CN115478571A - 静载锚桩反力调节系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桩基工程技术领域，具体而言，涉及一种静载锚桩反力调节系统和方法。静载锚桩反力调节系统包括主梁、顶升组件以及至少两个锚具组件；顶升组件与被测基桩及主梁连接，且顶升组件位于主梁及被测基桩之间；两个锚具组件分布于被测基桩的两侧，且每个锚具组件均包括螺杆锚桩及力调节单元；螺杆锚桩钻设于地基；螺杆锚桩及力调节单元均与主梁连接，且螺杆锚桩及力调节单元分布于主梁的两侧，并且力调节单元与螺杆锚桩连接；其中，顶升组件用于顶升主梁；力调节单元用于检测并调节主梁作用于螺杆锚桩的作用力。静载锚桩反力调节系统能够在桩基静载试验的过程中，避免出现螺杆锚桩受力不均的问题，进而能够提高试验的可靠性和稳定性。

Description

静载锚桩反力调节系统和方法

技术领域

本发明涉及桩基工程技术领域，具体而言，涉及一种静载锚桩反力调节系统和方法。

背景技术

桩基础由于其优良的力学性能而作为深基础的重要形式之一，被广泛应用于各类大型工程。单桩承载力的确定是桩基设计的关键问题，也是桩基理论研究水平的综合反映。桩基静载试验是确定桩基础承载力最可靠的试验方法，其中以堆载法和锚桩法应用最广。堆载试验法需采用大量砼块，其运输过程受交通状况影响大，并产生大量尾气排放，不符合节能减排的要求。大吨位堆载还存在堆载台倒塌的风险。锚桩法则采用现场浇筑的混凝土桩作为锚桩，需制作桩帽，龄期较长且成本高昂。钢螺杆桩是一种桩身强度高，施工快捷且无污染的新型变截面桩。近年来，一些工程采用钢螺杆做锚桩，将钢螺杆和钢梁等结构组合成装配式系统，为基桩静载试验提供反力。

螺杆锚桩是螺杆灌注桩成桩的重要构件，主要用于钻孔挤土形成螺纹桩孔位，螺牙截面为梯形或三角形，钻杆芯管的半径相对较大，螺牙高度相对较小。将该结构直接用作静载抗拔锚桩使用，不仅施工速度快，又可实现桩体的重复利用。因此，在此基础上开发便于现场施工且可重复使用的新型锚桩反力系统，并将其应用于实际桩基静载试验。

基于上述内容，在采用螺杆锚桩是进行试验时存在以下问题：

螺杆锚桩固定在主梁上时，受安装精度的影响，初始受力也是不均匀的；螺杆锚桩因沉桩地质、沉桩深度等因素影响，静载测试过程中，螺杆锚桩群受力位移不一样，导致螺杆锚桩受力也会不均匀；螺杆锚桩群受力不均匀，就会导致局部受力过大，当超过结构受力极限值，就会造成结构损坏，进而引起进一步的局部过载，最终导致静载试验的失败。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种静载锚桩反力调节系统和方法，其能够在桩基静载试验的过程中，对螺杆锚桩的受力情况进行调整，从而避免出现螺杆锚桩受力不均的问题，从而能够避免出现因受力不均而导致结构出现损伤，以及避免出现局部过载的情况，进而能够提高试验的可靠性和稳定性。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种静载锚桩反力调节系统，静载锚桩反力调节系统包括主梁、顶升组件以及至少两个锚具组件；

顶升组件与被测基桩及主梁连接，且顶升组件位于主梁及被测基桩之间；

两个锚具组件分布于被测基桩的两侧，且每个锚具组件均包括螺杆锚桩及力调节单元；螺杆锚桩钻设于地基；螺杆锚桩及力调节单元均与主梁连接，且螺杆锚桩及力调节单元分布于主梁的两侧，并且力调节单元与螺杆锚桩连接；

其中，顶升组件用于顶升主梁；力调节单元用于检测并调节主梁作用于螺杆锚桩的作用力。

在可选的实施方式中，力调节单元包括穿心油缸、连接件、限位锚具及防松螺母；

穿心油缸与主梁连接；穿心油缸设置有供连接件通过的通道；限位锚具与穿心油缸的活动端连接；

连接件由通道通过，并且连接件一端与螺杆锚桩连接，连接件的另一端通过防松螺母与限位锚具连接。

在可选的实施方式中，力调节单元还包括行程传感器，行程传感器用于检测活动端相对于穿心油缸的缸体的位移，或检测限位锚具相对于穿心油缸的位移。

在可选的实施方式中，行程传感器为拉线式行程传感器；力调节单元还包括拉线固定器；

拉线固定器以及拉线式行程传感器中的一个与穿心油缸的缸体连接，拉线固定器以及拉线式行程传感器中的另一个与穿心油缸的活动端或限位锚具连接；拉线式行程传感器的拉线与拉线固定器连接。

