阻断式负摩阻力测试试验桩及其浇筑方法

技术领域

本发明属于基桩浇筑的技术领域，具体公开了一种阻断式负摩阻力测试试验桩及其浇筑方法。

背景技术

在露天采矿区、天然沟壑、填海造地等大厚度无序回填形成的场地作为建筑物地基使用时，先进行场地可以有效对场地进行加固处理，但是场地后仍然会存在一定的工后沉降，导致后期施工的桩基仍然可能会存在一定的负摩阻力，从而影响建筑结构的安全性能，对建筑安全、人民生命财产造成一定地损失。

目前，行业内对大厚度无序回填场地采取后灌注桩的负摩阻研究甚少，负摩阻取值的精确度较低。常见的基桩负摩阻测试方法只有几种：

1.预估计算：《建筑桩基技术规范》提供了计算公式，可在桩基设计时进行估算，但与现场检测的桩身侧应力、下拉荷载等结果比对分析，确认该公式计算比较保守，按此设计会增加工程造价，造成一定的浪费；

2.桩侧堆载：桩身埋设阻断式组件，通过桩侧堆载，对桩周土体施加压力；对场地要求较高，需要比较宽阔的场地，且费用高，施工工期长，同时也与现场施工环境不一致；

3.模拟装置测试：各种桩基模型来测试桩周负摩阻，同现场实际情况差别较大，负摩阻取值精确度很低。

发明内容

本发明提供一种阻断式负摩阻力测试试验桩及其浇筑方法，以降低成本，缩短工期，提高经济效益和负摩阻取值精确度。

本发明提供一种阻断式负摩阻力测试试验桩，为断桩结构，包括多段桩身以及埋设在相邻两段桩身之间的基桩负摩阻力阻断式测试元件；桩身包括钢筋笼以及浇筑在钢筋笼外的混凝土层；钢筋笼包括多根呈圆形等间距分布的试验主筋；基桩负摩阻力阻断式测试元件包括元件Ⅰ和元件Ⅱ；元件Ⅰ和元件Ⅱ均包括上阻断板、保护隔断层、下阻断板和钢筋应力计连接件；上阻断板、保护隔断层和下阻断板均为环形结构，上阻断板和下阻断板分别安装在保护隔断层的上表面和下表面，三者的中心孔同轴设置且轴向贯通为灌浆孔，根据每段桩身中试验主筋的数量和位置设置有轴向贯通的应力计穿孔；保护隔断层的中心孔直径小于上阻断板的中心孔直径，保护隔断层的上表面设置有连接线保护槽，连接线保护槽与应力计穿孔一一对应，第一端与应力计穿孔相通，第二端位于保护隔断层的中心孔和上阻断板的中心孔之间；钢筋应力计连接件包括钢筋应力计以及位于钢筋应力计两端的上连接筋和下连接筋，钢筋应力计连接件穿过应力计穿孔，上连接筋的上端和下连接筋的下端位于应力计穿孔外，钢筋应力计的连接线从连接线保护槽的第二端引出；元件Ⅱ中连接线保护槽的第二端设置有轴向贯通的连接线穿孔；元件Ⅰ安装在最下方断桩位置，元件Ⅱ安装在元件Ⅰ上方的断桩位置，元件Ⅰ和元件Ⅱ的上连接筋的上端和下连接筋的下端分别与相邻两段桩身的试验主筋焊接；元件Ⅰ中，钢筋应力计的连接线从连接线保护槽的第二端引出后，由下到上依次穿过所有元件Ⅱ的连接线穿孔；最上方断桩位置安装的元件Ⅱ中，钢筋应力计的连接线从连接线保护槽的第二端引出；位于最上方断桩位置之下的元件Ⅱ中，钢筋应力计的连接线从连接线保护槽的第二端引出后，由下到上依次穿过上方所有元件Ⅱ的连接线穿孔；每段桩身的混凝土层均为环形结构，内径与保护隔断层的中心孔直径相适应，外径与基桩钻孔的直径相适应。

进一步地，每段桩身的钢筋笼还包括多根呈圆形等间距分布的辅助主筋，辅助主筋和试验主筋交错设置，辅助主筋的两端分别与相邻两组基桩负摩阻力阻断式测试元件的上阻断板和下阻断板焊接。

