CN110541438A - 抗滑桩水平载荷试验装置及其测量比例系数的方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗滑桩水平载荷试验装置及其测量比例系数的方法，包括：在反力梁的两端分别设有连接钢筋，并且连接钢筋能够锚固在试验桩两侧的抗滑桩上；固定支架水平连接在两个钢筋之间的反力梁上，用于固定施加载荷装置，采用小型方钢；在固定支架的上端和下端分别安装带有螺栓连接接口的竖直支架；可调托座采用两个分立布置；施加荷载装置包括千斤顶，千斤顶被架设在可调托座的圆孔内，千斤顶的一端与反力梁直接连接，另一端设置有承压板，用于与试验桩抵接；压力传感器连接在承压板的外侧凹槽内；测斜管竖直设置在试验桩顶部。本发明结构合理，安装方便，反力梁和抗滑桩锚固构成反力装置，采用固定支架确保整个试验装置稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体的说涉及一种抗滑桩水平载荷试验装置及其测量比例系数(地基土水平抗力系数的比例系数)m值的方法。
背景技术
自然与人类活动引起的滑坡灾害在我国相当严重。抗滑桩是一种有效的滑坡防治措施。目前，抗滑桩设计时多采用“m”法，在该法设计的各类参数中，地基水平抗力系数的比例系数m值是影响设计结果的一个主要参数，计算得到的结果是否合理与m的取值密切相关。现研究阶段，国内外确定m值的方法主要有查表法、公式法和水平静载试验法等。
(1)查表法
《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)第5.7.5条第2款规定如下：地基水平抗力系数的比例系数m，宜通过单桩水平静载试验确定，当无静载试验资料时，可按表5.7.5取值。
(2)公式法
《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第4.1.6条规定如下：土的水平抗力系数的比例系数，宜通过单桩水平载荷试验及地区经验取值，缺少试验和经验时，可按下列公式计算：
(3)水平静载试验法
对于受水平载荷较大的重要建筑物，地基水平抗力系数的比例系数m，宜通过单桩水平静载试验确定。
在实际工程应用中，由于各类土的m值的上下限差距较大，简单的根据地基土的类别及性能指标按照规范查取m值的方法，难以准确的获取可用于实际工程的m值。而公式法需选取一些地质参数，只凭借单一的经验公式，往往会存在很大的人为因素，势必给后续计算造成误差。实际工程项目中，采用水平现场静载试验确定m值的方法最为理想，但在现研究阶段，水平现场静载试验荷载计算复杂，桩体位移测试不完整，实验装置及荷载传递方向难以控制。国内外鲜有完善的通过水平载荷试验测试抗滑桩桩周土体地基水平抗力系数的比例系数m值的方法。
发明内容
鉴于以上所述的技术问题，本发明实施例提供了一种抗滑桩水平载荷试验装置及其测量比例系数的方法。
一种抗滑桩水平载荷试验装置，用于测试两根抗滑桩之间的试验桩的载荷，包括：
反力梁，在反力梁的两端分别设有连接钢筋，并且连接钢筋能够锚固在试验桩两侧的抗滑桩上；
固定支架，水平连接在两个连接钢筋之间的反力梁上，用于固定施加载荷装置，采用小型方钢；在固定支架的上端和下端分别安装带有螺栓连接接口的竖直支架，用于固定可调托座；
可调托座，采用两个分立布置，每个可调托座为两个半圆结构，对接后形成中间具有圆孔的孔板，每个半圆结构的底部带有两根调节螺杆，分为可调底托和可调顶托两部分，分别安装在上端和下端的竖直支架上；
施加荷载装置，包括千斤顶，千斤顶被架设在可调托座的圆孔内，千斤顶的一端与反力梁直接连接，另一端设置有承压板，用于与试验桩抵接；
压力传感器，连接在承压板的外侧凹槽内；
测斜管，竖直设置在试验桩的顶部。
测斜管包括两个，设置在试验桩的顶部前后两侧。
反力梁的上下各设有腹板，腹板上带有横向布置的若干个肋板，并在对应试验桩及抗滑桩的位置处的肋板加密设置。
在抗滑桩上安装有马鞍形垫板，用于被连接钢筋其马鞍形表面绕过并使马鞍形垫板与抗滑桩紧固贴合，并且连接钢筋对应地设置为与马鞍形垫板适配的形状。
在可调底托及可调顶托上各带有两根调节螺杆，与竖直支架螺纹连接。
可调底托及可调顶托为半圆结构，通过螺栓连接为一个整体。
所述承压板的外侧带有螺纹孔，用于与千斤顶固定连接。
所述压力传感器为柱式压力传感器。
