CN108005132B - 单桩抗压承载力检测装置及自锚测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单桩抗压承载力检测装置，包括护管、上段桩钢筋笼、下段桩钢筋笼、承压板、反力底板、反力顶板和千斤顶，护管内设置有传力柱，传力柱底部与承压板上表面抵接，传力柱顶部设置有反力底板，上段桩钢筋笼顶部设置有反力顶板，反力顶板位于反力底板正上方，千斤顶位于反力顶板和反力底板之间；本发明还提供一种桩抗压承载力自锚测试方法，在土体中钻孔，将固定连接好的检测装置到孔底，再浇筑成桩，然后进行试桩，得到桩的承载力；本发明无需设置锚桩，且不仅可以测试竖直桩的抗压承载力，还可以测试倾斜桩的抗压承载力。

Description

单桩抗压承载力检测装置及自锚测试方法

技术领域

本发明涉及土木工程中，单桩承载力的检测方法，更具体的说，是涉及单桩通过不在桩顶堆载的方式，亦不需要其他锚桩，而可以在桩顶加载，获得单桩承载力的单桩抗压承载力检测装置及自锚测试方法。

背景技术

单桩抗压承载力采用单桩静载荷试验确定。现有加载方式是在桩顶提供反力装置，加载反力装置可根据现场条件，选择锚桩反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置和地锚反力装置等。

目前加载反力装置存在以下问题：

1选择锚桩反力装置时，需要在测试桩周围设置不少于四根的锚桩，增加测试周期及测试成本；

2选择压重平台反力装置时，要在压重平台上堆载，如果堆载数量巨大，将不安全，增加测试周期及增加测试成本；

3选择锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置等，均增加测试周期及测试成本；

4对于试桩空间狭小，无法进行锚桩施工、无法进行堆载的场地，就很难对单桩进行抗压承载力进行测试；

5对大直径的一柱一桩基础的桩、一墩一桩基础的桩，采用以上测试方法，测试费用将大幅度提高，并增加测试过程中的危险度，比如压重平台因堆载过高而失稳等

6无法测试倾斜桩的抗压承载力。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供高效的一种单桩抗压承载力检测装置及自锚测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单桩抗压承载力检测装置，包括护管、上段桩钢筋笼、下段桩钢筋笼、承压板、反力底板、反力顶板和千斤顶；

所述护管底部与承压板上表面固定连接；所述下段桩钢筋笼顶部与承压板下表面固定连接；

所述上段桩钢筋笼底部与承压板上表面抵接；

所述承压板上设置有混凝土导流孔；

所述护管内设置有传力柱；所述传力柱底部与承压板上表面抵接；所述传力柱的长度大于护管的长度，上段桩钢筋笼的长度大于传力柱的长度；所述传力柱顶部设置有反力底板；所述上段桩钢筋笼顶部设置有反力顶板；

所述反力顶板位于反力底板正上方；所述千斤顶位于反力顶板和反力底板之间。

作为对本发明单桩抗压承载力检测装置及自锚测试方法的改进：所述混凝土导流孔包括一个大孔和至少三个小孔；所述大孔位于承压板中心位置；所述小孔均匀设置在大孔四周。

作为对本发明单桩抗压承载力检测装置的进一步改进：所述承压板上表面固定设置有至少三个护管。

作为对本发明单桩抗压承载力检测装置的进一步改进：所述小孔的数量与护管相同，小孔和护管均匀间隔设置在承压板上。

作为对本发明单桩抗压承载力检测装置的进一步改进：所述反力底板上设置有位移传感器一；反力顶板上设置位移传感器二。

本发明还提供一种单桩抗压承载力自锚测试方法，包括下述步骤：

(1)、在土体中钻孔，形成基孔；

(2)、将固定连接好的下段桩钢筋笼、承压板和护管放入到基孔孔底；

(3)、将顶部固定有反力顶板的上段桩钢筋笼放置到基孔中，使得上段桩钢筋笼底部与承压板上表面抵接；

(4)、在基孔内浇筑成桩，在承压板上面的桩为上段桩，在承压板下面的桩为下段桩；上段桩当中浇筑固定有上段桩钢筋笼和护管，下段桩当中浇筑固定有下段桩钢筋笼；

(5)、将顶部固定有反力底板的传力柱插入到护管内，传力柱底部与承压板上表面抵接；

(6)、进行试桩：将千斤顶放置在反力底板上表面，驱动千斤顶，千斤顶向上顶动反力顶板，反力顶板通过上段桩钢筋笼使得上段桩承受来自千斤顶向上的力；同时千斤顶向反力底板施加向下的力，反力底板将力通过传力柱传给承压板，从而下段桩承受来自千斤顶向下的力；改变千斤顶的力的大小，并记录下位移传感器一和位移传感器二的数值；试桩过程中，上段桩与下段桩会在承压板处分离，此时护管底部与承压板上表面也分离，承压板与下段桩连接，护管仍在上段桩内；上段桩与承压板分离处形成空隙；

