一种气体爆破式桩基力学性能检测装置

技术领域

本发明涉及桩基力学性能检测领域中的气体爆破式桩基力学性能检测装置。

背景技术

桩基静载试验是运用在工程上对桩基承载力检测的一项技术，在确定单桩极限承载方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，因此每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。

静载试验中，作用于桩上的荷载一般由反力装置提供，反力装置的易用程度直接影响这试验的过程和结果，常用的有堆载反力装置和锚桩反力装置。

堆载反力装置就是在桩顶使用钢梁设置一称重平台，上堆重物，依靠放在桩头上的千斤顶将平台逐步顶起，从而将力施加到桩身，反力装置的主梁可以选用型钢，也可用自行加工的箱梁，平台形状可以根据需要设置为方形或矩形，堆载用的重物可以选用沙袋、混凝土预制块等。锚桩反力装置在具体的经验中又可根据反力锚的不同分为两种，将反力架与锚桩连接在一起提供反力的，俗称锚桩反力装置，锚桩反力装置就是将被测桩周围对称的几根锚桩用锚筋与反力架连接起来，依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起，由被连接的锚桩提供反力，提供反力的大小由锚桩数量，反力架强度和被连接锚桩的抗拔力决定。

由上可知，桩基静载试验时对桩基的头部施加一个竖向载荷，检测桩基在该载荷下的沉降值，以评判桩基的极限承载力。现有技术中，无论通过施加重物还是通过千斤顶来对桩基头部施加竖向载荷的方式都很笨重和不便，比如说对于施加重物而言，需要设置重物支架和很多重物，对于千斤顶而言，需要功率较高的液压油路，不仅能耗较高，油路复杂，而且加载效率也很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻便的可以对桩基头部施加竖向载荷的气体爆破式桩基力学性能检测装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种气体爆破式桩基力学性能检测装置，包括气体爆破筒和用于使用时置于桩基顶部的装置筒，装置筒包括筒底和设置于筒底外围的筒身，装置筒还包括活动设置于筒身上端的筒盖，气体爆破筒的出气口与装置筒的内腔相连，装置筒上设置有限压阀和压力传感器，筒盖依靠自身的重量和/或者筒盖上设置有配重结构使得出气口排气时限制筒盖朝上移动。

气体爆破筒竖向布置于所述筒盖上，气体爆破筒的出气口位于气体爆破筒的下端。

限压阀和压力传感器均设置于所述筒盖上。

筒底与筒身密封连接，筒底与筒身间围成用于填充液体的液体填充空间。

所述限压阀包括具有阀口的阀座，阀口与装置筒的内腔相连，阀座上通过泄压弹簧顶设有用于封堵所述阀口的阀芯，阀座与泄压弹簧之间设置有用于调节泄压弹簧压缩量的螺纹调节机构，螺纹调节机构与泄压弹簧之间设置有力传感器。

筒盖上设置有配重结构使得出气口排气时限制筒盖朝上移动，配重结构包括设置于筒盖上的配重块。

筒盖上设置有配重结构使得出气口排气时限制筒盖朝上移动，配重结构包括通过连接头与筒盖相连的拉绳，拉绳有至少两个，各拉绳沿筒盖周向间隔布置，连接头包括上连杆和下连套，上连杆的下端伸入到下连套中，上连杆下端与上连套之间设置有连杆压簧，上连杆上于下连套的上侧螺纹连接有调节螺母。

气体爆破筒为二氧化碳液气相转换爆破筒。

筒盖包括座于筒身上端的筒盖沿和设置于筒盖沿下侧的与筒身内孔上端导向配合的导向段。

筒盖为圆形结构，气体爆破筒有四个，四个气体爆破筒的出气口沿筒盖周向均匀间隔布置，各出气口距离筒盖的中心位置距离相等，限压阀和压力传感器设置于筒盖的边缘位置，限压阀、压力传感器距离相邻两个出气口之间的间距相等。

