CN102953400A - 用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱，包括上下对称设置的上环形钢板和下环形钢板，设置在上环形钢板和下环形钢板之间的液压油缸、外环挡板和内环挡板，液压油缸的数量至少为四个，并以上环形钢板和下环形钢板的环心为中心对称分布，液压油缸的缸体底部采用螺栓连接安装在下环形钢板的上表面，液压油缸的活塞与上环形钢板的底面连接，外环挡板位于上环形钢板和下环形钢板的外缘，外环挡板的上端与上环形钢板的下侧点焊连接、下端与下环形钢板的上侧完全焊接，内环挡板位于上环形钢板和下环形钢板的内缘偏液压油缸处，与管桩内径保持一致，内环挡板的上端与上环形钢板的下侧采用点焊连接、下端与下环形钢板的上侧完全焊接。

Description

用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱

技术领域

本发明属于桩基础测试技术领域，涉及用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱。

背景技术

普通混凝土桩的自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱，钢套实心，在桩直径方向靠近壁管处设有油缸及千斤顶。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，浇捣混凝土成桩。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。

混凝土管桩自平衡法测桩是针对管桩的特殊形式发展起来的一种测试方法，随着管桩以其独特的广泛应用，管桩的测试也越来越重要。

由于普通混凝土桩的测试荷载箱内部实心，对于管桩测试而言，由于打桩过程中出现的挤土效应，导致其不能用于管桩的自平衡测试。经过改进，现有的管桩自平衡测试荷载箱外径减小，以便能够在打桩完毕和清除管内泥土沉渣后，能过通过吊装的方式将荷载箱安装至指定部位，荷载箱吊装至指定部位后，需要与预埋在桩身平衡点位置的专用接头连接，然后通过吊装位移量测装置至荷载箱专用接头处进行测试。由于专用接头的特殊构造要求致使该荷载箱的设计高度较普通混凝土荷载箱高不少，测试完成后需对荷载箱进行回收。与管桩焊接成整体沉桩，在测试前通过钻孔或冲孔清除管桩内泥土，。该测试方法工序多，工期长，需根据桩径制作专用接头，该接头制作时间长，且费用高昂，并且进行测试时可能出现荷载箱与专用接头连接困难的状况而导致测试无法进行。同时，回收后的荷载箱由于锈蚀等问题很难投入下一次测试，大大降低了其经济效益。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种无需清理桩壁沉渣、不用制作专用接头、不影响管桩承载力，同时能够节约费用、节省时间、测试方便的用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱。

技术方案：本发明是一种用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱，包括上下对称设置的上环形钢板和下环形钢板，设置在上环形钢板和下环形钢板之间的液压油缸、外环挡板和内环挡板，液压油缸的数量至少为四个，并以上环形钢板和下环形钢板的环心为中心对称分布，液压油缸的缸体底部采用螺栓连接安装在下环形钢板的上表面，液压油缸的活塞与上环形钢板的底面连接，外环挡板位于上环形钢板和下环形钢板的外缘，外环挡板的上端与上环形钢板的下侧点焊连接、下端与下环形钢板的上侧完全焊接，内环挡板位于上环形钢板和下环形钢板的内缘偏液压油缸处，与管桩内径保持一致，内环挡板的上端与上环形钢板的下侧采用点焊连接、下端与下环形钢板的上侧完全焊接。

本发明中，上环形钢板和下环形钢板的内径小于内环挡板的内径，上环形钢板的内缘上设置有通孔，使外部的位移传递装置的底端可穿过通孔，与下环形钢板的上表面连接。

本发明中，内环挡板上可以设置有位置液压油管安装孔。

采用本发明的荷载箱对混凝土管桩进行自平衡测试时，先将整体式荷载箱通过焊接的方式预先与管桩连接，在成桩过程中与桩身一起打设入土体。由于荷载箱内部空间大，泥土可在打桩过程中从荷载箱预留空洞中穿过，测试时无需钻（冲）孔清除管桩内泥土。同时由于荷载箱在打桩前通过焊接连接，可保证荷载箱与桩身牢固连接，也可方便检查连接处的牢固程度。待管桩打入至指定深度后，可将计算机和高压油泵分别与位移传递装置和油管连接，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部管桩各自承载力，如图1所示。

