CN105839678A - 一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置，包括浇筑好的上段桩和下段桩、设于中段桩内的荷载箱、试验控制装置、以及位移测量仪，锚索自由段穿过上段桩内的隔离管并在上段桩顶部留有一定自由长度，在锚索自由段和上段桩顶部之间设有加载油缸，锚索固定段与下段桩固定相连，上段桩和下段桩上还设有与位移测量仪相连的位移杆，先加载荷载箱使上段桩和下段桩发生相背位移，然后加载加上段桩顶部的载油缸使上段桩和下段桩发生相向位移，最后回收荷载箱，浇筑中段桩，分别测量记录两种情况下桩基的承载力情况和位移形变，本发明克服了传统自平衡法上段桩的负摩阻力及荷载箱无法回收的缺点，其操作简单，成本低廉。

Description

一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置

技术领域

本发明涉及工程领域桩基竖向承载力检测方法，尤其涉及一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置。

背景技术

传统自平衡法最早于1960年代有以色列Afar Vasela公司提出并实施，并申请专利“一种新的承载力测试方法”，俗称“通莫静载法”。其检测原理是将一种特制的加载装置—荷载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。有加压泵在地面向荷载箱加压加载，使得桩体内部产生加载力，通过对加载力与位移关系的计算和分析，获得桩基承载力。自平衡法应是利于桩身自平衡原理，无需常规的堆载或锚桩试桩，特别适用于野外作业及承载力较大的桩基。这两个因素使自平衡法试桩在交通行业得以应用，并颁布了规程

自平衡法因其本身的一些局限，原因有以下几点：

1.自平衡法试桩，首先要算一下平衡点。压力盒放在此处，上段桩和下段桩承载力相当，即平衡，这时测出的上下段桩承载力之和即为单桩承载力。当然，考虑到下面的原因，通常对上段桩的极限荷载乘以0.7的折减系数。

2.通常的试桩，荷载加在桩顶。对于摩擦端承桩，由于桩身压力随着桩深度逐渐减小，另外桩身的轴向压缩也随深度减小，因此当桩上部达到侧摩阻极限值时，下部桩侧摩阻还远远未达到极限值。因此，自平衡法，对于以变形控制的摩擦桩，不太合适；对于以荷载控制的端承桩，如嵌岩桩，准确度会好些。上述测得的上下桩段侧摩阻力之和会大于实际情况，因此出现了前文0.7的折减系数，一般用公式试验桩竖向受压承载力极限值

3.平衡点的位置选择至关重要。如选的不得当，一段已变形至破坏，另一段未动，这种情况试桩就失败了。

4.在压力盒处的加荷处桩体是断掉的，虽然有注浆法填补此处的做法，但因质量难以控制和检测，因此这种桩不能用于工程桩。

5.荷载箱埋置于桩身内，试验完成后无法回收重复利用，需要一定的设备投入。

综上，自平衡法需要进一步改进完善，取长补短，才能充分发挥其优势。要克服上述自平衡法的不足，桩基检测结果接近真实情况，最好满足下列几点：(1)采用静载法；(2)桩顶竖向加载；(3)反力装置简单实用，(4)加载装置可回收重复利用；(5)试验操作简单，适用性强。

发明内容

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据桩基特性计算出上段桩和下段桩的平衡点，确定中段桩位置；

步骤二、加工桩基的钢筋笼，在中段桩的钢筋笼内放置荷载箱；

步骤三、在上段桩的钢筋笼内设置竖直的隔离管，将锚索自由段往上穿过隔离管，并在隔离管上端预留一定自由长度，将锚索固定段固定在下段桩的钢筋笼上；

步骤四、将中空管贯穿性固定在上段桩的钢筋笼上，分别在上段桩和下段桩钢筋笼的顶部固定设置用于测量形变的位移杆，所述下段桩上的位移杆向上自由穿过中空管并上段桩顶部留出一定长度，；

步骤五、桩基孔施工，下放桩基的钢筋笼，分别浇筑桩基的上段桩和下段桩，然后进行养护；

步骤五、在锚索自由段和上段桩顶部之间设置加载油缸，将荷载箱和加载油缸与试验控制装置相连，调试好负荷加载装置，将上段桩和下段桩上设置的位移杆分别与上方的位移测量仪相连，并调试好位移测量仪；

步骤五、通过试验控制装置对荷载箱分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩与下段桩发生的相背位移；

步骤六、荷载箱卸载，重新调整位移测量仪，通过试验控制装置对上段桩顶部的加载油缸进行分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩与下段桩发生的相向位移；

步骤七、对加载油缸卸载，回收荷载箱、加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通过隔离管对中段桩进行灌浆浇筑；

步骤八、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验桩基承载力特征值及相关桩侧桩端阻力，完成整个试验。

作为改进，所述锚索固定段通过锚索回收装置固定在下段桩的钢筋笼上，所述锚索回收装置由硫磺砂浆、加热器和锚固套筒组成，在施工时将加热器环绕在锚索锚索固定段周围，利用硫磺砂浆将锚索固定段固定在锚固套筒内，再将锚固套筒锚固在下段桩钢筋笼内；利用硫磺砂浆热熔特性，在荷载试验完成后，通过加热器升温，硫磺砂浆热熔后降低粘结力，从而可以解除锚固，将锚索固定段拔出并回收。

