CN104652498B - 双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法及装置。本发明中预应力管桩桩头焊接套筒而套接，加载装置为千斤顶和两端的伞状撑架，通过钢管提升从而改变加载装置位置，在管桩连接处通过液压缸张开加载装置通过千斤顶进行加载，静荷载反力由伞状撑架上面的管桩的侧摩阻力提供。进行第一二节试验时，通过在穿心式千斤顶拉杆末端另加一个撑架从而使被试验管桩下面的管桩的侧摩阻力也能提供静荷载反力，从而保证足够的静载荷反力，确保试验的顺利进行。本发明试验后试桩放入钢筋笼然后灌浆就能够当工程桩使用，试验装置也能够重复使用，大大节约了试验成本，而且直接测出分段管桩的侧摩阻力。

Description

双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法及装置

技术领域

本发明涉及一种双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法及装置。

背景技术

静载荷试验是指按桩的使用功能，分别在桩顶逐级施加轴向压力、轴向上拔力或在桩基承台底面标高一致处施加水平力，观测桩的相应检测点随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，根据荷载与位移的关系（即曲线）判定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。桩基静载荷试验是目前检验桩基承载力各种方法中使用最广且被公认为试验结果最准确、最可靠的方法。

常用的桩基静载荷测试方法有三种：堆载法、锚桩法和自平衡法。

堆载法是单桩竖向静载试验提供反力的一种方式，即通过以试桩为中心搭设试验平台，码放砂袋、混凝土配重、钢锭等，通过千斤顶加压，给试桩提供竖向压力，从而检验试桩的承载力是否满足设计要求的方法。它适合不同荷载量试验，但是试验成本较高，而且由于试验结束后要放水，对试验场地的环境影响比较大。

锚桩法是通过千斤顶、横梁连接锚桩，将锚桩的上拔力反作用于试桩的测桩法。它安装比较快捷，特别对大吨位试桩，节约成本明显，但是锚桩在试验过程中受到上拔力的作用，其桩间土的扰动会影响到试桩。

自平衡法把试桩分成上下两端，是利用上段桩侧阻和下段桩侧阻与端阻的自相平衡的一种测桩法。它避免了庞大的反力装置，装置较为简单，但是荷载箱平衡点位置遇到预估，且荷载箱上部测读的是负摩擦力，与实际情况不同。

发明内容

为了克服现有静载荷试验后试桩成的试验成本过高，以及每次试验都要重新搭建试验平台，还有只能测得桩基承载力（即使是自平衡法，也只能测得试桩的两段的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力）。结合预应力管桩的构造特点，本文提出一种双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法及装置。通过双伞式撑架分段给预应力管桩施加荷载，装置本身能够移动，可以分段直接测出桩基的摩阻力，用完之后能够回收再利用，试桩本身也没有破坏，从而能够再利用。结合本文提出的试验方法，整个试验便于实施。相对传统的静荷载方法，整个试验的成本也大大减少。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

双伞式预应力管桩分段静荷载试验装置，包括静荷载装置一、静荷载装置二、静荷载装置三，静荷载装置一包括一个千斤顶、设置在千斤顶上下两端的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；千斤顶上下两端分别焊接有钢管，通过钢管安装着一个伞状撑架；伞状撑架由四个互相呈90度分布的铰接支架组成；其中一根支架与千斤顶铰接，另一根支架与钢管上的滑块铰接，同时这两根支架又相互铰接；滑块与钢管组成的液压缸可以收缩伸张，从而带动滑块上下滑动进而控制伞状撑架的张合；千斤顶液压管与千斤顶上的进压油嘴连接；

静荷载装置二是在静荷载装置一的基础上增加一个伞状撑架，同时将静荷载装置一中的千斤顶替换为穿心式千斤顶，即静荷载装置二包括穿心式千斤顶、设置在穿心式千斤顶顶端、底端以及拉杆末端的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；滑块和钢管组成液压缸；

静荷载装置三包括穿心式千斤顶、设置在穿心式千斤顶底端承脚的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；穿心式千斤顶顶端设置有工具锚，穿心式千斤顶的底端拉杆连接着伞状撑架；

所述的静荷载装置一、静荷载装置二、静荷载装置三上的所有伞状撑架最初都是闭合的。

双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法，具体包括如下步骤：

步骤1、将静荷载装置一通过钢管放到第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处，此时荷载加载装置中的伞状撑架是闭合的；

