CN107938722A - 水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，该方法通过在试验桩底端的高压缩性垫层和竖向循环加载等手段最大限度地消除了地基土塑性变形对测试结果的影响，当试验桩基础竖向位移满足要求时，将最后一次竖向加载测试结果作为基准参数，接着在试验桩上部施加水平荷载并按照要求进行循环，然后再按规范要求进行竖向加载并记录每级测试数据，最后将水平加载前后两次竖向加载试验桩测试结果进行对比，进而推算出水平循环荷载对桩基础竖向承载力的影响。本发明方法尤其对于珊瑚礁、硅藻土等东南亚特殊地质，可有效指导桥梁、码头等大型工程桩基础的设计施工，具有很强的参考价值。

Description

水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法

技术领域

本发明涉及桩基础承载力试验方法，具体地指水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响 的试验方法。

背景技术

相比于国内大型基础设施的建设条件，南亚区域国家所面临的条件更为恶劣，给基础 设施建设带来了巨大的挑战。从技术层面上主要分为两个方面：其一，该区域以珊瑚礁地 质或硅藻土等特殊地质为主，而国内地质主要以粘土、砂土或岩石为主，两者在力学性能、 结构构造及基础受力特性上存在较大差别；其二，该区域濒临印度洋海域，水文气象条件 异常复杂，特别是中长周期波浪的影响，给工程项目建设带来了不确定性。而国内相关技 术规范不再适应南亚复杂的建设条件，因此在跨海桥梁、沿海港口等大型工程项目设计前 期，需要对基础复杂的受力状态进行现场试验。目前，国内外学者在桩基础单一方向(竖 向或水平向)承载力方面研究较多，而对水平循环荷载作用下桩基础竖向承载力变化影响 研究较少，特别是针对珊瑚礁或硅藻土等特殊地质情况桩基础竖向承载力变化影响试验研 究更少。因此，有必要对上述区域复杂条件下桩基础受力机理进行现场试验研究。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验 方法，包括以下步骤：

步骤一、首先施工试验桩和两个锚桩，试验桩主筋上间隔安装多个轴力应变计；其中， 两个锚桩分别对称分布于所述试验桩两侧；

步骤二、在试验桩周围对称设4个第一基准桩；

步骤三、在两个锚桩顶部安装反力梁，在试验桩顶部竖向安装第一千斤顶，使其伸缩 端与所述试验桩接触，另一端与所述反力梁接触；

步骤四、所述试验桩上水平安装位移测量基准板和所述第一基准桩顶端安装第一基准 梁；在位移测量基准板和第一基准梁之间夹设第一千分表，其中第一千分表的自由伸缩端 与所述位移测量基准板充分接触，且不影响其自由伸长；

步骤五、利用第一千斤顶对试验桩1施加竖向荷载，并通过第一千分表记录每次竖向 荷载作用下试验桩的竖向位移，以及通过轴力应变计记录每次竖向荷载作用下试验桩的桩 身轴力；

步骤六、重复步骤五，直至前后相邻两次竖向加载作用下，试验桩最终竖向位移差值 小于2mm或后次竖向加载小于前次竖向加载试验桩总位移量的5％，并以最后一次竖向加 载下所测的竖向位移和桩身轴力作为基准数据。

优选的是，所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，步骤一中， 所述试验桩中心线、所述锚桩中心线以及所述轴力应变计位于同一个平面内。

优选的是，所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，还包括；

步骤七、在每个锚桩两侧对称设置两个第二基准桩，在两个第二基准桩上部安装第二 基准梁，以将两个第二基准桩固定为一体；

步骤八、在锚桩与试验桩之间横向设置第二千斤顶，在锚桩和试验桩四周水平安装多 个第二千分表，使得第二千分表的自由伸缩端与所述锚桩或试验桩充分接触，且不影响其 自由伸长；

步骤九、对竖向荷载进行分级，通过第二千斤顶对试验桩施加水平荷载，并通过第二 千分表记录每次水平荷载作用下试验桩和锚桩的水平位移，并将试验桩和锚桩的水平平均 位移之和作为总水平位移量。

优选的是，所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，还包括；

步骤十、重复步骤五，记录每次竖向荷载作用下试验桩的竖向位移，以及每次竖向荷 载作用下试验桩的桩身轴力；

步骤十一、将步骤六与步骤十的每次竖向荷载作用下试验桩的竖向位移，以及每次竖 向荷载作用下试验桩的桩身轴力进行比较，并根据变化推算出水平循环荷载对桩基础竖向 承载力的影响。

优选的是，所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，所述步骤 八中，在锚桩与试验桩之间依次横向设置水平传力架、第二千斤顶以及球铰，其中，水平 传力架远离第二千斤顶的一侧与所述锚桩相接触，球铰与所述试验桩相接触；水平传力架、 第二千斤顶和球铰的轴线在同一条水平线上。

优选的是，所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，步骤一中， 在所述试验桩底部铺垫一层高压缩性材料。

优选的是，所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，所述步骤 三中，在两个锚桩顶部安装反力梁，具体为：

