CN113431104B - 利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置及方法，该试验装置包括设置在地基土中的多根工程桩、连接全部所述工程桩桩顶的承台以及设置在所述地基土中的至少一根试验桩以及设置在每根试验桩桩顶与承台之间的千斤顶，该试验装置还包括用于测量所述试验桩沉降量的位移测量系统。该试验装置利用承台自重和工程桩作为反力装置，摒弃了传统堆载法架设大面积加载平台和巨大堆载，因此能最大限度地消除安全隐患，确保工程和试验安全，节省工作时间。

Description

利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置及方法

技术领域

本发明属于单桩抗压静载试验技术领域，尤其涉及一种利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置及方法。

背景技术

桩基是重要建筑物最常用的基础形式，如铁路和公路桥梁，几乎都采用桩基础，在软土地区更是如此。而我国软土分布十分广泛，并且主要位于沿海、平原地带、内陆湖盆、洼地及河流两岸地带，这些地区是经济发达，人口密集和市政、房屋、交通等基础设施建设密集区。软土具有承载力低，变形大，地基易失稳的特性，当单桩竖向抗压静载试验加载值需大吨位时(高达上1000t)，采用传统静载试验(堆载法、锚桩法)存在成本高(运输、安装、地基加固等)、工程量大、周期较长、安全难以得到保障的问题。采用自平衡法又存在不能直接获得单桩抗压极限承载力、提供设计参数、获得荷载传递规律等缺点。

综上，有必要对现有单桩静载试验装置及方法作出改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置及方法，该试验装置利用承台自重和工程桩作为反力装置，摒弃了传统堆载法架设大面积加载平台和巨大堆载，因此能最大限度地消除安全隐患，确保工程和试验安全，节省工作时间。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置，包括设置在地基土中的多根工程桩、连接全部所述工程桩桩顶的承台以及设置在所述地基土中的至少一根试验桩；

每根所述试验桩与所述承台之间均设有千斤顶，该试验装置还包括用于测量所述试验桩沉降量的位移测量系统。

具体的，所述位移测量系统包括位移导杆以及百分表，所述承台中竖直设有贯通的导向通道，所述位移导杆滑动穿插在所述导向通道中并与所述试验桩固定连接，所述百分表固定设置在地面上，用于测量所述位移导杆的移动量。

具体的，所述承台设置在承台基坑中，所述地面上设有横跨所述承台基坑的基准梁，所述基准梁的两端通过设置在地面上的基准桩支撑，所述百分表固定设置于所述基准梁上。

具体的，所述承台中预埋有第二保护管，所述第二保护管的内腔构成所述导向通道。

具体的，所述承台内还预埋有第一保护管，所述千斤顶的油管从所述第一保护管穿出后与所述承台上的油泵连接。

具体的，每根所述试验桩的桩身长度不同。

具体的，所述工程桩的数量为四根，分别设置在所述承台的四个顶角处。

具体的，每根所述试验桩的桩顶上设有试桩帽，所述试桩帽上设有定位钢板，所述千斤顶通过定位销固定安装在所述定位钢板上。

具体的，所述承台与所述试验桩之间还设有将所述千斤顶的侧部密封的侧封板，所述千斤顶与所述承台之间设有加强板。

利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验方法，用于对单桩进行静载试验，包括：1)按要求施工工程桩和试验桩，工程桩距离试验桩中心距满足规范最小间距要求；2)承台基坑开挖、破桩头并在桩头顶部安装定位钢板；3)在定位钢板上安装千斤顶；4)施工承台，等承台混凝土达到设计强度后，安装用于测量试验桩沉降量的位移测量系统，并将千斤顶的油管连接至油泵，开展静载试验。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

安全经济：可充分利用承台自重为压重和工程桩为锚桩提供反力，摒弃了传统方法要人工架设大面积加载平台和堆载，能最大限度地消除安全隐患，确保工程与试验安全；由于可充分利用现有承台自重和工程桩为锚桩提供反力，能节约荷载平台、堆载和支墩等材料费用及其搬运、起吊、安装和支墩地基处理等费用，相应节省工作时间，经济可靠。

承载机理明确：加载作用下试验桩的工作机理与抗压工程桩一致，能通过试验客观、真实和直接地揭示桩的承载能力与变形性质。

适应性强：对深厚软弱地基，无需为满足传统堆载法支墩的承载力要求，事先对软弱地基进行加固处理，对试验场地地基的适应强。

测试精度提高：试验场地无大面积堆载和支墩集中压力作用，减少了软弱地基条件下支墩集中压力对试验桩地基附加应力和变位的影响，减少了试验时外界因素的干扰，可进一步提高试验测试位移的精度。

工作环境友好：试验时，加载和数据测试都在坚实平坦的承台顶面进行，工作环境踏实友好。

综上，本申请直接利用已有承台和工程桩作为反力装置，解决了深厚软弱地基大吨位桥梁单桩竖向承载力现场试验检测工作难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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本发明实施例提供的单桩静载试验立面图；