步骤2、对液压缸加压，液压缸伸张从而推动滑块从而带动伞状撑架张开；

步骤3、接着通过千斤顶液压管给千斤顶加压使得千斤顶伸张，从而使上下两个伞状撑架分别撑着第N-1节预应力管桩的底部和第N节预应力管桩的顶部；千斤顶下方的伞状撑架通过与第N节预应力管桩的顶面接触给第N节预应力管桩向下的静载荷力，同时千斤顶上方的伞状撑架与第N-1节预应力管桩的底面接触从而提供静载荷反力，这个静载荷反力来源于第一节预应力管桩、第二节预应力管桩……第N-1节预应力管桩与桩侧土的侧摩阻力；第N节预应力管桩的桩顶位移由连接在桩顶的位移杆测得，从而得到第N节预应力管桩桩顶荷载位移关系；

步骤4、重复步骤1-步骤3，对第N-1节预应力管桩进行试验；试验时，只需把荷载加载装置提升到第N-2节预应力管桩和第N-1节预应力管桩的连接处；以此类推，对第二节预应力管桩以下的管桩均用此方法进行试验；

步骤5、对第二节预应力管桩进行试验，取出静荷载装置一，用静荷载装置二对第二节预应力管桩进行试验；

5-1. 通过钢管将静荷载装置二放置到第一节预应力管桩和第二节预应力管桩的连接处，此时静荷载装置二中的设置在穿心式千斤顶下方拉杆末端的伞状撑架处于第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处；

5-2. 通过伞状撑架液压管加压，使静荷载装置二中上端承顶的伞状撑架和底端承脚的伞状撑架以及拉杆末端安装的伞状撑架张开；

5-3. 通过千斤顶液压管给穿心式千斤顶加压，上端承顶的伞状撑架和底端承脚的伞状撑架分别支撑第一节预应力管桩的底部和第二节预应力管桩顶部，同时拉杆末端的伞状撑架也撑着第N-1节预应力管桩的底部；如此静载荷反力就由第一节预应力管桩的侧摩阻力和第N-1节预应力管桩的侧摩阻力提供；

步骤6、对第一节预应力管桩进行试验，取出静荷载装置二，用静荷载装置三对第一节预应力管桩进行试验；

6-1. 穿心式千斤顶底端承脚连接着一个伞状撑架，穿心式千斤顶拉杆末端连接着的伞状撑架处于第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处；

6-2.先通过伞状撑架液压管给液压缸加载，液压缸推动滑块从而使伞状撑架张开；

6-3.通过千斤顶液压管给穿心式千斤顶加压，穿心式千斤顶底端承脚的伞状支架给第一节预应力管桩桩顶施加荷载，同时拉杆末端的伞状撑架撑住第N-1节预应力管桩底部，并通过钢桩连接到工具锚从而提供静载荷反力。

所述的预应力管桩分为N节，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒连接；套筒包括外套筒和内套筒，外套筒套在内套筒上，外套筒和内套筒的半径相匹配，能够相互配合滑动；内套筒的半径比预应力管桩的内径大，内套筒和预应力管桩的内径差使得每节预应力管桩顶、桩底有部分暴露出来；

相邻的上节预应力管桩底部通过桩头钢环焊接着外套筒，相邻的下节预应力管桩顶部通过桩头钢环焊接着内套筒，外套筒和内套筒套在一起能够保证上下两根预应力管桩能够传递作用力，受力时又能分开从而留出一定的空间来进行后面的试验；

所述相邻的上节预应力管桩底端焊接着的外套筒的侧壁上开有一个条形凹槽，相应的下节预应力管桩顶端焊接的内套筒上焊接有锚钉，锚钉能够在条形凹槽内滑动，防止上节预应力管桩和下节预应力管桩脱节。

本发明的有益效果如下：

一、由于在整个试验中预应力管桩的完整性得到了保持，因此在试验后桩能够投入实际工程使用；二、装置只需要通过钢管升降到指定的位置就能够施加荷载，试验后能够回收，因此试验装置能够重复使用；三、本试验直接分段对预应力管桩进行试验，因此能够直接准确测得桩身分段的侧摩阻力；四、由于桩能够投入使用，实验装置也能够重复使用，因此试验成本得到了大大的减少。

