CN101851915A

CN101851915A - 测力管桩

Info

Publication number: CN101851915A
Application number: CN 201010199835
Authority: CN
Inventors: 万凌志; 易教良; 谢仁明; 王皓
Original assignee: 万凌志
Priority date: 2010-06-13
Filing date: 2010-06-13
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2030-06-13
Also published as: CN101851915B

Abstract

本发明提供一种测力管桩，包括圆筒形砼管桩、锥形桩尖及荷载装置，所述管桩包括上管桩、下管桩以及连接该上管桩、下管桩或者锥形桩尖的荷载装置，位于上管桩和下管桩之间的荷载装置包括顶板、底板及位于顶板和底板之间的支架，在所述支架的内圆环中动配合安装油缸；油缸的顶部设置有进油口，进油口通过输油管与地面泵站连接，油缸内部设置有活塞；支架的内环圈外侧设置有下位移基杆，上管桩的砼环圈中预埋护管，活动套插在护管中的下位移杆的下端与下位移基杆连接，下位移杆的上端与位于地面的下位移传感器平台及下位移传感器连接。本发明提供的测力管桩可以简便施工，测量准确。

Description

测力管桩

技术领域

本发明涉及土木工程中桩基质量检测技术领域，具体涉及一种基于自平衡测试原理能够测量桩身受力的管桩。

背景技术

随着高层建筑的兴起，静载试验所测承载力吨位也越来越大，然而传统的测试方法中使用的反力装置很笨重，费时费力，成本也很高。近年来尽管有各种动测方法，也需大量的动静资料对比才能提高其精度。

近年来桩底加载法也比较常用，其最大特点是桩底加载，并能直接测得桩侧阻力和桩端阻力，且试验装置简单，不需锚桩及反力架，不占用施工场地，费用相对较低(可比传统方法节约25％～75％)。

桩底加载法的装置主要由一个特制的液压千斤顶式荷载箱。荷载箱可根据不同的试验桩型对其进行特别设计和制作。打入桩将荷载箱随桩打入桩底，灌注桩则将其与钢筋笼焊接后沉入桩孔。因此，荷载箱属于一次性投入器件。荷载箱主要由活塞、顶盖、箱壁三部分组成，并有输压管、芯棒伸出桩顶。在桩顶安置有千分表用于观察活塞向下的位移及顶盖向上的位移。试验时，输压管对桩底荷载箱内腔进行加压，活塞的顶盖被慢慢推开，此时向下的桩侧阻力和向上的桩端阻力发挥作用，互为反力，直至两者之一发生破坏。测得的荷载与位移关系可同时画出“桩侧阻力与位移关系图”和“桩端阻力与位移关系图”。桩底加载法是根据所测的向下桩侧阻力与向上桩端阻力迭加而确定单桩承载力的。试验时，荷载箱内腔向上的压力必等于向下的压力，与传统试桩法相比，它所得破坏荷载(包括桩身自重)至少是桩底加载法所测得破坏荷载的2倍。因此若以桩底加载法产生的破坏荷载作为桩的工作荷载，则桩至少具有大于2的抗压安全系数。

但是由于位移杆裸露在外面容易受到外力而损坏或影响其测量精度。下位移基杆和下位移杆需要在现场安装施工，使用起来比较麻烦。此外，油缸外壁需要焊接引起变形，影响油缸与活塞的相对运动及测量精度。因此，提高测量精度，减少施工难度成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种测力管桩，可以在预制车间内将荷载装置、位移测量杆以及油管装配好，使得在施工现场无需进行繁杂的焊接等工作即可以进行测量。

