CN111287228A - 用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其步骤为：S1、焊接，焊接钢筋笼、自平衡载荷箱；S2、预埋；将焊接好的钢筋笼、自平衡载荷箱一起放在桩井内，并放置钢筋计、设置位移拉索以及竖直保护管A和竖直保护管B；S3、搭建基准梁塔，并设置位移传感器；S3、测量，分别在加载载荷和卸载载荷情况下进行测量；S4、计算；通过计算获得单桩竖向极限承载力，计算并形成传统桩顶Q—s曲线；计算获得钢筋应变量。本发明达到的有益效果是：能同时检测桩竖向抗压静载荷和桩负摩阻力、充分利用地层的侧摩阻力、通过钢筋计即可测出数据、测量精度高、成本低。

Description

用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法

技术领域

本发明涉及安装板结构技术领域，特别是用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法。

背景技术

在土木工程中，桩基础工程中测量桩承载力的通常包括静载荷测桩法和高应变动测法。在高应变动测法中更是细分有十多种方法，但是其精确度不高。

现有的桩侧摩阻力试验主要还是依靠堆载结合桩身埋设的钢筋计来测试，这就存在两个问题：问题一、若要使桩侧摩阻力充分发挥，采用传统堆载法需要大量的配重，配重的吊装和运输都需要大量的成本，而且对场地要求高；问题二、由于桩侧摩阻力越接近桩顶，发挥越充分，而靠近桩底部分，能桩侧摩阻力不能充分发挥，导致测出的数据偏小，而这部分桩周土往往能提供巨大的桩侧摩阻力。

为此本公司提供一种用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，在解决上述问题的同时更是区别于一般常见的自平衡静载荷测桩法，本方案能一次性地对竖向抗压静载荷与桩负摩擦力同时进行检测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供能同时检测桩竖向抗压静载荷和桩负摩阻力、充分利用地层的侧摩阻力、通过钢筋计即可测出数据、测量精度高、成本低的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其步骤为：

S1、焊接，焊接钢筋笼、自平衡载荷箱；

S11、焊接钢筋笼，所述钢筋笼呈圆筒状，包括主筋、环绕筋，多根主筋沿筒壁周向分布地竖直设置且其外通过环绕的环绕筋焊接固定；

S12、多个自平衡载荷箱焊接在钢筋笼的圆筒内，该自平衡载荷箱为组合式载荷箱，且该组合式载荷箱通过多根喇叭筋焊接固定在钢筋笼的内壁上，多根喇叭筋呈喇叭状；

S2、预埋；

S21、将步骤S1中焊接好的钢筋笼、自平衡载荷箱一起放在桩井内，在距离自平衡载荷箱的上下1.5m处周向布设有多个钢筋计，钢筋计经电缆与监控系统电连接；同时预埋混凝土应变计；

S22、自平衡载荷箱包括导流体及相连通的油管，油管从混凝土引出地面且经压力传感器后与液压泵站相连，压力传感器与监控系统电连接；

S23、安装位移拉索，根据自平衡载荷箱在桩井的深度选择不同长度的位移拉索，在自平衡载荷箱上方的钢上连接有上位移拉索，在自平衡载荷箱下方的钢上连接有多个下位移拉索，多个上位移拉索和下位移拉索对应地周向均匀分布设置；

S24、周向均匀布置多根引出桩井外的竖直保护管，竖直保护管通过外套位移拉索保持竖直度；

S25、浇铸混凝土，形成桩体；

S3、搭建基准梁塔；

S31、在桩井的正上方水平设置有基准梁，基准梁经铰接支座固定在基准桩上，基准桩固定在底面上；

S32、在竖直保护管中插有能自由上下移动的位移杆，位移杆的上端伸出竖直保护管外；

S32、在基准梁的下表面固定有多个与竖直保护管位置上下相对的支架，支架上固定有位移传感器，位移传感器对应地抵在位移杆的上端，位移传感器经数据线与监控系统相连；

S3、测量；

S31、加载；

S311、液压泵站通过油管向导流体通入液体进行多次加载，即分级加载，每即加载量为顶估最大加载量的1/10～1/15，且加载应均匀持续，每级加载载荷在维持过程中的变化幅度不得超过分级载荷载荷的10％；

