CN109900406B - 膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法，属于建筑领域，测量装置包括支座、钢架、上端砝码蓝、钢索、滑轮、上端压力传感器、上端百分表、上端钢板、浸水管、膨胀土层、上段模型桩、应变片、下段模型桩、箱体、下端钢板、下端压力传感器、下端砝码蓝和下端百分表。采用室内模型试验经济实效、可操作性强、受复杂环境影响小，在研究单层土竖向受荷桩方面具有一定优势，其试验结果能为实际工程应用提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，尤其涉及膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法。
背景技术
桩基础是最常见的基础形式之一,在工程建设领域有着广泛的应用。单桩竖向承载力一直是国内外学者和研究人员关注的重要课题。同时,随着桩基工程在复杂地质条件下的广泛应用,桩基的负摩阻力问题也日益凸显,成为桩基研究的热点问题之一。
自平衡试桩负摩阻力转换系数需根据实际情况通过相近条件的比对试验和地区经验确定。现在的工程中实现膨胀土层负摩阻力转换系数测时成本较高、可操作性不强、受复杂环境影响，比较难测量。因此，需要设计一种室内的模型试验，试验结果能为实际工程应用提供参考。
发明内容
本发明的目的在于提供膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置、设计方法及测量方法，解决现有自平衡试桩负摩阻力转换系数测量困难的技术问题。
膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，包括支座、钢架、上端砝码蓝、钢索、滑轮、上端压力传感器、上端百分表、上端钢板、浸水管、膨胀土层、上段模型桩、应变片、下段模型桩、箱体、下端钢板、下端压力传感器、下端砝码蓝和下端百分表，所述钢架固定设置在支座上，所述滑轮固定设置钢架上，所述上段模型桩和下段模型桩的桩头相对设置在箱体内，所述浸水管设置在箱体内，所述箱体底层填入细石层，细石层上填上膨胀土层，所述钢索与上端压力传感器的一端连接，另一端穿过滑轮与上端砝码蓝连接，所述上端压力传感器另一端与上段模型桩顶端连接，所述上端钢板设置在上段模型桩顶端上，所述上端百分表设置在上端钢板上；
所述箱体底部设置有进水口，所述箱体底部开设有开孔，开孔上贯穿设置有保护管，保护管顶端与下段模型桩底端连接，所述钢索穿过保护管与下段模型桩的底端连接，所述下端压力传感器和下端砝码蓝依次设置在钢索上，所述下端钢板固定设置在保护管的底端，所述下端百分表设置在下端钢板上，所述应变片设置在上段模型桩和下段模型桩侧边上，所述应变片通过导线与外部应变仪连接。
进一步地，所述上段模型桩和下段模型桩均浸没在膨胀土层内部，所述上段模型桩和下段模型桩上等间距设置有若干个应变片。
进一步地，所述浸水管上开设有若干个孔，在浸水管外侧包裹有土工布，浸水管底端设置在细石层下，浸水管的上端淹埋在膨胀土层内，浸水管的数量为2-6根，等间距设置在箱体内。
进一步地，所述进水口的数量为2-4，均匀设置在箱体的底部侧边上，进水口与细石层连通。
进一步地，本方案还包括通水软管和蓄水容器，所述通水软管一端与进水口连接，另一端伸入蓄水容器内，所述蓄水容器内水的水位高于膨胀土层的高度。
进一步地，所述上段模型桩和下段模型桩均采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，上段模型桩和下段模型桩埋在膨胀土层的深度为670mm，上段模型桩露出膨胀土层的长度为30mm，上段模型桩和下段模型桩内部粘贴若干个应变片，应变片间距均匀设为50mm。
膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：
步骤1：设计上段模型桩、下段模型桩和浸水管；