在千斤顶和压力传感器上部分别安装水平水准管。
一种利用抗滑桩水平载荷试验装置测量比例系数的方法，包括，
(1)绘制H0-ΔY0/ΔH0曲线
根据压力传感器读取的荷载数据及测斜管测得的位移数据绘制H0-ΔY0/ΔH0曲线；
(2)单桩水平承载力特征值Hcr
①.单桩水平承载力特征值Hcr可取H0-ΔY0/ΔH0曲线第一直线段终点对应的荷载；
②.当桩身不允许裂缝时，取水平临界荷载统计值的0.75倍为单桩水平承载力特征值；
③当桩身允许裂缝时，将单桩水平极限荷载统计值除以安全系数2为单桩水平承载力特征值，且桩身裂缝宽度应满足相关规范要求；
(3)m值的计算
m值对于同一根桩并非定值，与荷载呈非线性关系，低荷载水平下，m值较高，随着荷载增加，桩侧土塑性区逐渐扩展而降低，因此，m取值应与实际荷载，桩体允许位移相适应，抗滑桩属于低配筋率桩，其m值的计算应取临界荷载Hcr及对应位移xcr按下式计算：
式中：m——地基土水平抗力系数的比例系数，(MN/m4)，此m值为地面以下2(d+1)m范围内的综合m值；
Hcr——单桩水平临界荷载(kM)；
xcr——单桩水平临界荷载对应的桩顶位移(m)；
vx——桩顶位移系数，按规范查表确定；
b0——桩身计算宽度(m)；
方形桩：当边宽b≤1m时，b0＝1.5b+0.5；
当边宽b＞1m时，b0＝b+1；
α——桩的水平变形系数(m-1)；
EI——桩身的抗弯刚度(MPa·m4)。
有益效果：本发明结构合理，安装方便，计算简单，采用预埋在试验桩中的测斜管测试桩身位移，反力梁和相邻桩锚固构成反力装置，采用固定支架确保整个试验装置稳定可靠，承压板和试验桩之间采用带有螺纹的柱式压力传感器连接，直接测试即可得到精确的作用于试验桩桩身的荷载数据，同时，本发明采用可调托座和千斤顶、压力传感器上装置的水准管调节试验装置高度及方位，确保所有的装置都处于水平状态，有效的解决了试验过程中荷载方向难以控制的问题，加载后记录数据并绘制曲线，分析计算，可非常方面的得到抗滑桩桩周土体地基水平抗力系数的比例系数m值。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明实施例试验整体结构示意图。
图2为本发明实施例试验装置的结构示意图。
图中：11、反力梁；12、肋板；13、连接钢筋；14、马鞍形垫板；21、23、抗滑桩；22、试验桩；31、千斤顶；41、固定支架；51、可调托座；61、承压板。
图3为本发明实施例试验系统连接示意图。
图中：31、千斤顶；61、承压板；71、压力传感器；81、千斤顶水准管；82、压力传感器水准管。
图4为本发明实施例固定支架和可调托座连接示意图。
图中：41、固定支架；42、顶排竖直支架；51、可调底托；52、调节螺杆；53、可调顶托；54、托座连接螺栓。
图5为本发明实施例固定支架示意图。
图中：41、固定支架；43、底排竖直支架；44、调节螺栓连接孔。
图6为本发明实施例可调底托与可调顶托示意图。
图中：51、可调底托；52、调节螺杆；53、可调顶托；54、托座连接螺栓；55、调节螺母。
图7为本发明实施例承压板示意图。
图中：61、承压板；62、螺纹凹槽。
图8为本发明实施例马鞍形垫板示意图。
图9为本发明实施例连接钢筋与反力梁锚固示意图。
图中：15、螺纹套筒。
图10为本发明实施例中预埋测斜管示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
现在将参考地描述示例实施方式，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
如图1-10所示，本发明提供一种抗滑桩水平载荷试验装置，包括：
反力梁11，通过连接钢筋13锚固在试验桩两侧的抗滑桩23、21上。反力梁采用钢板焊接而成，在梁顶及梁底加设肋板12，并在千斤顶作用处和连接钢筋锚固处加密设置。连接钢筋13两端车丝，从抗滑桩23、21绕过后穿过反力梁预留孔洞，通过螺纹套筒固定于反力梁11上。为避免加载过程中相邻抗滑桩桩身受损，在抗滑桩上安装马鞍形垫板14。
其中，所述固定支架41为小型方钢焊接而成，由底框架、顶框架和竖直框架构成双U形构造，固定支架41一端与反力梁11焊接连接，保证连接可靠稳定，共设4个竖直支架(顶排竖直支架42、底排竖直支架43)，分别安装在顶框架及底框架上。竖直支架上带有用于连接可调托座的螺栓孔。