管桩在自平衡点位置处切割断，上下段可直接与管桩预埋钢板焊接，形成两段。其中荷载箱高度较小，相比传统可回收式荷载箱仅60cm左右高，荷载箱底板之下时下节段桩。在管桩两段处焊接荷载箱。荷载箱示意图如图2所示。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下一些优点：

1．可靠性：该荷载箱内外径与混凝土管桩一致，便于泥土穿过，对打桩过程的影响很小，因此能够同时保证荷载箱的完整和成桩的质量。就常规荷载箱而言，其内径很小，接近实心，对于管桩结构而言，在打桩过程中不可避免出现挤土效应，荷载箱受到管内土体挤压时，其位置极易发生变化甚至与桩脱开，不仅容易损坏荷载箱和影响桩的质量，而且无法完成正常的测试内容。

2．实用性：该荷载箱是与管桩一起打入土体，无需清除泥土成渣、吊装荷载箱和回收荷载箱等工序，大大缩短了测试的工期以及人力物力。相对可回收式荷载箱而言，可回收式荷载箱是针对常规荷载箱弊端的一种改进，为了避免打桩过程中挤土效应对荷载箱的影响，因此，可回收式荷载箱需要在打桩完成后，待管内泥土清除完毕后，再将可回收式荷载箱吊装至指定部位，通过与预埋在管桩内的专用接头连接，方能进行测试。值得一提的是，与荷载箱配套的专用接头制作时间长且费用高；同时，荷载箱与专用接头处的泥土残渣通常难以清除干净，将直接影响自平衡测试效果；复杂繁琐的测试工序和时间，大大降低了其实用性。

3．经济性：该荷载箱在设计高度上接近液压油缸的高度，较传统可回收式荷载箱大大减小了荷载箱的设计高度，从而节约了大量钢材，大大减少了荷载箱的制造成本。同时，荷载箱是一次性利用，永久埋入桩体，打桩完毕后即可直接进行测试，最大限度的减少了测试所需的各项工序、时间及人力物力，其经济性能远高于可回收式荷载箱高。就可回收式荷载箱而言，为了与专用接头连接，其设计高度必须与专用接头一致，因此，其设计高度被迫增加了，同时，还需要加工一系列防止由设计高度增加带来的区部屈服的结构，单纯就荷载箱制作成本和难度上不如本发明所设计的荷载箱；其次，可回收式荷载箱的最大特点在于可回收重复利用，然而事实证明：在大多数情况下，桩体通常处在海水侵蚀环境中，测试完毕后，可回收式荷载箱的锈蚀情况比较严重，因此，很难在保证测试效果的情况下投入其他桩的测试中。

附图说明

图1是管桩承载力自平衡试验示意图。

图2是本发明荷载箱的结构示意图。

图3是本发明荷载箱的平面结构示意图。

图中有：上环形钢板1、下环形钢板2、液压油缸3、外环挡板4、内环挡板5、位移传递装置6、液压油管7、上节桩8、下节桩9、位移传感器10、位移测试基梁11、液压加载装置12、基坑13、计算机14。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步具体说明。

本发明的用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱，包括上下对称设置的上环形钢板1和下环形钢板2，设置在上环形钢板1和下环形钢板2之间的液压油缸3、外环挡板4和内环挡板5，液压油缸3的数量至少为四个，并以上环形钢板1和下环形钢板2的环心为中心对称分布，液压油缸3的缸体底部采用螺栓连接安装在下环形钢板2的上表面，液压油缸3的活塞与上环形钢板1的底面连接，外环挡板4位于上环形钢板1和下环形钢板2的外缘，外环挡板4的上端与上环形钢板1的下侧点焊连接、下端与下环形钢板2的上侧完全焊接，内环挡板5位于上环形钢板1和下环形钢板2的内缘偏液压油缸处，与管桩内径保持一致，内环挡板5的上端与上环形钢板1的下侧采用点焊连接、下端与下环形钢板2的上侧完全焊接。