步骤2：设置实验支座，同时将钢架嵌入支座，设置上端开口的箱体，箱体底部开设实验孔，侧边开设进水口，箱体架设在支座上，钢架位于箱体两侧；
步骤3：往箱体底部放入细石层，把浸水管竖直***细石层内，并把上段模型桩和下段模型桩相互对设置放置在箱体内，下段模型桩底部设置保护管贯穿箱体底部的实验孔；
步骤4：上段模型桩顶部固定设置上端钢板，上端钢板上设置上端百分表，上端百分表与墙体或者固定物体固定连接，上段模型桩顶部通过连接钢索与上端压力传感器一端连接，上端压力传感器另一端使用钢索穿过设置在钢架上的滑轮，而且钢索末端设置上端砝码蓝；
步骤5：下段模型桩底端设置通过连接钢索与下端压力传感器一端连接，下端压力传感器另一端设置下端砝码蓝，保护管底部设置下端钢板，下端百分表设置在下端钢板上，下端百分表与墙体或者固定物体固定连接。
步骤6：往细石层上铺设膨胀土层，上段模型桩顶部固定设置上端钢板入膨胀土层深度为670mm，土体以上长度为30mm。
进一步地，所述步骤1的具体过程为：
上段模型桩和下段模型桩采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，将空心管采用线切割法从中心对半剖开，检查切割的空心管桩身完好后用细砂纸打磨切口，在管内壁标记应变片位置，用砂纸打磨光滑，涂抹胶水，将接线端子和应变片粘贴至标记处，依次焊接导线后将导线从桩顶预留走线孔引出并贴好标签，涂抹防水材料环氧树脂在应变片及其接线端处，同时用环氧树脂粘结剖开的模型，然后在穿好2mm钢丝绳的桩头上涂环氧树脂，将桩头安在桩顶和桩底，桩头采用铸铁制成，桩头总厚度为15mm，翼缘厚3mm，外径25mm，内径20mm，桩头上开有单个或双个2mm穿线口，另外在桩头粘贴一块铁片便于测量桩***移；
浸水管采用16mm的PVC管，PVC管身均匀钻小孔，再用土工布包裹1～2层并堵住孔，保证水能渗进膨胀土层又不被堵塞。
膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
步骤1：试验加载与荷载、位移观测，往上端砝码蓝和下端砝码蓝上加砝码，每级加载为极限荷载的1/10，第一级用砝码篮进行加载，而后逐级添加砝码，采用慢速维持法，每加一级后，待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，同时记录各百分表数据，加载时间持续1小时，加载后的第一小时内，需进行五次百分表读数，时间间隔隔分别为5、5、10、10、15、15min，当桩身达到稳定，前后两次读数位移之差小于0.1mm时可进行下一级加载，出现下列情况之一终止加载：(a)所加荷载己达到试桩极限承载力；(b)下一级荷载的位移为前一级荷载位移的5倍；(c)累计位移超过100mm；(d)试桩破坏即试桩达不到稳定状态，卸载方式：分五级卸载，每级卸载10kg，卸载时间间隔为一小时，同样待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，位移数据每隔30min读一次数据，全部卸载后，隔3小时读最后一次数据，将所读数据计入表格；
步骤2：采用无线静态应变测试分析***进行收集数据，由应变仪采用每隔两秒采集一次应变数据的定时采集模式传给无线静态应变测试分析***；
步骤3：使用通水软管和蓄水容器，通水软管一端与进水口连接，另一端伸入蓄水容器内，蓄水容器内水的水位高于膨胀土层的高度，利用连通器原理，在浸水时，保持蓄水容器水位高于膨胀土层体表面，直至蓄水容器中水位保持不变，表明箱体内膨胀土层已饱和，进水口处需用钢丝绳绑扎紧实，防止漏水；
步骤4：重复步骤1，并记录相应的数据；
步骤5：使用试桩负摩阻力转换系数公式进行计算，公式为：
式中Q为传统静压桩加载极限值，Q上、Q下为自平衡试桩上下段加载极限值，