其中，所述可调托座分为可调底托51和可调顶托53，采用钢板切割成与千斤顶尺寸相符的半圆结构，可调底托51和可调顶托53上分别装置有2根调节螺杆52，与竖直支架螺纹连接，试验装置安装过程中可通过调节螺杆长度控制高度及方位，使千斤顶31及压力传感器71上水准管气泡居中。之后将可调底托与可调顶托通过螺栓连接，固定为一个整体，确保整个试验过程中结构的稳定可靠。
其中，安装在千斤顶及压力传感器上的水准管，通过调节可调托座调整试验结构高度及位置，使水准管气泡居中，确保试验过程中荷载水平传递到试验桩上。
其中，所述施加荷载装置采用千斤顶，型号根据试验所需荷载大小选择，千斤顶通过可调托座固定后一端与反力梁连接，另一端连接承压板，承压板由4根螺杆连接2块钢板，通过调节螺杆可调整承压板厚度，承压板一端带有螺纹凹槽，通过螺纹凹槽与压力传感器螺纹固定连接。
其中，所述压力传感器为一端带有螺纹结构的柱式压力传感器，通过承压板凹槽螺纹连接，可直接采集试验过程中千斤顶所施加的实际荷载数据，并在压力传感器71上装有检测是否处于水平状态的水准管。
实施例
一种测试抗滑桩桩周土体地基水平抗力系数的比例系数m值的方法，包括：试验桩、反力装置、固定支架、可调托座、调平装置、施加荷载装置、压力传感器和测斜管。
(1)试验装置安装方法
其中，试验桩为现场浇筑新桩，并在桩体中心位置预埋测斜管。为保证试验数据准确，一次试验中共浇筑5根抗滑桩，中间3根均预埋测斜管，试验桩的垂直度偏差不宜大于1％。
其中，将反力梁通过连接钢筋锚固在试验桩两侧的相邻桩上构成反力装置。反力梁采用钢板焊接而成，在梁顶及梁底加设肋板，并在千斤顶作用处和连接钢筋锚固处加密设置。连接钢筋两端车丝，从抗滑桩绕过后穿过反力梁预留孔洞，通过螺纹套筒固定于反力梁上。为避免加载过程中相邻抗滑桩桩身受损，在抗滑桩上安装马鞍形橡胶垫板。
其中，所述固定支架为小型方钢焊接而成，由底排支架、顶排支架和竖直支架构成，支架一端与反力梁焊接连接，保证连接可靠稳定，共设4个竖直支架，分别安装在底排支架及顶排支架上。竖直支架上带有用于连接可调托座的螺栓孔。
其中，所述可调托座分为可调底托和可调顶托，采用钢板切割成与千斤顶尺寸相符的半圆结构，可调底托和可调顶托上分别装置有2根调节螺杆，与竖直支架螺纹连接，试验装置安装过程中可通过调节螺杆长度控制高度及方位，使千斤顶及压力传感器上水准管气泡居中。之后将可调底托与可调顶托通过螺栓连接，固定为一个整体，确保整个试验过程中结构的稳定可靠。
其中，所述调平装置为安装在千斤顶及压力传感器上的水准管，通过调节可调托座调整试验结构高度及位置，使水准管气泡居中，确保试验过程中荷载水平传递到试验桩上。
其中，所述施加荷载装置采用千斤顶，型号根据试验所需荷载大小选择，千斤顶通过可调托座固定后一端与反力梁连接，另一端连接承压板，承压板由4根螺杆连接2块钢板，通过调节螺杆可调整承压板厚度，承压板一端带有螺纹凹槽，通过螺纹凹槽与压力传感器螺纹固定连接。
其中，所述压力传感器为一端带有螺纹结构的柱式压力传感器，通过承压板凹槽螺纹连接，可直接采集试验过程中千斤顶所施加的实际荷载数据，并在压力传感器上装有检测是否处于水平状态的水准管。
(2)试验加载方法
本试验采用单项多循环加载法，荷载分级宜取设计或预估极限水平极限承载力或最大试验荷载的1/10～1/15。每级荷载施加后，恒载4min后可测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环。如此循环5次，完成一级荷载的试验观测。试验不得中间停顿。
施加水平作用力的作用点宜与实际工程土体顶面标高一致。
(3)当出现下列情况之一时，可终止加载：
①桩身折断；
②水平位移超过30～40mm(软土取40mm)；
③水平位移达到设计要求的水平位移允许值。
一种利用抗滑桩水平载荷试验装置测量比例系数的方法，包括，
(1)绘制H0-ΔY0/ΔH0曲线
根据压力传感器读取的荷载数据及测斜管测得的位移数据绘制H0-ΔY0/ΔH0曲线；
(2)单桩水平承载力特征值Hcr
①.单桩水平承载力特征值Hcr可取H0-ΔY0/ΔH0曲线第一直线段终点对应的荷载；
②.当桩身不允许裂缝时，取水平临界荷载统计值的0.75倍为单桩水平承载力特征值；