附图说明

图1是要试验的管桩的纵剖面示意图。

图2是套筒连接示意图。

图3是对第四节桩和第三节桩的试验纵剖面示意图。

图4是对第二节桩试验纵剖面示意图。

图5是对第一节桩试验纵剖面示意图。

图中：第一节预应力管桩1、第二节预应力管桩2、第三节预应力管桩3、第四节预应力管桩4、套筒5、外套筒5a、内套筒5b、桩头钢环6、锚钉7、千斤顶8、伞状撑架9、伞状撑架9a、伞状撑架9b、伞状撑架9c、伞状撑架9d、伞状撑架9e、伞状撑架9f、伞状撑架9g、滑块10、滑块10a、滑块10b、滑块10c、滑块10d、滑块10e、液压缸11、液压缸11a、液压缸11b、液压缸11c、液压缸11d、液压缸11e、伞状撑架液压管12、伞状撑架液压管12a、伞状撑架液压管12b、伞状撑架液压管12c、千斤顶液压管13、千斤顶液压管13a、千斤顶液压管13b、千斤顶液压管13c、穿心式千斤顶14、穿心式千斤顶14a、穿心式千斤顶14b、千斤顶液压箱15、伞状撑架液压箱16、工具锚17。

具体实施方式

下面结合附图和实施步骤对本发明进一步说明。

如图1所示，预应力管桩分为N节，以四节为例，预应力管桩包括第一节预应力管桩1、第二节预应力管桩2、第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4；预应力管桩的连接如图1所示，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒5连接；套筒5包括外套筒5a和内套筒5b，外套筒5a套在内套筒5b上，外套筒5a和内套筒5b的半径相匹配，能够相互配合滑动；外套筒5a和内套筒5b重合时能够相互传递作用力，而且由于内套筒5b的半径比预应力管桩的内径大，内套筒5b和预应力管桩的内径差使得每节预应力管桩顶、桩底有部分暴露出来，从而为静荷载试验提供了施力点，同时也给伞状撑架的张合提供了空间。第一节预应力管桩1底部通过桩头钢环6焊接着外套筒5a，第二节预应力管桩2顶部通过桩头钢环6焊接着内套筒5b，外套筒5a和内套筒5b套在一起能够保证上下两根预应力管桩能够传递作用力，受力时又能分开从而留出一定的空间来进行后面的试验。同理，第二节预应力管桩2和第三节预应力管桩3之间的连接，第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4之间的连接均采用套筒5。

如图2所示，在第一节预应力管桩1底端焊接着的外套筒5a的侧壁上开有一个条形凹槽，相应的第二节预应力管桩2顶端焊接的内套筒5b上焊接有锚钉7，锚钉7能够在条形凹槽内滑动，防止第一节预应力管桩1和第二节预应力管桩2脱节；同理，第二节预应力管桩2和第三节预应力管桩3之间的套筒5，第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4之间的套筒5均如此设置。实践证明，预应力管桩施工过程中，即使在软弱土中土塞一般只会到达最下面一节桩的1/3～1/2桩长处,所以不会影响试验的进行。

静荷载装置分为三种，静荷载装置一包括一个千斤顶8、设置在千斤顶8上下两端的伞状撑架9、控制伞状撑架开合的滑块；千斤顶8上下两端分别焊接有钢管，通过钢管安装着一个伞状撑架9；伞状撑架9由四个互相呈90度分布的铰接支架组成；其中一根支架与千斤顶8铰接，另一根支架与钢管上的滑块铰接，同时这两根支架又相互铰接；滑块与钢管组成的液压缸可以收缩伸张，从而带动滑块上下滑动进而控制伞状撑架的张合。千斤顶液压管13a与千斤顶上的进压油嘴连接。

静荷载装置二是在静荷载装置一的基础上增加一个伞状撑架，同时将静荷载装置一中的千斤顶8替换为穿心式千斤顶14a，即静荷载装置二包括穿心式千斤顶14a、设置在穿心式千斤顶14a顶端、底端以及拉杆末端的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；滑块和钢管组成液压缸。

静荷载装置三包括穿心式千斤顶14a、设置在穿心式千斤顶14a底端承脚的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；穿心式千斤顶14a顶端设置有工具锚，穿心式千斤顶14a的底端拉杆连接着伞状撑架。

所述的静荷载装置一、静荷载装置二、静荷载装置三上的所有伞状撑架最初进行试验前都是闭合的。

在图3中，双伞式预应力管桩分段静荷载试验方法，具体包括如下步骤：

步骤1、将静荷载装置一通过钢管放到第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4的连接处，此时荷载加载装置中的伞状撑架9a和伞状撑架9b是闭合的。