W为上段桩自重，γ为检桩的抗拔摩阻力转换系数。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明采用室内模型试验经济实效、可操作性强、受复杂环境影响小，在研究单层土竖向受荷桩方面具有一定优势，其试验结果能为实际工程应用提供参考，同时研究膨胀土中自平衡试桩负摩阻力特性，通过设计浸水与未浸水两组模型试验，对比研究膨胀土中自平衡试桩与传统静压试桩负摩阻力特性，得到膨胀土中浸水与未浸水两种工况下不同的负摩阻力转换系数，并分析其原因，为实现建筑提供很好的数据参考。
附图说明
图1是本发明的装置剖面图。
图2是本发明的模型桩结构示意图。
图中标号：1、支座；2、钢架；3、上端砝码蓝；4、钢索；5、滑轮；6、上端压力传感器；7、上端百分表；8、上端钢板；9、浸水管；10、膨胀土层；11、上段模型桩；12、应变片；13、下段模型桩；14、箱体；15、进水口；16、细石层；17、下端钢板；18、下端压力传感器；19、下端砝码蓝；20、下端百分表；21、垫片；22、保护管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，根据本发明的膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置剖面图，包括支座1、钢架2、上端砝码蓝3、钢索4、滑轮5、上端压力传感器6、上端百分表7、上端钢板8、浸水管9、膨胀土层10、上段模型桩11、应变片12、下段模型桩13、箱体14、下端钢板17、下端压力传感器18、下端砝码蓝19和下端百分表20，所述钢架2固定设置在支座1上，所述滑轮(5)固定设置钢架2上，所述上段模型桩11和下段模型桩13的桩头相对设置在箱体14内，所述浸水管9设置在箱体14内，所述箱体14底层填入细石层(16)，细石层16上填上膨胀土层10，所述钢索4与上端压力传感器6的一端连接，另一端穿过滑轮5与上端砝码蓝3连接，所述上端压力传感器6另一端与上段模型桩11顶端连接，所述上端钢板8设置在上段模型桩11顶端上，所述上端百分表7设置在上端钢板8上；
所述箱体14底部设置有进水口15，所述箱体14底部开设有开孔，开孔上贯穿设置有保护管22，保护管22顶端与下段模型桩13底端连接，所述钢索4穿过保护管22与下段模型桩13的底端连接，所述下端压力传感器18和下端砝码蓝19依次设置在钢索4上，所述下端钢板17固定设置在保护管22的底端，所述下端百分表20设置在下端钢板17上，所述应变片12设置在上段模型桩11和下段模型桩13侧边上，所述应变片12通过导线与外部应变仪连接。
钢索4穿过桩头双穿线口用上端钢板8打结后，通过桩底的单穿线口，连接压力传感器。保护管22为PVC保护管，主要作用是保护钢索，要不然钢索与土层直接接触，有摩擦力，这样加载在桩底的荷载不再是压力传感器测量值，测量桩底位移，伸出一段便于测量桩底位移。PVC管均匀涂抹凡士林减小其与土层摩擦力，防漏水浸水时PVC管在钢桶开孔处安装O型线圈，浸水完成后加载试验时，取下线圈。
上端压力传感器6测量具体的压力，同时上端百分表7测量具体的移位情况，浸水管9设置多根，从而使得更好更快的对膨胀土层10进行膨胀，提高实验的效率。
本发明实施例中，所述上段模型桩11和下段模型桩13均浸没在膨胀土层10内部，所述上段模型桩11和下段模型桩13上等间距设置有若干个应变片12。
本发明实施例中，所述浸水管9上开设有若干个孔，在浸水管9外侧包裹有土工布，浸水管9底端设置在细石层16下，浸水管9的上端淹埋在膨胀土层10内，浸水管9的数量为2-6根，等间距设置在箱体14内。
本发明实施例中，所述进水口15的数量为2-4，均匀设置在箱体14的底部侧边上，进水口15与细石层16连通。
本发明实施例中，还包括通水软管和蓄水容器，所述通水软管一端与进水口15连接，另一端伸入蓄水容器内，所述蓄水容器内水的水位高于膨胀土层10的高度。
本发明实施例中，所述上段模型桩11和下段模型桩13均采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，上段模型桩11和下段模型桩13埋在膨胀土层10的深度为670mm，上段模型桩11露出膨胀土层10的长度为30mm，上段模型桩11和下段模型桩13内部粘贴若干个应变片12，应变片12间距均匀设为50mm。