为了达到上述目的，本发明采用的技术手段是：一种测力管桩，包括圆筒形砼管桩、锥形桩尖及荷载装置，所述管桩包括上管桩100、下管桩300以及连接该上管桩100、下管桩300或者锥形桩尖310的荷载装置200，位于上管桩100和下管桩300之间的荷载装置200包括顶板201、底板202及位于顶板201和底板202之间的支架210，在所述支架210的内圆环中动配合安装油缸220；油缸220的顶部设置有进油口，进油口通过输油管106与地面泵站连接，油缸内部设置有活塞230；支架210的内环圈213外侧设置有下位移基杆204，上管桩100的砼环圈中预埋护管103，活动套插在护管103中的下位移杆104的下端与下位移基杆204连接，下位移杆104的上端与位于地面的下位移传感器平台123连接，所述下位移传感器传感器平台123上安装有下位移传感器124。所述上管桩100、下管桩300、荷载装置的顶板201和底板202以及支架210的外圆直径都相等；上管桩100通过上定位柱205与顶板201定位后焊接成一体，下管桩300通过下定位柱206与底板202定位后焊接成一体；所述上管桩100、下管桩300、顶板201、底板202、支架210和油缸220的中心线都与管桩中轴O-O重合。所述下位移基杆204、护管103和活动套插在护管103中并与下位移基杆204连接的下位移杆104为两个，并都对称于管桩中轴O-O；护管103两端配焊接杆上腔102和接杆下腔108；下位移基杆204下端用螺纹与底板202牢固连接，下位移基杆204上端用下插销119在接杆下腔108内与下位移杆104下端连接；下位移杆104上端用上插销122在接杆上腔102内与下位移传感器平台123连接，下位移传感器平台123与下位移传感器124连接。所述油缸的高度小于支架210的高度。所述支架210包括内环圈213、与内环圈213顶端焊接为一体的上环圈211、与内环圈213底端焊接为一体的下环圈212以及与上环圈211、下环圈212和内环圈213外圆柱面焊接为一体的径向均匀分布的竖立肋板214。所述上环圈211与荷载装置顶板201采用第一螺栓207固定并牢固焊接；所述下环圈212与荷载装置底板202通过第二螺栓208固定并在接缝K处点焊连接。所述径向均匀分布的竖立肋板214为偶数块，将上环圈211、下环圈212和内环圈213的外圆柱面围成的空间分隔为偶数个扇形区；在一组不相邻的扇形区内，弧形侧板215与两块相邻的竖立肋板214、上环圈211及下环圈212的外圆弧配合焊接为一体；在另一组不相邻的扇形区内，两个下位移基杆204对称于管桩中轴O-O安装在这组扇形区内；平行并位于上环圈211和下环圈212正中间的扇形隔板216与两块相邻的竖立肋板214及内环圈213外圆柱面焊接为一体，支架210与顶板201或底板202连接的第一螺栓207或第二螺栓208位于该组扇形区内。所述竖立肋板214为6、8、10或者12块。所述油管106是无缝钢管或者橡胶油管。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.下位移基杆安装在支架两侧的封闭扇形区内，与下位移基杆连接的下位移杆活动插入预埋在上管桩砼环圈的护管中，与裸露在外面的现有技术方案相比，下位移基杆和下位移杆都有安全可靠的保护，不会受到外力而损坏或影响其测量精度；而且可以先在预制车间内安装下位移基杆和下位移杆，避免在现场施工。这样，在现场只需要通过静压或者锤击的方式将预先装配好的测力管桩，经过间歇期就可以进行测量了。

2.区别于现有技术方案中，油缸外壁需要焊接引起变形的弊端，油缸动配合安装在十分坚固的支架内圆环中，全部焊接都在支架及其相邻的部件中进行，不会引起油缸变形而影响油缸与活塞的相对运动及测量精度。

3.上管桩、下管桩、荷载装置的顶板和底板以及支架之间的连接分别选用定位柱或螺栓先定位紧固后再焊接，确保定位准确，连接牢固可靠。

附图说明

图1为经过测力管桩的中心轴O-O的剖面视图；

图2为沿荷载装置E-E径向中线的横截面俯视图；

图3为经过测力管桩的中心轴O-O，沿图2中B-B线的剖面视图；

图4为经过测力管桩的中心轴O-O，沿图2中C-C线的剖面视图；

图5为下管桩为锥形桩尖时经过测力管桩的中心轴O-O的剖面视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

如图1所示，为本发明提供的测力管桩沿中轴线O-O的剖面视图。上管桩100与下管桩300之间通过荷载装置200进行连接。上管桩100和下管桩300的两端分别设置有本领域常用的环形金属端头板。荷载装置200包括顶板201、底板202及位于顶板201和底板202之间的支架210；在支架210的内环圈213中动配合安装油缸220；油缸220的顶部设置有进油口，进油口通过输油管106与地面泵站连接，油缸内部设置有活塞230；支架210的内环圈213外侧设置有下位移基杆204，上管桩100的砼环圈中预埋护管103，活动套插在护管103中的下位移杆104的下端与下位移基杆204连接，下位移杆104的上端与位于地面的下位移传感器平台123及下位移传感器124连接。