进一步地，钢筋应力计两端分别通过丝扣连接上连接筋和下连接筋。

进一步地，保护隔断层为聚苯板。

进一步地，上连接筋和上阻断板之间焊接，下连接筋和下阻断板之间焊接。

本发明还提供一种上述阻断式负摩阻力测试试验桩的浇筑方法，包括下述步骤：

S1，在场地预设位置钻孔；

S2，下钢筋笼，并安装基桩负摩阻力阻断式测试元件；

将元件Ⅰ中的上连接筋的上端和下连接筋的下端分别与最下方断桩位置两侧的试验主筋焊接；

下钢筋笼过程中，沿着钢筋笼由下到上依次安装元件Ⅱ，元件Ⅱ中的上连接筋的上端和下连接筋的下端分别与断桩位置两侧的试验主筋焊接；

每安装一组元件Ⅱ，将该组元件Ⅱ下方的元件Ⅰ和元件Ⅱ中钢筋应力计的连接线穿过该组元件Ⅱ的连接线穿孔，直至所有元件Ⅱ安装完毕；

S3，沿灌浆孔安装灌浆导管，灌浆导管的底端位于元件Ⅰ的下方，灌浆导管的外径与保护隔断层的中心孔直径相适应；

S4，通过灌浆导管浇筑混凝土；

S5，混凝土龄期符合要求后，将灌浆导管及其内的混凝土，以及灌浆导管下方的混凝土取出，形成阻断式负摩阻力测试试验桩。

上述浇筑方法还包括步骤S0，进行场地动力触探试验和剪切波速测试，确定试验桩桩位和基桩负摩阻力阻断式测试元件的埋置深度。

步骤S1中，基桩钻孔采用旋挖钻机成孔，成孔深度根据步骤S0的结果确定并进入持力层，成孔后进行清孔。

上述浇筑方法中，灌浆导管绑扎在钢筋笼上，位于相邻两组基桩负摩阻力阻断式测试元件之间的位置设置有多个溜浆孔。

上述浇筑方法中，灌浆导管的顶端安装有锥形溜槽漏斗；灌浆导管由多段PVC管采用卡扣连接并涂胶。

本发明具有以下有益效果：

1、上述阻断式负摩阻力测试试验桩为阻断式应力计设计，成桩后需要进行钻孔取芯，保证断桩位置为基桩负摩阻力阻断式测试元件轴向受力，使钢筋应力计不受灌注桩混凝土的影响，通过断桩位置的轴力测试成果，计算桩侧土层的负摩阻力，大大提高了负摩阻取值精确度；

2、钢筋笼采用试验钢筋和辅助钢筋配合，既保证试验数据的完整，又保证桩整体结构稳定性；

3、浇筑时灌浆导管选择PVC材料，方便取出，相对钢管而言经济效益更高；

4、在桩基设计前期，可能需要进行很多试验来确定桩基参数，比如自平衡试验来确定桩基承载力等试验，采用本发明提供的浇筑方法可完美避免桩基浇筑过程中对试验装置的破坏，是浇筑复杂试验钢筋混凝土灌注试验桩的一种较为科学先进的方法，既可施工完成负摩阻力试验桩(桩身不连续结构)的浇筑，也可以用于其它桩身需要埋设试验装置(自平衡试验装置等)的试验桩的浇筑，值得大面积推广使用；

综上所述，本发明结构简单、设计合理、可控性高，相对经济效益高，利用本发明提供的试验桩进行测试负摩阻与桩侧堆配重相比，场地的要求大大降低，减小了试验占地面积，缩短了施工工期，有效降低了成本，同预估计算和模拟装置试验相比，大大提高了负摩阻取值精确度；浇筑方法保了证试验桩的整体稳定性和负摩擦阻力试验的所需性，提高了负摩阻力试验桩的浇筑方法的适用性，使得在测定负摩阻力的技术上更进一步，有利于提高对负摩阻力研究，可为日后确定其规律打下坚实基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为阻断式负摩阻力测试试验桩的结构示意图；

图2为钢筋笼、基桩负摩阻力阻断式测试元件、灌浆导管在基桩钻孔中的布置图；

图3为钢筋笼和基桩负摩阻力阻断式测试元件的连接放大图；

图4为基桩负摩阻力阻断式测试元件中元件Ⅱ的结构示意图；

图5为元件Ⅱ的拆分图；

图6为基桩负摩阻力阻断式测试元件中元件Ⅰ的保护隔断层的结构示意图；

图7为钢筋应力计连接件穿过元件Ⅱ时连接线的穿线图；

图8为灌浆导管和锥形溜槽漏斗的连接示意图；

图9为灌浆导管的绑扎图；

图10为图9的俯视图。

图中：1-桩身；1.1-试验主筋；1.2-辅助主筋；2-基桩负摩阻力阻断式测试元件；2.1-上阻断板；2.2-保护隔断层；2.3-下阻断板；2.4-灌浆孔；2.5-应力计穿孔；2.6-连接线保护槽；2.7-连接线穿孔；2.8-钢筋应力计连接件；2.9-钢筋应力计；2.10-上连接筋；2.11-下连接筋；2.12-连接线；3-基桩钻孔；4-灌浆导管；4.1-溜浆孔；4.2-卡扣；5-锥形溜槽漏斗；6-钢丝；7-地面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种阻断式负摩阻力测试试验桩，为断桩结构，包括多段桩身1以及埋设在相邻两段桩身1之间的基桩负摩阻力阻断式测试元件2。