本发明的有益效果为：使用时，气体爆破筒内的气体通过出气口释放到装置筒的内腔中，筒盖依靠自身的重量或者筒盖上设置有配重结构使得出气口排气时限制筒盖朝上移动，这样气体压力就会通过筒底传递到桩基，桩基就会受到竖向载荷，设定限压阀的泄压压力，可以控制装置筒的内腔压力，从而控制桩基所受到的竖向载荷，本发明中通过气体爆破筒产生的冲击气体而产生竖向载荷，相比现有技术中的通过负载或者液压缸来施加载荷而言，整个检测装置要轻便的多。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是图1中出气口在筒盖上的分布图；

图3是图1中限压阀与筒盖的配合示意图；

图4是图1中连接头的结构示意图；

图5是本发明的实施例2的结构示意图；

图6是本发明的实施例3的结构示意图；

图7是本发明的实施例4的结构示意图。

具体实施方式

本发明中气体爆破式桩基力学性能检测装置的实施例1如图1~4所示：包括四个气体爆破筒6和用于使用时置于桩基顶部的装置筒，装置筒包括筒底10和设置于筒底外围的筒身20，筒身20底部具有用于套设于桩基顶部的套设段21，装置筒还包括获得设置于筒身上端的筒盖17，筒盖包括座于筒身上端的筒盖沿18和设置于筒盖沿下侧的与筒身内孔上端密封导向配合的导向段19。筒盖17、筒身20和筒底10均为圆形结构。

气体爆破筒6为二氧化碳液气相转换爆破筒，二氧化碳液气相转换爆破筒属于现有技术，其爆破原理是，在未爆破前，爆破筒内储存液态的二氧化碳，需要爆破时，对液态二氧化碳进行加热，达到液气相转换温度时，液态二氧化碳转变为气态二氧化碳，体积急速扩大，实现压力增加，而实现爆破。

各气体爆破筒6竖向设置于筒盖17上，且气体爆破筒沿周向均匀间隔布置，气体爆破筒的出气口23位于气体爆破筒的下端，在本发明中，筒底10与筒身20密封连接，筒底10与筒身20间围成用于填充液体11的液体填充空间，使用时在该液体填充空间内充入液体11，比如说水，由于液体具有不可压缩性，这样气体爆破筒爆破时，气体作用力会通过液体11均匀的传递给筒底10，从而实现桩基所受载荷的均匀性。

装置筒上设置有限压阀13和压力传感器5，各出气口距离筒盖的中心位置距离相等，限压阀13设置于筒盖17的边缘位置，限压阀距离相邻两个出气口之间的间距相等，如图2所示，定义限压阀13的安装位置为A点，相邻两个出气口的位置分别为O1和O2，筒盖的圆心位置为O，则O、O1、A和O2四个点的连线为正方形结构。之所以这么设置限压阀的位置是因为，如图2中，虚线表示爆破时，以出气口为中心，向四周产生的爆破冲击波，爆破冲击波就行涟漪一样一圈一圈以出气口为中心向外扩散，可以看出，在A点时，O1点和O2点产生的爆破冲击波最后相遇，且相比O点而言，该出的爆破冲击波叠加值最小，O点有四个爆破冲击波叠加，A点只有两个爆破冲击波，因此A点位最后产生的压力均匀位置，即均匀最迟建立位置，在此处设置限压阀和压力传感器5，可以真实的反应装置筒的气体压力。A、O1、O2位置的获得可以通过以下方法：做直角BOC的角平分线OA，做线段OA的垂直平分线O1O2，O1O2与直线OA相较于D点，O1点、O2点就是对应两个爆破筒的放置位置，A点是均压最迟建立位置。