上环形钢板1和下环形钢板2的内径小于管桩内径10cm，，同时小于内环挡板5的内径，用于与外部的位移传递装置6的底端连接。位移传递装置6共四个，其中两个与上环形钢板1的上侧连接，用于加载时传递上节桩8的位移，另外两个位移传递装置穿过上环形钢板1的内缘上设置的通孔后，与下环形钢板2的上侧连接，用于传递下节桩9的位移。位移传递装置对称布置，靠近液压油管7处的位移传递装置6可适当偏移，保证不影响液压油管7与液压油缸3的连接。

内环挡板5上设置有液压油管安装孔，液压油管7可穿过此孔与液压油缸3连接，测试时，液压油泵12通过液压油管7向加油，实现加载。

本发明荷载箱在混凝土管桩自平衡法测试现场的施工安装过程为：

第一步：将管桩在自平衡点处分段，根据桩的长度，预先制作分节。

第二步：在管桩自平衡点处焊接整体式荷载箱。

第三步：将荷载箱及相关位移量测装置指定位置安装并固定，随桩身一起打入土体。

第四步：满足土体休止时间后，进行测试。

下面介绍本发明的用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱的工作原理和过程。

工作原理：

整体式荷载箱是由两组钢套和小荷载箱组成，钢套内部空心，仅在管壁下方设有油缸，这也是施力的核心部分。整体式荷载箱基本可视为管桩的一段，内部空间较大，打桩过程中土体基本可自由进入管桩中，而不影响打桩，也不会造成荷载箱损坏。测试时，由于外环挡板和内环挡板与上环形挡板均采用点焊连接，当液压油缸预加载时，连接处即断开。正式测试时，对液压油缸加压时，上节桩将向上移动，下节桩向下移动，即可连接在上环形钢板和下环形钢板的位移传递装置得到测试所需数据。

工作过程：

将管桩在自平衡点位置处焊接好整体式荷载箱，并将相关位移量测装置与油管安装好，采用直径为1cm的护管对量测装置所有管线予以保护，根据管桩直径分段（小直径管桩约1.5m，大直径管桩约2m）采用十字支撑的方式对油管和护管进行固定直至管口以下10-20cm。在管口附近则可根据实际情况采用挂钩或其他连接方式固定护管和油管，待管桩打入至指定深度，满足一定休止时间后，即可连接油管进行加载，并进行测试。

Claims (3)

1.一种用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱，其特征在于，该荷载箱包括上下对称设置的上环形钢板（1）和下环形钢板（2），设置在所述上环形钢板（1）和下环形钢板（2）之间的液压油缸（3）、外环挡板（4）和内环挡板（5），所述液压油缸（3）的数量至少为四个，并以上环形钢板（1）和下环形钢板（2）的环心为中心对称分布，液压油缸（3）的缸体底部采用螺栓连接安装在下环形钢板（2）的上表面，液压油缸（3）的活塞与上环形钢板（1）的底面连接，所述外环挡板（4）位于上环形钢板（1）和下环形钢板（2）的外缘，外环挡板（4）的上端与上环形钢板（1）的下侧点焊连接、下端与下环形钢板（2）的上侧完全焊接，所述的内环挡板（5）位于上环形钢板（1）和下环形钢板（2）的内缘，内环挡板（5）的上端与上环形钢板（1）的下侧采用点焊连接、下端与下环形钢板（2）的上侧完全焊接。

2.根据权利要求1所述的用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱，其特征在于，所述的上环形钢板（1）和下环形钢板（2）的内径小于内环挡板（5）的内径，上环形钢板（1）的内缘上设置有通孔，使外部的位移传递装置（6）的底端可穿过所述通孔，与下环形钢板（2）的上表面连接。

3.根据权利要求1所述的用于混凝土管桩自平衡法测试的荷载箱，其特征在于，所述的内环挡板（5）上设置有液压油管安装孔。

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