CN102995669A - 大吨位基桩抗拔静载试验连接装置、加载反力系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，它主要由立方体形中空壳体、用于与待测抗拔管桩上的纵筋连接的下连接杆、用于与加载反力装置连接的上连接杆组成，所述下连接杆竖向设置在壳体底面上，所述下连接杆的设置位置与待测抗拔管桩上的纵筋上下相对应，而所述上连接杆则竖向设置在壳体的顶面上；还公开了由上述试验连接装置组成的加载反力系统及其试验方法。本发明可基本实现抗拔管桩上纵筋与下连接杆的垂直连接，避免了纵筋受力不均匀现象，确保了试验结果的准确性；也保证了管桩的完整性；本发明可重复使用、提高工程桩质量、减少工程隐患；能够适用于桩径2m左右、试验荷载20000kN左右的基桩抗拔静载试验。

Description

大吨位基桩抗拔静载试验连接装置、加载反力系统和方法

技术领域

本发明属于建筑工程桩基检测技术领域，尤其涉及一种大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，还涉及由上述试验连接装置组成的加载反力系统，另涉及该系统的试验方法。

背景技术

随着经济建设的发展，大型建筑物对桩基抗拔承载力的要求越来越高，因此有必要对桩基进行大吨位桩基静载试验。

在大吨位基桩静载试验中，加载反力装置涉及两方面问题，一是反力如何实现；二是反力的负作用如何解决。大吨位桩基静载试验对试验加载装置的严格要求和加载反力的实施方法（包括支墩地基处理技术、控制反力支座荷载对荷载测量影响量的实施技术、控制反力支座荷载对位移测量影响量的实施方法等）仍然是深基础静载试验中难以解决的关键性技术难题。具体而言，传统的横梁反力装置因为受反力支座与试桩之间3-4d（d为受检桩直径）距离的限制，对钢梁等加载设备提出了较高的要求，而且对场地条件要求苛刻，因此多数工程桩的承载力仅由已有的试验资料或根据设计人员的经验确定，因而存在一定的工程隐患。还有，例如加载装置的合理尺寸问题：大体积加载横梁的运输及吊装费用昂贵，如采用现场拼接，则存在诸多困难；而小体积加载横梁的加载反力会对试验管桩的测试结果产生较大影响，而且试验过程中存在安全隐患。

由于单桩抗拔静载试验存在以上诸多条件的限制，工程建设的有关方均不愿意对建筑工程进行大吨位桩基静载试验，而是采用比较保守的安全储备和桩身完整性检测以取代大吨位桩基静载试验，这无疑给工程建设造成了潜在的安全隐患。

目前，现有基桩抗拔静载试验设备的检测能力仅能实现小吨位抗拔静载试验，根据试验场地的不同，抗拔静载试验加载装置采用油压千斤顶，千斤顶的安装一般具有以下两种形式：千斤顶置于支墩上或者主梁上（位于试验管桩正上方）以提供反力作用于试验管桩，在这两种情况下，试验管桩端面周缘上的纵筋均需要通过焊接一段钢筋后固定在主梁顶面上。但是，这两种加载反力装置的缺陷在于：⑴主梁位于试验管桩的上方，管桩上位于主梁正下方的纵筋需要向外弯折后才能焊接钢筋，因此在进行抗拔静载试验时会产生纵筋受力不均匀的现象，这将直接影响试验结果；⑵在试验时，外弯的纵筋会对桩身产生向外的拉力，易于损坏桩身，破坏管桩的完整性。如将以上两种加载反力装置应用于大吨位基桩抗拔静载试验中，由于难以保证在纵筋不发生大幅度弯折的前提下将大约60~80根的长钢筋穿至主梁上方固定，所以不能满足大吨位基桩抗拔静载试验对加载连接装置的技术要求。

基桩自平衡法虽然较容易实现大吨位抗拔静载试验，但是，目前该方法只能对试验桩进行检测，对工程桩的验收则尚未被工程界所接受。基桩自平衡法采用试桩自身反力平衡的原理，具体是在桩端附近或者桩身某截面处预先埋设单层或多层荷载箱，试验时，通过荷载箱对上、下段桩身施加荷载，从而迫使上段桩身上抬，使上段桩桩侧摩阻力徐徐发挥，同时迫使下段桩下沉，使下段桩桩侧阻力与桩端阻力徐徐发挥。此时，上下段桩身阻力大小相等、方向相反，随着荷载箱压力的不断增加，试桩破坏，试验终止。但是，由于在实际工程中，工程桩穿越土层的多样性和桩土承载体系构成机制等，很难判断出自平衡位置，而在实际工程中使用该方法时，大多是根据经验来确定“平衡点”，如此容易产生误差，导致荷载箱作用位置与桩的实际受力点不同，从而难以保证实验结果的准确性。

