CN106836322A - 一种螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋地锚的竖向抗拔试验测试装置及测试方法。由反力系统、加荷系统和量测系统组成。反力系统由中心反力梁、底部支承梁、传力梁柱及斜撑、定位梁共同组成，用于承担加载过程中的反力；加荷系统由千斤顶及垫块、支承顶板、桩头连接件及连续螺杆组成，配合反力系统对螺旋地锚桩头施加竖向上拔荷载；量测系统是由压力传感器、位移计及基准梁组成，用于测定施加荷载的大小以及各级荷载作用下螺旋地锚的桩头位移。螺旋地锚竖向抗拔试验测试方法基于竖向抗拔试验测试装置，反力支架定位后，利用连续螺杆、支承顶板和桩头连接件对螺旋地锚施加竖向上拔力，上拔反力由反力支架承担，得到各级荷载作用下螺旋地锚的桩头位移，通过位移荷载曲线判定螺旋地锚的抗拔承载力。

Description

一种螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置及其操作方法

技术领域

本发明属岩土工程桩基础技术领域，具体涉及一种适用于螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置及其操作方法。

背景技术

螺旋地锚由钢管桩身和焊接于桩身的钢制螺旋片组成，是一种新型桩基础，桩长通常在1.2m至1.8m之间，属于微型短桩。打桩施工时利用螺旋叶片的特点，将钢桩旋入地下作为受力基础，目前主要用于光伏太阳能发电支架的基础结构。螺旋地锚的主要受力形式为竖向抗拔，在实际工程中尤其在风荷载较大地区，基础受到较大竖向上拔荷载会发生晃动或者被拔出导致光伏太阳能发电设备无法长久稳定发挥效益，因此确定螺旋地锚的竖向抗拔承载力成为工程设计和施工中的重要问题。

螺旋地锚的竖向抗拔承载力的确定主要以现场试验结果为依据，在进行桩基础施工前须进行试桩试验，但目前并无合适的针对螺旋地锚的现场试验检测方法。部分工程中通过快速拉拔试验测定螺旋地锚的承载力，利用拉钩将螺旋地锚拔出并测定该过程中的最大荷载，该方法得到的结果随机性强，测试结果误差较大，无法为工程设计提供参考。因此，非常需要针对螺旋地锚现场试验的测试装置和测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置及其操作方法。

本发明提出的螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置，由加荷系统、反力系统和量测系统组成，其中：

反力系统包括中心反力梁、底部支承梁、传力横梁、传力立柱和定位梁，两根传力横梁的两侧通过支撑横梁连接，组成上部支架结构，中心反力梁位于上部支架结构的中部，中心反力梁的两端分别与两根传力横梁固定连接，中心反力梁的中心处设置有固定槽，上部支架结构的四周设置有传力立柱，传力立柱固定于底部支承梁上；两根定位梁的两端分别固定于两根底部支承梁上；

量测系统包括压力传感器、位移计、位移计表座和基准梁，压力传感器与数显仪通过信号线连接，用以测量加载过程中的荷载大小；位移计通过位移计表座固定于基准梁上，用以测量加载过程中的位移大小；基准梁为带支撑的L型钢，通过所述支撑插入土中将基准梁独立固定在支底部支承梁外侧；所述位移计的测量端指针垂直于桩头连接件顶部方形钢板表面；

加荷系统包括千斤顶、支承垫块、上方支承板、桩头连接件、连续螺纹杆、配套螺母、桩头连接件顶部方形钢反和桩头连接件钢筒，压力传感器放置中心反力梁的固定槽内，压力传感器上方放置千斤顶，千斤顶上设置支承垫块；千斤顶在反力系统的配合下，对上方承压板施加荷载，根据试验的不同场地条件，使用的千斤顶类型和数量也不同，试验时须使用铁铸垫块调整千斤顶高度至合适位置；上方支承板为方形钢板，四角穿孔呈对称分布，上方支承板位于支承垫板上方；桩头连接件顶部钢板为方形钢板，四角穿孔呈对称分布，桩头连接件钢筒焊接于桩头连接件顶部钢板的底部中心位置，桩头连接件钢筒的筒壁开孔，孔的大小和数量与测试螺旋地锚的桩头螺孔相对应，进行竖向抗拔试验时，桩头连接件钢筒通过桩头连接螺栓固定螺旋地锚地面桩头；连续螺纹杆的两端分别穿过上方支承板的四角穿孔和桩头连接件顶部方形钢板的四角穿孔，分别用螺母固定连接上方支承顶板和桩头连接件顶部方形钢板。

