本發明涉及基樁承載力靜載檢測，具體涉及一種基樁自平衡靜載試驗系統及其試驗數據的等效疊加轉換方法。

背景技術：

1、隨著現代建筑對基礎承載力要求的不斷提高，在高層建筑、橋梁、大跨度結構等工程中，樁基礎的設計與檢測變得尤為重要。傳統的靜載荷試驗方法如堆載法、錨樁法等，雖然能夠提供基樁承載力的直接評價，但在超長、大直徑樁的測試中往往面臨場地受限、設備需求大、試驗成本高等挑戰。尤其在涉及較大載荷和特殊地質條件的工程中，傳統方法已難以滿足實際需求，為此，自平衡靜載試驗逐漸被引入工程實踐。

2、目前國內自平衡靜載試驗通常使用單個荷載箱，這存在一些局限性。首先，試樁的平衡點無法準確定位，荷載箱布置位置確定困難，會影響上、下段樁極限承載力的測量，使得單樁豎向抗壓極限承載力檢測值偏低，從而影響基樁設計的經濟性；在復雜地層條件下，不同土層的摩阻力和樁端阻力分布不均勻，單一荷載箱難以全面反映不同土層的影響。因此，對于長樁而言，采用多個荷載箱可以更好地反映基樁在不同土層中的承載力情況，減少了因不同受力狀態導致結果分析難度增大的問題，使試驗結果更加直觀；可使得檢測過程更接近樁的實際工作狀態，還可以分段評估承載能力，確定有效樁長。但是由于多層荷載箱的試驗技術并不成熟，使得該方法普及困難，具體存在如下缺陷：（1）荷載箱的增加，會使得試驗系統變的復雜，管線繁雜，難以操作；（2）傳統位移監測手段誤差較大；（3）試驗得到的數據為各荷載箱的分段加載數據，目前的數據處理手段采用各段樁極限承載力或加載值的簡單相加，結果存在較大誤差；（4）通過安裝鋼筋計等手段監測樁身軸力變化，經濟性差，結果誤差也較大。有鑒于此，本發明提出了一種基于多層荷載箱的基樁自平衡靜載試驗系統及數據等效疊加轉換方法。

技術實現思路

1、基于上述現有技術中的不足，本發明提供了一種基樁自平衡靜載試驗系統，本發明在多層荷載箱自平衡靜載試驗的基礎上采用連續油管的液壓控制單元對荷載箱進行調控，通過一體成型的多節點深部位移監測單元實時監測試驗過程中荷載箱的位移變化。本發明還給出了一種配套的試驗數據等效疊加轉換方法，可將各荷載箱試驗過程中的分段試驗數據進行疊加轉換，得出等效于頂載下的荷載-位移曲線。

2、實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

3、一種基樁自平衡靜載試驗系統，至少包括鋼筋籠，還包括：

4、荷載箱，設置有兩個以上，呈上下分布在鋼筋籠中，并與鋼筋籠連接固定，荷載箱內部均勻分布有多個千斤頂，荷載箱中設置有與千斤頂相連通的油路閥門；

5、液壓控制單元，與所有的荷載箱相連接并向荷載箱提供壓力和監控壓力大小，包括液壓控制器、油管、光電纜、電控開關、柔性連接管和柔性伸縮連接管；液壓控制器通過油管和電控開關與油路閥門連接，液壓控制器通過光電纜連接并控制電控開關，柔性連接管和柔性伸縮連接管均套在油管和光電纜上，柔性伸縮連接管穿過荷載箱的內部并與柔性連接管相連；

6、深部位移監測單元，與所有的荷載箱相連接并監測荷載箱上下的位移變化，其包括mems加速度傳感器、信號線、中繼控制器、剛性連接管和剛性伸縮連接管，mems加速度傳感器固定在荷載箱上，中繼控制器通過信號線與mems加速度傳感器相連，剛性連接管和剛性伸縮連接管均套在信號線上，且剛性伸縮連接管穿過荷載箱的內部并與剛性連接管相連；

7、智能化數字信號處理平臺，通過信號線與液壓控制單元和深部位移監測單元相連接，獲取液壓加載數據以及荷載箱的位移數據并進行計算。

8、進一步的，所述荷載箱設置有三個，分別位于鋼筋籠的上層、中層及下層；所述荷載箱焊接在鋼筋籠上，通過固定環固定，荷載箱內圓邊緣處與鋼筋籠主筋通過導向筋進行焊接固定。

