CN109469123B - 一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置及测试方法，包括：试验桩，其设有一对；监测传感装置，其设置在所述试验桩中，用于测试所述试验桩的桩身水平位移和桩身受力；加载装置，其设置在所述一对试验桩的中间；平衡移动装置，其由可移动平台、带导轨槽钢板和加固地基土组成；以及数据采集系统，其采集所述监测传感装置和所述位移计测量的桩身压力、水平位移数据。本发明提出了双千斤顶反向对称固定形成加载主体部分，同时考虑了加固地基土避免水平加载系统的竖向沉降引起试验误差，以及可移动平台作用于光滑的带导轨槽钢板，避免了竖向支撑系统对水平加载系统的摩阻力影响。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置及测试方法。
背景技术
现有较常用的桩基水平荷载试验测试技术较传统，常规的方法是在测试桩旁边施工一根反力桩，反力桩除了提供水平反作用力外，弃之不用，是一种资源的浪费；同时，桩水平荷载的测试项目和判定标准，主要在试桩两侧对称安装两个位移传感器或大量程百分表，通过水平加载荷载和桩顶水平位移两者的关系曲线来判定桩的水平极限承载力，这种判定标准也未测量桩身水平的抗力和弯矩，以及桩身水平位移，不能完整反映桩的水平荷载受力规律。
在试验装置方面，例如中国专利CN107217692A《土体预固结及循环荷载下的单桩水平承载力的测试装置》只能进行单根桩的水平荷载试验，不能测双桩的水平荷载承载力，而且是室内试验的模型箱设计，不适用于现场大型桩基荷载试验；
在现场工程桩基实验测试设计方面，如中国专利CN103046585A公开了《一种涉及风电场风机基础单桩水平承载力静载试验方法》，需要施工一根额外的水平承载力锚桩，仅起到提供反力作用，因此造成资源浪费；
在检测预应力混凝土管桩水平应力时，如中国专利CN103362151A公开了《一种监测预应力混凝土管桩水平预应力的方法》，但是该方法不适用于工况下的桩基水平荷载力测试；
另外，在设计管桩水平承载特性试验时，一些方案仍较为复杂，如中国专利CN103882894A公开了《预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型和方法》，但是整个发明方案中，桩基的最大直径为60mm，因此仅适用于室内模型槽试验，也不能完整的测量桩身的受力和变形监测，且自平衡能力差。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，从而提供了一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置及测试方法。
技术方案：
为实现上述目的，本发明提供了一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置，包括：
试验桩，其设有一对；
监测传感装置，其设置在所述试验桩中，用于测试所述试验桩的桩身水平位移和桩身受力；
加载装置，其设置在所述一对试验桩的中间，所述加载装置由两个千斤顶、用于向所述千斤顶加载荷载的加压装置、与所述千斤顶相连接的球铰支座、将两个所述千斤顶连接的千斤顶固定钢板和将所述球铰支座与所述试验桩连接起来的轻型铝管组成，在所述轻型铝管上设置有用于测量所述试验桩桩身水平位移的位移计；
平衡移动装置，其由可移动平台、带导轨槽钢板和加固地基土组成，所述可移动平台的上表面与所述千斤顶固定钢板的下端连接，所述可移动平台在所述带导轨槽钢板上表面可灵活移动，所述带导轨槽钢板的下表面与所述加固地基土的上表面紧密连接；
以及数据采集系统，其采集所述监测传感装置和所述位移计测量的桩身压力、水平位移数据。
优选地，上述技术方案中，所述监测传感装置，其由应力计、桩身测斜管、倾角传感器以及数据线组成，所述应力计串联在所述数据线上呈II字置于所述试验桩内侧的钢筋笼主筋上，所述桩身测斜管设置于所述试验桩的中心，其高度与所述试验桩的高度相同，在所述桩身测斜管上等间距的安装有多个所述倾角传感器，所述数据线和所述倾角传感器均与所述数据采集系统连接。
优选地，上述技术方案中，所述千斤顶固定钢板，其为中间开设有适配所述千斤顶安装孔的方体钢板，所述千斤顶固定钢板的四角分别开设有1个可固定螺栓的螺栓孔，用于锁入螺栓以将所述千斤顶固定，在所述安装孔的旁边开设有油压泵连接口，所述油压泵连接口与所述加压装置连接。
