biāo)準(zhǔn)梁安裝至反力墩上，加壓穿心式千斤頂，完成群樁基礎(chǔ)的抗水平荷載試驗(yàn)。

實(shí)施本實(shí)用新型的群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置，具有以下有益效果：

1、該裝置可以保證群樁基礎(chǔ)的垂直度和承臺基礎(chǔ)的水平度且群樁基礎(chǔ)均勻受力，即承臺內(nèi)限位孔由相互垂直或平行的豎直矩形板之間的空間構(gòu)成，相互垂直或平行的豎直矩形板之間焊接成型為承臺，承臺內(nèi)存在大量鋼板肋的設(shè)計(jì)保證了承臺剛度的需要，從而保證了承臺及模型樁的整體受力，即群樁基礎(chǔ)均勻受力，因限位孔本身具備垂直的條件，在打樁過程中能夠使模型樁內(nèi)切于限位孔，從而保證了模型樁的垂直度；

2、承臺兩相交側(cè)面上分別設(shè)置有兩把處于同一平面上互相不平行而與模型樁垂直的水平儀，兩個居中的水平儀內(nèi)水準(zhǔn)泡確定出一個水平面，試驗(yàn)中根據(jù)兩水準(zhǔn)泡是否居中判定承臺是否水平；

3、該裝置可以保證上拔力均勻傳遞，即鋼索不同于以往多桿傳力的設(shè)計(jì)，改為單根鋼索(由A、B兩部分組成)對折受力，鋼索中部與弧形鉤之間無固定約束，試驗(yàn)時(shí)，單根鋼索A、B部分絕對同步受力，均勻傳遞上拔力。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的主視圖；

圖2是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的側(cè)視圖；

圖3是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的平面布置圖；

圖4是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的反力墩結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的錐臺剖面圖；

圖6是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的承臺及箱蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置的抗水平荷載平面布置圖。

具體實(shí)施方式

為了對本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

如圖1至7所示，本實(shí)用新型群樁抗拔現(xiàn)場模型試驗(yàn)裝置包括：模型樁1、應(yīng)變片2、出線孔3、第一螺母4、插片5、標(biāo)準(zhǔn)樁6、標(biāo)準(zhǔn)梁7、百分表8、承臺9、限位孔91、鋼板肋92、水平儀93、箱蓋10、第二螺母11、弧形鉤 12、插板13、穿板槽131、穿板槽132、鋼索14、穿心式千斤頂15、錐臺16、螺紋161、錐臺塞162、錐臺帽17、主梁18、反力墩19。

標(biāo)準(zhǔn)樁6上安裝標(biāo)準(zhǔn)梁7，標(biāo)準(zhǔn)梁7上安裝用于測量模型樁11沉降的百分表8，主梁18安裝在反力墩19上，主梁18上設(shè)置有穿心式千斤頂15，模型樁1設(shè)有多根，多根模型樁1固定在承臺9上，組成群樁，承臺9上設(shè)有限位孔91，模型樁1上端穿過限位孔91并通過第一螺母4固定于承臺9上，承臺9的頂部固定有箱蓋10，箱蓋10頂部中間位置設(shè)有弧形鉤12，弧形鉤12 通過第二螺母11固定在箱蓋10上，弧形鉤12與鋼索14連接，穿心式千斤頂 15頂部設(shè)有錐臺16和錐臺帽17，鋼索14穿過錐臺16和錐臺帽17，錐臺16 內(nèi)部設(shè)有對夾在鋼索14兩側(cè)的錐臺塞162，錐臺帽17與錐臺16通過螺紋161 連接，擰緊錐臺帽使錐臺塞162夾緊鋼索14，模型樁1內(nèi)壁固定有應(yīng)變片2，連接應(yīng)變片2的導(dǎo)線通過出線孔3穿過模型樁1連接到程控靜態(tài)應(yīng)變儀，承臺 9的外表面設(shè)有插片5，百分表8的測量頭與插片5表面接觸，插片5的位移即為群樁的位移。

模型樁1上端穿過限位孔91通過第一螺母4固定于承臺9之上，一定深度的限位孔91保證的模型樁1的垂直度，承臺9側(cè)面的水平儀93保證了承臺 9的水平度，承臺9上部的穿板槽131和箱蓋10的下部穿板槽132通過插板 13錯位固定于同一水平面，箱蓋10上承受的上拔力在其箱壁處通過插板傳遞給承臺9，承臺9內(nèi)鋼板肋92保證承臺9具備充足的使與承臺連接的模型樁1 同步受力的剛度。