9、進一步的，所述荷載箱中預留有上下貫通的兩個孔洞，柔性伸縮連接管以及剛性伸縮連接管分別安裝于兩個孔洞中；所述柔性伸縮連接管和剛性伸縮連接管的最大伸長量均為荷載箱最大位移量的兩倍。

10、進一步的，所述液壓控制器包括電控開關控制模塊、壓力加載模塊和壓力顯示模塊，分別用于控制各荷載箱的油路開關、向荷載箱提供壓力和監控壓力大小。

11、進一步的，所述剛性連接管內襯有鋼絲網，用于屏蔽外界電子信號干擾。

12、進一步的，每個荷載箱的上方和下方均設置有一個mems加速度傳感器，兩個mems加速度傳感器分別固定于荷載箱的上下內壁處，且位于剛性伸縮連接管的頂部和底部。

13、進一步的，所述深部位移監測單元還包括固定支架和抗震墊，mems加速度傳感器通過固定支架安裝固定，抗震墊連接在mems加速度傳感器與荷載箱之間。

14、進一步的，所述深部位移監測單元還包括數據采集器，數據采集器通過信號線與中繼控制器相連接并采集、儲存mems加速度傳感器的位移數據。

15、本發明還提供了一種基于上述基樁自平衡靜載試驗系統的數據等效疊加轉換方法，包括以下步驟：

16、從最下層位置的荷載箱（2）開始，自下而上對各荷載箱（2）向下加載的液壓加載數據進行等效疊加轉換，具體公式為：；式中： q為荷載的等效疊加值，單位n； qn為疊加段樁的承載力，單位n； qd為疊加段樁的段底軸力，通過對下部樁荷載的等效疊加值進行線性內插求得，單位n；

17、位移數據的疊加轉換公式為：

18、；

19、；

20、式中： s為位移的疊加轉換值，單位mm； s0為疊加段樁的理論平均壓縮變形，單位mm； sn為疊加段樁的實測壓縮變形，單位mm； sd為下部樁殘余軸力導致的壓縮變形， sd= sn- s0，單位mm； αgh為壓縮系數； l為疊加段樁長，單位mm；

21、當疊加段樁加載試驗時的分級荷載全部疊加完成后，若下部樁還存在分級荷載數據未參與疊加段樁的等效疊加，則在疊加段樁的最大分級荷載 qmax的基礎上繼續對分級荷載數據進行疊加轉換，其荷載量為：，式中： q′為下部樁還未參與等效疊加的荷載量，單位n；此時的對應位移計算公式為：，式中： s′為下部樁還未參與等效疊加的荷載量 q′所對應的實測壓縮變形，單位mm。

22、進一步的，當疊加到上段樁時，將最上層荷載箱（2）的向上加載數據先進行等效轉換，然后再次重復等效疊加，生成實際等效于樁頂荷載下的荷載-位移變化規律曲線，具體公式為：；式中： qu為上段樁的實測承載力，單位n； w為上段樁的自重及附加重量，單位n； γ1為上段樁的抗壓摩阻力轉換系數，通過相近條件的比對試驗和地區經驗確定；

23、荷載的等效疊加轉換公式為：

24、；

25、位移的等效疊加轉換公式為：

26、。

27、與現有技術相比，本發明提供的基樁自平衡靜載試驗系統及數據等效疊加轉換方法具有以下優點：1、本發明采用連續油管的液壓控制單元，通過內置電纜實現遠程控制和供電，簡化管線布設，提高系統可控性；2、本發明中的多節點的深部位移監測單元，高精度mems加速度傳感器提高了位移監測的準確性，一體成型的連接管件，簡化了管線布設，保證了位移監測的穩定性；3、本技術中的多層荷載箱設計可靠性高，分段加載方式解決了復雜地層中平衡點難以確定的問題，試驗結果更加準確；4、本發明提供的試驗數據等效疊加轉換方法考慮頂載下基樁的軸力傳遞規律及壓縮變形，科學整合分段數據，減少誤差，解決了多層荷載箱試驗數據不易整合的難題，提高了結果的實用性；5、本技術中的地面智能化數字信號處理平臺可直接處理和分析試驗數據，得出等效于樁頂荷載的荷載-位移曲線，并分析出樁身軸力、側摩阻力、樁端阻力的變化規律，提升數據處理效率和工程應用價值。

28、本發明有效克服了傳統自平衡靜載試驗系統的局限性，為基樁承載力檢測提供了更為精確、可靠和經濟的手段。