CN109056857B - 试验桩侧摩阻力消除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种试验桩侧摩阻力消除装置，包括内套筒、外套筒、防扰流装置和限位装置，防扰流装置设置于外套筒的下端面，防扰流装置包括一自外套筒向外套筒内部延伸的环形橡胶板，限位装置用于同轴吊装于外套筒的内部，内套筒同轴穿过限位装置后自外套筒下端的环形橡胶板内伸出，且环形橡胶板与内套筒周向紧密接触，限位装置能够同轴定位内套筒和外套筒，位于限位装置顶面以上的外套筒与内套筒之间的间隙内用防水密封层密封。还公开一种试验桩侧摩阻力消除方法，该试验桩侧摩阻力消除装置及方法，能够消除试验桩静载荷试验中试验桩在基坑开挖深度范围内的桩侧摩阻力影响，使试验桩静载荷试验准确地反映工程桩的承载力和沉降量，使用方便。

Description

试验桩侧摩阻力消除装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑基坑开挖前试验桩测试技术领域，特别是涉及一种试验桩侧摩阻力消除装置及方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加速，紧张的城市空间资源促进了大量(超)高层建筑的建造和大体积地下空间的开发，这种趋势导致了工程桩基础的埋置深度不断加深。(超)高层建筑对桩基础承载力要求极高，如何通过试验有效的确定单桩承载力是桩基础设计的关键。一般针对此类工程，可以通过在拟建场地的单桩静载荷测试试验确定单桩承载力，试验中的通过对试验桩施加或卸载载荷，检测桩基的承载力以及沉降量是否与设计相符，以保证建筑施工质量。但是为了节省时间，提高测定效率，试验桩的施工一般是在建筑基坑开挖前或者开挖到槽底标高之前进行；而在实际工程中，工程桩是从开挖好的基坑底部压桩或者钻孔制桩的，实际工程中的工程桩的顶部位于基坑的底面；使得试验桩桩顶标高与工程桩设计顶标高之间存在一段土层，该段土层对试验桩的承载力和沉降量都有较大影响，导致试验桩的试验数据不能真实反映工程桩的实际承载力和沉降量，影响工程桩设计参数的调整。在基坑开挖前，为了使得试验桩的试验数据真实反映工程桩的实际承载力和沉降量，现有技术一般采用双套筒静载检测方法：在不具备先开挖后打桩的条件下，试验桩在自然地面进行施工，为消减地面至基坑底部分的土体摩擦力，提高桩基检测的准确性，设计试验桩自然地面至基底部分使用双套筒，加载试验时外套筒静止，内套筒与上部桩起到传力的作用；检测时在自然地面进行，采用静载法。一部分双套筒静载检测方法中的双套筒进行焊接加工，并进行两筒间隙间的防水处理，虽然一般具有较好的防水措施，但这种一体式双套筒显著增大了吊装难度。另一部分方法，采用了内外套筒先后吊入的工艺，但其一般选用内筒外壁包裹防水材料的方式进行止水，防水、密封效果差，浆液容易进入到双套筒之间的间隙内，测试并不可靠。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用方便的试验桩侧摩阻力消除装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，消除试验桩静载荷试验中试验桩在基坑开挖深度范围内的桩侧摩阻力影响，使试验桩静载荷试验准确地反映工程桩的承载力和沉降量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种试验桩侧摩阻力消除装置，包括内套筒、外套筒、防扰流装置和限位装置，所述防扰流装置设置于所述外套筒的下端面，所述防扰流装置包括一自所述外套筒向所述外套筒内部延伸的环形橡胶板，所述限位装置用于同轴吊装于所述外套筒的内部，所述内套筒同轴穿过所述限位装置后自所述外套筒下端的所述环形橡胶板内伸出，且所述环形橡胶板与所述内套筒周向紧密接触，所述限位装置能够同轴定位所述内套筒和所述外套筒，位于所述限位装置顶面以上的所述外套筒与所述内套筒之间的间隙内用防水密封层密封。

优选的，所述防扰流装置还包括骨架，所述骨架包括连接筒和多个连接板，所述连接筒轴向的一端与所述外套筒固定连接，所述连接筒轴向的另一端的边沿在周向上固定设置有多个所述连接板，且各所述连接板向所述连接筒的内部径向延伸，所述环形橡胶板固定连接于所述连接板上，所述环形橡胶板自所述外套筒向所述外套筒的内部径向延伸，所述环形橡胶板的内径小于所述内套筒的外径。