步骤2、对液压缸11a加压，液压缸11a伸张从而推动滑块10a运动，滑块10a从而带动伞状撑架9a张开，同理，伞状撑架9b也是同步通过液压缸的加压而张开。

步骤3、如图3所示，接着通过千斤顶液压管13a给千斤顶8加压使得千斤顶8伸张，从而使伞状撑架9a和伞状撑架9b分别撑着第三节预应力管桩3的底部和第四节预应力管桩4的顶部。千斤顶下方的伞状撑架9b通过与第四节预应力管桩4的顶面接触给第四节预应力管桩4向下的静载荷力，同时千斤顶上方的伞状撑架9a与第三节预应力管桩3的底面接触从而提供静载荷反力，这个静载荷反力来源于第一节预应力管桩1、第二节预应力管桩2、第三节预应力管桩3与桩侧土的侧摩阻力；第四节预应力管桩4的桩顶位移由连接在桩顶的位移杆与第一节桩上方的基准梁连接测得，从而得到第四节预应力管桩4桩顶荷载位移关系。

步骤4、重复步骤1-3，对第三节预应力管桩3进行试验；试验时，只需把荷载加载装置提升到第二节预应力管桩2和第三节预应力管桩3的连接处。

步骤5、如图4所示，对第二节预应力管桩2进行试验，如果仍然按照对第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4的试验方法，静载荷反力只能是第一节预应力管桩1的侧摩阻力提供，不能保证静荷载反力足够大。因此取出静荷载装置一，用静荷载装置二对第二节预应力管桩2进行试验。

5-1. 通过钢管将静荷载装置二放置到第一节预应力管桩1和第二节预应力管桩2的连接处，此时静荷载装置二中的设置在穿心式千斤顶下方拉杆末端的伞状撑架9e处于第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4的连接处；

5-2. 通过伞状撑架液压管12b加压，使静荷载装置二中上端承顶的伞状撑架9c和底端承脚的伞状撑架9d以及拉杆末端安装的伞状撑架9e张开；

5-3. 通过千斤顶液压管13b给穿心式千斤顶14a加压，上端承顶的伞状撑架9c和底端承脚的伞状撑架9d分别支撑第一节预应力管桩1的底部和第二节预应力管桩2顶部，同时拉杆末端的伞状撑架9e也撑着第三节预应力管桩3的底部；如此静载荷反力就由第一节预应力管桩1的侧摩阻力和第三节预应力管桩3的侧摩阻力提供，从而保证了试验的顺利进行。

步骤6、如图5所示，对第一节预应力管桩1进行试验，取出静荷载装置二，用静荷载装置三对第一节预应力管桩1进行试验。

6-1. 穿心式千斤顶14b底端承脚连接着一个伞状撑架9f，穿心式千斤顶14b拉杆末端连接着的伞状撑架9g处于第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4的连接处；

6-2.先通过伞状撑架液压管12c给液压缸11d和11e加载，液压缸11d和11e分别推动滑块10d和10e从而使伞状撑架9f和9g张开；

6-3.通过千斤顶液压管13c给穿心式千斤顶14b加压，穿心式千斤顶14b底端承脚的伞状支架9f给第一节预应力管桩1桩顶施加荷载，同时伞状撑架9g撑住第三节预应力管桩3底部，并通过钢桩连接到工具锚17从而提供静载荷反力。

试验完成后放入钢筋笼注浆，试桩就能够当做工程桩投入使用了。

Claims (3)

1.双伞式预应力管桩分段静荷载试验装置，其特征在于包括静荷载装置和预应力管桩，静荷载装置分为三种，静荷载装置一包括一个千斤顶、设置在千斤顶上下两端的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；千斤顶上下两端分别焊接有钢管，通过钢管安装着一个伞状撑架；伞状撑架由四个互相呈90度分布的铰接支架组成，每个铰接支架由两根支杆组成，其中一根支杆与千斤顶铰接，另一根支杆与钢管上的滑块铰接，同时这两根支杆又相互铰接；滑块与钢管组成的液压缸可以收缩伸张，从而带动滑块上下滑动进而控制伞状撑架的张合；千斤顶液压管与千斤顶上的进压油嘴连接；

静荷载装置二是在静荷载装置一的基础上增加一个伞状撑架，同时将静荷载装置一中的千斤顶替换为穿心式千斤顶，增加的伞状撑架通过拉杆连接穿心式千斤顶顶端的工具锚；即静荷载装置二包括穿心式千斤顶、设置在穿心式千斤顶顶端、底端以及拉杆末端的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；滑块和钢管组成液压缸；静荷载装置三包括穿心式千斤顶、设置在穿心式千斤顶底端承脚的伞状撑架、控制伞状撑架开合的滑块；穿心式千斤顶顶端设置有工具锚，穿心式千斤顶顶部的工具锚通过拉杆连接着提供静载反力的伞状撑架；