S312、加载后测读并记录，每级加载后第1h内在第5min、10min、15min、30min、45min、60min时间点，通过监控系统测度位，之后每间隔30min测读一次，且达到相对稳定后方可加载下一级载荷；

S32、卸载；

S321、分多次卸载，即分级卸载，每次卸载量为2～3个加载级的载荷值，且每次卸载载荷在维持过程中的变化幅度不得超过分级卸载载荷的10％；

S322、卸载后测读并记录，每级卸载后第1h内在第5min、10min、15min、30min、45min、60min时间点，之后每间隔30min测读一次，且达到相对稳定后方可卸载下一级载荷，并且卸载到零后还需要观测3h；

S4、计算；

S41、根据步骤S3中的数据，计算得到单桩竖向极限承载力；

S42、自平衡载荷箱的位移量与相应的载荷值形成曲线，上段桩为Q⁺—s⁺曲线，下段桩为Q^－—s^－曲线，在根据位移协调原则，转换成传统桩顶Q—s曲线，同时绘出s-lgt曲线；

S43、采用弦式钢筋测量应变计，根据率定系数将钢筋计的实测频率换算成力值，再将力值换算成与钢筋计断面处混凝土应变相等的钢筋应变量。

进一步地，所述的步骤S41中，实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Q_u上和荷载箱下段桩的极限承载力Q_u下，按照相关规范中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

抗压：

式中：

Q_u：单桩竖向抗压极限承载力，单位kN；

Q_u上：荷载箱上段桩的实测极限承载力，单位kN；

Q_u下：荷载箱下段桩的实测极限承载力，单位kN；

W：荷载箱上段桩的自重；

γ：荷载箱上段桩侧阻力修正系数，对于粘土、粉土γ取0.8，对于砂土取0.7。

进一步地，所述的步骤S42中，桩身无轴力实测值等效转换方法采用如下公式计算：

桩顶等效荷载P为：

P＝(Q_u-W)/γ+Q_l

与等效桩顶荷载P对应的桩顶位移s为：

s＝s₁+Δs

其中上段桩身的弹性压缩量Δs为：

式中(下同)：

Q_u：对应上段桩Q_u-s_u曲线中位移绝对值等于s₁时的荷载，单位kN；

Q_l：荷载箱向下荷载，单位kN，可直接测定；

s₁：荷载箱向下位移，可直接测定，单位mm；

W：试桩荷载箱上部桩自重，单位kN；

γ：试桩上部桩土修正系数；L：上段桩长度，单位m；

E_P：桩身弹性模量；A_P：桩身截面面积，单位m²。

进一步地，所述的步骤S42中，

数据处理时，应删除异常测点数据，求出同一断面有效测点的应变平均值，并应按下式计算该断面处的桩身轴力：

Q_i＝ε_i·E_i·A_i

式中：Q—桩身第i断面处轴力，单位kN；

ε_i—第i断面处应变平均值，长期监测时应消除桩身徐变影响；

E_i—第i断面处桩身材料弹性模量，单位kPa；当混凝土桩桩身测量断面与标定断面两者的材质、配筋一致时，应按标定断面处的应力与应变的比值确定；

A_i—第i断面处桩身截面面积，单位m²；

每级试验荷载下，应将桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。桩侧土的分层侧阻力和桩端阻力应分别按下列公式计算：