本发明中，所述底部支承梁为槽钢，其两端留有锚孔，用于固定传力立柱。

本发明中，所述传力横梁与传力立柱之间设有支架斜撑。

本发明中，所述传力横梁、定位梁、传力立柱及支架斜撑均为工字钢。

本发明提出的一种螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置的操作方法，具体操作步骤如下：

（１）反力系统的定位，将反力系统置于试验螺旋地锚地面桩头上方，使得被测试的螺旋地锚地面桩头处于两个定位梁中间。安装桩头连接件顶部方形钢板，并用螺母固定；

（２）将压力传感器固定在反力中心梁的中心处固定槽内，压力传感器上方依次放置千斤顶、支承垫块和上方支承板；将连续螺纹杆穿过上方支承板的四角穿孔和桩头连接件顶部方形钢板的四角穿孔，并用螺母固定；根据试验设计的第一级荷载加载并卸载，将各部分发生松动的螺母重新拧紧保证各部分连接紧密；

（３）将基准梁打入地下，保证基准梁稳固并与底部支承架有一定距离，安装位移计，并调整位移计角度，使得位移计指针垂直于桩头连接件顶部方形钢板表面；

（４）根据试验设计荷载进行分级加载并记录各级荷载下的位移计示数。荷载等级根据估算的最大竖向承载力，分为8~10级；根据压力传感器的数显仪示数，调整千斤顶液压，保证各级荷载稳定，每级荷载下的位移示数稳定后，再进行下一级荷载，直至试验结束；

（５）荷载稳定判别及试验终止条件判别参见建筑桩基规范中试验部分相关说明。

本发明的有益效果：

本发明所设计的试验装置可以准确测定螺旋地锚的竖向抗拔承载力，所得试验数据稳定可靠，解决了目前工程试验试桩的盲目性和随意性。光伏太阳能发电支架的螺旋地锚基础现场试验场地一般较为偏僻，地形条件复杂，本发明所设计的试验装置易于加工运输，操作简单。本发明所设计的试验装置，通过螺杆及支承板的组合将竖向上拔荷载转化为支架反力，减少了大型吊装设备的使用，大幅节约试验成本。本发明的所设计试验装置可重复使用，可完成同一场地多个螺旋地锚的试桩试验，设备简单可操作强。本发明的所设计的试验方法，不会将试验螺旋地锚拔出，试验完成后的螺旋地锚进行纠偏恢复后可以继续作为工程螺旋地锚使用。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的俯视图。

图5为本发明桩头连接件的示意图。

图中标号：1为螺旋地锚地面桩头，2为中心反力梁，3为支撑横梁，4为传力横梁，5为传力立柱，6为支架斜撑，7为底部支承梁，8为固定锚钉的固定孔，9为定位梁，10为上方支承板，11为连续螺纹杆，12为螺母，13为压力传感器，14为千斤顶，15为支承垫块，16为基准梁，17为基准梁柱脚，18为桩头连接件顶部方形钢板，19为位移计表座，20为位移计，21为支架底部支撑横梁，22为桩头连接件四角穿孔，23为桩头连接件钢筒，24为桩头连接螺栓。

具体实施方式

本发明为针对光伏太阳能支架螺旋地锚基础的竖向抗拔现场试验设计的试验装置，下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例１：如图1~5所示，螺旋地锚地面桩头1上方的试验装置由反力支架中心反力梁2、支撑横梁3、传力横梁4、传力立柱5、支架斜撑6、底部支承梁7、固定锚钉的固定孔8、定位梁9、支承顶板10、连续螺纹杆11、固定螺母12、压力传感器13、千斤顶14、支承垫块15、基准梁16、基准梁柱脚17、桩头连接件顶部方形钢板18、位移计表座19、位移计20、支架底部支撑横梁21、桩头连接件四角穿孔22、桩头连接件钢筒23和桩头连接螺栓24组成。