优选地，上述技术方案中，所述带导轨槽钢板上表面中部设置有两条平行的光滑导轨槽，所述光滑导轨槽的侧轨道旁设置有与所述光滑导轨槽相平行的轨道刻度尺，用于实时记录所述可移动平台的水平位移，在所述光滑导轨槽上对称设置有一组轮子，所述轮子与所述可移动平台相连接。
作为本发明的另一个目的在于提供一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的测试方法，包括如下步骤：
步骤一，安装监测传感装置；
步骤二，确定并计算两试验桩相对距离，确定加载装置的中心线，并划定加固地基土的范围；
步骤三，安装加载装置和平衡移动装置；
步骤四，整理归集进行自平衡装置测试调试和试验，进行实时监测。
优选地，上述技术方案中，在步骤一安装监测传感装置的具体过程为：
在试验桩内侧的钢筋笼主筋上每间隔2米安装一个应力计并串联在数据线上，呈II字对称布置于试验桩内侧的钢筋笼主筋上；
将桩身测斜管固定预埋试验桩的钢筋笼主筋中间，密封其底部，在桩身测斜管上每间隔1.8米安装一个倾角传感器，通过数据线连接至数据采集系统。
优选地，上述技术方案中，在步骤二中，加固地基土加固后地基边线距离试验桩的水平距离为试验桩桩径大小的5倍以上，避免影响桩基水平受力测试结果，加固地基土深度为五米，采用水泥土搅拌桩的加固方法，并进行加固效果测试，以保证加载试验系统不产生明显竖向沉降为控制标准。
优选地，上述技术方案中，在步骤三安装加载装置和平衡移动装置的具体过程为：
在两个千斤顶的钢板四角分别穿孔，反向置于千斤顶固定钢板的左右两面，将穿孔与千斤顶固定钢板上的螺栓孔对齐，锁入螺栓固定千斤顶，用球铰支座将千斤顶与轻型铝管连接，同时将千斤顶固定钢板的底面焊接在可移动平台上表面的中心位置，置于带导轨槽钢板的轮子上后，一同置于加固地基土。
优选地，上述技术方案中，在步骤四整理归集进行自平衡装置测试调试和试验，进行实时监测的具体过程为：
首先将两根试验桩的数据线与数据采集系统连接，进行线路收集和整理，在试验桩顶端制作桩帽，将轻质铝管与桩帽连接，并将在每根轻质铝管中部分别安装一个水平位移计，同时，将千斤顶的油压泵连接口连接到加压装置；
将加载装置归零，置于自平衡装置的中心线位置，启动两个千斤顶的加压装置，并同步逐级加载，水平荷载通过球铰支座和轻质铝管向桩帽传递，位移计实时记录试验桩的桩顶水平位移，带导轨槽钢板上的轨道刻度尺实时记录可移动平台的水平位移，带导轨槽钢板上方的位移计实时监测整个加载系统是否有不均匀沉降。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)实现了单个水平加载系统即可测量双桩的目的，克服了传统水平荷载试验方法中施工反力桩造成的资源浪费。
(2)在对桩基水平承载力测试时，克服了传统监测方法中单一的测量桩顶水平位移为桩基承载力的不科学判定标准，全面整体的监测了桩身水平变形和受力，为后续的桩基工程设计与施工提供了更可靠的测试结果和依据。
(3)在桩基测试方法上，巧妙的采用了双千斤顶反向固定，同步加载的桩基水平荷载，加入了球铰支座用于均衡加载，可同步，实时，均匀，准确的对两根试验桩实现同步，逐级，均衡加载并测试。
(4)在支撑桩基试验加载的地基基础设计中，提出了采用水泥土搅拌桩加固地基土的方法，保证加载试验系统不产生明显竖向沉降，可以确保加载系统绝对的水平加载并受力。
(5)在支撑桩基加载装置时，设置了一个可移动平台，以及一个带导轨槽的钢板，可移动平台可凭借四个轮子在带导轨槽的钢板上无摩擦自由滑动，导轨槽上有刻度可实时记录平台移动距离，此设计不但解决了水平加载系统的竖向支撑问题，而且无摩擦导轨可以消除移动平台的水平阻力对测量结果的影响。
(6)在本发明中，两个千斤顶的钢板底座反向对齐，并在钢板四角穿孔，用固定螺栓固定，然后通过两个球铰支座将两侧千斤顶分别与轻型铝管连接，将千斤顶的水平压力对称的传递给两个桩基础。同时，为了避免千斤顶加载系统的自重作用对水平加载系统的影响，千斤顶固定钢板下端用可移动平台支撑，并在平台下方设置光滑无摩擦的带导轨槽钢板。另外，为了防止保证加载系统在水平加载过程中没有沉降，加载系统下方的地基土进行水泥土搅拌桩加固，加强地基土强度。
附图说明
图1是根据本发明双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的结构示意图。
图2是根据本发明的千斤顶固定钢板的纵向剖面图。
图3是根据本发明的带导轨槽钢板的俯视结构示意图。
主要附图标记说明：