式中：q_si—桩第i断面与i+1断面间侧阻力，单位kPa；

q_p—桩的端阻力，单位kPa；

i-桩检测断面序号，i＝1，2，3……，n，并桩顶以下从小到大排列；

u—桩身周长，单位m；

l_i—第i断面与第i+1断面之间的桩长，单位m；

Q_n—桩端的轴力，单位kN；

A₀—桩端面积，单位m²。

进一步地，所述的每级加载或者卸载，其位移量在对应的时间内均不大于0.1mm。

进一步地，所述的监控系统包括数据记录器和显示器，位移传感器与数据记录器相连，数据记录器与显示器相连；所述钢筋计和压力传感器均与数据记录器相连。

优选地，所述的喇叭筋与平衡载荷箱的平面夹角大于60°，其数量不小于主筋的数量。

优选地，所述的油管为高压软管，其两端接头为24°锥M14×1.5。

优选地，所述的钢筋笼外，在距离自平衡载荷箱上下各2m处，采用箍筋缠绕焊接加密处理。

优选地，所述的自平衡载荷箱上方和下方处每个断面的钢筋计均对称布置，且每个断层有四只钢筋计。

本发明具有以下优点：

(1)能同时检测单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力，节约时间、人工成本；

(2)由于在制作钢筋笼阶段就事先埋设好自平衡盒和钢筋计，在浇筑混凝土达到强度以后就可以进行试验，无需其他的配重，节约大量成本；

(3)自平衡盒埋设在靠近桩底且能提供巨大桩侧摩阻力的地层中，使得该部分地层的侧摩阻力能充分发挥，再通过钢筋计就能测试得出准确的数据，设计采用此数据会更加经济合理；

(4)竖直保护管通过位移拉绳保证竖直度，从而能保证位移杆的竖直度，使得位移杆在测量时沿竖直方向上下移动而非有角度地倾斜移动，测量精度高；

(5)通过在地面搭建基准梁塔作为测量的参考，一方面是搭建方面，另一方面是地面作为参考精度高，当出现误差时能够及时修复、补救，便于操作；

(6)在加载时，进行分级加载，且加载量为顶估最大加载量的1/10～1/15，能充分保证均匀持续加载，使得每级加载的变化幅度小，便于提高测量精度；在卸载时，分级卸载，每次卸载量为2～3个加载级的载荷值，同样使每级卸载幅度小，提高测量精度；

(7)喇叭筋与自平衡载荷箱的角度设置、以及喇叭经与主筋的数量设置，保证沿竖直方向的分力强度，使得沿竖直方向有足够大的力，这些足够大的力使得沿竖直方向位移明显，便于测量；同时，在自平衡载荷箱处的钢筋笼外还采用箍筋焊接加密集处理，这样做能有效防止在测量时桩外涨变形从而使得高度会发生变形，影响高度方向的测量精度。

附图说明

图1为自平衡载荷箱、钢筋计在钢筋笼上设置的结构示意图；

图2为自平衡载荷箱在钢筋笼上设置的结构示意图；

图3为钢筋计在钢筋笼上分布的截面示意图；

图4为自平衡测量的结构示意图；

图5为基准梁塔的结构示意图；

图6为Q-s曲线；

图7为s-lgt曲线；

图8为试桩轴力分布曲线图；

图9为试桩侧阻力分布曲线图；

图10为位移传感器测量的结构示意图；

图中：1-主筋，2-环绕筋，4-箍筋，5-自平衡载荷箱，501-导流体，502-油管，6-喇叭筋，7-钢筋计，8-桩体，9-压力传感器，10-液压泵站，11-监控系统，12-基准梁，13-铰接支座，14-基准桩，15-支架，16-位移传感器，17-位移杆，18-数据记录器，19-显示器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～10图所示，用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其步骤为：

S1、焊接，焊接钢筋笼、自平衡载荷箱5；

S11、焊接钢筋笼，所述钢筋笼呈圆筒状，包括主筋1、环绕筋2，多根主筋1沿筒壁周向分布地竖直设置且其外通过环绕的环绕筋2焊接固定；钢筋笼外，在距离自平衡载荷箱5上下各2m处，采用箍筋4缠绕焊接加密处理，箍紧4之间的间距小于10cm；同时要求焊接时钢筋笼与自平衡载荷箱5必须保证垂直，偏心度控制在5°之内；

S12、多个自平衡载荷箱5焊接在钢筋笼的圆筒内，该自平衡载荷箱5为组合式载荷箱，且该组合式载荷箱通过多根喇叭筋6焊接固定在钢筋笼的内壁上，多根喇叭筋6呈喇叭状，喇叭筋6与平衡载荷箱5的平面夹角大于60°，其数量不小于主筋1的数量；