综上所述，由于受反力平台梁长度和承载能力的限制，以及传力连接装置的限制，除了一些特定的试验桩外，尚未出现适合针对抗拔极限承载力达20000kN、桩径2m左右的大吨位抗拔桩进行基桩抗拔静载试验的加载装置。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种结构简单、安装快捷、使用方便、可重复使用、提高工程桩质量、减少工程隐患的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，能够充分地满足基桩抗拔静载试验的相关规范要求，可适用于桩径2m左右、试验荷载20000kN的基桩抗拔静载试验，并能为更高吨位的基桩抗拔静载试验提供技术借鉴。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：它主要由立方体形中空壳体、用于与待测抗拔管桩上的纵筋连接的下连接杆、用于与加载反力装置连接的上连接杆组成，所述下连接杆竖向设置在壳体底面上，所述下连接杆的设置位置与待测抗拔管桩上的纵筋上下相对应，而所述上连接杆则竖向设置在壳体的顶面上。

本发明的下连接杆与待测抗拔管桩上的纵筋对应连接，可基本实现抗拔管桩上的纵筋与下连接杆的垂直连接，因此无需将抗拔管桩的纵筋大幅度弯折，避免了纵筋受力不均匀的现象，确保了试验结果的准确性；另外，也保证了管桩的完整性。本发明的上连接杆连接加载反力装置，而下连接杆连接待测管桩，作用于本发明上的由加载反力装置产生的上拉力及由待测管桩产生的下拉力可以部分抵消，使得受力状态大大改善，能够重复使用、提高工程桩质量、减少工程隐患；本发明的结构简单，中空壳体作为主体构件，使得总体重量较小，因此，安装方便；本发明能够充分地满足基桩抗拔静载试验的相关规范要求，可适用于桩径2m左右、试验荷载20000kN的基桩抗拔静载试验。

为了便于本发明的现场安装及方便运输，作为本发明的一种改进，所述上连接杆、下连接杆分别与所述壳体通过可拆卸式连接结构相连。

作为本发明的一种实施方式，所述壳体由盖板、底板与侧板拼装连接而成，所述盖板与底板上分别开有相对应的上、下通孔，所述上、下通孔均分别由边孔与中孔组成，所述边孔分别位于所述底板及盖板的边缘圆周上，而所述中孔位于所述底板及盖板上由所述边孔围括的区域中；所述下连接杆向下穿过盖板上的边孔并从底板上的边孔伸出后其两端通过可拆卸部件固定在壳体上，而所述上连接杆向上穿过底板上的中孔并从盖板上的中孔伸出后其两端通过可拆卸部件固定在壳体上。

所述可拆卸部件可采用卡位器和螺帽，一般是在上螺杆的下端安装螺帽固定，而在上螺杆穿过盖板后由卡位器固定；同样，在下螺杆的上端安装螺帽固定，而在下螺杆穿过底板后由卡位器固定。

作为本发明的进一步改进，所述下连接杆与上连接杆均采用螺杆，即为上螺杆和下螺杆，所述上螺杆的杆径大于下螺杆的杆径，相应地，所述中孔的孔径大于所述边孔的孔径，所述中孔及边孔在盖板及底板上均匀分布。本发明盖板及底板上中孔的数量可大大减少，方便制作。

本发明还可以做以下改进：

所述壳体内增设有数个竖向的肋板，所述肋板将壳体的内部空间分隔成数个独立隔间，所述边孔与中孔分别对应位于每个隔间的顶面与底面上。肋板可以提高壳体的承载强度。

所述盖板与底板的边缘轮廓为齿形，所述侧板的上、下边缘轮廓也为齿形，所述盖板与底板分别和侧板通过各自齿形边缘对应啮合后焊实，以提高本发明整体的稳定性。

作为本发明的一种推荐方式，所述下螺杆的数量至少为待测抗拔管桩纵筋数量的一半，即每个下螺杆对应连接相邻的两个纵筋或者连接一个纵筋。

本发明的第二个目的在于提供一种由上述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置组成的加载反力系统。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种由上述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置组成的加载反力系统，其特征在于：包括所述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置和加载反力装置，所述加载反力装置主要由一对主梁支座、主梁及多跨垫梁组成，所述主梁支座上用于放置顶升装置，所述主梁的两端分别置于所述顶升装置上并横跨在待测抗拔管桩的上方，所述多跨垫梁位于所述主梁上且处于待测抗拔管桩的正上方，所述试验连接装置的上连接杆向上穿过所述多跨垫梁后固定。本发明利用试验连接装置的传力功能和反力功能，可实现待测抗拔管桩承受试验所要求的最大荷载。