所述的静荷载装置一、静荷载装置二、静荷载装置三上的所有伞状撑架最初都是闭合的；

预应力管桩分为N节，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒连接；套筒包括外套筒和内套筒，外套筒在内套筒上，外套筒和内套筒的半径相匹配，能够相互配合滑动；外套筒和内套筒重合时能够相互传递作用力；

使用时将静荷载装置通过钢管放到两节相邻管桩的连接内套管中。

2.如权利要求1所述的双伞式预应力管桩分段静荷载试验装置的试验方法，其特征在于具体包括如下步骤：

步骤1、将静荷载装置一通过钢管放到第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处，此时荷载加载装置中的伞状撑架和伞状撑架是闭合的；

步骤2、对液压缸加压，液压缸伸张推动滑块运动从而带动伞状撑架张开；

步骤3、接着通过千斤顶液压管给千斤顶加压使得千斤顶伸张，从而使上下两个伞状撑架分别撑着第N-1节预应力管桩的底部和第N节预应力管桩的顶部；千斤顶下方的伞状撑架通过与第N节预应力管桩的顶面接触给第N节预应力管桩向下的静载荷力，同时千斤顶上方的伞状撑架与第N-1节预应力管桩的底面接触从而提供静载荷反力，这个静载荷反力来源于第一节预应力管桩、第二节预应力管桩、……、第N-1节预应力管桩与桩侧土的侧摩阻力；第N节预应力管桩的桩顶位移由连接在桩顶的位移杆测得，从而得到第N节预应力管桩桩顶荷载位移关系；

步骤4、重复步骤1-步骤3，对第N-1节预应力管桩进行试验；试验时，只需把荷载加载装置提升到第N-2节预应力管桩和第N-1节预应力管桩的连接处；以此类推，对第二节预应力管桩以下的管桩进行试验；

步骤5、对第二节预应力管桩进行试验，取出静荷载装置一，用静荷载装置二对第二节预应力管桩进行试验；

5-1.通过钢管将静荷载装置二放置到第一节预应力管桩和第二节预应力管桩的连接处，此时静荷载装置二中的设置在穿心式千斤顶下方拉杆末端的伞状撑架处于第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处；

5-2.通过伞状撑架液压管加压，使静荷载装置二中上端承顶的伞状撑架和底端承脚的伞状撑架以及拉杆末端安装的伞状撑架张开；

5-3.通过千斤顶液压管给穿心式千斤顶加压，上端承顶的伞状撑架和底端承脚的伞状撑架分别支撑第一节预应力管桩的底部和第二节预应力管桩顶部，同时拉杆末端的伞状撑架也撑着第N-1节预应力管桩的底部；如此静载荷反力就由第一节预应力管桩的侧摩阻力和第N-1节预应力管桩的侧摩阻力提供；

步骤6、对第一节预应力管桩进行试验，取出静荷载装置二，用静荷载装置三对第一节预应力管桩进行试验；

6-1.穿心式千斤顶底端承脚连接着一个伞状撑架，穿心式千斤顶拉杆末端连接的伞状撑架处在第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处；

6-2.先通过伞状撑架液压管给液压缸加载，液压缸推动滑块从而使伞状撑架张开；

6-3.通过千斤顶液压管给穿心式千斤顶加压，穿心式千斤顶底端承脚的伞状支架给第一节预应力管桩桩顶施加荷载，同时伞状撑架撑住第N-1节预应力管桩底部，并通过钢桩连接到工具锚从而提供静载荷反力。

3.如权利要求2所述的双伞式预应力管桩分段静荷载试验装置的试验方法，其特征在于预应力管桩分为N节，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒连接；套筒包括外套筒和内套筒，外套筒套在内套筒上，外套筒和内套筒的半径相匹配，能够相互配合滑动；内套筒的半径比预应力管桩的内径大，内套筒和预应力管桩的内径差使得每节预应力管桩顶、桩底有部分暴露出来；

相邻的上节预应力管桩底部通过桩头钢环焊接着外套筒，相邻的下节预应力管桩顶部通过桩头钢环焊接着内套筒，外套筒和内套筒套在一起能够保证上下两根预应力管桩能够传递作用力，受力时又能分开从而留出一定的空间来进行后面的试验；

所述相邻的上节预应力管桩底端焊接着的外套筒的侧壁上开有一个条形凹槽，相应的下节预应力管桩顶端焊接的内套筒上焊接有锚钉，锚钉能够在条形凹槽内滑动，防止上节预应力管桩和下节预应力管桩脱节。