优选的，所述防扰流装置还包括多个翻板，各所述连接板上均铰接有一个所述翻板，所述翻板远离所述外套筒的一端伸入至所述内套筒的外径范围内，所述内套筒穿过所述防扰流装置时带动所述翻板向下翻转并使所述环形橡胶板向下弯折。

优选的，所述限位装置包括若干个沿所述外套筒轴向分布的限位环，当所述限位环设置有多个时，相邻的两个所述限位环之间通过多个竖向连杆连接，各所述竖向连杆的轴向平行于所述外套筒的轴向。

优选的，所述限位环包括多个限位块，相邻的两个所述限位块之间通过弧形连杆连接形成呈环形的所述限位环，所述限位块用于限定所述内套筒和所述外套筒同轴。

本发明还提供一种试验桩侧摩阻力消除方法，应用如上所述的试验桩侧摩阻力消除装置，包括以下步骤：

步骤一：按试验桩设计要求由地表向下开设试验桩孔，由地表至基坑底面标高深度之间的所述试验桩孔向外同轴扩孔形成外套筒放置孔；

步骤二：将所述防扰流装置连接至所述外套筒下端面，下放所述外套筒至所述外套筒放置孔内并使所述外套筒的底面位于基坑底面标高深度处；

步骤三：将所述限位装置同轴吊放安装于所述外套筒内，并吊放安装所述内套筒，使所述内套筒同轴穿过所述限位装置后自所述外套筒下端的所述环形橡胶板内伸出，且所述环形橡胶板与所述内套筒紧密接触；位于所述限位装置顶面以上的所述外套筒与所述内套筒之间的间隙内用防水密封层密封，以防止水泥浆流入至所述限位装置以下的所述外套筒与所述内套筒之间的间隙内；

步骤四：通过所述内套筒向所述试验桩孔内灌注水泥浆形成试验桩，在所述试验桩静载荷试验前，取出所述限位装置。

优选的，还包括步骤五：试验桩静载荷试验完毕后，取出所述外套筒，并回填所述内套筒与所述外套筒放置孔之间的间隙。

优选的，所述外套筒的顶面不低于地表，所述内套筒的顶面高于地表不少于50mm，所述限位装置的顶面低于地表不少于50mm。

优选的，所述外套筒进入地表内的深度为H0，所述内套筒进入地表内的深度为H1，H1≥H0+1500mm。

优选的，所述防水密封层为黏土层或防水卷材层；步骤五中使用黏土或注浆回填所述内套筒与所述外套筒放置孔之间的间隙。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置及方法，开设试验桩孔后，由地表向下至基坑底面标高深度处的地层内开设外套筒放置孔，并下放外套筒至外套筒放置孔内并使外套筒的底面位于基坑底面标高深度处，内套筒与外套筒之间留有环形间隙，保证基坑设计范围内的土体不会对试验桩的单桩承载力值产生影响，限位装置用于吊装于内套筒与外套筒之间，限位装置用于使内套筒和外套筒的中轴线重合，使内套筒和外套筒之间的间隙均匀，避免内套筒和外套筒径向相对移动，同时有利于控制试验桩的垂直度。外套筒底部安装有防扰流装置，在内套筒下放过程中，防扰流装置的环形橡胶板能够自动密封内套筒和外套筒的底部间隙；内套筒下放完毕后，位于限位装置顶面以上的外套筒与内套筒之间的间隙内用防水材料填实形成防水密封层，使得外套筒与内套筒之间的间隙的顶部和底部均密封，从而可以有效防止试验桩灌浆过程中的浆液流入外套筒与内套筒之间的间隙内，在试验桩静载荷试验前取出限位装置即可，实现了试验桩静载荷试验时内套筒和外套筒之间不被固体物质填充，从而消除了设计基坑深度范围内的试验桩的桩侧摩阻力，保证试验桩静载荷试验准确性；本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置结构简单，使用方便；防扰流装置、外套筒和限位装置可重复使用或回收，降低试验成本。

进一步的，试验桩侧摩阻力消除装置的防扰流装置包括多个翻板，翻板远离外套筒的一端伸入至内套筒的外径范围内，内套筒穿过防扰流装置时带动翻板向下翻转并使环形橡胶板向下弯折，内套筒下放完毕后，翻板的外部边沿卡在内套筒的外侧壁上为环形橡胶板提供刚性支撑，可进一步增加环形密封板抵抗浆液进入环形间隙的能力，使环形橡胶板能够更牢固地密封住内套筒和外套筒之间的环形间隙，有效阻挡试验桩浇筑时混凝土或水泥浆流入内套筒和外套筒之间的环形间隙；试验桩静载荷试验时，防扰流装置能够满足试验桩(与内套筒形成整体)的自由沉降。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的试验桩侧摩阻力消除装置现场使用示意图；