101-千斤顶固定钢板，102-桩帽，1031-第一位移计，1032-第二位移计，1033-第三位移计，104-球铰支座，1051-第一千斤顶，1052-第二千斤顶，106-数据线，107-可移动平台，109-带导轨槽钢板，110-应力计，111-加固地基土，112-试验桩，114-桩身测斜管，115-轻型铝管，116-倾角传感器，1171-第一加压器，1172-第二加压器；
201-固定螺栓，202-油压泵连接口，205-千斤顶固定系统；
301-光滑导轨槽，302-轨道刻度尺，303-轮子。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1显示了根据本发明优选实施方式的一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的结构示意图。
如图1所示，一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置，包括：试验桩112、监测传感装置、加载装置、平衡移动装置以及数据采集系统。
参看图1，本发明所用的试验桩112采用公知常识的结构，其设有一对；
监测传感装置，其设置在试验桩112中，用于测试试验桩112的桩身水平位移和桩身受力；如图1所示，监测传感装置，其由应力计110、桩身测斜管114、倾角传感器116以及数据线106组成，应力计110串联在数据线106上呈II字置于试验桩112内侧的钢筋笼主筋上，每根试验桩112均设置有一组，桩身测斜管114设置于试验桩112的中心，其高度与试验桩112的高度相同，在桩身测斜管114上等间距的安装有多个倾角传感器116，本实施例中每根试验桩112中优选设置6个倾角传感器116以全面的测到桩身受力和变形倾斜规律，数据线106和倾角传感器116均与数据采集系统连接。进一步的，还可在本发明监测传感装置中加入6组孔隙水压力传感器和双向土压力盒，分别安装在试验桩基位置的两侧以更全面的测试土层压力变化，同时经过数据线106与数据采集系统连接。
继续参看图1，本发明的加载装置，其设置在一对试验桩112的中间，加载装置由两个千斤顶(即为第一千斤顶1051和第二千斤顶1052)、用于向千斤顶加载荷载的加压装置、与千斤顶相连接的球铰支座104、将两个千斤顶连接的千斤顶固定钢板101和将球铰支座104与试验桩112连接起来的轻型铝管115组成，在轻型铝管115上设置有用于测量试验桩112桩身水平位移的位移计，具体是在左右两根轻型铝管115上分别设置第一位移计1031和第二位移计1032；进一步的，为更好的固定对向放置的两个千斤顶，本发明提供了如图2所示的千斤顶固定钢板101，其中间开设有适配千斤顶安装孔的方体钢板，千斤顶固定钢板101的四角分别开设有1个可固定螺栓201的螺栓孔，用于锁入螺栓以将千斤顶固定，在安装孔的旁边开设有油压泵连接口202，油压泵连接口202与加压装置连接，加压装置包括第一加压器1171和第二加压器1172，第一加压器1171与千斤顶固定钢板101左侧的千斤顶连接，第二加压器1172与千斤顶固定钢板101右侧的千斤顶连接。
再参看图1，平衡移动装置，其由可移动平台107、带导轨槽钢板109和加固地基土111组成，可移动平台107的上表面与千斤顶固定钢板101的下端连接，优选焊接固定连接方式，可移动平台107在带导轨槽钢板109上表面可灵活移动，带导轨槽钢板109的下表面与加固地基土111的上表面紧密连接；进一步的，本实施例提供的带导轨槽钢板109上表面中部设置有两条平行的光滑导轨槽301，光滑导轨槽301的侧轨道旁设置有与光滑导轨槽301相平行的轨道刻度尺302，轨道刻度尺302用于实时记录可移动平台107的水平位移，在光滑导轨槽301上对称设置有一组轮子303，轮子303与可移动平台107相连接。为更好的观察加固地基土111的沉降情况，在带导轨槽钢板109上还安装了第三位移计1033用于实时监测整个加载系统是否有不均匀沉降。
本实施例中的数据采集系统采用公知常识的数据采集软件系统/平台，其采集监测传感装置和位移计的数据。
作为本发明的另一个目的在于提供一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的测试方法，包括如下步骤：
步骤一，安装监测传感装置；
步骤二，确定并计算两试验桩相对距离，确定加载装置的中心线，并划定加固地基土的范围；
步骤三，安装加载装置和平衡移动装置；