桩身1包括钢筋笼以及浇筑在钢筋笼外的混凝土层；钢筋笼包括多根呈圆形等间距分布的试验主筋1.1。

基桩负摩阻力阻断式测试元件2包括元件Ⅰ和元件Ⅱ；元件Ⅰ和元件Ⅱ均包括上阻断板2.1、保护隔断层2.2、下阻断板2.3和钢筋应力计连接件2.8；上阻断板2.1、保护隔断层2.2和下阻断板2.3均为环形结构，上阻断板2.1和下阻断板2.3分别安装在保护隔断层2.2的上表面和下表面，三者的中心孔同轴设置且轴向贯通为灌浆孔2.4，根据每段桩身1中试验主筋1.1的数量和位置设置有轴向贯通的应力计穿孔2.5；保护隔断层2.2的中心孔直径小于上阻断板2.1的中心孔直径，保护隔断层2.2的上表面设置有连接线保护槽2.6，连接线保护槽2.6与应力计穿孔2.5一一对应，第一端与应力计穿孔2.5相通，第二端位于保护隔断层2.2的中心孔和上阻断板2.1的中心孔之间；钢筋应力计连接件2.8包括钢筋应力计2.9以及位于钢筋应力计2.9两端的上连接筋2.10和下连接筋2.11，钢筋应力计连接件2.8穿过应力计穿孔2.5，上连接筋2.10的上端和下连接筋2.11的下端位于应力计穿孔2.5外，钢筋应力计2.9的连接线2.12从连接线保护槽2.6的第二端引出；元件Ⅱ中连接线保护槽2.6的第二端设置有轴向贯通的连接线穿孔2.7；元件Ⅰ安装在最下方断桩位置，元件Ⅱ安装在元件Ⅰ上方的断桩位置，元件Ⅰ和元件Ⅱ的上连接筋2.10的上端和下连接筋2.11的下端分别与相邻两段桩身1的试验主筋1.1焊接；元件Ⅰ中，钢筋应力计2.9的连接线2.12从连接线保护槽2.6的第二端引出后，由下到上依次穿过所有元件Ⅱ的连接线穿孔2.7；最上方断桩位置安装的元件Ⅱ中，钢筋应力计2.9的连接线2.12从连接线保护槽2.6的第二端引出；位于最上方断桩位置之下的元件Ⅱ中，钢筋应力计2.9的连接线2.12从连接线保护槽2.6的第二端引出后，由下到上依次穿过上方所有元件Ⅱ的连接线穿孔2.7。

每段桩身1的混凝土层均为环形结构，内径与保护隔断层2.2的中心孔直径相适应，外径与基桩钻孔3的直径相适应。

进一步地，每段桩身1的钢筋笼还包括多根呈圆形等间距分布的辅助主筋1.2，辅助主筋1.2和试验主筋1.1交错设置，辅助主筋1.2的两端分别与相邻两组基桩负摩阻力阻断式测试元件2的上阻断板2.1和下阻断板2.3焊接，保证钢筋笼的整体的稳定性。

进一步地，钢筋应力计2.9两端分别通过丝扣连接上连接筋2.10和下连接筋2.11。

进一步地，上阻断板2.1和下阻断板2.3均为钢板，保护隔断层2.2为聚苯板。

进一步地，上连接筋2.10和上阻断板2.1之间焊接，下连接筋2.11和下阻断板2.3之间焊接。

实施例2

本实施例提供一种上述阻断式负摩阻力测试试验桩的浇筑方法，包括下述步骤：

S0，进行场地动力触探试验和剪切波速测试，确定试验桩桩位和基桩负摩阻力阻断式测试元件2的埋置深度；

S1，在场地预设位置钻孔；

S2，下钢筋笼，并安装基桩负摩阻力阻断式测试元件2；

将元件Ⅰ中的上连接筋2.10的上端和下连接筋2.11的下端分别与最下方断桩位置两侧的试验主筋1.1焊接；

下钢筋笼过程中，沿着钢筋笼由下到上依次安装元件Ⅱ，元件Ⅱ中的上连接筋2.10的上端和下连接筋2.11的下端分别与断桩位置两侧的试验主筋1.1焊接；

每安装一组元件Ⅱ，将该组元件Ⅱ下方的元件Ⅰ和元件Ⅱ中钢筋应力计2.9的连接线2.12穿过该组元件Ⅱ的连接线穿孔2.7，并与对应的试验主筋1.1绑扎，直至所有元件Ⅱ安装完毕，钢筋应力计2.9的连接线2.12从最上方元件Ⅱ的连接线保护槽2.6第二端引出后与数据自动采集仪连接；