图2为本发明提供的试验桩侧摩阻力消除装置的限位装置的主视图；

图3为图2中的限位装置的俯视图；

图4为图1中的试验桩侧摩阻力消除装置M处的局部放大示意图；

图5为本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置未安装内套筒时的防扰流装置的结构示意图；

图6为本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置的防扰流装置的俯视图；

图7为本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置的应用流程视图；

图中：1-内套筒；2-外套筒；3-防扰流装置；31-环形橡胶板；32-骨架；321-连接筒；322-连接板；33-翻板；4-限位装置；41-限位环；411-限位块；412-弧形连杆；42-竖向连杆；5-试验桩孔；6-外套筒放置孔；7-防水密封层；8-紧固螺栓；9-地表；A-基坑底面标高深度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种使用方便的试验桩侧摩阻力消除装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，消除试验桩静载荷试验中试验桩在基坑开挖深度范围内的桩侧摩阻力影响，使试验桩静载荷试验准确地反映工程桩的承载力和沉降量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种试验桩侧摩阻力消除装置，如图1、图7所示，包括内套筒1、外套筒2、防扰流装置3和限位装置4，防扰流装置3设置于外套筒2的下端面，防扰流装置3包括一自外套筒2向外套筒2内部径向延伸的环形橡胶板31，限位装置4用于同轴吊装于外套筒2的内部，内套筒1同轴穿过限位装置4后自外套筒2下端的环形橡胶板31内伸出，且环形橡胶板31与内套筒1周向紧密接触，限位装置4能够同轴定位内套筒1和外套筒2，位于限位装置4顶面以上的外套筒2与内套筒1之间的间隙内用防水密封层7密封。

如图7所示，应用本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置实现试验桩侧摩阻力消除的方法，包括以下步骤：

步骤一：按试验桩设计要求由地表9向下开设试验桩孔5，试验桩孔5的直径为D0，由地表9至基坑底面标高深度A之间的试验桩孔5向外同轴扩孔形成外套筒放置孔6，外套筒放置孔6的直径为D1，D1>D0，优选为D1＝D0+100mm；

步骤二：将防扰流装置3连接至外套筒2下端面，下放外套筒2至外套筒放置孔6内并使外套筒2的底面位于基坑底面标高深度A处；

步骤三：将限位装置4同轴吊放安装于外套筒2内，并吊放安装内套筒1，使内套筒1同轴穿过限位装置4后自外套筒2下端的环形橡胶板31内伸出，且环形橡胶板31与内套筒1紧密接触；位于限位装置4顶面以上的外套筒2与内套筒1之间的间隙内用防水密封层7密封，以防止水泥浆流入至限位装置4以下的外套筒2与内套筒1之间的间隙内；

步骤四：通过内套筒1向试验桩孔5内灌注水泥浆形成试验桩，在试验桩静载荷试验前，取出限位装置4。

本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置，由地表9向下至基坑底面标高深度A开设外套筒放置孔6，并下放外套筒2至外套筒放置孔6内并使外套筒2的底面位于基坑底面标高深度A处，内套筒1可以借助其他工具直接支撑在地表9从而保障其位置，内套筒1与外套筒2之间留有环形间隙，保证基坑设计范围内的土体不会对试验桩的单桩承载力值产生影响，限位装置4用于吊装于内套筒1与外套筒2之间，限位装置4具有足够长度及厚度以保证内套筒1和外套筒2的中轴线重合，使内套筒1和外套筒2之间的间隙均匀，避免内套筒1和外套筒2径向相对移动，同时有利于控制试验桩的垂直度。外套筒2底部安装有防扰流装置3，在内套筒1下放过程中，防扰流装置3的环形橡胶板31能够自动密封内套筒1和外套筒2的底部间隙；内套筒1下放完毕后，位于限位装置4顶面以上的外套筒2与内套筒1之间的间隙内用防水材料填实形成防水密封层7，使得外套筒2与内套筒1之间的间隙的顶部和底部均密封，从而可以有效防止试验桩灌浆过程中的浆液流入外套筒2与内套筒1之间的间隙内，在试验桩静载荷试验前取出限位装置4即可，实现了试验桩静载荷试验时内套筒1和外套筒2之间不被固体物质填充，从而消除了设计基坑深度范围内的试验桩的桩侧摩阻力，保证试验桩静载荷试验准确性；本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置结构简单，使用方便；防扰流装置3、外套筒2和限位装置4可重复使用或回收，降低试验成本。