对膨胀土中自平衡试桩与传统静压试桩受力特性进行模拟，通过浸水试验对桩体施加膨胀力，采用逐级加载方法对桩体加载，最后通过数据对比分析进行以下计算：
(1)膨胀土未浸水膨胀情况下，试桩Q-s曲线、极限承载力、桩身轴力、桩身侧摩阻力和负摩阻力转换系数；
(2)膨胀土浸水膨胀情况下，桩、土位移、试桩Q-s曲线、极限承载力、桩身轴力、桩身侧摩阻力和负摩阻力转换系数；
(3)将两种工况下的转换系数与规范中粉土、黏性土、砂土的取值进行对比分析，获得膨胀土中负摩阻力转换系数取值规律，然后进行确定膨胀土中负摩阻力转换系数的取值。
试验模型桩传统静压桩C1和自平衡试桩的上、下段桩Z1、Z2均采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作。桩身入土深度为670mm，土体以上长度为30mm，桩顶下20mm处一侧开设10mm圆孔，用于引出应变片连接线。
为测量桩身轴力分布，在桩体内部粘贴一定数量的应变片。为确保试验数据准确，结合试桩埋设深度和桩身出线孔位置，将应变片间距均匀设为50mm，并对各应变片进行编号。
试验采用浙江台州黄岩测试仪器厂生产的4mm×5mm接线端子和BX120-3AA型应变片。应变片参数如下：栅长×栅宽为3mm×2mm，电阻值120±0.1Ω，灵敏系数2.08±1％。为粘贴应变片，需要将空心管采用线切割法从中心对半剖开，检查桩身完好用细砂纸打磨切口，便于桩体粘结，剖开桩体如图1所示。在管内壁标记应变片位置，用砂纸打磨光滑，涂抹502胶水，将接线端子和应变片粘贴至标记处，依次焊接导线后将导线从桩顶预留走线孔引出并贴好标签，涂抹防水材料环氧树脂在应变片及其接线端处，同时用环氧树脂粘结剖开的模型。然后在穿好2mm钢丝绳的桩头上涂环氧树脂，将桩头安在桩顶和桩底。桩头采用铸铁制成，桩头总厚度为15mm，翼缘厚3mm，外径25mm，内径20mm，桩头上开有单个或双个2mm穿线口，另外在桩头粘贴一块铁片便于测量桩***移。对于传统静压桩加载点位于桩顶，因此钢索穿过桩顶的双穿线口用不锈钢卡头打结后，通过桩底单穿线口，悬挂砝码实现加载；而自平衡桩加载点位于“平衡点”，钢索走线方式与前面类似。
最后将桩身均匀涂满环氧树脂，裹一层细沙。钢索穿过桩体，通过滑轮连接砝码，实现逐级加载。
采用高880mm，直径580mm，壁厚3mm的钢桶作为本次试验的模型箱，模型箱底部加焊3mm的圆形钢板，防止夯土导致钢桶底部变形，底部钻两个20mm的孔，在模型箱两侧距底部20mm处，平行设置两个进水口，进水口外伸40mm，便于连接注水管。
试验时模型箱放置于高650mm的砌体上，同时砌体中嵌入1750mm的角钢支架。角钢支架位于模型箱两侧，宽200mm，长300mm，砌体上部钢架还需搭设斜撑。角钢支架上连接方钢制成的钢架，75mm的定滑轮用钢丝绳固定在钢架上，从而形成一套牢固的制成体系。
试验中每加一级荷载通过LH-S02传感器精确测量，在LH-PT600高速显示仪表面板显示每级最大荷载。
百分表测量桩***移采用量程为50mm的百分表，百分表用磁性表座固定在顶面和钢架上。
应变仪试验中采用江苏泰斯特电子设备制造有限公司生产的TST3822EN无线静态应变测试分析***对加载过程中的桩身应变片数据进行监测。TST3822EN无线静态应变测试分析***是一种内置单片机进行控制的工程型静态电阻应变仪，可直接通过WiFi与计算机进行通讯。通过计算机中的TST3822EN无线静态应变测试分析软件，对实时采集的数据进行简单处理和保存。从而构成适合在试验室、工程测量等各种应变应力测试领域广泛应用的高速数据采集处理***。TST3822EN无线静态应变仪上装有多重积分式A/D转换器，保证了用户数据的最佳转换速度和精度。其工作原理为：电阻应变片是一种电阻式传感器，它以自身电阻的变化来反映需要测量的机械应变。将电阻应变片组成测量电桥，当桥臂电阻变化时，电桥就输出一个和其变化大小成线性关系的电压。通过对该电压进行放大，并对电阻应变片的灵敏系数进行归一化，就能使输出的电压大小和实际应变大小相对应。
膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：
步骤1：设计上段模型桩11、下段模型桩13和浸水管9。
上段模型桩11和下段模型桩13采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，将空心管采用线切割法从中心对半剖开，检查切割的空心管桩身完好后用细砂纸打磨切口，在管内壁标记应变片位置，用砂纸打磨光滑，涂抹胶水，将接线端子和应变片12粘贴至标记处，依次焊接导线后将导线从桩顶预留走线孔引出并贴好标签，涂抹防水材料环氧树脂在应变片及其接线端处，同时用环氧树脂粘结剖开的模型，然后在穿好2mm钢丝绳的桩头上涂环氧树脂，将桩头安在桩顶和桩底，桩头采用铸铁制成，桩头总厚度为15mm，翼缘厚3mm，外径25mm，内径20mm，桩头上开有单个或双个2mm穿线口，另外在桩头粘贴一块铁片便于测量桩***移；
浸水管9采用16mm的PVC管，PVC管身均匀钻小孔，再用土工布包裹1～2层并堵住孔，保证水能渗进膨胀土层10又不被堵塞。
步骤2：设置实验支座1，同时将钢架2嵌入支座1，设置上端开口的箱体14，箱体14底部开设实验孔，侧边开设进水口15，箱体14架设在支座1上，钢架2位于箱体14两侧；
步骤3：往箱体14底部放入细石层16，把浸水管9竖直***细石层16内，并把上段模型桩11和下段模型桩13相互对设置放置在箱体14内，下段模型桩13底部设置保护管22贯穿箱体14底部的实验孔；
步骤4：上段模型桩11顶部固定设置上端钢板8，上端钢板8上设置上端百分表7，上端百分表7与墙体或者固定物体固定连接，上段模型桩(11)顶部通过连接钢索4与上端压力传感器6一端连接，上端压力传感器6另一端使用钢索4穿过设置在钢架2上的滑轮5，而且钢索4末端设置上端砝码蓝3；
步骤5：下段模型桩13底端设置通过连接钢索4与下端压力传感器18一端连接，下端压力传感器18另一端设置下端砝码蓝19，保护管22底部设置下端钢板17，下端百分表20设置在下端钢板17上，下端百分表20与墙体或者固定物体固定连接。
步骤6：往细石层16上铺设膨胀土层10，上段模型桩11顶部固定设置上端钢板8入膨胀土层10深度为670mm，土体以上长度为30mm。
膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
步骤1：试验加载与荷载、位移观测，往上端砝码蓝3和下端砝码蓝19上加砝码，每级加载为极限荷载的1/10，第一级用砝码篮进行加载，而后逐级添加砝码，采用慢速维持法，每加一级后，待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，同时记录各百分表数据，加载时间持续1小时，加载后的第一小时内，需进行五次百分表读数，时间间隔隔分别为5、5、10、10、15、15min，当桩身达到稳定，前后两次读数位移之差小于0.1mm时可进行下一级加载，出现下列情况之一终止加载：(a)所加荷载己达到试桩极限承载力；(b)下一级荷载的位移为前一级荷载位移的5倍；(c)累计位移超过100mm；(d)试桩破坏即试桩达不到稳定状态，卸载方式：分五级卸载，每级卸载10kg，卸载时间间隔为一小时，同样待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，位移数据每隔30min读一次数据，全部卸载后，隔3小时读最后一次数据，将所读数据计入表格；
步骤2：采用无线静态应变测试分析***进行收集数据，由应变仪采用每隔两秒采集一次应变数据的定时采集模式传给无线静态应变测试分析***；
步骤3：使用通水软管和蓄水容器，通水软管一端与进水口15连接，另一端伸入蓄水容器内，蓄水容器内水的水位高于膨胀土层10的高度，利用连通器原理，在浸水时，保持蓄水容器水位高于膨胀土层10体表面，直至蓄水容器中水位保持不变，表明箱体14内膨胀土层10已饱和，进水口15处需用钢丝绳绑扎紧实，防止漏水；