作为改进，所述位移测量仪为千分表。

作为改进，所述钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述中段桩钢筋笼的纵向受力钢筋为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于桩体上段、桩体下段相向位移。

一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡装置，其特征在于：包括配好钢筋笼并浇筑好的上段桩和下段桩、没有浇筑的中段桩、设于中段桩内用于加载的荷载箱、试验控制装置、以及位移测量仪，所述上段桩和下段桩通过锚索相连，所述上段桩内设有隔离管和中空管，所述锚索自由段穿过隔离管并在上段桩顶部留有一定自由长度，在锚索自由段和上段桩顶部之间设有用于加载的加载油缸，所述锚索固定段与下段桩固定相连，所述上段桩和下段桩上还设有用于测量形变的位移杆，所述上段桩的位移杆直接与其上方的位移测量仪相连，所述下段桩的位移杆自由穿过中空管与上段桩上方的位移测量仪相连。

作为改进，所述锚索有多个，且多个锚索围绕桩基中心轴对称设置。

作为改进，所述加载油缸为穿心千斤顶油缸。

本发明试验原理为：在传统自平衡法试验装置基础上，增加一套桩顶竖向加载装置。先通过中段桩的荷载箱的作用，使上段桩和下段桩发生相背位移，测出上段桩的负承载力和下段桩正承载力然后荷载箱回油，加载桩顶的加载油缸，使上段桩和下段桩发生相向位移，测出上段桩的正承载力和下段桩负承载力最后试桩竖向抗压总极限承载力为上段桩正承载力和下段桩正承载力之和加桩体自重，即试桩竖向抗拔总极限承载力为上段桩负承载力和下段桩负承载力之和减桩体自重即

本发明有益效果：相比现有如堆载法、锚桩法等桩基竖向承载力试验方法，充分发挥了自平衡法优点，无需常规的堆载或锚桩试桩，特别适用于野外作业及承载力较大的桩基。又克服了传统自平衡法上段桩为负摩阻力，试验结果与工程桩承受正摩阻力不同，试验结果偏于保守，且荷载箱需要一定成本，无法回收利用等缺点，可以直接获得桩基的竖向受压承载力和抗拔承载力，试验装置简单易操作，部分设备可回收重复使用，经济效益好，实用推广性很强。

附图说明

图1是本发明试验装置示意图。

图2是本发明试验原理图。

图3是本发明钢筋笼及相关预埋件拼装图。

图4是本发明工艺流程图。

图中，11-上段桩，12-下段桩，13-中段桩，21-锚索，22-隔离管，23-荷载箱，24-加载油缸，30-试验控制装置，31-位移测量仪，32-位移杆，33-中空管，41-硫磺砂浆，42-加热电阻丝，43-锚固套筒，5-钢筋笼，51-上段桩钢筋笼，52-下段桩钢筋笼，53-中段桩钢筋笼，211-锚索自由段，212-锚索固定段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施，对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本发明提供一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡装置，其试验装置主要由桩基、试验加载装置、变形监测装置组成。所述的桩基为钢筋混凝土结构，分为上段桩11、下段桩12和中段桩13，中段桩13位移荷载平衡点处，安装有自平衡法必须的荷载箱23，且上段桩11、下段桩12为先浇施工，待桩基荷载试验完成后利用隔离管22进行注浆，完成中段桩13后浇施工。

所述的试验加载装置由锚索21、隔离管22、加载油缸24、荷载箱23组成，隔离管22安装在上段桩11。锚索21分为锚索固定段212和锚索自由段211，锚索固定段212固定在下段桩12内，锚索自由段211穿过埋置在上段桩11的隔离管22并伸出桩体顶面一定工作距离，用于试验时加载油缸24(如穿心千斤顶油缸)工作锚固。试验时先加载中段桩13的荷载箱23，测出上段桩的负承载力和下段桩正承载力然后荷载箱23回油，加载油缸24，测出上段桩的正承载力和下段桩负承载力

所述加载油缸为穿心千斤顶油缸。

所述的变形监测装置同传统的自平衡法试验系统，由位移测量仪31、位移杆32、中空管33组成，试验时分别测量上段桩11和下段桩12位移。中空管33用于隔离上段桩11与位移杆32的连接，以测量下段桩12位移。位移测量仪31多为千分表、百分表等，位移杆32多为粗圆钢筋。

一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法，包括以下步骤：

步骤一、根据桩基特性计算出上段桩11和下段桩12的平衡点，确定中段桩13位置；

步骤二、加工桩基的钢筋笼，在中段桩13的钢筋笼内放置荷载箱23；

步骤三、在上段桩11的钢筋笼内设置竖直的隔离管22，将锚索自由段211往上穿过隔离管22，并在隔离管22上端预留一定自由长度，将锚索固定段212固定在下段桩12的钢筋笼上；

