一种测量并分析填土钢管桩沉降及应变特性的实验装置技术领域
本实用新型涉及一种填土钢管桩沉降特性的实验设备，具体涉及一种测量并分析
填土钢管桩沉降及应变特性的实验装置。
背景技术
自20世纪中叶，钢管桩在国外已被广泛应用，而国内除少数建（构）筑物外很少使
用。由于钢管桩的承载能力大，钢材规格及型式较多，桩长易调整，材质浪费少，不易腐蚀，
施工速度快等诸多优点，近些年来钢管桩的应用受到研究学者的广泛关注。有些学者已经
先后研究了应用于边坡治理中的微型钢管桩的加固机理；介绍了冻土中钢管桩荷载传递函
数的测试过程和计算方法；分析了竖向荷载作用下大直径钢管桩的承载力特性等等，以上
论述足以说明钢管桩的应用愈发广泛。
目前，工程界对于土质隧道软基加固已经有一定的研究。旋喷桩、搅拌桩、CFG桩在
现场施工中需要足够的空间，挤密砂桩在软土中的施工质量较难控制。对于隧道及地下工
程而言，因洞室空间受限，大型施工机械无法进场操作，因此隧道软基加固仍然面临着较多
的实施困难与挑战。钢管桩具有承载力大，抗弯及抗剪能力强，施工快捷便利，挤土效应明
显等诸多优点，在满足地基承载力要求的前提下，采用钢管桩加固隧道软基将会取得很好
的工程效果。软弱地基钢管桩在承受荷载时，不但桩基容易发生沉降，而且桩身也会发生形
变。随着荷载逐渐增加，钢管桩顶部的沉降量会不断增大，而随着钢管桩沉降量的增加，桩
身应变值也会逐渐增大，并且沉降量的增加趋势与桩基所处土质地层的含水率有直接的关
联性。基于钢管桩在地下工程中使用的广泛性，有必要对其在不同含水率情况下的沉降特
性进行实验研究，便于为现场实施提供设计及理论基础。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种测量并分析填土钢管桩沉降及应变特性的实验装
置，可测量并分析在不同含水率情况下土质地层钢管桩的沉降特性，实时监测桩身应变值
和桩体沉降量。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种测量并分析填土钢管桩沉降及应变特性的实验装置，其特征在于：
包括硬质模桶、加载平台和桩钢管；
加载平台安装于桩钢管顶部，桩钢管插入硬质模桶内部；
加载平台底面安装有百分表，桩钢管表面自上而下间隔布置若干个应变片，所有
应变片均接入应变测试仪。
加载平台包括承压板和小直径钢管，小直径钢管与承压板的底面焊接，小直径钢
管插入到桩钢管的顶端；百分表对称安装于承压板的下底面。
加载平台的上表面放置堆载砝码。
加载平台由侧面的磁力支架固定支撑。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型可以测量在不同含水率土质地层和不同荷载情况下，桩基沉降量及桩
身应变等情况：
（1）可现场组装，简单可靠，操作便利。本模型通过现场组装而成，操作和移动均很
方便。
（2）耐久性好，材质简易，节约投资。本装置一旦完成，可循环使用，省时省力，利用
率高；同时本装置的养护维修费用较低。
（3）维护更换方便。若装置一旦失效，可及时更换，即刻恢复正常使用功效；实用性
好、操作方便、价格低廉，易于推广应用。
（4）可模拟多种工况下钢管桩沉降现象，可根据不同情况设置不同的尺寸、不同的
参数、不同的荷载、不同的土层含水率、不同的地层介质等，各工况之间可方便快速转换，可
测量多种参数指标，测试结果真实可靠。
附图说明
图1——本发明装置主要结构主视图；
图2——本发明装置主要结构平面图；
图3——本发明装置主要结构Ⅰ-Ⅰ剖面图；
图中：1.硬质模桶，2.桩钢管，3.承压板，4.小直径钢管，5.加载平台，6.应变片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
为了更好的模拟研究钢管桩的受力及变形特性，采用缓速持续加载，通过逐级施
加砝码或相关重物的方式，实时监测桩身应变值和桩体沉降量。桩身应变通过监测应变片
得到，沿桩长方向按一定间距均匀布置若干个应变片，应变采集系统为应变测试仪；桩体沉
降量由百分表量测，每组试验对称布置2个百分表，用磁力支架独立固定于试验台上，取平
均值即为桩体沉降量。该装置确保了对桩身应变和桩基沉降的测量精度，同时可以方便地
研究不同含水率情况下填土钢管桩的沉降特性，以便更好的分析钢管桩侧摩阻力与填土含
水率之间的建议关系式。该装置也可以很好的模拟钢管桩沉降现象，简单可靠，易于实施，
节省投资，具有较重要的应用研究价值和经济社会效益，在模拟不同土层含水率情况下钢
管桩的受力及沉降变形特性上具有良好的应用前景。
具体结构包括：
硬质模桶1、加载平台5和桩钢管2；加载平台5安装于桩钢管2的顶部，桩钢管2插入
硬质模桶1的内部；加载平台5底面安装有百分表，桩钢管2表面自上而下间隔布置若干个应
变片6，所有应变片6均通过导线接入应变测试仪。
加载平台5包括承压板3和小直径钢管4，小直径钢管4焊接到承压板3的底面，小直
径钢管4插入到桩钢管2的顶端；百分表对称安装于承压板3的底面。加载平台5的顶面放置
堆载砝码，加载平台5由侧面的磁力支架固定支撑。
该装置主要部件的功能是：在桩钢管2表面布置了应变片6，通过应变测试仪可以
实时观测钢管变形情况；通过磁力支架独立固定承压板3，从而有效避免在加载时对桩钢管
2造成外部扰动；通过硬质模桶1模拟桩基周边的土体约束及边界条件，硬质模桶1的尺寸通
过前期计算确定，确保对实验不造成附加影响，如此不但可以满足不同含水率情况下的土
层实验，而且可以很好的节约试验所需空间，同时也保证了不会因为加载而使硬质模桶1发
生变形；堆载砝码为主要的加载装置，对于每级加载程度，可以根据实际试验需要灵活调整
设置。
使用时：
步骤一：前期准备。根据实际情况，通过相关计算，确定模型材料、模型尺寸、土层
含水率、每级需要施加荷载力的大小等。
步骤二：制作加载装置：将小直径钢管4与承压板3焊接，整体组成加载平台5，通过
堆载砝码实现逐级加载。
步骤三：制作测量装置。将百分表对称布置在承压板3的下表面，将应变片6按一定
间距布置在桩钢管2上，并通过导线可靠连接应变测试仪。
步骤四：将桩钢管2按要求置于硬质模桶1中，添加特定含水率的土体介质，按一定
程度压实压密，填土时注意确保应变片6与应变测试仪的可靠连接。
步骤五：逐级稳步加载。在一定时间内，缓速逐级加载，观察桩基沉降及桩身形变
等情况。
步骤六：在加载期间，通过读取百分表及应变测试仪的数据，进行统计分析，得出
不同工况下相应的试验结论。
应用本装置后，随着所模拟的软弱地基钢管桩各种工况的不同，其相关参数如：硬
质模桶尺寸、桩钢管尺寸、桶内土体含水率、桶内土体性质、承压板、小直径钢管、砝码加载
作用力等均可根据实际需要，因地制宜，或大或小、或多或少、或长或短、或强或弱。
本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新
型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所
涵盖。