步骤4：重复步骤1，并记录相应的数据；
步骤5：使用试桩负摩阻力转换系数公式进行计算，公式为：
式中Q为传统静压桩加载极限值，Q上、Q下为自平衡试桩上下段加载极限值，
W为上段桩自重，γ为检桩的抗拔摩阻力转换系数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置，其特征在于：包括支座(1)、钢架(2)、上端砝码篮(3)、钢索(4)、滑轮(5)、上端压力传感器(6)、上端百分表(7)、上端钢板(8)、浸水管(9)、膨胀土层(10)、上段模型桩(11)、应变片(12)、下段模型桩(13)、箱体(14)、下端钢板(17)、下端压力传感器(18)、下端砝码篮(19)和下端百分表(20)，所述钢架(2)固定设置在支座(1)上，所述滑轮(5)固定设置钢架(2)上，所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)的桩头相对设置在箱体(14)内，所述浸水管(9)设置在箱体(14)内，所述箱体(14)底层填入细石层(16)，细石层(16)上填上膨胀土层(10)，所述钢索(4)与上端压力传感器(6)的一端连接，另一端穿过滑轮(5)与上端砝码篮(3)连接，所述上端压力传感器(6)另一端与上段模型桩(11)顶端连接，所述上端钢板(8)设置在上段模型桩(11)顶端上，所述上端百分表(7)设置在上端钢板(8)上；
所述箱体(14)底部设置有进水口(15)，所述箱体(14)底部开设有开孔，开孔上贯穿设置有保护管(22)，保护管(22)顶端与下段模型桩(13)底端连接，所述钢索(4)穿过保护管(22)与下段模型桩(13)的底端连接，所述下端压力传感器(18)和下端砝码篮(19)依次设置在钢索(4)上，所述下端钢板(17)固定设置在保护管(22)的底端，所述下端百分表(20)设置在下端钢板(17)上，所述应变片(12)设置在上段模型桩(11)和下段模型桩(13)侧边上，所述应变片(12)通过导线与外部应变仪连接；
所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)均浸没在膨胀土层(10)内部，所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)上等间距设置有若干个应变片(12)；
所述浸水管(9)上开设有若干个孔，在浸水管(9)外侧包裹有土工布，浸水管(9)底端设置在细石层(16)下，浸水管(9)的上端淹埋在膨胀土层(10)内，浸水管(9)的数量为2-6根，等间距设置在箱体(14)内；
所述进水口(15)的数量为2-4，均匀设置在箱体(14)的底部侧边上，进水口(15)与细石层(16)连通；
测量装置还包括通水软管和蓄水容器，所述通水软管一端与进水口(15)连接，另一端伸入蓄水容器内，所述蓄水容器内水的水位高于膨胀土层(10)的高度；
所述上段模型桩(11)和下段模型桩(13)均采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，上段模型桩(11)和下段模型桩(13)埋在膨胀土层(10)的深度为670mm，上段模型桩(11)露出膨胀土层(10)的长度为30mm，上段模型桩(11)和下段模型桩(13)内部粘贴若干个应变片(12)，应变片(12)间距均匀设为50mm；
上述膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：
步骤1：设计上段模型桩(11)、下段模型桩(13)和浸水管(9)；
步骤2：设置实验支座(1)，同时将钢架(2)嵌入支座(1)，设置上端开口的箱体(14)，箱体(14)底部开设实验孔，侧边开设进水口(15)，箱体(14)架设在支座(1)上，钢架(2)位于箱体(14)两侧；