锚桩内的主筋伸出锚桩顶部并与反力梁固定，从而将反力梁和锚桩固定。

本发明至少包括以下有益效果：本发明通过在底设置的高压缩性垫层可降低桩底端阻 力，而使桩侧摩阻力得到最大程度地发挥，同时通过多次竖向循环可有效消除地基土残余 变形量，减小地基残余变形对前后两侧竖向承载力测试结果的影响；本发明方法对中长周 期波浪、强浪流等水平荷载作用下桩基础竖向承载力的变化研究具有指导意义，特别是对 于珊瑚礁、硅藻土等东南亚特殊地质，可有效指导桥梁、码头等大型工程桩基础的设计施 工，具有很强的参考价值。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明 的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为测试方法现场试验总体布置立面图；

图2为测试方法现场试验总体布置的俯视图；

图3为竖向荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验的示意图；

图4为试验桩的结构示意图；

图5为水平荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能 够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “竖向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

试验一竖向荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法

如图1-4所示，包括以下步骤：

步骤一、首先施工试验桩1和两个锚桩2，如图4所示，试验桩1主筋110上间隔安 装多个轴力应变计3；所述试验桩1基础内应在一定深度内埋设轴力应变计3，应变计可 在钢筋笼制作过程节段安装，应变计的间距与埋设深度应根据地质情况、桩身受力等确定。 同时应保证轴力应变计3的位置位于水平荷载作用点与试验桩中心点的连线上。

其中，两个锚桩2分别对称分布于所述试验桩1两侧；所述试验桩1中心线、所述锚桩2中心线以及所述轴力应变计3位于同一个平面内；在所述试验桩1底部铺垫一层高压 缩性材料120，此处设置高压缩性材料120可降低试验桩1底端阻力，而使桩侧摩阻力得 到最大程度地发挥，同时通过多次竖向循环可有效消除地基土残余变形量，减小地基残余 变形对前后两侧竖向承载力测试结果的影响；所述试验桩基础应主要承受桩侧摩阻力，桩 端阻力所占比重较小。由于试验桩桩长往往较短，对于珊瑚礁等地基承载力较大的地质情 况，桩长较短的桩基础端承力占总承载力比重往往较大，可在试验桩底端设置一定厚度的 高压缩垫层。

步骤二、在试验桩1周围对称设4个第一基准桩4；

步骤三、锚桩2内的主筋110伸出锚桩2顶部并与反力梁5固定，从而将反力梁5和锚桩2固定，从而将作用在反力梁5上的竖向荷载传递至锚桩2；其中，反力梁5应与锚 桩2进行锚固连接，连接的方式可采用螺栓连接、焊接等，连接部位的受力应满足要求。 在试验桩1顶部竖向安装第一千斤顶6，使其伸缩端与所述试验桩1接触，另一端与所述 反力梁5接触；在第一千斤顶6顶部和底部都垫板610；

步骤四、所述试验桩1上水平安装位移测量基准板7和所述第一基准桩4顶端安装第 一基准梁8；在位移测量基准板7和第一基准梁8之间夹设第一千分表9，其中第一千分表9的自由伸缩端与所述位移测量基准板7充分接触，且不影响其自由伸长；这样可以保 证千分表记录形变数据准确，不受外界影响；

步骤五、利用第一千斤顶6对试验桩1施加竖向荷载，并通过第一千分表9记录每次竖向荷载作用下试验桩1的竖向位移，以及通过轴力应变计3记录每次竖向荷载作用下试验桩1的桩身轴力；所述施加在试验桩基础顶端的竖向荷载应小于桩基础理论极限承载力，且宜控制在75％极限荷载左右。

步骤六、重复步骤五，直至前后相邻两次竖向加载作用下，试验桩1最终竖向位移差 值小于2mm或后次竖向加载小于前次竖向加载试验桩1总位移量的5％，并以最后一次竖向加载下所测的竖向位移和桩身轴力作为基准数据。

试验二水平荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法

如图5所示，包括以下步骤：

步骤七、在其中一个锚桩2两侧对称设置两个第二基准桩10，在两个第二基准桩10上部安装第二基准梁11，以将两个第二基准桩10固定为一体；

步骤八、在锚桩2与试验桩1之间横向设置依次横向设置水平传力架12、第二千斤顶13以及球铰14，其中，水平传力架12远离第二千斤顶的一侧与所述锚桩相接触，球 铰与所述试验桩相接触；水平传力架12、水平千斤顶和球铰的轴线在同一条水平线上。， 在锚桩2和试验桩1四周水平安装多个第二千分表15，使得第二千分表15的自由伸缩端 与所述锚桩1或试验桩2充分接触，且不影响其自由伸长；水平传力架12下方设置临时 支架以支撑。

步骤九、对竖向荷载进行分级，通过第二千斤顶15对试验桩施加水平荷载，并通过第二千分表15记录每次水平荷载作用下试验桩1和锚桩2的水平位移，并将试验桩1和 锚桩2的水平平均位移之和作为总水平位移量。