图2本发明实施例提供的单桩静载试验平面图；

图3本发明实施例涉及的工程桩和试验桩施工后的示意图；

图4本发明实施例中承台基坑开挖和桩头加固和加宽后的示意图；

图5本发明实施例提供的千斤顶和加强板安装后的示意图；

图6本发明实施例涉及的第一保护管、第二保护管、油管、位移导杆安装及侧封板焊接后的示意图；

图7本发明实施例中承台施工后的示意图；

图8本发明实施例中位移测量系统安装后的示意图；

其中：1、试验桩；2、试桩帽；3、定位钢板；4、加强板；5、定位销；6、千斤顶；7、侧封板；8、油管；9、第一保护管；10、位移导杆；11、第二保护管；12、承台；13、工程桩；14、基准梁；15、基准桩；16、百分表；17、油泵；18、承台基坑；19、地面。

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作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1和图2，一种利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置，包括设置在地基土中的多根工程桩13、连接全部工程桩13桩顶的承台12以及设置在地基土中的至少一根试验桩1，每根试验桩1与承台12之间均设有千斤顶6，该试验装置还包括用于测量试验桩1沉降量的位移测量系统。

具体的，位移测量系统包括位移导杆10以及百分表16，承台12中竖直设有贯通的导向通道，位移导杆10滑动穿插在导向通道中并与试验桩1固定连接，百分表16固定设置在地面19上，用于测量位移导杆10的移动量，千斤顶6对试验桩1加载后，试验桩1下沉，进而带动位移导杆10在导向通道内联动，位移导杆10的移动量通过百分表16测量出，位移导杆10的移动量即为静载试验过程中试验桩1的沉降量。

参见图1在一些可能实施的方案中，为提高测量的准确性，承台12设置在承台基坑18中，地面19上设有横跨承台基坑18的基准梁14，基准梁14的两端通过设置在地面19上的基准桩15支撑，百分表16固定在基准梁14上，百分表16固定在基准梁14上，千斤顶6加载时，百分表16的位置是固定不变的，因此可以测量出试验桩1的绝对沉降量。

参见图1可以理解的是，在承台12中预埋有第二保护管11，第二保护管11的内腔构成导向通道，承台12内还预埋有第一保护管9，千斤顶6的油管8从第一保护管9穿出后与承台12上的油泵17连接。

本实施例中，在承台12内均预留有供油管8和位移导杆10穿插的保护管，千斤顶6加载的控制及位移的测量均可以在承台12顶部完成，操作方便。

具体的，试验桩1设置在工程桩群桩的中央处，每根试验桩1的桩身长度是不同的，工程桩13的数量为四根，分别设置在所述承台12的四个顶角处。

参见图1具体的，每根试验桩1的桩顶上设有试桩帽2，试桩帽2上设有定位钢板3，千斤顶6通过定位销5固定安装在定位钢板3上，承台12与试验桩1之间还设有将千斤顶6的侧部密封的侧封板7，千斤顶6与承台12之间设有加强板4，定位钢板3、侧封板7和加强板4围成对千斤顶6进行保护的保护腔。

本申请提供的单桩静载试验装置，按要求施工工程桩和位于群桩中的试桩，处理试桩桩头，桩头顶安装千斤顶并嵌入群桩承台，充分利用了承台自重和工程桩作为锚桩提供反力实现竖向抗压静载试验加载。

利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验方法，用于对单桩进行静载试验，包括：1)按要求施工工程桩13和试验桩1，工程桩13距离试验桩1中心距满足规范最小间距要求；2)承台基坑18开挖、破桩头并在桩头顶部安装定位钢板3；3)在定位钢板3上安装千斤顶6；4)施工承台12，等承台混凝土达到设计强度后，安装用于测量试验桩1沉降量的位移测量系统，并将千斤顶6的油管8连接至油泵17，开展静载试验。

具体的，首先根据桥梁桩基承台尺寸及自重和单桩设计数量、尺寸、地质资料等，对承台12(压重)和工程桩13(锚桩)为反力装置提供的总反力进行预估，并确保安全系数＝总反力/最大竖向加载值≥1.2。当试验桩1的数量为一根时，试验桩1的中心在承台平面的中心，确保加载反力对承台12不产生偏心荷载。试验桩1距离最近工程桩13的中心距不小于3倍桩径。

按设计位置放样，施工工程桩13和试验桩1，如图3所示。

承台基坑18开挖、破桩头至承台地面19标高，当大吨位试验加载，还应依据千斤顶6个数和直径，对试验桩1桩头进行加宽设计和处理(即桩头制作成桩帽)，此条件下试验桩1破桩头至试桩帽2的底部。桩头(帽)按规范要求加固设计，然后在桩头(帽)顶面安装定位钢板3(规格Q345b，厚度为10mm)，如图4所示。

注意事项如下：桩头(帽)混凝土标号宜大于桩身混凝土标号，应凿除桩顶部的破碎层及软弱或者不密实混凝土。桩头顶面应平整，桩头(帽)中轴线与桩身上部的中轴线应重合；距桩头(帽)顶1倍桩径范围内，用厚度3mm-5mm的钢板包裹，或者距桩头(帽)顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm，桩头(帽)顶应设置2层钢筋网片，间距60-100mm。