S2、预埋；

S21、将步骤S1中焊接好的钢筋笼、自平衡载荷箱5一起放在桩井内，在距离自平衡载荷箱5的上下1.5m处周向布设有多个钢筋计7，钢筋计7经电缆与监控系统11电连接；优选地，自平衡载荷箱5上方和下方处每个断面的钢筋计7均对称布置，且每个断层有四只钢筋计7；同时预埋混凝土应变计；

S22、自平衡载荷箱5包括导流体501及相连通的油管502，油管502从混凝土引出地面且经压力传感器9后与液压泵站10相连，压力传感器9与监控系统11电连接；油管502为高压软管，其两端接头为24°锥M14×1.5；

S23、安装位移拉索，根据自平衡载荷箱5在桩井的深度选择不同长度的位移拉索，在自平衡载荷箱5上方的钢上连接有上位移拉索，在自平衡载荷箱5下方的钢上连接有多个下位移拉索，多个上位移拉索和下位移拉索对应地周向均匀分布设置；

S24、周向均匀布置多根引出桩井外的竖直保护管，竖直保护管通过外套位移拉索保持竖直度，即通过上位移拉索、下位移拉索将竖直保护管掉起来；

S25、浇铸混凝土，检测桩混凝土标高按设计要求，导管通过自平衡载荷箱5到达桩端浇捣混凝土，当混凝土接近自平衡载荷箱5时，拔导管速度应放慢，当自平衡荷载箱5上部混凝土高度大于2.5m时导管底端方可拔过自平衡荷载箱，浇混凝土至设计桩顶；自平衡载荷箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在自平衡荷载箱处上翻，形成桩体8；当钢筋笼下放完毕要现场开始检测有差不多半个月以上的休止期，需要在桩头做好警示标记，保护油管502，竖直保护管封头，防止水泥浆漏入，保证管线不受破坏；

S3、搭建基准梁塔；

S31、在桩井的正上方水平设置有基准梁12，基准梁12经铰接支座13固定在基准桩14上，基准桩14固定在底面上；

S32、在竖直保护管中插有能自由上下移动的位移杆17，位移杆17的上端伸出竖直保护管B外；

S32、在基准梁12的下表面固定有多个与竖直保护管位置上下相对的支架15，支架15上固定有位移传感器16，位移传感器16对应地抵在位移杆17的上端，位移传感器16经数据线与监控系统11相连，由于竖直保护管的竖直度高，因此位移杆17的竖直度也高，位移杆17的上下动作时沿竖直方向的，若角度有偏差则可能是倾斜下降的，影响测量精度；

S3、测量；

S31、加载；

S311、液压泵站10通过油管502向导流体501通入液体进行多次加载，即分级加载，每即加载量为顶估最大加载量的1/10～1/15，且加载应均匀持续，每级加载载荷在维持过程中的变化幅度不得超过分级载荷载荷的10％；

S312、加载后测读并记录，每级加载后第1h内在第5min、10min、15min、30min、45min、60min时间点，通过监控系统11测度位，之后每间隔30min测读一次，且达到相对稳定后方可加载下一级载荷；

S32、卸载；

S321、分多次卸载，即分级卸载，每次卸载量为2～3个加载级的载荷值，且每次卸载载荷在维持过程中的变化幅度不得超过分级卸载载荷的10％；

S322、卸载后测读并记录，每级卸载后第1h内在第5min、10min、15min、30min、45min、60min时间点，之后每间隔30min测读一次，且达到相对稳定后方可卸载下一级载荷，并且卸载到零后还需要观测3h；

S4、计算；

S41、根据步骤S3中的数据，计算得到单桩竖向极限承载力；

S42、自平衡载荷箱5的位移量与相应的载荷值形成曲线，上段桩为Q⁺—s⁺曲线，下段桩为Q^－—s^－曲线，在根据位移协调原则，转换成传统桩顶Q—s曲线，同时绘出s-lgt曲线；