(7)、通过试桩过程，获得上段桩的承载力、下段桩的承载力和整个桩的承载力；

(8)、试桩结束后，取下传力柱、反力底板、反力顶板和千斤顶；

(9)、在地面通过护管采用灌浆料进行注浆，将上段桩与下段桩的空隙灌满，形成完整桩，完整桩的承载力即为整个桩的承载力。

本发明单桩抗压承载力检测装置及自锚测试方法的技术优势为：

1、无需设置锚桩，省去了施工锚桩的时间及施工锚桩费用；

2、无需搭设压重平台，不需要在压重平台上堆放加载块(加载块通常为预制混凝土块)，省去这些加载块运输、堆放和场地内搬运等费用及时间；

3、可以在狭小场地对被测试桩正常进行单桩抗压承载力的试验，不受试验场地大小及空间的影响，有桩的地方都能测试；

4、提高了测试过程中的安全性，降低测试成本；

5、不仅可以测试竖直桩的抗压承载力，还可以测试倾斜桩的抗压承载力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明单桩抗压承载力检测装置的结构示意图；

图2为图1中A-A剖的放大剖面图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、单桩抗压承载力检测装置，如图1-2所示，包括护管5、上段桩钢筋笼6、下段桩钢筋笼7、承压板8、反力底板9、反力顶板10和千斤顶3；

上段桩钢筋笼6底部与承压板8上表面抵接；护管5底部与承压板8上表面固定连接；下段桩钢筋笼7与承压板8下表面固定连接；上段桩钢筋笼6和下段桩钢筋笼7的数量根据需要自行设定。

承压板8采用钢板制作，一般为圆形。承压板8上设置有混凝土导流孔，混凝土导流孔包括大孔13和至少三个小孔14，大孔13位于承压板8中心位置，大孔13直径不小于250mm；小孔14的数量与护管5相同，小孔14和护管5以大孔13为中心环形均匀间隔设置在承压板8上，小孔14直径不小于100mm。下段桩钢筋笼7和护管5均与承压板8焊接为一整体。

护管5的数量为至少三个(一般为三个或者四个)，每个护管5中都设置有一个传力柱4(传力柱4插入护管5中)，传力柱4不与护管5内壁接触，护管5内壁与传力柱4的净距离以不影响传力柱4在护管5内自由上下移动为标准，护管5顶部高于地面，且确保混凝土浇筑时，混凝土不进入护管5中。传力柱4底部与承压板8上表面抵接，所有传力柱4的顶部共同设置有一块反力底板9(可以采用焊接或搁置的方式)，反力底板9起到传力作用。传力柱4的高度(长度)略大于护管5，方便放置反力底板9(传力柱4顶部高于地面500mm以上，便于在地面操作)。传力柱4为钢管或型钢。

所有上段桩钢筋笼6的顶部固定设置有一块反力顶板10(焊接或螺栓连接)，上段桩钢筋笼6的高度(长度)大于护管传力柱4，反力顶板10位于反力底板9正上方，千斤顶3位于反力顶板10和反力底板9之间(千斤顶3放置在反力底板9上表面)。上段桩钢筋笼6和护管传力柱4的高度差根据千斤顶3来设置，使千斤顶3能放置在反力顶板10和反力底板9之间。

反力底板9上设置有位移传感器一11，用以记录荷载稳定时下段桩2的位移；反力顶板10上设置位移传感器二12，用以记录荷载稳定时上段桩1的位移。

反力底板9和反力顶板10可以是梁板式(由钢梁和钢板组合而成)，也可以是板式(钢板)，其形式及规格由试桩最大荷载确定，具体的说是由千斤顶3需要施加的最大荷载确定。

上段桩钢筋笼6和下段桩钢筋笼7的长度比值是根据上段桩1的承载力与下段桩2的承载力相等的试桩平衡点来确定的，试桩平衡点采用公知计算公式计算。

本发明的使用过程为(单桩抗压承载力自锚测试方法简称为自锚试桩法)：

1)、在土体15中钻孔，成孔到设计深度并清孔(公知技术)，形成基孔；

2)、将固定连接好的下段桩钢筋笼7、承压板8和护管5放入到基孔孔底(从下到上依次为下段桩钢筋笼7、承压板8和护管5)；

3)、将上段桩钢筋笼6(上段桩钢筋笼6顶部固定有反力顶板10)放置到基孔中，使得上段桩钢筋笼6底部与承压板8上表面抵接；

4)、在基孔内浇筑混凝土形成混凝土桩，在承压板8上面的混凝土桩为上段桩1，在承压板8下面的混凝土桩为下段桩2，上段桩1当中浇筑固定有上段桩钢筋笼6和护管5，下段桩2当中浇筑固定有下段桩钢筋笼7；该过程中混凝土不进入护管5；