步骤四，整理归集进行自平衡装置测试调试和试验，进行实时监测。
其中，
在步骤一安装监测传感装置的具体过程为：
在试验桩112内侧的钢筋笼主筋上每间隔2米安装一个应力计110并串联在数据线106上，呈II字对称布置于试验桩112内侧的钢筋笼主筋上；
将桩身测斜管114固定预埋试验桩112的钢筋笼主筋中间，密封其底部，在桩身测斜管114上每间隔1.8米安装一个倾角传感器116，通过数据线106连接至数据采集系统。
在步骤二中，加固地基土111加固后地基边线距离试验桩112的水平距离为试验桩112桩径大小的5倍以上，避免影响桩基水平受力测试结果，加固地基土111深度为五米，采用水泥土搅拌桩的加固方法，并进行加固效果测试，以保证加载试验系统不产生明显竖向沉降为控制标准。
在步骤三安装加载装置和平衡移动装置的具体过程为：
在两个千斤顶的钢板四角分别穿孔，反向置于千斤顶固定钢板101的左右两面，将穿孔与千斤顶固定钢板101上的螺栓孔对齐，锁入螺栓固定千斤顶，用球铰支座104将千斤顶与轻型铝管115连接，同时将千斤顶固定钢板101的底面(图2中的千斤顶固定系统205)焊接在可移动平台107上表面的中心位置，置于带导轨槽钢板109的轮子303上后，一同置于加固地基土111上。
在步骤四整理归集进行自平衡装置测试调试和试验，进行实时监测的具体过程为：
首先将两根试验桩112的数据线106与数据采集系统连接，进行线路收集和整理，在试验桩112顶端制作桩帽102，将轻质铝管115与桩帽102连接，并将在每根轻质铝管115中部分别安装一个水平位移计，同时，将千斤顶的油压泵连接口202连接到加压装置；
将加载装置归零，置于自平衡装置的中心线位置，启动两个千斤顶的加压装置，并同步逐级加载，水平荷载通过球铰支座104和轻质铝管115向桩帽102传递，位移计实时记录试验桩112的桩顶水平位移，带导轨槽钢板109上的轨道刻度尺实时记录可移动平台107的水平位移，带导轨槽钢板109上方的位移计实时监测整个加载系统是否有不均匀沉降。
综上所述，本发明具有如下实施效果：
(1)实现了单个水平加载系统即可测量双桩的目的，克服了传统水平荷载试验方法中施工反力桩造成的资源浪费。
(2)在对桩基水平承载力测试时，克服了传统监测方法中单一的测量桩顶水平位移为桩基承载力的不科学判定标准，全面整体的监测了桩身水平变形和受力，为后续的桩基工程设计与施工提供了更可靠的测试结果和依据。
(3)在桩基测试方法上，巧妙的采用了双千斤顶反向固定，同步加载的桩基水平荷载，加入了球铰支座用于均衡加载，可同步，实时，均匀，准确的对两根试验桩实现同步，逐级，均衡加载并测试。
(4)在支撑桩基试验加载的地基基础设计中，提出了采用水泥土搅拌桩加固地基土的方法，保证加载试验系统不产生明显竖向沉降，可以确保加载系统绝对的水平加载并受力。
(5)在支撑桩基加载装置时，设置了一个可移动平台，以及一个带导轨槽的钢板，可移动平台可凭借四个轮子在带导轨槽的钢板上无摩擦自由滑动，导轨槽上有刻度可实时记录平台移动距离，此设计不但解决了水平加载系统的竖向支撑问题，而且无摩擦导轨可以消除移动平台的水平阻力对测量结果的影响。
(6)在本发明中两个千斤顶的钢板底座反向对齐，并在钢板四角穿孔，用固定螺栓固定，然后通过两个球铰支座将两侧千斤顶分别与轻型铝管连接，将千斤顶的水平压力对称的传递给两个桩基础。同时，为了避免千斤顶加载系统的自重作用对水平加载系统的影响，千斤顶固定钢板下端用可移动平台支撑，并在平台下方设置光滑无摩擦的带导轨槽钢板。另外，为了防止保证加载系统在水平加载过程中没有沉降，加载系统下方的地基土进行水泥土搅拌桩加固，加强地基土强度。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (3)
1.一种双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，安装监测传感装置；
步骤二，确定并计算两试验桩(112)相对距离，确定加载装置的中心线，并划定加固地基土(111)的范围；
步骤三，安装加载装置和平衡移动装置；
步骤四，整理归集进行自平衡装置测试调试和试验，进行实时监测；
其中，在步骤一，安装监测传感装置的具体过程为：
在试验桩(112)内侧的钢筋笼主筋上每间隔2米安装一个应力计(110)并串联在数据线(106)上，呈II字对称布置于试验桩(112)内侧的钢筋笼主筋上；