S43、采用弦式钢筋测量应变计，根据率定系数将钢筋计的实测频率换算成力值，再将力值换算成与钢筋计断面处混凝土应变相等的钢筋应变量。

进一步地，所述的步骤S41中，实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Q_u上和荷载箱下段桩的极限承载力Q_u下，按照相关规范中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

抗压：

式中：

Q_u：单桩竖向抗压极限承载力，单位kN；

Q_u上：荷载箱上段桩的实测极限承载力，单位kN；

Q_u下：荷载箱下段桩的实测极限承载力，单位kN；

W：荷载箱上段桩的自重；

γ：荷载箱上段桩侧阻力修正系数，对于粘土、粉土γ取0.8，对于砂土取0.7。

进一步地，所述的步骤S42中，桩身无轴力实测值等效转换方法采用如下公式计算：

桩顶等效荷载P为：

P＝Q_u-W/γ+Q_l

与等效桩顶荷载P对应的桩顶位移s为：

s＝s₁+Δs

其中上段桩身的弹性压缩量Δs为：

式中下同：

Q_u：对应上段桩Q_u-s_u曲线中位移绝对值等于s₁时的荷载，单位kN；

Q_l：荷载箱向下荷载，单位kN，可直接测定；

s₁：荷载箱向下位移，可直接测定，单位mm；

W：试桩荷载箱上部桩自重，单位kN；

γ：试桩上部桩土修正系数；L：上段桩长度，单位m；

E_P：桩身弹性模量；A_P：桩身截面面积，单位m²。

进一步地，所述的步骤S42中，

数据处理时，应删除异常测点数据，求出同一断面有效测点的应变平均值，并应按下式计算该断面处的桩身轴力：

Q_i＝ε_i·E_i·A_i

式中：Q—桩身第i断面处轴力，单位kN；

ε_i—第i断面处应变平均值，长期监测时应消除桩身徐变影响；

E_i—第i断面处桩身材料弹性模量，单位kPa；当混凝土桩桩身测量断面与标定断面两者的材质、配筋一致时，应按标定断面处的应力与应变的比值确定；

A_i—第i断面处桩身截面面积，单位m²；

每级试验荷载下，应将桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。桩侧土的分层侧阻力和桩端阻力应分别按下列公式计算：

式中：q_si—桩第i断面与i+1断面间侧阻力，单位kPa；

q_p—桩的端阻力，单位kPa；

i-桩检测断面序号，i＝1，2，3……，n，并桩顶以下从小到大排列；

u—桩身周长，单位m；

l_i—第i断面与第i+1断面之间的桩长，单位m；

Q_n—桩端的轴力，单位kN；

A₀—桩端面积，单位m²。

进一步地，所述的每级加载或者卸载，其位移量在对应的时间内均不大于0.1mm。

进一步地，所述的监控系统11包括数据记录器18和显示器19，位移传感器16与数据记录器18相连，数据记录器18与显示器19相连；所述钢筋计7和压力传感器9均与数据记录器18相连。

本方案中，测量仪器设备包括加载设备和位移测量装置。采用自平衡载荷箱5作为加载装置，采用位移拉绳以及位移杆17、位移传感器16作为位移测量装置。另外利用钢筋计7和压力传感器9的数据作为计算数据。

其中，自平衡载荷箱5同钢筋笼外径一致，高约40cm，行程约18cm，直径和加载面积的设计，充分兼顾加载液压的中低压力和桩体试验后的高承载能力。优选采用欧感荷载箱，其通过内置的特殊增压技术设计，以很低的油压压强，产生很大的加载力，从而能够极大地降低加载系统的故障率。

其中，每个自平衡载荷箱5对应4只位移传感器16，2只用于测量桩身荷载箱处的向上位移，2只用于测量桩身荷载箱处的向下位移。

自平衡载荷箱5需要对上下导流体进行预浇混凝土，步骤为：一、将组合式荷载箱导流体朝上，放置在平整地面上，放置时保护好位移管线；二、将混凝土灌入导流体内，然后用振动棒充分捣实，混凝土强度不低于桩身混凝土强度；三、灌注完成10小时内，不得移动荷载箱；四、待一面导流体内混凝土凝固后，用吊车翻转，浇筑另一面导流体。

