CN110700332A - 一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置及试验方法，该反力装置包括龙门架式反力梁和顶升装置，反力梁的底端通过锚杆锚固在地面上，顶升装置用于放置在既有建筑加固桩基的顶面上且位于反力梁的正下方以顶升反力梁，锚杆则提供抗拔力作为反力并均衡作用于顶升装置，顶升装置受到下压力并传递至既有建筑加固桩基，使既有建筑加固桩基均匀承受试验所要求的最大试验荷载。本发明实现了在既有建筑加固桩基静载试验中加固桩基与反力装置的连接，本装置不受场地空间限制，在既有建筑地下室空间受限的情况下，可替代传统的锚桩横梁反力装置和堆载法，易于施工和安装，可根据工程需要提供几十到几百吨以上不等的反力，安全可靠，方便快捷。

Description

一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置，还涉及该既有建筑加固桩基静载试验反力装置的试验方法。
背景技术
目前，我国的一、二线城市由于各种原因对既有建筑进行加固改造的工程日益增多，如既有建筑改扩建等，这对于原有基础地基承载力有了更高的要求。限于场地条件与层高，现有常采用微型钢管桩进行加固。但是随之而来的，在地下空间受限等情况下对加固后的基桩如何进行检测成为一个难题，尤其是单桩抗压承载力静载检测。
单桩抗压承载力静载试验是指在桩基顶部逐级施加竖直向下的压力，进而确定单桩在该方向上的极限承载力。传统基桩检测的反力装置有压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置和锚桩压重联合反力装置。但结合既有建筑的场地条件限制，压重平台反力装置即堆载法不可行，而锚桩横梁反力装置需要利用现有工程桩或重新进行打桩，该方法既受施工条件限制，也受施工成本限制，无法较好的实施，所以实际操作起来也不可行。
由于微型钢管桩具有地层适应性强、布置形式更灵活、施工占用场地小、成孔快及施工机械小型化等诸多优点，近年来在建筑物加固、基础托换等工程中得到越来越广泛的应用。而对于既有建筑地下室地基基础的加固，基于设计要求和施工条件的限制，微型钢管桩的优势更加明显。
近年来，随着各种建筑结构维修改造技术地不断发展，植筋技术得到了广大科技人员的关注。它是在需连接的旧混凝土构件上根据结构受力情况，确定植筋钢筋的数量、规格、位置，在旧构件上经过钻孔、清孔、注入植筋粘结剂，再安放所需钢筋，使钢筋与混凝土通过粘结剂粘结在一起，然后浇筑新混凝土，从而完成新旧钢筋混凝土的有效连接，达到共同作用、整体受力的目的。已有研究资料及工程应用实践证明，植筋具有性能可靠、操作简单、施工工期短的特点，对推动既有建筑物加固改造业的发展具有很大的现实意义及工程应用价值。
对于既有建筑地下室地基基础的加固，由于微型钢管桩具有地层适应性强、布置形式更灵活、施工占用场地小、成孔快及施工机械小型化等诸多优点，其应用越来越广泛。伴随而来的常规单桩抗压承载力静载试验方法在既有建筑物的特定背景下并不通用，但锚桩法优势明显，若根据既有建筑的特点，并结合植筋工艺进行技术改造，可作为既有建筑基桩检测技术研究的一个新方向。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种结构简单、成本低、安装便捷、安全性高、对试验场地要求低的既有建筑加固桩基静载试验反力装置。
本发明的第一个目的通过如下的技术方案来实现：一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：它包括龙门架式反力梁和顶升装置，所述反力梁的底端通过锚杆锚固在地面上，所述顶升装置用于放置在既有建筑加固桩基的顶面上且位于所述反力梁的正下方以顶升反力梁，所述锚杆则提供抗拔力作为反力并均衡作用于顶升装置，顶升装置受到下压力并传递至既有建筑加固桩基，使既有建筑加固桩基均匀承受试验所要求的最大试验荷载。