箱蓋10的下部通過插板13與承臺9連接，箱蓋頂部中間位置弧形鉤12 通過螺母11與箱蓋10連接，弧形鉤12承受其上方鋼索14作用的上拔張力，并將此上拔力通過第二螺母11傳遞給箱蓋10。

如圖6，為了避免插板13發(fā)生剪切破壞，其橫截面積應(yīng)滿足以下條件：

式中，S為插板的橫截面積；

h為插板的厚度，L為插板的寬度；

[τ]插板的許用切應(yīng)力，等于0.6-0.8τ_拉，τ_拉為鋼材的抗拉強(qiáng)度；

F_max為最大抗拔力。

通過螺紋161人工擰緊的錐臺帽17導(dǎo)致錐臺塞162產(chǎn)生一個豎直向下的位移，由于錐臺塞162錐面的作用，錐臺塞162產(chǎn)生豎直向下位移的同時(shí)產(chǎn)生了水平向鋼索14方向的水平位移，從而導(dǎo)致錐臺塞162對鋼索14的水平擠壓，當(dāng)穿心式千斤頂15的作用使錐臺16帶動錐臺塞162產(chǎn)生一個豎直向上的位移趨勢時(shí)，穿心式千斤頂?shù)纳习瘟σ造o摩擦力的形式傳遞給鋼索。

主梁18的中部相對于穿心式千斤頂15的下端開口處同樣開口，且開口直徑一致，穿心式千斤頂15以主梁18中部為基礎(chǔ)向上頂推錐臺16，主梁18的兩端以反力墩19為基礎(chǔ)，平衡穿心式千斤頂15對主梁18的力。

反力墩19的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4，反力墩19內(nèi)部設(shè)置對稱板肋，用以提供反力墩19的剛度，反力墩19數(shù)值向下擴(kuò)大處理，用以提高反力墩19的承載能力，同時(shí)可以減少反力墩對模型樁土壓力的影響。

上述試驗(yàn)裝置的詳細(xì)實(shí)施測量方法步驟如下：

1.在模型樁內(nèi)壁每隔一定距離對稱固定一組應(yīng)變片，連接應(yīng)變片的導(dǎo)線通過出線孔穿過模型樁連接到程控靜態(tài)應(yīng)變儀。

2.處理好試驗(yàn)場地，將單根模型樁依次穿過承臺內(nèi)限位孔和螺母定位至場地上某點(diǎn)，并打入模型樁至指定位置，模型樁下端安裝堵頭，避免場地內(nèi)黏土在打樁過程中進(jìn)入模型樁內(nèi)部，影響實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果。依次使用相同的方法打入模型樁并將模型樁和插片固定到承臺上相應(yīng)位置。

3.通過插板將箱蓋和承臺連接為一個整體，箱蓋正上部分安裝可供鋼索連接的弧形鉤，弧形鉤通過螺母固定。如圖6。

4.對照圖紙將標(biāo)準(zhǔn)樁打入相應(yīng)位置并在標(biāo)準(zhǔn)樁上安裝標(biāo)準(zhǔn)梁，標(biāo)準(zhǔn)梁上安裝百分表，百分表用于測量群樁基礎(chǔ)沉降；在與標(biāo)準(zhǔn)樁連線中心垂直線上放置反力墩，反力墩上架設(shè)主梁，主梁中間位置放置穿心式千斤頂，千斤頂上架設(shè)錐臺。試驗(yàn)時(shí)，穿心式千斤頂之上架設(shè)的錐臺內(nèi)錐臺塞經(jīng)過上部錐臺帽對錐臺塞的擠壓實(shí)現(xiàn)錐臺塞與鋼索的擠壓接觸，當(dāng)穿心式千斤頂向上頂推錐臺時(shí)，錐臺內(nèi)錐臺塞與鋼索之間發(fā)生一個相對運(yùn)動趨勢，錐臺塞帶動鋼索向上發(fā)生一個位移，從而導(dǎo)致上拔力的產(chǎn)生，上拔力通過鋼索及箱蓋傳遞給承臺。

5.當(dāng)需要做抗水平荷載現(xiàn)場模型試驗(yàn)研究時(shí)，只需將主梁及其上部裝置全部移動至標(biāo)準(zhǔn)樁相對于群樁基礎(chǔ)的外側(cè)，并向外側(cè)旋轉(zhuǎn)90度平鋪于與承臺處于同一水平面上的鋼板，將拆除下來的標(biāo)準(zhǔn)梁安裝至反力墩上，加壓穿心式千斤頂，完成群樁基礎(chǔ)的抗水平荷載試驗(yàn)。

通過百分表讀出樁頂位移，通過程控靜態(tài)應(yīng)變儀讀出模型樁的應(yīng)變量，千斤頂?shù)募虞d力可以直接在千斤頂上讀出。

上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。