上管桩100、下管桩300、荷载装置的顶板201和底板202以及支架210的外圆直径都相等；上管桩100通过上定位柱205与顶板201定位后焊接成一体，下管桩300通过下定位柱206与底板202定位后焊接成一体；上管桩100、下管桩300、顶板201、底板202、支架210和油缸220的中心线都与管桩中轴O-O重合。

在上管桩100的砼环圈中，沿轴向竖直固定设置有下位移杆护管103，下位移杆104插装在护管103中。该下位移杆护管103的两端分别焊接有接杆上腔102和接杆下腔108。下位移杆104的顶端在接杆上腔102中通过上插销122与下位移传感器平台123连接，下位移传感器平台123在上管桩100的顶部，并在其上安装有下位移传感器124；下位移杆104的下端在接杆下腔108中通过下插销与荷载装置200中的下位移基杆204连接。在制作测力管桩时，将接杆上腔102、护管103、接杆下腔108与上管桩钢筋一同固轧形成上管桩100的钢筋架，上管桩100浇铸水泥后下位移杆104、护管103、接杆上腔102和接杆下腔108就一同固化在上管桩100的砼环圈中，以固定下位移杆104的竖直位置。在不需要使用下位移杆104和下位移杆护管103时，可以使用接口护罩101将下位移杆护管103的顶端盖住。下位移基杆204下端用螺纹与底板202牢固连接，下位移基杆204上端用下插销119在接杆下腔108内与下位移杆104下端连接。

所述下位移基杆204、护管103和活动套插在护管103中并与下位移基杆204连接的下位移杆104为两个，并都对称于管桩中轴O-O。

油缸220的外径与支架210的内径相同；活塞230的外径与油缸220的内径相同，其高度略小于油缸220内腔的高度，并且通过底板螺栓203将其固定安装在底板202上。这样，将油缸220套装在活塞230上的时候，使得活塞230与油缸220的侧壁紧密接触，并且在活塞230的顶部与油缸220内腔之间形成了一个微小的油腔。在油缸220的顶部设置有进油口，该进油口穿过顶板201，通过油管接口107与油管106连接，油管106上端接上凸油嘴121，将外界输油装置与油腔内部连通。如图3所示，油管106用油管支架125固定在上管桩100内空腔中的钢筋上，并且可以沿中心轴对称设置多根油管支架125。此外，油管106可以采用无缝钢管，也可以采用橡胶油管。

支架210包括内环圈213、与内环圈213顶端焊接为一体的上环圈211、与内环圈213底端焊接为一体的下环圈212以及与上环圈211、下环圈212和内环圈213外圆柱面焊接为一体的径向均匀分布的竖立肋板214。上环圈211与荷载装置顶板201采用上螺栓207固定并牢固焊接；下环圈212与荷载装置底板202通过下螺栓208固定并在接缝K处点焊连接。

如图2所示，是沿荷载装置200的E-E中线横截面俯视图。活塞230、油缸220以及环形的支架210以管桩中轴O-O为圆心同轴分布。支架210内壁的圆周径向均匀、对称的设置有多个竖立的肋板214，形成放射型的结构。为了使荷载装置更坚固，通常采用对称结构设置。在图2中以8个肋板为例，也可以根据需要设置成6个、10个、12个或者更多偶数个。这样，上环圈211、下环圈12和内环圈213的外圆柱面围成的空间分隔为偶数个扇形区。