本发明实现了在既有建筑加固桩基静载试验中加固桩基与反力装置的连接，本装置不受场地空间限制，在既有建筑地下室空间受限的情况下，可替代传统的锚桩横梁反力装置和堆载法，易于施工和安装，可根据工程需要提供几十到几百吨以上不等的反力，解决了既有建筑基础加固后的基桩承载力检测难题，安全可靠，方便快捷，可广泛应用于既有建筑基础加固后的基桩承载力检测中，对推动既有建筑加固基桩承载力检测的发展起到了推动作用。
作为本发明的一种优选实施方式，所述反力梁主要由一横梁和一对竖梁组成，该对竖梁的上端分别连接在所述横梁的两端，所述竖梁的底端固定在钢垫板上，所述锚杆的上端与所述钢垫板连接，所述锚杆的下部则锚固于地层中。
作为本发明的一种优选实施方式，所述横梁和竖梁均采用H型钢，其中，在所述横梁的两翼缘之间设置加劲肋，所述加劲肋分别与两翼缘和腹板连接。
加劲肋设置在工作状态中竖向受力的位置上，即所述加劲肋设置在所述横梁上对应于竖梁和顶升装置的位置上。
作为本发明的一种优选实施方式，所述钢垫板的上表面上设有若干加劲板，所述加劲板沿所述竖梁的周边分布且其一侧固定在所述竖梁的侧壁上。
作为本发明的一种优选实施方式，在所述顶升装置与既有建筑加固桩基之间以及所述顶升装置与所述横梁之间分别设有承压钢板。
优选地，所述锚杆为螺杆，在所述钢垫板上开有螺孔，螺杆上端穿过螺孔由螺栓固定，而下部则伸入地层内锚固。螺杆是根据《规范》计算在混凝土底板通过植筋技术安装的植筋杆体，它是提供桩基静载试验反力的基础。
本发明的第二个目的在于提供一种上述既有建筑加固桩基静载试验反力装置的试验方法。
本发明的第二个目的通过如下的技术方案来实现：一种上述既有建筑加固桩基静载试验反力装置的试验方法，其特征在于具体包括以下步骤：
⑴根据验算结果选择既有建筑加固桩基静载试验反力装置；
⑵将龙门架式反力梁通过锚杆锚固在地面上；
⑶在既有建筑加固桩基上放置顶升装置；
⑷操作顶升装置，龙门架式反力梁受力顶起，锚杆提供抗拔力作为反力并均衡作用于顶升装置，顶升装置受到下压力并传递至既有建筑加固桩基，使既有建筑加固桩基均匀承受试验所要求的最大试验荷载。
作为本发明的一种优选实施方式，在所述步骤⑶中，在顶升装置与既有建筑加固桩基之间以及顶升装置与横梁之间分别设置承压钢板，且加固桩基的中心、承压钢板的中心、顶升装置的中心与反力梁的中心位于同一竖向直线上。
作为本发明的一种优选实施方式，在所述步骤⑵中，现场拼接组装龙门架式反力梁，即将一对竖梁焊接在横梁的两端，并在竖梁的底端焊接钢垫板，钢垫板通过锚杆锚固在地面上。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明实现了在既有建筑加固桩基静载试验中既有建筑加固桩基与反力装置的连接，该装置不受场地空间限制，在既有建筑地下室空间受限的情况下，可替代传统的锚桩横梁反力装置和堆载法，易于施工和安装，可根据工程需要提供几十到几百吨以上不等的反力，解决了既有建筑基础加固后的基桩承载力检测难题。
⑵本发明龙门架式反力梁与钢垫板通过焊接形式相连，钢垫板与锚杆通过在钢垫板上开设螺孔与螺杆使用螺栓固定形式相连，确保施工质量。
⑶本发明将既有建筑加固桩基静载试验反力装置的各构件单独运至现场进行焊接组装的方式进行安装，解决了设备吊装运输中存在的问题。
⑷本发明安装便捷、成本较低、安全性高，解决了既有建筑地下室空间受限的问题，将传统锚桩横梁反力装置技术与植筋技术相结合，提出既有建筑加固桩基静载试验反力装置技术，为实现既有建筑加固基桩承载力检测提供了技术支持。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明龙门架式反力梁的整体结构示意图之一(没有画出锚杆连接结构)；
图2是本发明钢垫板的俯视图；