所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，还包括；

步骤十、重复步骤五，记录每次竖向荷载作用下试验桩1的竖向位移，以及每次竖向 荷载作用下试验桩1的桩身轴力；

步骤十一、将步骤六与步骤十一的每次竖向荷载作用下试验桩1的竖向位移，以及每 次竖向荷载作用下试验桩1的桩身轴力进行比较，并根据变化推算出水平循环荷载对桩基 础竖向承载力的影响。

所述施加在试验桩基础的水平荷载循环次数应根据水平荷载与位移曲线而定，水平循 环荷载加载终止条件为相同荷载产生的桩基础水平位移量变化量不超过0.2mm或水平循 环荷载达到50次后水平位移仍不稳定(此时取水平荷载循环次数50次)。

1)按技术要求制作试验桩和锚桩，试验桩基与锚固桩基中心间距至少不小于4倍桩 径(按试验桩基与锚固桩基最大桩径计算)。

2)加工并安装反力梁，反力梁与锚桩之间应进行可靠连接，确保试验荷载顺利传递 至锚桩基础。

3)安装水平加载与竖向加载系统，并按要求对加载系统进行标定计量。

4)安装水平位移与竖向位移测量系统，并按要求对测量仪器进行标定计量。

5)启动竖向加载系统，首次将竖向荷载预加至25％设计荷载，持续30min后进行卸载。

6)再次启动竖向加载系统，按技术规范要求进行荷载分级并逐级施加荷载，同时记 录每级荷载对应桩基竖向位移，最终绘制荷载-位移曲线。

7)重复步骤6)进行循环竖向加载，直至当前循环荷载作用下地基残余变形小于总变形量的5％为止。

8)启动水平加载系统，按要求进行水平加载，并循环至设定的次数后，停止加载，同时记录每次荷载与水平位移。

9)再次启动竖向加载系统，重复步骤6)进行试验桩基竖向加载。

10)通过对比最后两次竖向加载试验桩基的荷载位移曲线，确定水平循环荷载作用对 桩基础竖向承载力变化的影响。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、首先施工试验桩和两个锚桩，试验桩主筋上间隔安装多个轴力应变计；其中，两个锚桩分别对称分布于所述试验桩两侧；

步骤二、在试验桩周围对称设4个第一基准桩；

步骤三、在两个锚桩顶部安装反力梁，在试验桩顶部竖向安装第一千斤顶，使其伸缩端与所述试验桩接触，另一端与所述反力梁接触；

步骤四、所述试验桩上水平安装位移测量基准板和所述第一基准桩顶端安装第一基准梁；在位移测量基准板和第一基准梁之间夹设第一千分表，其中第一千分表的自由伸缩端与所述位移测量基准板充分接触，且不影响其自由伸长；

步骤五、利用第一千斤顶对试验桩1施加竖向荷载，并通过第一千分表记录每次竖向荷载作用下试验桩的竖向位移，以及通过轴力应变计记录每次竖向荷载作用下试验桩的桩身轴力；

步骤六、重复步骤五，直至前后相邻两次竖向加载作用下，试验桩最终竖向位移差值小于2mm或后次竖向加载小于前次竖向加载试验桩总位移量的5％，并以最后一次竖向加载下所测的竖向位移和桩身轴力作为基准数据。

2.如权利要求1所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，步骤一中，所述试验桩中心线、所述锚桩中心线以及所述轴力应变计位于同一个平面内。

3.如权利要求1所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，还包括；

步骤七、在其中一个锚桩两侧对称设置两个第二基准桩，在两个第二基准桩上部安装第二基准梁，以将两个第二基准桩固定为一体；

步骤八、在锚桩与试验桩之间横向设置第二千斤顶，在锚桩和试验桩四周水平安装多个第二千分表，使得第二千分表的自由伸缩端与所述锚桩或试验桩充分接触，且不影响其自由伸长；

步骤九、对竖向荷载进行分级，通过第二千斤顶对试验桩施加水平荷载，并通过第二千分表记录每次水平荷载作用下试验桩和锚桩的水平位移，并将试验桩和锚桩的水平平均位移之和作为总水平位移量。

4.如权利要求3所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，还包括；

步骤十、重复步骤五，记录每次竖向荷载作用下试验桩的竖向位移，以及每次竖向荷载作用下试验桩的桩身轴力；

步骤十一、将步骤六与步骤十的每次竖向荷载作用下试验桩的竖向位移，以及每次竖向荷载作用下试验桩的桩身轴力进行比较，并根据变化推算出水平循环荷载对桩基础竖向承载力的影响。

5.如权利要求4所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，

所述步骤八中，在锚桩与试验桩之间依次横向设置水平传力架、第二千斤顶以及球铰，其中，水平传力架远离第二千斤顶的一侧与所述锚桩相接触，球铰与所述试验桩相接触；水平传力架、第二千斤顶和球铰的轴线在同一条水平线上。

6.如权利要求1所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，步骤一中，在所述试验桩底部铺垫一层高压缩性材料。

7.如权利要求1所述的水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法，其特征在于，所述步骤三中，在两个锚桩顶部安装反力梁，具体为：

锚桩内的主筋伸出锚桩顶部并与反力梁固定，从而将反力梁和锚桩固定。