在预埋钢筋计7(即钢筋应变计)和混凝土应变计时，根据地勘资料勘探孔揭示的地层情况，在不同地层分界处布设钢筋计，在同一较厚的地层里，按照实际情况等间距均匀布设钢筋计，在距埋设自平衡箱位置上下1.5m处，上下两侧各布置两个断面的钢筋计，用于量测钢筋竖向应力和桩身应变，进而推算桩身轴力和桩身侧摩阻力。每一个断面对称布设4只钢筋计。

本实施例中，位移拉索：根据荷载箱的安装深度，配套位移拉索的长度。上下位移拉索分别固定在荷载箱的上下方钢上，呈90度布置，分别用于测量桩体上下位移。

b、位移杆：采用内杆外套护管的方式，根据孔深设计长度，顺着钢筋笼连接至地面，采用丝扣连接。呈90度布置，分别用于测量桩体上下位移。

c、油管：预先盘好在荷载箱处，待下钢筋笼时连续盘开，绑扎至地面。所用油管为高压软管，油管两端接头为24°锥M14x1.5。

d、钢筋笼盘筋加密：为提高荷载箱上下面的抗压强度，在荷载箱上下各2米范围内，对钢筋笼横向箍筋进行加密处理，使其间距小于10cm。

要选择适合的测桩时间，一般在桩身混凝土强度不低于设计要求强度的85％(一般砂土不少于15d，粉土粘土不少于20d，淤泥不少于25d)后，方可开始作自平衡检测；本项目钻孔灌注桩龄期达超过15d或达到设计强度时，进行自平衡测试，测试桩基承载力。同时需要满足测桩条件：检测前应先采用小应变法或超声波法对桩身作完整性检测，以确定桩身有无缩颈、断桩和所浇灌的混凝土有无大的蜂窝、孔洞等缺陷；排除操作环境如温湿度、电磁干扰、振动冲击等对设备、仪器检测过程中的干扰；在检测符合要求后，方可开始作自平衡检测。

在检测前，要确保监控系统11以及液压泵站10的正常使用，现场需配备一只电压稳定不间断三相四线制配电箱。配电箱带漏电保护，有380V、220V两种电源，容量不小于10kw。在开始检测时，加载流程及时间应符合相关规范的规定。检测用仪器设备应在检定或校准周期的有效期内，检测前应对仪器设备检查调试。检测所使用的仪器仪表及设备应具备检测工作所必须的防尘、防潮、防震等功能，并能在-10℃～40℃温度范围内正常工作。测压传感器或压力表精度均应优于或等于0.4级，量程不应小于60MPa，压力表、油泵、油管在最大加载时的压力不应超过规定工作压力的80％。位移传感器宜采用电子百分表或电子千分表，测量误差不得大于0.1％FS，分辨力优于或等于0.01mm。

在测试完成后，要求利用桩内超声波管道对桩底采用高压注浆泵压注C35水泥浆液，水泥浆液与沉渣起物理化学反应使之固化，使得桩底土体密实，并填充荷载箱，从而使得钻孔灌注桩单桩极限承载力获得提高并保证桩身完整性。水泥浆液中掺加适量外加剂以减少水的用量，保证水泥浆的流动性，并使水泥浆注入土中尽快固结。压浆主要控制指标：压浆压力3MPa左右，稳压15min。

现选取，桩径为800mm、桩长为16m的试桩利用上述方法进行测量：

通过上位移拉索和下位移拉索，获得的单桩竖向抗压静载荷试验汇总表，如表一所示，经计算得到，下桩最大沉降量为1.83mm，下桩最大回弹量为0.89mm，下桩回弹率为48.4％，上桩最大上拔量为0.94mm，上桩最大回弹量为0.58mm，上桩回弹率为62.0％；上桩即为上段桩，下桩即为下段桩。