③当桩身允许裂缝时，将单桩水平极限荷载统计值除以安全系数2为单桩水平承载力特征值，且桩身裂缝宽度应满足相关规范要求；
(3)m值的计算
m值对于同一根桩并非定值，与荷载呈非线性关系，低荷载水平下，m值较高，随着荷载增加，桩侧土塑性区逐渐扩展而降低，因此，m取值应与实际荷载，桩体允许位移相适应，抗滑桩属于低配筋率桩，其m值的计算应取临界荷载Hcr及对应位移xcr按下式计算：
式中：m——地基土水平抗力系数的比例系数，(MN/m4)，此m值为地面以下2(d+1)m范围内的综合m值；
Hcr——单桩水平临界荷载(kM)；
xcr——单桩水平临界荷载对应的桩顶位移(m)；
vx——桩顶位移系数，按规范查表确定；
b0——桩身计算宽度(m)；
方形桩：当边宽b≤1m时，b0＝1.5b+0.5；
当边宽b＞1m时，b0＝b+1；
α——桩的水平变形系数(m-1)；
EI——桩身的抗弯刚度(MPa·m4)。
本发明提供的是一种抗滑桩水平载荷试验装置及其测量水平抗力系数的比例系数m值的方法，结构合理，安装方便，计算简单，采用预埋在试验桩中的测斜管测试桩身位移，反力梁和相邻桩锚固构成反力装置，采用固定支架确保整个试验装置稳定可靠，承压板和试验桩之间采用带有螺纹的柱式压力传感器连接，直接测试即可得到精确的作用于试验桩桩身的荷载数据，同时，本发明采用可调托座和千斤顶、压力传感器上装置的水准管调节试验装置高度及方位，确保所有的装置都处于水平状态，有效的解决了试验过程中荷载方向难以控制的问题，加载后记录数据并绘制曲线，分析计算，可非常方面的得到抗滑桩桩周土体地基水平抗力系数的比例系数m值。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对此实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。
Claims (10)
1.一种抗滑桩水平载荷试验装置，用于测试两根抗滑桩并检测两根抗滑桩之间的试验桩的载荷，其特征在于，包括：
反力梁，在反力梁的两端分别设有连接钢筋，并且连接钢筋能够锚固在试验桩两侧的抗滑桩上；
固定支架，水平连接在两个连接钢筋之间的反力梁上，用于固定施加载荷装置，采用小型方钢；在固定支架的上端和下端分别安装带有螺栓连接接口的竖直支架，用于固定可调托座；
可调托座，采用两个分立布置，每个可调托座为两个半圆结构，对接后形成中间具有圆孔的孔板，每个半圆结构的底部带有两根调节螺杆，分为可调底托和可调顶托两部分，分别安装在上端和下端的竖直支架上；
施加荷载装置，包括千斤顶，千斤顶被架设在可调托座的圆孔内，千斤顶的一端与反力梁直接连接，另一端设置有承压板，用于与试验桩抵接；
压力传感器，连接在承压板的外侧凹槽内；
测斜管，竖直设置在试验桩的顶部。
2.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：反力梁的上下各设有腹板，腹板上带有横向布置的若干个肋板，并在对应试验桩及抗滑桩的位置处的肋板加密设置。
3.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：在抗滑桩上安装有马鞍形垫板，用于被连接钢筋从其马鞍形表面绕过并使马鞍形垫板与抗滑桩紧固贴合，并且连接钢筋对应地设置为与马鞍形垫板适配的形状。
4.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：在可调底托及可调顶托上各带有两根调节螺杆，与竖直支架螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的可调底托及可调顶托，其特征在于：可调底托及可调顶托为半圆结构，通过螺栓连接为一个整体。
6.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：所述承压板的内侧带有螺纹孔，用于与千斤顶固定连接。
7.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：所述压力传感器为柱式压力传感器。
8.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：在千斤顶和压力传感器上部分别安装水平水准管。