反力系统构造如下：两根传力横梁4和两根支撑横梁3连接组成上部支架结构，中心反力梁2设置在上部支架结构的中间，与传力横梁4接触处焊接，支撑横梁3焊接于传力横梁4之间，保证上部支架结构的稳定；上部支架结构的四角传力立柱5焊接于传力横梁4和底部支承梁7之间，传力横梁4与传力立柱5之间设置斜撑6；底部支承梁7两端设置有固定锚钉的固定孔8，用于保证测量装置稳固，防止意外侧移；定位梁9焊接于底部支承梁7上方，位于底部支承梁7中心位置，便于试验时，测试装置定位，使得螺旋地锚地面桩头1对准测试装置中心；反力系统的中心反力梁2为规格140mm×60mm×8mm的槽钢，长度为1.1m，共1根；中心反力梁2上表面中心设置有固定槽，所述固定槽为凹槽，用于固定压力传感器，凹槽深度为1mm，直径为105mm；支撑横梁3为规格120mm×74mm×5mm的槽钢，长度为1.0m，共2根；传力横梁4为规格180mm×94mm×6.5mm的工字梁，长度为1.8m，共2根；传力立柱5为规格120mm×53mm×5.5mm的槽钢，长度为0.8m，共4根；底部支撑梁7为规格160mm×63mm×8.5mm的槽钢，长度为1.8m，共两根；固定锚钉的固定孔8为直径6mm的圆孔，配合锚钉使用，距离底部支承梁７顶端距离为20mm，共四个。定位梁9为规格100mm×63mm×4.5mm的工字钢，长度为1.0m，距离底部支承梁顶端0.8m，共两根。组成支架的各部分连接处紧密焊接，保证支架稳固。

加荷系统由千斤顶14、支承垫块15、上方支承板10、连续螺杆11、螺母12、桩头连接件顶部方形钢板18及桩头连接件钢筒23组成。千斤顶14为液压式千斤顶，最大压力应高于预估极限荷载值，支承垫块15为铁铸垫块，高100mm，根据试验情况选定数量；上方支承板10为300mm×300mm的方形钢板，厚5mm，四角距离边缘20mm处设置直径12mm的穿孔；连续螺纹杆11为直径10mm的螺纹钢杆，长度为1.3m，共四根，配套的螺母12可紧密贴合并顺利旋进；桩头连接件顶部方形钢板18与上方支承板10的构造相同，为300mm×300mm的方形钢板，厚5mm，四角距离边缘20mm处设置直径12mm的穿孔22，桩头连接件钢筒23为外径64mm、内径44mm的钢筒，高度为150mm，焊接于桩头连接件顶部方形钢板18下表面中心，距离上方30mm处留有对称分布的螺栓孔，孔径为20mm，共四个，所述桩头连接螺栓与螺栓孔配合使用，与螺旋地锚地面桩头的螺栓孔位置对应。桩头连接件的结构示意图如图5所示。

量测系统由压力传感器13、位移计20、位移计表座19和基准梁16组成。其中压力传感器13底部直径为100mm与中心反力梁2上表面凹槽相适应，并通过信号线与数显仪相连，在加载过程中实时显示荷载大小；位移计20量程应大于预估位移的1/3，安装并调整位移计表座19，使位移计20测针与桩头连接件顶部方形钢板18表面垂直；基准梁16为L型钢，40mm×30mm，长1.5m，基准梁柱脚17高0.5m，打入地下部分为0.2m。

根据本发明所提出的试验方法进行操作，首先反力支架定位，将反力系统置于试验螺旋地锚地面桩头1上方，使得被测试的螺旋地锚处于两根定位梁9中间位置。安装桩头连接件顶部方形钢板18，并用螺母固定。将压力传感器13固定在支架上方反力中心梁2的定位凹槽内，压力传感器13上方依次放置千斤顶14、支承垫块15和上方支承板10。将连续螺纹杆11穿过上方支承板10和下方桩头连接件顶部方形钢板18的四角穿孔，并用螺母固定。根据试验设计的第一级荷载加载并卸载，将各部分发生松动的螺母重新拧紧保证各部分连接紧密。将基准梁16打入地下，保证基准梁16稳固并与支架有一定距离，安装位移计表座19，并调整位移计20角度，使得位移计20指针垂直于桩头连接件顶部方形钢板18表面。根据试验设计荷载进行分级加载并记录各级荷载下的位移计示数。荷载等级根据估算的最大竖向承载力，分为8~10级。根据压力传感器的数显仪示数调整千斤顶液压，保证各级荷载稳定。每级荷载下的位移示数稳定后进行下一级荷载，直至试验结束。