经计算及转化后，制得Q-s曲线，如图6所示；制得s-lgt曲线，如图7所示。

通过位移杆、钢筋计7，并通过计算，获得桩体轴力汇总表，如表二所示，其轴力分布曲线如图8所示，下桩最大轴力为3840kN，下桩最大轴力处为13.1m(距桩顶)，上桩最大轴力为3891kN，上桩最大轴力处为11.7m(距桩顶)。获得桩周侧摩阻力汇总表，如表三所示，其侧阻力分布曲线如图9所示，下桩最大侧摩阻力：卵石土(密实)300.9kPa；上桩最大侧摩阻力：素填土8.6kPa；卵石土(稍密)81.6kPa；(中密)121.2kPa；(密实)239.4kPa。

表一 单桩竖向抗压静载荷试验汇总表

表二 桩体轴力汇总表

表三 桩周侧摩阻力汇总表

Claims (10)

1.用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：其步骤为：

S1、焊接，焊接钢筋笼、自平衡载荷箱(5)；

S11、焊接钢筋笼，所述钢筋笼呈圆筒状，包括主筋(1)、环绕筋(2)，多根主筋(1)沿筒壁周向分布地竖直设置且其外通过环绕的环绕筋(2)焊接固定；

S12、多个自平衡载荷箱(5)焊接在钢筋笼的圆筒内，该自平衡载荷箱(5)为组合式载荷箱，且该组合式载荷箱通过多根喇叭筋(6)焊接固定在钢筋笼的内壁上，多根喇叭筋(6)呈喇叭状；

S2、预埋；

S21、将步骤S1中焊接好的钢筋笼、自平衡载荷箱(5)一起放在桩井内，在距离自平衡载荷箱(5)的上下1.5m处周向布设有多个钢筋计(7)，钢筋计(7)经电缆与监控系统(11)电连接；同时预埋混凝土应变计；

S22、自平衡载荷箱(5)包括导流体(501)及相连通的油管(502)，油管(502)从混凝土引出地面且经压力传感器(9)后与液压泵站(10)相连，压力传感器(9)与监控系统(11)电连接；

S23、安装位移拉索，根据自平衡载荷箱(5)在桩井的深度选择不同长度的位移拉索，在自平衡载荷箱(5)上方的钢上连接有上位移拉索，在自平衡载荷箱(5)下方的钢上连接有多个下位移拉索，多个上位移拉索和下位移拉索对应地周向均匀分布设置；

S24、周向均匀布置多根引出桩井外的竖直保护管，竖直保护管通过外套位移拉索保持竖直度；

S25、浇铸混凝土，形成桩体(8)；

S3、搭建基准梁塔；

S31、在桩井的正上方水平设置有基准梁(12)，

基准梁(12)经铰接支座(13)固定在基准桩(14)上，基准桩(14)固定在底面上；

S32、在竖直保护管中插有能自由上下移动的位移杆(17)，位移杆(17)的上端伸出竖直保护管外；

S32、在基准梁(12)的下表面固定有多个与竖直保护管位置上下相对的支架(15)，支架(15)上固定有位移传感器(16)，位移传感器(16)对应地抵在位移杆(17)的上端，位移传感器(16)经数据线与监控系统(11)相连；

S3、测量；

S31、加载；

S311、液压泵站(10)通过油管(502)向导流体(501)通入液体进行多次加载，即分级加载，每即加载量为顶估最大加载量的1/10～1/15，且加载应均匀持续，每级加载载荷在维持过程中的变化幅度不得超过分级载荷载荷的10％；

S312、加载后测读并记录，每级加载后第1h内在第5min、10min、15min、30min、45min、60min时间点，通过监控系统(11)测度位，之后每间隔30min测读一次，且达到相对稳定后方可加载下一级载荷；

S32、卸载；

S321、分多次卸载，即分级卸载，每次卸载量为2～3个加载级的载荷值，且每次卸载载荷在维持过程中的变化幅度不得超过分级卸载载荷的10％；

S322、卸载后测读并记录，每级卸载后第1h内在第5min、10min、15min、30min、45min、60min时间点，之后每间隔30min测读一次，且达到相对稳定后方可卸载下一级载荷，并且卸载到零后还需要观测3h；