5)、将传力柱4(传力柱4顶部固定有反力底板9)插入到护管5内，传力柱4底部与承压板8上表面抵接；

6)、进行试桩；将千斤顶3放置在反力底板9上表面(反力底板9和反力顶板10之间)，驱动千斤顶3，千斤顶3向上顶反力顶板10，反力顶板10通过上段桩钢筋笼6使得上段桩1承受来自千斤顶3向上的力；同时千斤顶3向反力底板9施加向下的力，反力底板9将力通过传力柱4传给承压板8，下段桩2承受来自千斤顶3向下的力；依次改变千斤顶3的力的大小，并记录下位移传感器一11和位移传感器二12的数值；试桩过程中，上段桩1与下段桩2会在承压板8处分离(上段桩1向上移动，下段桩2向下移动，上段桩1分别与下段桩2和承压板8分离)，此时护管5底部与承压板8上表面也分离(断开连接)，承压板8与下段桩2固定连接(承压板8位于下段桩2顶部)，护管5仍在上段桩1内；上段桩1与下段桩2(承压板8)分离处形成空隙；

7)、获得上段桩1的承载力、下段桩2的承载力和整个混凝土桩的承载力；

改变千斤顶3的力的大小(即为改变荷载)，每一级荷载(Qi)作用下，上段桩1位移(方向向上)稳定后，记录位移(s1i)，下段桩2位移(方向向下)稳定后，记录位移(s2i)，并记录千斤顶3的力(Qi)，一共会有约8-9级的荷载，因此会有8-9个左右的(Qi、s1i)以及8-9个左右的(Qi、s2i)，在直角坐标上标出这8-9个点(Qi、s1i)以及8-9个点(Qi、s2i)，其中，(Qi、s1i)的8-9个点连成一条曲线，叫Q-s1曲线，(Qi、s2i)的8-9个点连成一条曲线，叫Q-s2曲线，根据Q-s曲线就能判断上段桩1和下段桩2的承载力，然后把上段桩1和下段桩2承载力相加，就是混凝土桩的承载力，此过程为现有的慢速维持荷载法。

8)、试桩结束后，取下传力柱4、反力底板9、反力顶板10(反力顶板10从上段桩钢筋笼6上切割下来)和千斤顶3；

9)、在地面通过护管5采用灌浆料(水泥浆、水泥砂浆或其他灌浆料)进行压力注浆，将上段桩1与下段桩2的空隙处灌满，形成完整桩(完整桩包括注浆后连接的上段桩1和下段桩2)，完整桩的承载力即为整个混凝土桩的承载力(空隙高度一般很小可以忽略不计)。

实验1、按照实施例1所述方法，进行如下实验：

需要桩长30m，桩直径0.8m，采用自锚试桩法进行试桩。

1)、经计算，平衡点在桩身20m处，上段桩1长20m，下段桩2长10m(承压板8高度较小，可忽略不计)；

2)、按照设计要求，在承压板8上绑扎下段桩钢筋笼7和上段桩钢筋笼6；

3)、承压板8采用环形承压板，厚度10mm，外直径750mm，大孔13直径250mm，小孔14(三个)直径120mm；

4)、承压板8下表面与下段桩钢筋笼7顶部焊接；

5)、护管5采用外径160mm(壁厚2.5mm)钢管，共3根，在环形承压板8上均匀分布，护管5的底部与承压板8上表面焊接，以便水泥浆不进入护管5内；

6)、在土层15中钻孔，钻孔深度30m，直径0.8m，清孔后形成基孔，插入已经固定连接为整体的下段桩钢筋笼7、承压板8和护管5；

7)、在基孔内放入上段桩钢筋笼6，使得上段桩钢筋笼6底部和承压板8上表面抵接；

8)、通过导管向基孔浇筑混凝土(公知技术)，形成上段桩1和下段桩2；

9)、传力柱4采用直径150mm(壁厚4.5mm)钢管，将传力柱4插入护管5中，传力柱4底部与承压板8上表面抵接；

10)、反力底板9采用厚度50mm的圆形钢板，直径600mm，与所有传力柱4顶部焊接或直接放置在传力柱4上。反力顶板10采用厚度50mm的圆形钢板，直径800mm，与所有上段桩钢筋笼6焊接；