在可选的实施方式中，力调节单元还包括调节底座以及调节块，调节底座与主梁连接，调节块与穿心油缸朝向主梁连接的一端连接；

调节块用于与调节底座配合，以调节穿心油缸相对于主梁的安装角度。

在可选的实施方式中，力调节单元还包括力传感器，力传感器位于限位锚具与穿心油缸之间，或位于防松螺母与限位锚具之间，力传感器用于检测穿心油缸与限位锚具之间的作用力。

在可选的实施方式中，静载锚桩反力调节系统还包括倾角传感器，倾角传感器与主梁连接，倾角传感器用于测量主梁相对于水平面的角度。

在可选的实施方式中，静载锚桩反力调节系统还包括环境检测组件，环境检测组件用于检测外部环境的环境条件。

第二方面，本发明提供一种静载锚桩反力调节方法，采用上述的静载锚桩反力调节系统实现，包括：

控制顶升组件按预设顶升力调整作用于主梁的顶升力；

在顶升组件顶升主梁的过程中，接收每个力传感器输出的表征主梁作用于螺杆锚桩的作用力；

若各个螺杆锚桩受到的作用力一致，则控制顶升组件逐级调整顶升组件的作用力；若各个螺杆锚桩受到的作用力不一致，则控制其中一个或多个穿心油缸动作，以调节其中一个或多个螺杆锚桩受到的作用力，直至各个螺杆锚桩受到的作用力一致；

其中，在控制穿心油缸动作时，穿心油缸的液压压力计算公式如下：

式中，P₁表示穿心油缸当前需要的液压压力，η表示穿心油缸输出力的效率，F表示当前静载试验的总受力，F₁表示当前静载试验堆块的重力总和，N表示螺杆锚桩的数量，π表示圆周率，r表示穿心油缸的半径，k表示增益系数。

在可选的实施方式中，在顶升组件顶升主梁的过程中，以及穿心油缸动作的过程中，接收倾角传感器输出的表征主梁相对于水平面的角度的倾角信号，若主梁与水平面的夹角在预设倾角范围外，则控制其中一个或多个穿心油缸动作，直至述主梁与水平面的夹角在预设倾角范围内。

本发明实施例的有益效果包括：

该静载锚桩反力调节系统包括主梁、顶升组件以及至少两个锚具组件；顶升组件与被测基桩及主梁连接，且顶升组件位于主梁及被测基桩之间；两个锚具组件分布于被测基桩的两侧，且每个锚具组件均包括螺杆锚桩及力调节单元；螺杆锚桩钻设于地基；螺杆锚桩及力调节单元均与主梁连接，且螺杆锚桩及力调节单元分布于主梁的两侧，并且力调节单元与螺杆锚桩连接；其中，顶升组件用于顶升主梁；力调节单元用于检测并调节主梁作用于螺杆锚桩的作用力。

该静载锚桩反力调节系统能够在桩基静载试验的过程中，对螺杆锚桩的受力情况进行调整，从而避免出现螺杆锚桩受力不均的问题，从而能够避免出现因受力不均而导致结构出现损伤，以及避免出现局部过载的情况，进而能够提高试验的可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中静载锚桩反力调节系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中锚具组件的结构示意图。

图标：100-被测基桩；200-静载锚桩反力调节系统；210-主梁；220-顶升组件；230-锚具组件；231-螺杆锚桩；232-力调节单元；233-穿心油缸；234-连接件；235-限位锚具；236-防松螺母；237-通道；238-行程传感器；239-拉线固定器；241-调节底座；242-调节块；243-力传感器；245-倾角传感器；250-环境检测组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1及图2，本实施例提供了一种静载锚桩反力调节系统200，静载锚桩反力调节系统200包括主梁210、顶升组件220以及至少两个锚具组件230；

顶升组件220与被测基桩100及主梁210连接，且顶升组件220位于主梁210及被测基桩100之间；

两个锚具组件230分布于被测基桩100的两侧，且每个锚具组件230均包括螺杆锚桩231及力调节单元232；螺杆锚桩231钻设于地基；螺杆锚桩231及力调节单元232均与主梁210连接，且螺杆锚桩231及力调节单元232分布于主梁210的两侧，并且力调节单元232与螺杆锚桩231连接；

其中，顶升组件220用于顶升主梁210；力调节单元232用于检测并调节主梁210作用于螺杆锚桩231的作用力。

请参考图1及图2，该静载锚桩反力调节系统200的工作原理是：

该静载锚桩反力调节系统200包括主梁210、顶升组件220以及至少两个锚具组件230；其中，两个锚具组件230分布于被测基桩100的两侧，以在静载测试的过程中，当顶升组件220顶升主梁210时，通过锚具组件230的作用，形成反力，进而对被测基桩100形成作用力，由此对被测基桩100的承载力进行测试；