作为本发明的实施方式，所述主梁支座可以采用支墩或者反力桩；所述多跨垫梁与主梁呈垂直；所述试验连接装置的中轴线、主梁的中心点和待测抗拔管桩的中轴线位于同一直线上；所述顶升装置优选千斤顶，也可以选择其它具有刚性顶举重物功能的轻小起重设备。

本发明的第三个目的在于提供一种上述加载反力系统的试验方法。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种上述加载反力系统的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴安装所述试验连接装置，使其位于待测抗拔管桩的上方；

⑵将顶升装置放置在主梁支座上；

⑶吊装主梁，使其横跨安装在待测抗拔管桩的上方，且主梁的两端位于顶升装置上，同时主梁位于试验连接装置的上方；

⑷吊装多跨垫梁，将其放置在主梁上且位于待测抗拔管桩的正上方；

⑸试验连接装置的上连接杆向上穿过多跨垫梁后固定；

⑹将待测抗拔管桩上的纵筋与试验连接装置的下连接杆连接；

⑺操作顶升装置，试验连接装置的下连接杆受到上拔力并传力于待测抗拔管桩，使待测抗拔管桩承受试验所要求的最大荷载。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明的下连接杆与待测抗拔管桩上的纵筋对应连接，可基本实现抗拔管桩上的纵筋与下连接杆的垂直连接，因此无需将抗拔管桩的纵筋大幅度弯折，避免了纵筋受力不均匀的现象，确保了试验结果的准确性；另外，也保证了管桩的完整性。

⑵本发明的上连接杆连接加载反力装置，而下连接杆连接待测管桩，作用于本发明上的由加载反力装置产生的上拉力及由待测管桩产生的下拉力可以部分抵消，使得受力状态大大改善。

⑶本发明的结构简单，中空壳体作为主体构件，使得总体重量较小，且上、下螺杆均为可拆卸连接，因此安装方便。

⑷本发明能够充分地满足基桩抗拔静载试验的相关规范要求，可适用于桩径2m左右、试验荷载20000kN左右的基桩抗拔静载试验。

⑸肋板可以提高壳体的承载强度，盖板与底板和侧板分别为齿形焊接，能够提高本发明整体的稳定性。

⑹本发明的试验方法简单易行，可重复使用、能够提高工程桩质量、减少工程隐患，可为更高吨位的基桩抗拔静载试验提供技术借鉴。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明试验连接装置盖板（底板）的结构示意图（显示出壳体内的肋板）；

图2是本发明反力加载系统试验时的俯视示意图；

图3是本发明反力加载系统试验时的主视图。

具体实施方式

如图1～3所示，是本发明一种大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，它主要由立方体形中空壳体1、用于与待测抗拔管桩2上的纵筋21连接的下连接杆、用于与加载反力装置连接的上连接杆组成，下连接杆竖向设置在壳体底面上，下连接杆的设置位置与待测抗拔管桩上的纵筋上下相对应，而上连接杆则竖向设置在壳体的顶面上。上连接杆、下连接杆分别与壳体通过可拆卸式连接结构相连。壳体1由盖板11、底板12与侧板拼装连接而成，盖板11与底板12上分别开有相对应的上、下通孔，上、下通孔均分别由边孔13与中孔14组成，边孔13分别均匀分布底板12及盖板11的边缘圆周上，而中孔14均匀分布底板及盖板上由边孔围括的区域中；下连接杆与上连接杆均采用螺杆，即为上螺杆4和下螺杆5，下螺杆5向下穿过盖板11上的边孔13并从底板12上的边孔13伸出后其两端通过可拆卸部件固定在壳体上，而上螺杆4向上穿过底板12上的中孔14并从盖板11上的中孔14伸出后其两端通过可拆卸部件固定在壳体上。在本实施例中，可拆卸部件可采用卡位器和螺帽。在上螺杆的下端安装螺帽固定，而在上螺杆穿过盖板后由卡位器固定；同样，在下螺杆的上端安装螺帽固定，而在下螺杆穿过底板后由卡位器固定。