11)、采用1台2000kN的千斤顶3，驱动千斤顶3，将上段桩1和下段桩2顶离，获得上段桩1的承载力和下段桩2的承载力，并得到相应位移传感器二12和位移传感器一11的位移数据；

12)、回收传力柱4、反力底板9、反力顶板10和千斤顶3；

13)、采用水泥浆在护管5内注浆，浆液注满上段桩1和下段桩2之间的空隙，形成完整桩(上段桩1和下段桩2的空隙一般不超过0.15m，对需要的桩长没有影响)。

本发明测量的桩还可以是钢筋混凝土桩、钢管桩或者预应力管桩等，不但可以应用于竖直桩，也可以应用于倾斜桩。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.单桩抗压承载力检测装置，其特征在于：包括护管(5)、上段桩钢筋笼(6)、下段桩钢筋笼(7)、承压板(8)、反力底板(9)、反力顶板(10)和千斤顶(3)；

所述护管(5)底部与承压板(8)上表面固定连接；所述下段桩钢筋笼(7)顶部与承压板(8)下表面固定连接；

所述上段桩钢筋笼(6)底部与承压板(8)上表面抵接；

所述承压板(8)上设置有混凝土导流孔；

所述护管(5)内设置有传力柱(4)；所述传力柱(4)底部与承压板(8)上表面抵接；所述传力柱(4)的长度大于护管(5)的长度，上段桩钢筋笼(6)的长度大于传力柱(4)的长度；所述传力柱(4)顶部设置有反力底板(9)；所述上段桩钢筋笼(6)顶部设置有反力顶板(10)；

所述反力顶板(10)位于反力底板(9)正上方；所述千斤顶(3)位于反力顶板(10)和反力底板(9)之间；

所述反力底板(9)上设置有位移传感器一(11)；反力顶板(10)上设置位移传感器二(12)。

2.根据权利要求1所述的单桩抗压承载力检测装置，其特征在于：所述混凝土导流孔包括一个大孔(13)和至少三个小孔(14)；所述大孔(13)位于承压板(8)中心位置；所述小孔(14)均匀设置在大孔(13)四周。

3.根据权利要求2所述的单桩抗压承载力检测装置，其特征在于：所述承压板(8)上表面固定设置有至少三个护管(5)。

4.根据权利要求3所述的单桩抗压承载力检测装置，其特征在于：所述小孔(14)的数量与护管(5)相同，小孔(14)和护管(5)均匀间隔设置在承压板(8)上。

5.利用权利要求1-4任一项所述单桩抗压承载力检测装置的单桩抗压承载力自锚测试方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)、在土体(15)中钻孔，形成基孔；

(2)、将固定连接好的下段桩钢筋笼(7)、承压板(8)和护管(5)放入到基孔孔底；

(3)、将顶部固定有反力顶板(10)的上段桩钢筋笼(6)放置到基孔中，使得上段桩钢筋笼(6)底部与承压板(8)上表面抵接；

(4)、在基孔内浇筑成桩，在承压板(8)上面的桩为上段桩(1)，在承压板(8)下面的桩为下段桩(2)；上段桩(1)当中浇筑固定有上段桩钢筋笼(6)和护管(5)，下段桩(2)当中浇筑固定有下段桩钢筋笼(7)；

(5)、将顶部固定有反力底板(9)的传力柱(4)插入到护管(5)内，传力柱(4)底部与承压板(8)上表面抵接；

(6)、进行试桩：将千斤顶(3)放置在反力底板(9)上表面，驱动千斤顶(3)，千斤顶(3)向上顶动反力顶板(10)，反力顶板(10)通过上段桩钢筋笼(6)使得上段桩(1)承受来自千斤顶(3)向上的力；同时千斤顶(3)向反力底板(9)施加向下的力，反力底板(9)将力通过传力柱(4)传给承压板(8)，从而下段桩(2)承受来自千斤顶(3)向下的力；改变千斤顶(3)的力的大小，并记录下位移传感器一(11)和位移传感器二(12)的数值；试桩过程中，上段桩(1)与下段桩(2)会在承压板(8)处分离，此时护管(5)底部与承压板(8)上表面也分离，承压板(8)与下段桩(2)连接，护管(5)仍在上段桩(1)内；上段桩(1)与承压板(8)分离处形成空隙；

(7)、通过试桩过程，获得上段桩(1)的承载力、下段桩(2)的承载力和整个桩的承载力；

(8)、试桩结束后，取下传力柱(4)、反力底板(9)、反力顶板(10)和千斤顶(3)；

(9)、在地面通过护管(5)采用灌浆料进行注浆，将上段桩(1)与下段桩(2)的空隙灌满，形成完整桩，完整桩的承载力即为整个桩的承载力。