S3，沿灌浆孔2.4安装灌浆导管4，灌浆导管4的底端位于元件Ⅰ的下方，灌浆导管4的外径与保护隔断层2.2的中心孔直径相适应；

S4，通过灌浆导管4浇筑混凝土；

S5，混凝土龄期符合要求后，将灌浆导管4及其内的混凝土，以及灌浆导管4下方的混凝土取出，形成阻断式负摩阻力测试试验桩。

步骤S1中，基桩钻孔3采用旋挖钻机成孔，成孔深度根据步骤S0的结果确定并进入持力层，成孔后进行清孔。

上述浇筑方法中，灌浆导管4绑扎在钢筋笼上，位于相邻两组基桩负摩阻力阻断式测试元件2之间的位置设置有多个溜浆孔4.1。

上述浇筑方法中，灌浆导管4的顶端安装有锥形溜槽漏斗5；灌浆导管4由多段PVC管采用卡扣4.2连接并涂胶。

实施例3

本实施例以钢筋笼中设置8根Φ18mm的试验主筋1.1，8根Φ18mm的辅助主筋1.2，基桩钻孔3的直径为820-850mm，灌浆导管4的直径为110mm为例，介绍阻断式负摩阻力测试试验桩的具体参数及具体浇筑方法。

步骤S0中，在进行负摩阻试验桩位置选择和测试点深度选择前，先进行场地动力触探试验和剪切波速测试，根据场地动力触探试验和剪切波速测试的结果进行试验桩位置选择，桩身试验点深度选择场地上填土厚度为20m、30m、40m位置，测试点深度位置每隔10m埋设一个基桩负摩阻力阻断式测试元件2，且在较为松散位置加设试验点。

步骤S1同实施例2。

步骤S2中的钢筋笼按照下述步骤分段制作：

骨架成形，在骨架成形架上安放架立筋，按等间距将主筋布置好，用电焊将主筋与架立筋固定，将骨架推至外箍筋滚动焊接器上，按规定的间距缠绕箍筋，并用电弧焊将主筋与箍筋采用梅花形固定，钢筋笼制作成型检查合格后挂标牌于钢筋笼堆放场地，用垫木垫放整齐。

步骤S2中的基桩负摩阻力阻断式测试元件2按照下述步骤制作：

1)加工上阻断板2.1、下阻断板2.3：上、下阻断板为直径为760mm，厚度为30mm的普通碳素钢板，在距离中心320mm处等间距切割8个直径30mm的应力计穿孔5，中心切割一个200mm的中心孔；

2)加工元件Ⅰ中的保护隔断层2.2：保护隔断层2.2为直径为800mm，厚度为300mm的聚苯板，在距离中心320mm处对应上、下阻断板上应力计穿孔2.5位置等间距用Φ25带肋钢筋开8个直径30mm的应力计穿孔2.5，在中心切割一个110mm的中心孔，在保护隔断层2.2的上表面通过木板安装8个连接线保护槽2.6，将其浸泡在冷水中72h，在钢筋应力计连接件2.8焊接过程中，起到降温作用；

3)加工元件Ⅱ中的保护隔断层2：保护隔断层2为直径为800mm，厚度为300mm的聚苯板，在距离中心320mm处对应上、下阻断板上应力计穿孔2.5位置等间距用Φ25带肋钢筋开8个直径30mm的应力计穿孔2.5，在中心切割一个110mm的中心孔，在保护隔断层2的上表面通过木板安装8个连接线保护槽2.6，在连接线保护槽2.6的第二端用Φ25带肋钢筋开2.8个连接线穿孔2.7，将其浸泡在冷水中72h，在钢筋应力计连接件2.8焊接过程中，起到降温作用；

4)连接钢筋应力计连接件2.8：将钢筋应力计2.9两端分别通过丝扣连接上连接筋2.10和下连接筋2.11。

步骤S3中的灌浆导管4上设置花孔作为溜浆孔4.1，溜浆孔4.1间隔两米，为30cm×5cm的方形孔洞；为确保断桩位置以下1～2m灌注质量和桩身结构完整，在断桩位置的下阻断板2.3之下增设一处30cm×5cm的方形孔洞用于该段空气排出；PVC管采用钢丝6十字绑扎在钢筋笼上，操作简便、用时短，每隔3m绑扎一次，PVC管连接处采用卡扣4.2并涂胶连接，同时卡扣4.2处需采用钢丝6十字绑扎在钢筋笼上，保证灌浆导管4在钢筋笼的中心。

步骤S4中的混凝土选择细石混凝土，通过配比试验选定适用的细骨料、水泥、砂子配比，强度等级选择C25混凝土，要求混凝土中石子最大粒径不得超过20mm，混凝土塌落度要求达到160mm；浇筑要尽可能缓慢，不可超过25m

步骤S5中，试验桩浇筑后14天，通过XY-200工程钻机沿灌浆导管4钻孔取芯。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。