将桩身测斜管(114)固定预埋试验桩(112)的钢筋笼主筋中间，密封其底部，在桩身测斜管(114)上每间隔1.8米安装一个倾角传感器(116)，通过数据线(106)连接至数据采集系统；
在步骤二中，加固地基土(111)加固后地基边线距离试验桩(112)的水平距离为试验桩(112)桩径大小的5倍以上，避免影响桩基水平受力测试结果，加固地基土(111)深度为五米，采用水泥土搅拌桩的加固方法，并进行加固效果测试，以保证加载试验系统不产生竖向沉降；
在步骤三，安装加载装置和平衡移动装置的具体过程为：
在两个千斤顶的钢板四角分别穿孔，反向置于千斤顶固定钢板(101)的左右两面，将穿孔与千斤顶固定钢板(101)上的螺栓孔对齐，锁入螺栓固定千斤顶，用球铰支座(104)将千斤顶与轻型铝管连接，同时将千斤顶固定钢板(101)的底面焊接在可移动平台(107)上表面的中心位置，置于带导轨槽钢板(109)的轮子(303)上后，一同置于加固地基土(111)；
在步骤四，整理归集进行自平衡装置测试调试和试验，进行实时监测的具体过程为：
首先将两根试验桩(112)的数据线(106)与数据采集系统连接，进行线路收集和整理，在试验桩(112)顶端制作桩帽(102)，将轻质铝管(115)与桩帽(102)连接，并将在每根轻质铝管(115)中部分别安装一个水平位移计，同时，将千斤顶的油压泵连接口(202)连接到加压装置；
将加载装置归零，置于自平衡装置的中心线位置，启动两个千斤顶的加压装置，并同步逐级加载，水平荷载通过球铰支座(104)和轻质铝管(115)向桩帽(102)传递，位移计实时记录试验桩(112)的桩顶水平位移，带导轨槽钢板(109)上的轨道刻度尺实时记录可移动平台的水平位移，带导轨槽钢板(109)上方的位移计实时监测整个加载系统是否有不均匀沉降；
所述自平衡装置，包括：
试验桩(112)，其设有一对；
监测传感装置，其设置在所述试验桩(112)中，用于测试所述试验桩(112)的桩身水平位移和桩身受力；
加载装置，其设置在所述一对试验桩(112)的中间，所述加载装置由两个千斤顶、用于向所述千斤顶加载荷载的加压装置、与所述千斤顶相连接的球铰支座(104)、将两个所述千斤顶连接的千斤顶固定钢板(101)和将所述球铰支座(104)与所述试验桩(112)连接起来的轻型铝管(115)组成，在所述轻型铝管(115)上设置有用于测量所述试验桩(112)桩身水平位移的位移计；
平衡移动装置，其由可移动平台(107)、带导轨槽钢板(109)和加固地基土(111)组成，所述可移动平台(107)的上表面与所述千斤顶固定钢板(101)的下端连接，所述可移动平台(107)在所述带导轨槽钢板(109)上表面可灵活移动，所述带导轨槽钢板(109)的下表面与所述加固地基土(111)的上表面紧密连接；
以及数据采集系统，其采集所述监测传感装置和所述位移计测量的桩身压力、水平位移数据；
所述监测传感装置，其由应力计(110)、桩身测斜管(114)、倾角传感器(116)以及数据线(106)组成，所述应力计(110)串联在所述数据线(106)上呈II字置于所述试验桩(112)内侧的钢筋笼主筋上，所述桩身测斜管(114)设置于所述试验桩(112)的中心，其高度与所述试验桩(112)的高度相同，在所述桩身测斜管(114)上等间距的安装有多个所述倾角传感器(116)，所述数据线(106)和所述倾角传感器(116)均与所述数据采集系统连接。
2.根据权利要求1所述的双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的测试方法，其特征在于，所述千斤顶固定钢板(101)，其为中间开设有适配所述千斤顶安装孔的方体钢板，所述千斤顶固定钢板(101)的四角分别开设有1个可固定螺栓(201)的螺栓孔，用于锁入螺栓以将所述千斤顶固定，在所述安装孔的旁边开设有油压泵连接口(202)，所述油压泵连接口(202)与所述加压装置连接。
3.根据权利要求1所述的双千斤顶的桩基水平加载的自平衡装置的测试方法，其特征在于，所述带导轨槽钢板(109)上表面中部设置有两条平行的光滑导轨槽(301)，所述光滑导轨槽(301)的侧轨道旁设置有与所述光滑导轨槽(301)相平行的轨道刻度尺(302)，用于实时记录所述可移动平台(107)的水平位移，在所述光滑导轨槽(301)上对称设置有一组轮子(303)，所述轮子(303)与所述可移动平台(107)相连接。
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