图3是本发明钢垫板与锚杆连接示意图；
图4是本发明龙门架式反力梁的整体结构示意图之二(显示锚杆连接结构)；
图5是本发明既有建筑加固桩基静载试验反力装置进行试验时的结构示意图。
具体实施方式
如图1～5所示，是本发明一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置，它包括龙门架式反力梁1、顶升装置2、上承压钢板3和下承压钢板4，龙门架式反力梁1主要由一横梁5和一对竖梁6组成，具体的，横梁5采用水平向的H型钢，竖梁6采用竖向的H型钢，竖梁6焊接在横梁5的两端下表面上，在横梁5的两翼缘之间设置加劲肋7，加劲肋7分别与两翼缘和腹板焊接，加劲肋7具体设置在横梁5在工作状态中竖向受力的位置，即加劲肋7设置在横梁5上对应于竖梁6和顶升装置2的位置上。竖梁6的底端焊接在钢垫板8上，钢垫板8通过锚杆锚固在地面上，锚杆采用螺杆9，在钢垫板8上开有螺孔12，螺杆9上端穿过螺孔12由螺栓13固定，而下部则伸入地层内锚固，螺杆9实际上是按照《规范》计算在混凝土底板通过植筋技术安装的植筋杆体。在钢垫板8的上表面上设有若干加劲板11，加劲板11沿竖梁6的周边分布且其一侧固定在竖梁6的侧壁上。
在本实施例中，顶升装置2使用千斤顶，也可以选择其它具有刚性顶举重物功能的轻小起重设备。顶升装置2放置在既有建筑加固桩基10的顶面上且位于反力梁1的横梁5的正下方，顶升装置2直接顶升横梁5，上承压钢板3位于顶升装置2与横梁5之间，下承压钢板4位于顶升装置2与既有建筑加固桩基10之间，在顶升装置2的顶升过程中，螺杆9提供抗拔力作为反力并均衡作用于上承压钢板3、顶升装置2和下承压钢板4所组成的试验连接装置上，试验连接装置将下压力传递至既有建筑加固桩基10，使既有建筑加固桩基10均匀承受试验所要求的最大试验荷载。
在本实施例中，某工程最初设计地上五层，地下三层，建成后由于其它需要，拟进行加层，考虑到施工场地的限制，基础采用(壁厚8mm)的微型钢管桩进行加固，钢管桩材质采用Q235B，桩长为11～15m，嵌入微风化岩层，单桩抗压承载力特征值为900kN，最大试验荷载是单桩抗压承载力特征值的两倍，即为1800kN。
参见图5，一种上述既有建筑加固桩基静载试验反力装置的试验方法，具体包括以下步骤：
(1)根据验算结果选择既有建筑加固桩基静载试验反力装置；
具体的，根据《规范》对锚杆的植筋要求进行设计验算，也依据《规范》的距离要求对龙门架式反力梁的尺寸进行设计验算，根据验算结果选择试验反力装置；在本实施例中，锚杆提供反力，由于需承受最大试验荷载1800kN，故每侧应能提供至少F＝900kN的反力，本方案拟采用6根
Figure BDA0002220228940000054
钢筋，植入底板480mm，通过螺栓与竖梁底端固定，依据《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013植筋规定：
①强度计算：
Figure BDA0002220228940000051
Figure BDA0002220228940000052
②锚固深度计算：
ΨN＝ΨbrΨWΨT＝1.0×1.1×1.0＝1.1
Ψae＝1.0
ls＝0.2αsptdfy/fbd＝0.2×1.0×d×360/5.0＝14d
ld＝ΨNΨaels＝1.1×1.0×14d≈15d＝480mm，满足要求。
反力梁的设计应综合考虑承载力、间距和设备高度的要求，应既能满足承受最大试验荷载1800kN的要求，又能满足锚桩中心与受检桩中心的距离达到规范要求，也能满足千斤顶与横梁之间空隙在30mm内。根据《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008，受检桩、锚桩和基准桩之间的中心距离要求，水平向的H型钢尺寸为H700×400×20×30，长5500mm；两侧竖向的H型钢尺寸为H400×400×20×30，长1200mm。