依据千斤顶6个数和尺寸，设计其在定位钢板3上的位置并焊接定位销5，准确安装、焊接千斤顶6于定位钢板3上。千斤顶6顶面上安装和焊接加强板4，加强板4规格和尺寸与定位钢板3相同、加强钢板需预先并按设计位置留出孔位(直径52mm)，为第一保护管9、第二保护管11预留出安装孔道，如图5所示。

在设计位置安装第一保护管9(外径50mm，壁厚1mm)、第二保护管11(外径50mm，壁厚1mm)。并将千斤顶6的油管8、第一保护管9、位移导杆10(可采用直径28mm钢筋)、第二保护管11引到承台12的设计顶面合适高度。然后沿定位钢板3和加强板4侧边焊接侧封板7(1mm)，形成保护箱，如图6所示。

施工承台12，直至承台混凝土达到设计强度，承台基坑18暂不回填。如图7所示。

施工基准桩15、安装基准梁14，在基准梁14和位移导杆10顶面安装测试竖向位移的百分表16，如图8所示。

连接千斤顶6的油管8与油泵17，按试验方案开展竖向抗压静载试验加载，如图1所示。

本申请提供的单桩静载试验方法比传统法的最大优点主要有：利用承台自重和工程桩作为反力装置，摒弃了传统堆载法架设大面积加载平台和巨大堆载，因此能最大限度地消除安全隐患，确保工程和试验安全，节省工作时间；无需为了满足传统堆载法中支墩下面地基的高承载力要求，要事先对软弱地基进行加固处理，所以本方法对试验场地地基的适应强；加载作用下试桩的工作机理与工程桩一致。

本发明安全经济、试桩的承载机理与工程抗压桩一致、适应性强。尤其是能解决深厚软弱地基大吨位桥梁单桩竖向承载力现场试验检测工作难的问题，具有广阔的推广前景。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验装置，其特征在于：包括设置在地基土中的多根工程桩(13)、连接全部所述工程桩(13)桩顶的承台(12)以及设置在所述地基土中的至少一根试验桩(1)；每根所述试验桩(1)的桩顶上设有试桩帽(2)，所述试桩帽(2)上设有定位钢板(3)；

每根所述试验桩(1)与所述承台(12)之间均设有千斤顶(6)，该试验装置还包括用于测量所述试验桩(1)沉降量的位移测量系统；

所述位移测量系统包括位移导杆(10)以及百分表(16)，所述承台(12)中竖直设有贯通的导向通道，所述位移导杆(10)滑动穿插在所述导向通道中并与所述试桩帽(2)上的定位钢板(3)固定连接；

所述承台(12)设置在承台基坑(18)中，地面(19)上设有横跨所述承台基坑(18)的基准梁(14)，所述基准梁(14)的两端通过设置在地面(19)上的基准桩(15)支撑，所述百分表(16)固定设置于所述基准梁(14)上并用于测量所述位移导杆(10)的移动量；

所述承台(12)中预埋有第二保护管(11)，所述第二保护管(11)的内腔构成所述导向通道；所述千斤顶(6)通过定位销(5)固定安装在所述定位钢板(3)上。

2.根据权利要求1所述的单桩静载试验装置，其特征在于：所述承台(12)内还预埋有第一保护管(9)，所述千斤顶(6)的油管(8)从所述第一保护管(9)穿出后与所述承台(12)上的油泵(17)连接。

3.根据权利要求1所述的单桩静载试验装置，其特征在于：每根所述试验桩(1)的桩身长度不同。

4.根据权利要求1所述的单桩静载试验装置，其特征在于：所述工程桩(13)的数量为四根，分别设置在所述承台(12)的四个顶角处。

5.根据权利要求4所述的单桩静载试验装置，其特征在于：所述承台(12)与所述试验桩(1)之间还设有将所述千斤顶(6)的侧部密封的侧封板(7)，所述千斤顶(6)与所述承台(12)之间设有加强板(4)。

6.利用群桩和承台联合提供反力的单桩静载试验方法，其特征在于，包括：1)按要求施工工程桩(13)和试验桩(1)，工程桩(13)距离试验桩(1)中心距满足规范最小间距要求；2)承台基坑(18)开挖、破桩头并在试桩帽(2)上安装定位钢板(3)；3)在定位钢板(3)上安装千斤顶(6)，千斤顶(6)顶面上安装和焊接加强板(4)，沿定位钢板(3)和加强板(4)侧边焊接侧封板(7)，形成保护箱；4)施工承台(12)，等承台混凝土达到设计强度后，安装用于测量试验桩(1)沉降量的位移测量系统，并将千斤顶(6)的油管(8)连接至油泵(17)，开展静载试验；其中，所述位移测量系统包括位移导杆(10)以及百分表(16)，所述承台(12)中竖直设有贯通的导向通道，所述位移导杆(10)滑动穿插在所述导向通道中并与所述定位钢板(3)固定连接，地面(19)上设有横跨所述承台基坑(18)的基准梁(14)，百分表(16)固定设置于所述基准梁(14)上用于测量所述位移导杆(10)的移动量。

Images