[实用新型]一种预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于管桩内壁剪应力测试设备技术领域，涉及一种地基与基础工程中预制混凝土管桩贯入及休止阶段桩壁剪应力的测试设备，特别是一种预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置。

背景技术：

预制开口混凝土管桩具有产业化生产、运输方便、穿透力强、施工方便、承载力高、无泥浆污染等优点，在我国东南沿海地区应用广泛。目前，预制开口混凝土管桩沉桩方式主要有振动法、锤击法及静力压桩法三种形式，相比其他沉桩方法，静力压桩法是利用桩机自重及配重将预制桩送至预定深度的一种施工工艺，该方法施工过程中无噪声及振动影响，较为环保，在对施工环境要求较高的市区应用广泛。预制开口混凝土管桩属部分挤土桩，贯入过程中因桩端开口土体涌入桩内腔形成土塞，土塞的存在使预制开口混凝土管桩贯入及承载性状不同于实体桩，预制开口混凝土管桩桩身外壁剪应力测试大多通过桩身外壁安装测试元件获得，传统的测试元件易受测试环境影响，导致桩身外壁剪应力测试准确度不高。桩身外壁安装电阻式应变片贯入过程中易受桩周土体磨损破坏，导致应变片可靠性及成活率不高，测试精度不能保证；应变式钢筋应力计及振弦式钢筋应力计较应变片稳定，但需与钢筋焊接才能进行测试，不适用于预制开口混凝土管桩桩身剪应力测试；传统的FBG传感器体积大，桩身开槽面积较大，对桩身弹性模量造成一定损伤并且封装后桩土界面摩擦性状与完整桩体也有一定差异，导致桩土摩擦系数发生变化，测试精度不高，而且预制开口混凝土管桩内径小，大体积传感器安装不易进行，测试较为困难。因此，大多数情况下将桩内壁剪应力等效为桩外壁剪应力，然而贯入过程中预制开口混凝土管桩管腔内土塞受到挤压，土体物理力学性状不同于桩外壁土体，势必造成桩身内壁剪应力不同于外壁剪应力，桩内壁剪应力的测试对预制开口混凝土管桩沉桩性状及长期承载特性研究具有重要意义。因此，寻求一种预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置，准确测定贯入及休止阶段桩内壁剪应力，更好地完善预制开口混凝土管桩桩土界面剪切机理，提升预制开口混凝土管桩贯入机理及承载特性研究理论。

发明内容：

本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，在不破坏桩身完整性及保证桩土摩擦系数不变的前提下，提供一种预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置。

为了实现上述目的，本发明所述预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置的主体结构包括裸FBG传感器、光纤连接线、铠装光缆、光栅传感分析仪、计算机、预钻孔、连接线端头和桩身，各个裸FBG传感器之间用光纤连接线串联后分别设置在桩身的内壁和外壁上组成内壁光纤串和外壁光纤串，裸FBG传感器的间距和数量根据施工现场的土层确定；桩身的顶端设有预钻孔，桩身的内壁和外壁上分别竖向均匀刻有三道浅槽，内壁光纤串和外壁光纤串分别与浅槽的底面采用高强粘结剂粘结牢固，内壁光纤串和外壁光纤串的表面采用环氧树脂封装保护，光纤连接线的端部连接有铠装光缆，铠装光缆的端部设有连接线端头，外壁光纤串上的光纤连接线通过预钻孔由桩身内壁引出，内壁光纤串上的光纤连接线直接由桩身的内壁引出，内壁光纤串和外壁光纤串分别通过铠装光缆端部的连接线端头与光栅传感分析仪连接，光栅传感分析仪与计算机连接组成数据采集分析系统。

本实用新型采用预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置进行桩身内壁剪应力测试，其具体测试过程为：

(1)、在桩身的内壁和外壁上周向间隔120°沿桩身轴线方向分别画3条定向线，然后沿定向线切割出宽15mm、深15mm的浅槽，将浅槽清扫干净后将3条内壁光纤串和3条外壁光纤串分别在内壁和外壁上沿浅槽方向布设安装，并用高强粘结剂将3条内壁光纤串和3条外壁光纤串与浅槽底部粘结牢固，然后用环氧树脂对3条内壁光纤串和3条外壁光纤串进行封装保护；

(2)、环氧树脂强封装完成后，在桩身的顶端用钻孔机钻制直径为20mm的预钻孔，并将外壁光纤串从预钻孔沿桩身的内壁引出，内壁光纤串直接由桩身内壁引出，然后将内壁光纤串、外壁光纤串与铠装光缆以熔接的方式连接；

(3)、利用静压桩机上自带旋转吊车将桩身贯入桩箍内，然后将铠装光缆通过连接线端头与光栅传感分析仪连接，然后将光栅传感分析仪与计算机连接组成光纤传感测试系统，并对光纤传感测试系统进行调试；

(4)、分别记录桩身贯入开始前内壁光纤串、外壁光纤串上裸FBG传感器的初始波长读数，然后每间隔1秒记录贯入过程中内壁光纤串、外壁光纤串上裸FBG传感器的波长，计算出各个截面处裸FBG传感器波长变化，根据波长变化反算出贯入过程中桩内壁剪应力与桩外壁剪应力大小；