试验桩静载荷试验完毕后，可取出外套筒2，并回填内套筒1与外套筒放置孔6之间的间隙，优选使用黏土或注浆回填内套筒1与外套筒放置孔6之间的间隙。保证试验后的场地平整安全，避免小体积的机具掉落至内套筒1和外套筒2之间的间隙内，也可避免周边土体向内套筒1和外套筒2之间的间隙内崩塌掉落，在桩周形成凹地，导致场地的不平整。

外套筒2的顶面不低于地表9，内套筒1的顶面高于地表9不少于50mm，限位装置4的顶面低于地表9不少于50mm，便于在限位装置4上填充防水材料形成防水密封层7以封闭外套筒2与内套筒1之间的间隙顶部。

外套筒2进入地表9内的深度为H0，内套筒1进入地表9内的深度为H1，H1≥H0+1500mm。采用上述结构设置，通过内套筒1灌注混凝土形成试验桩的过程中，混凝土浆液流向防扰流装置3的水力路径较长，从而有效减少了混凝土渗漏至防扰流装置3的流量，进一步降低了混凝土浆液进入至内套筒1和外套筒2间隙的概率。

防水密封层7优选为黏土填实而成的黏土层或防水卷材填实而成的防水卷材层，更优选为黏土层，便于现场取得；环形橡胶板31优选为帘布橡胶板。

于本发明另一具体的实施例中，如图4～6所示，试验桩侧摩阻力消除装置的防扰流装置3还包括骨架32，骨架32包括连接筒321和多个连接板322。连接筒321的轴向的一端与外套筒2固定连接，连接筒321的轴向的另一端的边沿在周向上固定设置有多个连接板322，且各连接板322向连接筒321的内部径向延伸，连接筒321通过紧固螺栓8连接于外套筒2底端，外套筒2底端设置有若干个紧固螺栓孔，方便紧固螺栓8插入与骨架32连接，环形橡胶板31通过紧固螺栓8固定连接于连接板322上，环形橡胶板31自外套筒2向外套筒2的内部径向延伸，环形橡胶板31的内径小于内套筒的外径。

于本发明另一具体的实施例中，试验桩侧摩阻力消除装置的防扰流装置3还包括多个翻板33，各连接板322上均通过铰链铰接有一个翻板33，翻板33远离外套筒2的一端伸入至内套筒1的外径范围内，内套筒1穿过防扰流装置3时带动翻板33向下翻转并使环形橡胶板31向下弯折，且环形橡胶板31的外部边沿始终与内套筒1的外侧壁紧密接触，保证内套筒1与外套筒2间隙底端在内套筒下放过程中也具有良好的密封性；内套筒1下放完毕后，翻板33的外部边沿卡在内套筒1的外侧壁上为环形橡胶板31提供刚性支撑，可进一步增加环形密封板抵抗浆液进入环形间隙的能力，使环形橡胶板31能够始终牢固地密封住内套筒1和外套筒2之间的环形间隙。环形橡胶板31用于与内套筒1接触的边沿为圆弧状，进一步增强了环形橡胶板31与内套筒1之间的密封性。

于本发明另一具体的实施例中，如图2～3所示，试验桩侧摩阻力消除装置的限位装置4包括若干个沿外套筒2轴向分布的限位环41，当限位环41设置有多个时，相邻的两个限位环41之间通过多个竖向连杆42连接，各竖向连杆42的轴向平行于外套筒2的轴向。位于最上端的限位环41设置有顶端有弯钩的竖向连杆42，限位装置4通过最上端限位环41的竖向连杆42吊装于外套筒2内的顶端，限位装置4的内侧壁与内套筒1接触，限位装置4的外侧壁与外套筒2接触。

于本发明另一具体的实施例中，试验桩侧摩阻力消除装置的限位环41包括多个限位块411，相邻的两个限位块411之间通过弧形连杆412连接形成呈环形的限位环41，限位块411相对的内侧壁和外侧壁分别与内套筒1和外套筒2接触，限位块411用于限定内套筒1和外套筒2同轴。

于本发明另一具体的实施例中，为了保证使用强度和寿命，试验桩侧摩阻力消除装置的内套筒1、外套筒2、限位块411、竖向连杆42、弧形连杆412、骨架32和翻板33均为钢材制成。