⑵先将锚杆的上端通过开有螺孔的钢垫板由螺栓固定，下部则伸入地层内锚固，再现场拼接组装龙门架式反力梁，将龙门架式反力梁的竖梁底端焊接在钢垫板上；
⑶在既有建筑加固桩基上依次放置下承压钢板、千斤顶和上承压钢板，且加固桩基的中心、承压钢板的中心、顶升装置的中心与反力梁的中心位于同一竖向直线上；
⑷操作千斤顶，龙门架式反力梁受力顶起，锚杆提供抗拔力作为反力并均衡作用于由下承压钢板、千斤顶和上承压钢板组成的试验连接装置，试验连接装置受到下压力并传递至既有建筑加固桩基，使既有建筑加固桩基均匀承受试验所要求的最大试验荷载。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：它包括龙门架式反力梁和顶升装置，所述反力梁的底端通过锚杆锚固在地面上，所述顶升装置用于放置在既有建筑加固桩基的顶面上且位于所述反力梁的正下方以顶升反力梁，所述锚杆则提供抗拔力作为反力并均衡作用于顶升装置，顶升装置受到下压力并传递至既有建筑加固桩基，使既有建筑加固桩基均匀承受试验所要求的最大试验荷载。
2.根据权利要求1所述的既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：所述反力梁主要由一横梁和一对竖梁组成，该对竖梁的上端分别连接在所述横梁的两端，所述竖梁的底端固定在钢垫板上，所述锚杆的上端与所述钢垫板连接，所述锚杆的下部则锚固于地层中。
3.根据权利要求2所述的既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：所述横梁和竖梁均采用H型钢，其中，在所述横梁的两翼缘之间设置加劲肋，所述加劲肋分别与两翼缘和腹板连接。
4.根据权利要求3所述的既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：所述加劲肋设置在所述横梁上对应于竖梁和顶升装置的位置上。
5.根据权利要求4所述的既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：所述钢垫板的上表面上设有若干加劲板，所述加劲板沿所述竖梁的周边分布且其一侧固定在所述竖梁的侧壁上。
6.根据权利要求5所述的既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：在所述顶升装置与既有建筑加固桩基之间以及所述顶升装置与所述横梁之间分别设有承压钢板。
7.根据权利要求6所述的既有建筑加固桩基静载试验反力装置，其特征在于：所述锚杆为螺杆，在所述钢垫板上开有螺孔，螺杆上端穿过螺孔由螺栓固定，而下部则伸入地层内锚固。
8.一种根据权利要求1所述既有建筑加固桩基静载试验反力装置的试验方法，其特征在于具体包括以下步骤：
⑴根据验算结果选择既有建筑加固桩基静载试验反力装置；
⑵将龙门架式反力梁通过锚杆锚固在地面上；
⑶在既有建筑加固桩基上放置顶升装置；
⑷操作顶升装置，龙门架式反力梁受力顶起，锚杆提供抗拔力作为反力并均衡作用于顶升装置，顶升装置受到下压力并传递至既有建筑加固桩基，使既有建筑加固桩基均匀承受试验所要求的最大试验荷载。
9.根据权利要求8所述的试验方法，其特征在于：在所述步骤⑶中，在顶升装置与既有建筑加固桩基之间以及顶升装置与横梁之间分别设置承压钢板，且加固桩基的中心、承压钢板的中心、顶升装置的中心与反力梁的中心位于同一竖向直线上。
10.根据权利要求9所述的试验方法，其特征在于：在所述步骤⑵中，现场拼接组装龙门架式反力梁，即将一对竖梁焊接在横梁的两端，并在竖梁的底端焊接钢垫板，钢垫板通过锚杆锚固在地面上。
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