按本说明所描述的操作方法和操作步骤，本领域的工程技术人员，均可以利用本发明所提出的试验装置顺利完成螺旋地锚的现场试验。

Claims (5)

1.螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置，由加荷系统、反力系统和量测系统组成，其特征在于：

反力系统包括中心反力梁、底部支承梁、传力横梁、传力立柱和定位梁，两根传力横梁的两侧通过支撑横梁连接，组成上部支架结构，中心反力梁位于上部支架结构的中部，中心反力梁的两端分别与两根传力横梁固定连接，中心反力梁的中心处设置有固定槽，上部支架结构的四周设置有传力立柱，传力立柱固定于底部支承梁上；两根定位梁的两端分别固定于两根底部支承梁上；

量测系统包括压力传感器、位移计、位移计表座和基准梁，压力传感器与数显仪通过信号线连接，用以测量加载过程中的荷载大小；位移计通过位移计表座固定于基准梁上，用以测量加载过程中的位移大小；基准梁为带支撑的L型钢，通过所述支撑插入土中将基准梁独立固定在支底部支承梁外侧；所述位移计的测量端指针垂直于桩头连接件顶部方形钢板表面；

加荷系统包括千斤顶、支承垫块、上方支承板、桩头连接件、连续螺纹杆、配套螺母、桩头连接件顶部方形钢反和桩头连接件钢筒，压力传感器放置中心反力梁的固定槽内，压力传感器上方放置千斤顶，千斤顶上设置支承垫块；千斤顶在反力系统的配合下，对上方承压板施加荷载，根据试验的不同场地条件，使用的千斤顶类型和数量也不同，试验时须使用铁铸垫块调整千斤顶高度至合适位置；上方支承板为方形钢板，四角穿孔呈对称分布，上方支承板位于支承垫板上方；桩头连接件顶部钢板为方形钢板，四角穿孔呈对称分布，桩头连接件钢筒焊接于桩头连接件顶部钢板的底部中心位置，桩头连接件钢筒的筒壁开孔，孔的大小和数量与测试螺旋地锚的桩头螺孔相对应，进行竖向抗拔试验时，桩头连接件钢筒通过桩头连接螺栓固定螺旋地锚地面桩头；连续螺纹杆的两端分别穿过上方支承板的四角穿孔和桩头连接件顶部方形钢板的四角穿孔，分别用螺母固定连接上方支承顶板和桩头连接件顶部方形钢板。

2.根据权利要求１所述的螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置，其特征在于所述底部支承梁为槽钢，其两端留有锚孔，用于固定传力立柱。

3.根据权利要求１所述的螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置，其特征在于所述传力横梁与传力立柱之间设有支架斜撑。

4.根据权利要求１所述的螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置，其特征在于所述传力横梁、定位梁、传力立柱及支架斜撑均为工字钢。

5.一种如权利要求１所述的螺旋地锚竖向抗拔试验的测试装置的操作方法，其特征在于具体操作步骤如下：

（１）反力系统的定位，将反力系统置于试验螺旋地锚地面桩头上方，使得被测试的螺旋地锚地面桩头处于两个定位梁中间；安装桩头连接件顶部方形钢板，并用螺母固定；

（２）将压力传感器固定在反力中心梁的中心处固定槽内，压力传感器上方依次放置千斤顶、支承垫块和上方支承板；将连续螺纹杆穿过上方支承板的四角穿孔和桩头连接件顶部方形钢板的四角穿孔，并用螺母固定；根据试验设计的第一级荷载加载并卸载，将各部分发生松动的螺母重新拧紧保证各部分连接紧密；

（３）将基准梁打入地下，保证基准梁稳固并与底部支承架有一定距离，安装位移计，并调整位移计角度，使得位移计指针垂直于桩头连接件顶部方形钢板表面；

（４）根据试验设计荷载进行分级加载并记录各级荷载下的位移计示数；荷载等级根据估算的最大竖向承载力，分为8~10级；根据压力传感器的数显仪示数，调整千斤顶液压，保证各级荷载稳定，每级荷载下的位移示数稳定后，再进行下一级荷载，直至试验结束；

（５）荷载稳定判别及试验终止条件判别参见建筑桩基规范中试验部分相关说明。