限压阀包括具有阀口25的阀座26，阀口25与装置筒的内腔相连，阀座上通过泄压弹簧4顶设有用于封堵所述阀口的阀芯14，阀芯14与阀口25之间通过锥面配合，阀座26与泄压弹簧4之间设置有用于调节泄压弹簧压缩量的螺纹调节机构，螺纹调节机构包括调节螺杆2和与调节螺杆螺纹配合的螺母1，螺纹调节机构与泄压弹簧之间设置有力传感器3，图1中项12表示连接于力传感器3与螺纹调节机构之间的球关节。通过旋转螺母1，可以调整泄压弹簧的压缩量，从而调整阀芯14打开所需的最大压力。在本实施例中，阀口25通过一段弯折的连接管15与筒盖17相连，压力传感器5设置于该连接管15上，整个泄压阀竖向布置，这样可以避免泄压阀超出筒盖的外边缘位置，避免整个装置的径向尺寸过大。

筒盖上设置有配重结构使得出气口排气时限制筒盖朝上移动，配重结构包括设置于筒盖上的配重块7；配重结构还包括通过连接头8与筒盖17相连的拉绳9，拉绳9有至少两个，各拉绳9沿筒盖17周向间隔布置，连接头8包括上连杆28和下连套29，上连杆28的下端伸入到下连套29中，上连杆28下端与上连套之间设置有连杆压簧30，上连杆28上于下连套29的上侧螺纹连接有调节螺母27。上连杆28的上端与筒盖17铰接相连，拉绳9与下连套29的下端相连。

本实施例，针对竖向载荷要求较高的桩基进行测试，因此气体爆破筒爆破时，会产生较大的反冲击力，为了避免筒盖向上移动，在通过上设置配重块，同时通过拉绳对筒盖施加拉力。在未爆破前，旋转调节螺母，使得连杆压簧处于自由状态，避免未爆破前，连杆压簧就对筒盖产生作用力，如果此时连杆压簧对筒盖产生向下的作用力，筒盖会将该作用力传递给筒身进而传递给桩基，这将会影响桩基22所受到的竖向载荷。在本发明中，未爆破前，连杆压簧不对筒盖产生作用力，当气体爆破筒爆破时，筒盖相对筒身具有朝上移动趋势，筒盖上的导向段虽相对筒身朝上移动，但是并不会与筒身脱离，因此可以保证装置筒内的气体压力不会经筒盖与筒身之间损失，此时拉绳虽然对筒盖产生拉力，但是该拉力并不会经筒身传递给桩基，桩基所受到的竖向载荷仅与装置筒内的气体压力有关。

四个气体爆破筒爆破时，所产生的气体压力通过液体均匀的传递筒底，桩基的整个承载面上会受到均匀的竖向载荷，这将更加真实的模拟的实际使用环境。通过设置限压阀的泄压压力，可以精准的控制对桩基的竖向载荷。

在本发明的其他实施例中：爆破筒的个数还可以根据需要进行设置，比如说一个、两个、三个或其他个数；爆破筒也可以不是二氧化碳液气相转换爆破筒，比如说常规的高压爆破筒；爆破筒也可以不设置于筒盖上，比如说将爆破筒设置于地面上，爆破筒通过软管与装置筒的内腔相连；装置筒内还可以不设置液体，此时爆破时，气体直接作用于筒底。

气体爆破式桩基力学性能检测装置的实施例2如图5所示：实施例2与实施例1不同的是，在面对相比实施例1更小级别的竖向载荷时，为避免筒盖17与筒身20脱离，配重块也可以不设，仅有拉绳9在爆破时向筒盖提供向下方向拉力。

气体爆破式桩基力学性能检测装置的实施例3如图6所示：实施例3与实施例2不同的是，在面对相比实施例2更小级别的竖向载荷时，为避免筒盖17与筒身20脱离，可以仅设置配重块7，不设置拉绳，仅依靠配重块在爆破时向筒盖提供压力。

气体爆破式桩基力学性能检测装置的实施例4如图7所示：实施例4与实施例3不同的是，在面对相比实施例3更小级别的竖向载荷时，为避免筒盖与筒身脱离，可以不设置配重块和拉绳，仅依靠筒盖17的自身重量来避免爆破时筒盖与筒身脱离。

最后应说明的是：以上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精神和范围。