具体地说，如图2所示，在支架210的外圆周，一部分相邻的支架肋板之间还设置有弧形的支架侧板215，将其与相邻两个相邻的竖立肋板214的外边缘和支架上、下环形板外边缘焊接为一体，在该两个相邻支架肋板之间形成了封闭的空腔，以增强荷载装置的牢固性以及承重能力。在图2中，沿A-A径向、B-B径向分别对称设置有4个支架外壁。这样间隔对称、均匀分布的支架侧板215可以更进一步提高荷载装置的牢固性。结合图1和图2可以看出，在设置了支架侧板215形成的空腔中可以设置位移测量装置，也就是图1中所示的下位移基杆204，两个下位移基杆(204)对称于管桩中轴O-O安装在该组扇形区内。在该空腔中，下位移基杆204的下端穿过支架下环圈212，与底板202通过螺纹连接；上端穿过支架上环圈211，延伸至上管桩100底端的接杆下腔与下位移杆104通过插销连接。这样使得上管桩中的下位移杆104也对称与管桩中轴O-O，同时测量管桩两个位置上的位移量，可以更准确的得到测量结果。

再结合图2和图3，图3是经过测力管桩的中心轴O-O，沿图2中B-B线的剖面视图。也就是另一对设置有支架侧板215形成的空腔，在该空腔的位置上，上环圈211的顶端和下环圈212的底端分别固定焊接有上定位柱205和下定位柱206，分别穿过顶板201和底板202，插入上管桩100和下管桩300中，分别于上下管桩中的钢筋135焊接固定为一体，以此将荷载装置200在竖直方向上与上下管桩固定在一起。

在部分相邻竖立肋板214之间还设置平行于支架上、下环形板的扇形隔板216，与两块相邻的竖立肋板214及内环圈213外圆柱面焊接为一体，固定安装在支架内环圈和相邻的支架竖立肋板214之间。扇形隔板216的设置与支架侧板215相似，可以设置在沿中轴对称的两个相邻支架肋板之间，如图4所示，扇形隔板216设置在图2中C-C径向和D-D径向的相邻支架肋板之间。支架侧板215和扇形隔板216的位置可以相间隔设置，以保证荷载装置能够将上下管桩牢固的连接在一起，也可以根据具体需要，例如设置有10个、12个或者更多肋板的情况下，在保证荷载装置的牢固性基础上，设置成其他形式的组合。

结合图2和图4，图4为经过测力管桩的中心轴O-O，沿图2中C-C线的剖面视图。图4中所示设置有扇形隔板216，位于支架上环圈211和下环圈212之间，分别采用上螺栓207和下螺栓208将上环圈211固定在顶板201上，以及将下环圈212固定在底板202上。这样设置隔板可以有效地保持荷载装置在水平方向上的结构稳定，以及在受到沉桩压力时管桩在水平方向上的结构稳定，并且在沉桩进行测力工作时，可以很方便的将下螺栓208取下，进行加压操作。

上管桩100和下管桩300的长短要根据测试点土层力学特性来决定，使油缸220和活塞230处于平衡点上即可，如果持力层非常大，也可以取消下管桩300。如图5所示，如果取消下管桩300进行测力时，可以将下管桩变换成圆锥形的桩尖310，采用螺栓311将其固定在底板202的底面。

在使用本发明提供的测力管桩进行测力之前，一般使用锤击机械或静压机械将测力管桩送入测试点土层，注意当下管桩300快要全部进入土层而油缸220和活塞230接近地面时，应把下螺栓208卸掉。待间歇期过后就可以进行测力工作了。先做准备工作，将油管106上端的上凸油嘴121与泵站(图中未画出)接通；下位移传感器平台123上安装下位传感器124，其信号线与分析仪器联接(图中未画出)；上位移传感器132可直接安装在露于地面的上管桩100的端部，如果上管桩100的端部沉入地面，则应将上管桩100的顶端垫高使其高出地面再安装上位移传感器132，其信号线与分析仪器联接(图中未画出)。测量时，泵站输出压力油，油管106将压力油输送入油缸220和活塞230之间的油腔，当达到一定的压力后，活塞230将底板202与下环圈212圆周接缝K上的有限点点焊顶开，这样，底板202推动下管桩300下行，同时连接于其上的下位移基杆204、下位移杆104和下位传感器平台移一同下移，安装于下位移传感器平台123上的下位移传感器124将此下移量转换成信号送入分析仪器，计算出下管桩300的输出力；另一方面，油缸220也会顶着上管桩100上移，安装在上管桩100端部的上位移传感器132将此上移量转换成信号送入分析仪器，计算出上管桩100的输出力；将下管桩300的输出力和上管桩100的输出力加起来，通过一定的公式即可计算出整个测力管桩的承载力。