在本实施例中，上螺杆4的杆径大于下螺杆5的杆径，相应地，中孔14的孔径大于边孔13的孔径，考虑到主梁的布置与尺寸，设置三排中孔。下螺杆的数量为待测抗拔管桩纵筋数量的一半，边孔数量为30～40个，即下螺杆也为30～40个，此时，每个下螺杆的底端连接相邻的两个纵筋。壳体1内增设有数个竖向的肋板15，肋板15将壳体1的内部空间分隔成数个独立隔间16，边孔13与中孔14分别对应位于每个隔间的顶面与底面上；为了加强承载强度，在位于周边的隔间内还设有竖向的加劲板40。盖板11与底板12的边缘轮廓为齿形，侧板的上、下边缘轮廓也为齿形，盖板与底板分别和侧板通过各自齿形边缘对应啮合后焊实，以提高整体稳定性。

一种由上述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置组成的加载反力系统，包括上述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置和加载反力装置，加载反力装置主要由一对主梁支座、主梁6及多跨垫梁7组成，在本实施例中，主梁支座采用反力桩9，顶升装置采用千斤顶8，反力桩9上用于放置千斤顶8，主梁6的两端分别置于千斤顶8上并横跨在待测抗拔管桩2的上方，多跨垫梁7位于主梁6上且处于待测抗拔管桩2的正上方，试验连接装置的上螺杆穿过多跨垫梁7并锚固在多跨垫梁7的顶面上。在本实施例中，多跨垫梁7采用三根且并列排布，可使主梁受力均匀。

本实施例，某工程的地质概况：主要由素填土、淤泥质土、砂质粘性土、全风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩等组成。对桩径为Φ2000、桩长21.04米的预应力管桩开展桩基竖向抗拔承载力静载试验。该预应力管桩抗拔承载力特征值为8500kN，试验荷载为17000kN。该预应力管桩即为待测抗拔管桩2。

主梁6采用500mm×1860mm×13000mm，4根，单根梁集中荷载承载力5000kN。将反力桩桩身顶部浮浆凿去，再在上部浇注长3m，宽2.4m的混凝土桩帽。反力桩承载力特征值为1000kPa，最大承载力为8500×1.2=10200kN，则抗拔施加于混凝土桩帽的压应力为10200/7.2=1416.66kPa，小于反力桩承载力特征值的1.5倍，即1000×1.5=1500kPa。

反力桩9中心到待测抗拔管桩中心的距离为6m。满足反力桩与试验桩的中心距离≥3d且＞2.0m的要求。

基准梁20采用13m的工字钢（现场装拼），2根，基准梁20之间的距离取2.5m，基准梁20平行于主梁方向；基准桩30平行于基准梁长度方向的间距取12m，垂直于基准梁方向的间距取2.5m。

基准桩与试验桩中心的距离为6.13m，满足≥3d且＞2.0m的要求，d为试验桩桩径，本实施例桩径为2m。基准桩中心与反力桩中心为7.65m，亦满足≥3d且＞2.0m的要求，故不需要对基准桩进行变形监测。