需要说明的是，本发明中的试验桩侧摩阻力消除装置并不限制限位块的形状，限位块只要能够实现限制内套筒和外套筒同轴即可，限位块相对的内侧壁和外侧壁为弧面能够更好地同轴定位内套筒和外套筒；限位块为长方体同样可以达到同轴定位内套筒和外套筒作用，且更便于材料加工；环形橡胶板并不限于为帘布橡胶板，只要能够实现密封住内套筒与外套筒之间的间隙的底部即可。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种试验桩侧摩阻力消除装置，其特征在于：包括内套筒、外套筒、防扰流装置和限位装置，所述防扰流装置设置于所述外套筒的下端面，所述防扰流装置包括一自所述外套筒向所述外套筒内部延伸的环形橡胶板，所述限位装置用于同轴吊装于所述外套筒的内部，所述内套筒同轴穿过所述限位装置后自所述外套筒下端的所述环形橡胶板内伸出，且所述环形橡胶板与所述内套筒周向紧密接触，所述限位装置能够同轴定位所述内套筒和所述外套筒，位于所述限位装置顶面以上的所述外套筒与所述内套筒之间的间隙内用防水密封层密封；

所述防扰流装置还包括骨架，所述骨架包括连接筒和多个连接板，所述连接筒轴向的一端与所述外套筒固定连接，所述连接筒轴向的另一端的边沿在周向上固定设置有多个所述连接板，且各所述连接板向所述连接筒的内部径向延伸，所述环形橡胶板固定连接于所述连接板上，所述环形橡胶板自所述外套筒向所述外套筒的内部径向延伸，所述环形橡胶板的内径小于所述内套筒的外径；

所述防扰流装置还包括多个翻板，各所述连接板上均铰接有一个所述翻板，所述翻板远离所述外套筒的一端伸入至所述内套筒的外径范围内，所述内套筒穿过所述防扰流装置时带动所述翻板向下翻转并使所述环形橡胶板向下弯折。

2.根据权利要求1所述的试验桩侧摩阻力消除装置，其特征在于：所述限位装置包括若干个沿所述外套筒轴向分布的限位环，当所述限位环设置有多个时，相邻的两个所述限位环之间通过多个竖向连杆连接，各所述竖向连杆的轴向平行于所述外套筒的轴向。

3.根据权利要求2所述的试验桩侧摩阻力消除装置，其特征在于：所述限位环包括多个限位块，相邻的两个所述限位块之间通过弧形连杆连接形成呈环形的所述限位环，所述限位块用于限定所述内套筒和所述外套筒同轴。

4.一种试验桩侧摩阻力消除方法，其特征在于：应用权利要求1～3任意一项所述的试验桩侧摩阻力消除装置，包括以下步骤：

步骤一：按试验桩设计要求由地表向下开设试验桩孔，由地表至基坑底面标高深度之间的所述试验桩孔向外同轴扩孔形成外套筒放置孔；

步骤二：将所述防扰流装置连接至所述外套筒下端面，下放所述外套筒至所述外套筒放置孔内并使所述外套筒的底面位于基坑底面标高深度处；

步骤三：将所述限位装置同轴吊放安装于所述外套筒内，并吊放安装所述内套筒，使所述内套筒同轴穿过所述限位装置后自所述外套筒下端的所述环形橡胶板内伸出，且所述环形橡胶板与所述内套筒紧密接触；位于所述限位装置顶面以上的所述外套筒与所述内套筒之间的间隙内用防水密封层密封，以防止水泥浆流入至所述限位装置以下的所述外套筒与所述内套筒之间的间隙内；

步骤四：通过所述内套筒向所述试验桩孔内灌注水泥浆形成试验桩，在所述试验桩静载荷试验前，取出所述限位装置。

5.根据权利要求4所述的试验桩侧摩阻力消除方法，其特征在于：还包括步骤五：试验桩静载荷试验完毕后，取出所述外套筒，并回填所述内套筒与所述外套筒放置孔之间的间隙。

6.根据权利要求4所述的试验桩侧摩阻力消除方法，其特征在于：所述外套筒的顶面不低于地表，所述内套筒的顶面高于地表不少于50mm，所述限位装置的顶面低于地表不少于50mm。

7.根据权利要求4所述的试验桩侧摩阻力消除方法，其特征在于：所述外套筒进入地表内的深度为H0，所述内套筒进入地表内的深度为H1，H1≥H0+1500mm。

8.根据权利要求5所述的试验桩侧摩阻力消除方法，其特征在于：所述防水密封层为黏土层或防水卷材层；步骤五中使用黏土或注浆回填所述内套筒与所述外套筒放置孔之间的间隙。

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