步骤四、将中空管贯穿性固定在上段桩11的钢筋笼上，分别在上段桩11和下段桩12钢筋笼的顶部固定设置用于测量形变的位移杆32，所述下段桩12上的位移杆32向上自由穿过中空管并上段桩11顶部留出一定长度，；

步骤五、桩基孔施工，下放桩基的钢筋笼，分别浇筑桩基的上段桩11和下段桩12，然后进行养护；

步骤五、在锚索自由段211和上段桩11顶部之间设置加载油缸，将荷载箱23和加载油缸与试验控制装置30相连，调试好负荷加载装置，将上段桩11和下段桩12上设置的位移杆32分别与上方的位移测量仪31相连，并调试好位移测量仪31；

步骤五、通过试验控制装置30对荷载箱23分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩11与下段桩12发生的相背位移；

步骤六、荷载箱23卸载，重新调整位移测量仪，通过试验控制装置30对上段桩11顶部的加载油缸进行分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩11与下段桩12发生的相向位移；

步骤七、对加载油缸卸载，回收荷载箱23、加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通过隔离管22对中段桩13进行灌浆浇筑；

步骤八、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验桩基承载力特征值及相关桩侧桩端阻力，完成整个试验。

较优的，所述的锚索固定段212安装有锚索回收装置，锚索回收装置由硫磺砂浆41、加热电阻丝42、锚固套筒43组成，施工时将加热电阻丝42环绕在锚索固定段212周围，利用硫磺砂浆41将其固定在锚固套筒43内，再将锚固套筒43锚固在下段桩1212。其工作原理：利用硫磺砂浆热41熔特性，在荷载试验完成后，加热电阻丝42升温，硫磺砂浆热熔后降低粘结力，解除锚固，拔出锚索21并回收。

所述钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述中段桩钢筋笼的纵向受力钢筋为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于桩体上段、桩体下段相向位移。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据桩基特性计算出上段桩和下段桩的平衡点，确定中段桩位置；

步骤二、加工桩基的钢筋笼，在中段桩的钢筋笼内放置荷载箱；

步骤三、在上段桩的钢筋笼内设置竖直的隔离管，将锚索自由段往上穿过隔离管，并在隔离管上端预留一定自由长度，将锚索固定段固定在下段桩的钢筋笼上；

步骤四、将中空管贯穿性固定在上段桩的钢筋笼上，分别在上段桩和下段桩钢筋笼的顶部固定设置用于测量形变的位移杆，所述下段桩上的位移杆向上自由穿过中空管并上段桩顶部留出一定长度，；

步骤五、桩基孔施工，下放桩基的钢筋笼，分别浇筑桩基的上段桩和下段桩，然后进行养护；

步骤五、在锚索自由段和上段桩顶部之间设置加载油缸，将荷载箱和加载油缸与试验控制装置相连，调试好负荷加载装置，将上段桩和下段桩上设置的位移杆分别与上方的位移测量仪相连，并调试好位移测量仪；

步骤五、通过试验控制装置对荷载箱分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩与下段桩发生的相背位移；

步骤六、荷载箱卸载，重新调整位移测量仪，通过试验控制装置对上段桩顶部的加载油缸进行分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩与下段桩发生的相向位移；

步骤七、对加载油缸卸载，回收荷载箱、加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通过隔离管对中段桩进行灌浆浇筑；

步骤八、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验桩基承载力特征值及相关桩侧桩端阻力，完成整个试验。

2.如权利要求1所述一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于：所述锚索固定段通过锚索回收装置固定在下段桩的钢筋笼上，所述锚索回收装置由硫磺砂浆、加热器和锚固套筒组成，在施工时将加热器环绕在锚索固定段周围，利用硫磺砂浆将锚索固定段固定在锚固套筒内，再将锚固套筒锚固在下段桩钢筋笼内；利用硫磺砂浆热熔特性，在荷载试验完成后，通过加热器升温，硫磺砂浆热熔后降低粘结力，从而可以解除锚固，将锚索固定段拔出并回收。

3.如权利要求1所述一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平横法，其特征在于：所述钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述中段桩钢筋笼的纵向受力钢筋为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于桩体上段、桩体下段相向位移。

4.如权利要求1所述一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于：所述位移测量仪为千分表。

5.一种用于权利要求1一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法的试验装置，其特征在于：包括配好钢筋笼并浇筑好的上段桩和下段桩、没有浇筑的中段桩、设于中段桩内用于加载的荷载箱、试验控制装置、以及位移测量仪，所述上段桩和下段桩通过锚索相连，所述上段桩内设有隔离管和中空管，所述锚索自由段穿过隔离管并在上段桩顶部留有一定自由长度，在锚索自由段和上段桩顶部之间设有用于加载的加载油缸，所述锚索固定段与下段桩固定相连，所述上段桩和下段桩上还设有用于测量形变的位移杆，所述上段桩的位移杆直接与其上方的位移测量仪相连，所述下段桩的位移杆自由穿过中空管与上段桩上方的位移测量仪相连。

6.如权利要求5所述一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡装置，其特征在于：所述锚索有多个，且多个锚索围绕桩基中心轴对称设置。

7.如权利要求5所述一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡装置，其特征在于：所述加载油缸为穿心千斤顶油缸。