9.根据权利要求1所述的抗滑桩水平载荷试验装置，其特征在于：测斜管包括两个，设置在试验桩的顶部前后两侧。
10.一种利用抗滑桩水平载荷试验装置测量比例系数的方法，其特征在于，包括，
(1)绘制H0-ΔY0/ΔH0曲线
根据压力传感器读取的荷载数据及测斜管测得的位移数据绘制H0-ΔY0/ΔH0曲线；
(2)单桩水平承载力特征值Hcr
①.单桩水平承载力特征值Hcr可取H0-ΔY0/ΔH0曲线第一直线段终点对应的荷载；
②.当桩身不允许裂缝时，取水平临界荷载统计值的0.75倍为单桩水平承载力特征值；
③当桩身允许裂缝时，将单桩水平极限荷载统计值除以安全系数2为单桩水平承载力特征值，且桩身裂缝宽度应满足相关规范要求；
(3)m值的计算
m值对于同一根桩并非定值，与荷载呈非线性关系，低荷载水平下，m值较高，随着荷载增加，桩侧土塑性区逐渐扩展而降低，因此，m取值应与实际荷载，桩体允许位移相适应，抗滑桩属于低配筋率桩，其m值的计算应取临界荷载Hcr及对应位移xcr按下式计算：
式中：m——地基土水平抗力系数的比例系数，(MN/m4)，此m值为地面以下2(d+1)m范围内的综合m值；
Hcr——单桩水平临界荷载(kM)；
xcr——单桩水平临界荷载对应的桩顶位移(m)；
vx——桩顶位移系数，按规范查表确定；
b0——桩身计算宽度(m)；
方形桩：当边宽b≤1m时，b0＝1.5b+0.5；
当边宽b＞1m时，b0＝b+1；
α——桩的水平变形系数(m-1)；
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910923544.8A Pending CN110541438A (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 抗滑桩水平载荷试验装置及其测量比例系数的方法 |
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| CN (1) | CN110541438A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112459140A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-09 | 深圳智润新能源电力勘测设计院有限公司 | 一种基桩静载试验布桩方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030029073A (ko) * | 2003-02-21 | 2003-04-11 | (주)현이앤씨 | 배수 및 지반보강을 겸한 대구경 강성억지말뚝장치와공법 |
| CN106480908A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种微型桩水平静载试验装置及方法 |
| CN206512764U (zh) * | 2017-02-22 | 2017-09-22 | 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 | 一种于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统 |
| CN107938722A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-04-20 | 中交第二航务工程局有限公司 | 水平循环荷载对桩基础竖向承载力影响的现场试验方法 |
| CN208748711U (zh) * | 2018-07-16 | 2019-04-16 | 河北恒基建设工程质量检测有限公司 | 一种水平静载试验装置 |
| CN211257100U (zh) * | 2019-09-27 | 2020-08-14 | 兰州交通大学 | 一种抗滑桩水平载荷试验装置 |
-
2019
- 2019-09-27 CN CN201910923544.8A patent/CN110541438A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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