S4、计算；

S41、根据步骤S3中的数据，计算得到单桩竖向极限承载力；

S42、自平衡载荷箱(5)的位移量与相应的载荷值形成曲线，上段桩为Q⁺—s⁺曲线，下段桩为Q^－—s^－曲线，在根据位移协调原则，转换成传统桩顶Q—s曲线，同时绘出s-lgt曲线；

S43、采用弦式钢筋测量应变计，根据率定系数将钢筋计的实测频率换算成力值，再将力值换算成与钢筋计断面处混凝土应变相等的钢筋应变量。

2.根据权利要求1所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的步骤S41中，实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Q_u上和荷载箱下段桩的极限承载力Q_u下，按照相关规范中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

抗压：

式中：

Q_u：单桩竖向抗压极限承载力，单位kN；

Q_u上：荷载箱上段桩的实测极限承载力，单位kN；

Q_u下：荷载箱下段桩的实测极限承载力，单位kN；

W：荷载箱上段桩的自重；

γ：荷载箱上段桩侧阻力修正系数，对于粘土、粉土γ取0.8，对于砂土取0.7。

3.根据权利要求1所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的步骤S42中，桩身无轴力实测值等效转换方法采用如下公式计算：

桩顶等效荷载P为：

P＝(Q_u-W)/γ+Q_l

与等效桩顶荷载P对应的桩顶位移s为：

s＝s₁+Δs

其中上段桩身的弹性压缩量Δs为：

式中(下同)：

Q_u：对应上段桩Q_u-s_u曲线中位移绝对值等于s₁时的荷载，单位kN；

Q_l：荷载箱向下荷载，单位kN，可直接测定；

s₁：荷载箱向下位移，可直接测定，单位mm；

W：试桩荷载箱上部桩自重，单位kN；

γ：试桩上部桩土修正系数；L：上段桩长度，单位m；

E_P：桩身弹性模量；A_P：桩身截面面积，单位m²。

4.根据权利要求1所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的步骤S42中，

数据处理时，应删除异常测点数据，求出同一断面有效测点的应变平均值，并应按下式计算该断面处的桩身轴力：

Q_i＝ε_i·E_i·A_i

式中：Q—桩身第i断面处轴力，单位kN；

ε_i—第i断面处应变平均值，长期监测时应消除桩身徐变影响；

E_i—第i断面处桩身材料弹性模量，单位kPa；当混凝土桩桩身测量断面与标定断面两者的材质、配筋一致时，应按标定断面处的应力与应变的比值确定；

A_i—第i断面处桩身截面面积，单位m²；

每级试验荷载下，应将桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。桩侧土的分层侧阻力和桩端阻力应分别按下列公式计算：

式中：q_si—桩第i断面与i+1断面间侧阻力，单位kPa；

q_p—桩的端阻力，单位kPa；

i-桩检测断面序号，i＝1，2，3……，n，并桩顶以下从小到大排列；

u—桩身周长，单位m；

l_i—第i断面与第i+1断面之间的桩长，单位m；

Q_n—桩端的轴力，单位kN；

A₀—桩端面积，单位m²。

5.根据权利要求4或5所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的每级加载或者卸载，其位移量在对应的时间内均不大于0.1mm。

6.根据权利要求5所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的监控系统(11)包括数据记录器(18)和显示器(19)，位移传感器(16)与数据记录器(18)相连，数据记录器(18)与显示器(19)相连；所述钢筋计(7)和压力传感器(9)均与数据记录器(18)相连。

7.根据权利要求6所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的喇叭筋(6)与平衡载荷箱(5)的平面夹角大于60°，其数量不小于主筋(1)的数量。

8.根据权利要求7所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的油管(502)为高压软管，其两端接头为24°锥M14×1.5。

9.根据权利要求5所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的钢筋笼外，在距离自平衡载荷箱(5)上下各2m处，采用箍筋(4)缠绕焊接加密处理。

10.根据权利要求8所述的用于单桩竖向抗压静载荷及桩负摩阻力检测的自平衡方法，其特征在于：所述的自平衡载荷箱(5)上方和下方处每个断面的钢筋计(7)均对称布置，且每个断层有四只钢筋计(7)。

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