Claims

1.一种测力管桩，包括圆筒形砼管桩、锥形桩尖及荷载装置，其特征在于：所述管桩包括上管桩(100)、下管桩(300)以及连接该上管桩(100)、下管桩(300)或者锥形桩尖(310)的荷载装置(200)，位于上管桩(100)和下管桩(300)之间的荷载装置(200)包括顶板(201)、底板(202)及位于顶板(201)和底板(202)之间的支架(210)，在所述支架(210)的内圆环中动配合安装油缸(220)；油缸(220)的顶部设置有进油口，进油口通过输油管(106)与地面泵站连接，油缸内部设置有活塞(230)；支架(210)的内环圈(213)外侧设置有下位移基杆(204)，上管桩(100)的砼环圈中预埋护管(103)，活动套插在护管(103)中的下位移杆(104)的下端与下位移基杆(204)连接，下位移杆(104)的上端与位于地面的下位移传感器平台(123)连接，所述下位移传感器传感器平台(123)上安装有下位移传感器(124)。

2.根据权利要求1所述的测力管桩，其特征在于：所述上管桩(100)、下管桩(300)、荷载装置的顶板(201)和底板(202)以及支架(210)的外圆直径都相等；上管桩(100)通过上定位柱(205)与顶板(201)定位后焊接成一体，下管桩(300)通过下定位柱(206)与底板(202)定位后焊接成一体：所述上管桩(100)、下管桩(300)、顶板(201)、底板(202)、支架(210)和油缸(220)的中心线都与管桩中轴O-O重合。

3.根据权利要求1所述的测力管桩，其特征在于：所述下位移基杆(204)、护管(103)和活动套插在护管(103)中并与下位移基杆(204)连接的下位移杆(104)为两个，并都对称于管桩中轴O-O；护管(103)两端配焊接杆上腔(102)和接杆下腔(108)；下位移基杆(204)下端用螺纹与底板(202)牢固连接，下位移基杆(204)上端用下插销(119)在接杆下腔(108)内与下位移杆(104)下端连接；下位移杆(104)上端用上插销(122)在接杆上腔(102)内与下位移传感器平台(123)连接，下位移传感器(124)安装在所述下位移传感器平台(123)上。

4.根据权利要求1或2所述的测力管桩，其特征在于：所述油缸的高度小于支架(210)的高度。

5.根据权利要求1或2所述的测力管桩，其特征在于：所述支架(210)包括内环圈(213)、与内环圈(213)顶端焊接为一体的上环圈(211)、与内环圈(213)底端焊接为一体的下环圈(212)以及与上环圈(211)、下环圈(212)和内环圈(213)外圆柱面焊接为一体的径向均匀分布的竖立肋板(214)。

6.根据权利要求1或5所述的测力管桩，其特征在于：所述上环圈(211)与荷载装置顶板(201)采用第一螺栓(207)固定并牢固焊接；所述下环圈(212)与荷载装置底板(202)通过第二螺栓(208)固定并在接缝(K)处点焊连接。

7.根据权利要求5所述的测力管桩，其特征在于：所述径向均匀分布的竖立肋板(214)为偶数块，将上环圈(211)、下环圈(212)和内环圈(213)的外圆柱面围成的空间分隔为偶数个扇形区；在一组不相邻的扇形区内，弧形侧板(215)与两块相邻的竖立肋板(214)、上环圈(211)及下环圈(212)的外圆弧配合焊接为一体；在另一组不相邻的扇形区内，两个下位移基杆(204)对称于管桩中轴O-O安装在这组扇形区内；平行并位于上环圈(211)和下环圈(212)正中间的扇形隔板(216)与两块相邻的竖立肋板(214)及内环圈(213)外圆柱面焊接为一体，支架(210)与顶板(201)或底板(202)连接的第一螺栓(207)或第二螺栓(208)位于该组扇形区内。

8.根据权利要求7所述的测力管桩，其特征在于：所述竖立肋板(214)为6、8、10或者12块。

9.根据权利要求7所述的测力管桩，其特征在于：所述油管(106)是无缝钢管或者橡胶油管。