加卸荷程序：采用分级慢速维持荷载法。

一种上述加载反力系统的试验方法，包括以下步骤：

⑴安装试验连接装置：

a.在壳体内插入上螺杆，安装卡位器固定上螺杆，完成试验连接装置半成品；

b.吊装试验连接装置半成品于待测抗拔管桩的正上方，且上螺杆的伸出端朝上；

c．在壳体内插入下螺杆，安装卡位器固定下螺杆，下螺杆的伸出端朝下；

此时，试验连接装置位于待测抗拔管桩的正上方；

⑵将千斤顶放置在反力桩的桩帽上；

⑶吊装主梁，使其横跨安装在待测抗拔管桩的上方，且主梁的两端位于千斤顶上，此时，试验连接装置的中轴线、主梁的中心点和待测抗拔管桩的中轴线位于同一直线上；

⑷吊装多跨垫梁，将其放置在主梁上且与主梁呈垂直；多跨垫梁还位于待测抗拔管桩的正上方；

⑸试验连接装置的上螺杆向上穿过多跨垫梁后锚固；

⑹将待测抗拔管桩上的纵筋与试验连接装置的下螺杆均匀焊接，每个下螺杆焊接两个相邻的纵筋；

⑺操作千斤顶，试验连接装置的下螺杆均匀受到上拔力并传力于待测抗拔管桩，使待测抗拔管桩承受试验所要求的最大荷载。

在其它实施例中，下螺杆的数量至少为待测抗拔管桩纵筋数量的一半，即每个下螺杆对应连接相邻的两个纵筋或者连接一个纵筋。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的主梁支座还可以采用支墩，顶升装置也可以采用其它的顶升设备；本发明的中孔与边孔的数量可根据实际情况设置，而且中孔与边孔优选均匀分布，以便在试验时将上拔力均匀传递至待测抗拔管桩；因此本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：它主要由立方体形中空壳体、用于与待测抗拔管桩上的纵筋连接的下连接杆、用于与加载反力装置连接的上连接杆组成，所述下连接杆竖向设置在壳体底面上，所述下连接杆的设置位置与待测抗拔管桩上的纵筋上下相对应，而所述上连接杆则竖向设置在壳体的顶面上。

2.根据权利要求1所述的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：所述上连接杆、下连接杆分别与所述壳体通过可拆卸式连接结构相连。

3.根据权利要求2所述的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：所述壳体由盖板、底板与侧板拼装连接而成，所述盖板与底板上分别开有相对应的上、下通孔，所述上、下通孔均分别由边孔与中孔组成，所述边孔分别位于所述底板及盖板的边缘圆周上，而所述中孔位于所述底板及盖板上由所述边孔围括的区域中；所述下连接杆向下穿过盖板上的边孔并从底板上的边孔伸出后其两端通过可拆卸部件固定在壳体上，而所述上连接杆向上穿过底板上的中孔并从盖板上的中孔伸出后其两端通过可拆卸部件固定在壳体上。

4.根据权利要求3所述的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：所述下连接杆与上连接杆均采用螺杆，即为上螺杆和下螺杆，所述上螺杆的杆径大于下螺杆的杆径，所述中孔的孔径大于所述边孔的孔径，所述中孔及边孔在盖板及底板上均匀分布。

5.根据权利要求4所述的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：所述壳体内设有数个竖向的肋板，所述肋板将壳体的内部空间分隔成数个独立隔间，所述边孔与中孔分别对应位于每个隔间的顶面与底面上。

6.根据权利要求5所述的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：所述盖板与底板的边缘轮廓为齿形，所述侧板的上、下边缘轮廓也为齿形，所述盖板与底板分别和侧板通过各自齿形边缘对应啮合后焊实。

7.根据权利要求6所述的大吨位基桩抗拔静载试验连接装置，其特征在于：所述下螺杆的数量至少为待测抗拔管桩纵筋数量的一半，即每个下螺杆对应连接相邻的两个纵筋或者连接一个纵筋。

8.一种由权利要求1所述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置组成的加载反力系统，其特征在于：包括所述大吨位基桩抗拔静载试验连接装置和加载反力装置，所述加载反力装置主要由一对主梁支座、主梁及多跨垫梁组成，所述主梁支座上用于放置顶升装置，所述主梁的两端分别置于所述顶升装置上并横跨在待测抗拔管桩的上方，所述多跨垫梁位于所述主梁上且处于待测抗拔管桩的正上方，所述试验连接装置的上连接杆向上穿过所述多跨垫梁后固定。

9.根据权利要求8所述的加载反力系统，其特征在于：所述主梁支座采用支墩或者反力桩；所述多跨垫梁与主梁呈垂直；所述试验连接装置的中轴线、主梁的中心点和待测抗拔管桩的中轴线位于同一直线上。

10.一种权利要求8所述加载反力系统的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴安装所述试验连接装置，使其位于待测抗拔管桩的上方；

⑵将顶升装置放置在主梁支座上；

⑶吊装主梁，使其横跨安装在待测抗拔管桩的上方，且主梁的两端位于顶升装置上，同时主梁位于试验连接装置的上方；

⑷吊装多跨垫梁，将其放置在主梁上且位于待测抗拔管桩的正上方；

⑸试验连接装置的上连接杆向上穿过多跨垫梁后固定；

⑹将待测抗拔管桩上的纵筋与试验连接装置的下连接杆连接；

⑺操作顶升装置，试验连接装置的下连接杆受到上拔力并传力于待测抗拔管桩，使待测抗拔管桩承受试验所要求的最大荷载。

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