步骤3：往箱体(14)底部放入细石层(16)，把浸水管(9)竖直***细石层(16)内，并把上段模型桩(11)和下段模型桩(13)相互对设置放置在箱体(14)内，下段模型桩(13)底部设置保护管(22)贯穿箱体(14)底部的实验孔；
步骤4：上段模型桩(11)顶部固定设置上端钢板(8)，上端钢板(8)上设置上端百分表(7)，上端百分表(7)与墙体或者固定物体固定连接，上段模型桩(11)顶部通过连接钢索(4)与上端压力传感器(6)一端连接，上端压力传感器(6)另一端使用钢索(4)穿过设置在钢架(2)上的滑轮(5)，而且钢索(4)末端设置上端砝码篮(3)；
步骤5：下段模型桩(13)底端设置通过连接钢索(4)与下端压力传感器(18)一端连接，下端压力传感器(18)另一端设置下端砝码篮(19)，保护管(22)底部设置下端钢板(17)，下端百分表(20)设置在下端钢板(17)上，下端百分表(20)与墙体或者固定物体固定连接；
步骤6：往细石层(16)上铺设膨胀土层(10)，上段模型桩(11)顶部固定设置上端钢板(8)入膨胀土层(10)深度为670mm，土体以上长度为30mm；
所述步骤1的具体过程为：
上段模型桩(11)和下段模型桩(13)采用外径25mm，壁厚2mm的铝合金空心管制作，将空心管采用线切割法从中心对半剖开，检查切割的空心管桩身完好后用细砂纸打磨切口，在管内壁标记应变片位置，用砂纸打磨光滑，涂抹胶水，将接线端子和应变片(12)粘贴至标记处，依次焊接导线后将导线从桩顶预留走线孔引出并贴好标签，涂抹防水材料环氧树脂在应变片及其接线端处，同时用环氧树脂粘结剖开的模型，然后在穿好2mm钢丝绳的桩头上涂环氧树脂，将桩头安在桩顶和桩底，桩头采用铸铁制成，桩头总厚度为15mm，翼缘厚3mm，外径25mm，内径20mm，桩头上开有单个或双个2mm穿线口，另外在桩头粘贴一块铁片便于测量桩***移；
浸水管(9)采用16mm的PVC管，PVC管身均匀钻小孔，再用土工布包裹1～2层并堵住孔，保证水能渗进膨胀土层(10)又不被堵塞；
上述膨胀土层负摩阻力转换系数测量装置的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
步骤1：试验加载与荷载、位移观测，往上端砝码篮(3)和下端砝码篮(19)上加砝码，每级加载为极限荷载的1/10，第一级用砝码篮进行加载，而后逐级添加砝码，采用慢速维持法，每加一级后，待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，同时记录各百分表数据，加载时间持续1小时，加载后的第一小时内，需进行五次百分表读数，时间间隔隔分别为5、5、10、10、15、15min，当桩身达到稳定，前后两次读数位移之差小于0.1mm时可进行下一级加载，出现下列情况之一终止加载：(a)所加荷载己达到试桩极限承载力；(b)下一级荷载的位移为前一级荷载位移的5倍；(c)累计位移超过100mm；(d)试桩破坏即试桩达不到稳定状态，卸载方式：分五级卸载，每级卸载10kg，卸载时间间隔为一小时，同样待压力传感器仪表盘上数据稳定后记录荷载数据，位移数据每隔30min读一次数据，全部卸载后，隔3小时读最后一次数据，将所读数据计入表格；
步骤2：采用无线静态应变测试分析***进行收集数据，由应变仪采用每隔两秒采集一次应变数据的定时采集模式传给无线静态应变测试分析***；
步骤3：使用通水软管和蓄水容器，通水软管一端与进水口(15)连接，另一端伸入蓄水容器内，蓄水容器内水的水位高于膨胀土层(10)的高度，利用连通器原理，在浸水时，保持蓄水容器水位高于膨胀土层(10)体表面，直至蓄水容器中水位保持不变，表明箱体(14)内膨胀土层(10)已饱和，进水口(15)处需用钢丝绳绑扎紧实，防止漏水；
步骤4：重复步骤1，并记录相应的数据；
步骤5：使用试桩负摩阻力转换系数公式进行计算，公式为：
式中Q为传统静压桩加载极限值，Q上、Q下为自平衡试桩上下段加载极限值，W为上段桩自重，γ为检桩的抗拔摩阻力转换系数。
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