在上述过程中，通过力调节单元232能够检测螺杆锚桩231在测试过程中受到的作用力，进而能够通过对螺杆锚桩231的受力检测，以便于在各个螺杆锚桩231出现受力不均的情况时，对各个螺杆锚桩231的作用力进行调节，从而确保测试过程中，螺杆锚桩231的作用力均匀。

由此，该静载锚桩反力调节系统200能够在桩基静载试验的过程中，对螺杆锚桩231的受力情况进行调整，从而避免出现螺杆锚桩231受力不均的问题，从而能够避免出现因受力不均而导致结构出现损伤，以及避免出现局部过载的情况，进而能够提高试验的可靠性和稳定性。

进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，由上述内容可知，力调节单元232能够在测试的过程中，起到受力检测以及受力调节的作用；

具体的，为使得力调节单元232能够在测试的过程中，起到受力调节的作用，故，力调节单元232包括穿心油缸233、连接件234、限位锚具235及防松螺母236；

穿心油缸233与主梁210连接；穿心油缸233设置有供连接件234通过的通道237；限位锚具235与穿心油缸233的活动端连接；

连接件234由通道237通过，并且连接件234一端与螺杆锚桩231连接，连接件234的另一端通过防松螺母236与限位锚具235连接。

由此，通过这样的设置方式，能够在测试的过程中，若出现各个螺杆锚桩231受力不均的情况时，便可通过对其中一个或多个螺杆锚桩231进行受力调节，以使得各个螺杆锚桩231受力均匀；在调节螺杆锚桩231的受力作用时，基于上述的结构设置，采用的是通过穿心油缸233动作，使得与穿心油缸233的活动端连接的限位锚具235与活动端同步运动，进而带动与限位锚具235连接的螺杆锚桩231被拉紧或防松，从而起到螺杆锚桩231受力进行调节的作用。需要说明的是，在通过穿心油缸233动作进而调节螺杆锚桩231的受力时，为使得穿心油缸233能够起到拉紧以及防松的作用，故，穿心油缸233的活动端处于初始位置时，其相对位于其行程的中断，以使得活动端能够完成伸出和收缩动作；

还需要说明的是，在本实施例中，在通过穿心油缸233对螺杆锚桩231的受力进行调节时，活动端的活动方向可以与主梁210垂直，而且活动端的活动方向可以与螺杆锚桩231的轴线重合。

另外，为使得力调节单元232能够在测试的过程中，起到受力检测的作用，故，力调节单元232还包括力传感器243，力传感器243位于限位锚具235与穿心油缸233之间，或位于防松螺母236与限位锚具235之间，力传感器243用于检测穿心油缸233与限位锚具235之间的作用力。

需要说明的是，通过力传感器243的设置，能够在进行试验的过程中，对各个螺杆锚桩231的受力进行检测，以便于判断各个螺杆锚桩231的受力是否均匀。

进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，在进行测试的过程中，还需要对螺杆锚桩231的行程进行检测，以避免螺杆锚桩231的拔出量出现超阈值的情况，由此，力调节单元232还包括行程传感器238，行程传感器238用于检测活动端相对于穿心油缸233的缸体的位移，或检测限位锚具235相对于穿心油缸233的位移。需要说明的是，由于限位锚具235通过连接件234与螺杆锚桩231连接，而连接件234为螺纹精钢，由此，当活动端或限位锚具235发生位移时，可以忽略形变收缩而导致长度的变化，即，活动端或限位锚具235的位移即为螺杆锚桩231相对于地基的位移。

在设置行程传感器238时，行程传感器238为拉线式行程传感器；力调节单元232还包括拉线固定器239；拉线固定器239以及拉线式行程传感器238中的一个与穿心油缸233的缸体连接，拉线固定器239以及拉线式行程传感器238中的另一个与穿心油缸233的活动端或限位锚具235连接；拉线式行程传感器238的拉线与拉线固定器239连接。

进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，为对穿心油缸233的安装于主梁210的角度进行调整，故，力调节单元232还包括调节底座241以及调节块242，调节底座241与主梁210连接，调节块242与穿心油缸233朝向主梁210连接的一端连接；调节块242用于与调节底座241配合，以调节穿心油缸233相对于主梁210的安装角度。由此，通过这样的设置方式，能够对穿心油缸233的安装状态进行调整，由此，能够确保穿心油缸233的活动端的运动方向正确，从而在通过穿心油缸233的活动端的运动，以带动限位锚具235动作，以对螺杆锚桩231的受力起到调节时，确保力的作用力方向能够满足设计需求。

请参考图1及图2，在本实施例中，在进行测试时，主梁210的倾斜会对测试造成影响，由此，为避免因主梁210倾斜而导致出现受力不均的情况，故，静载锚桩反力调节系统200还包括倾角传感器245，倾角传感器245与主梁210连接，倾角传感器245用于测量主梁210相对于水平面的角度。

进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，由于在进行静载测试时，还需满足相应的环境要求，即，施工现场作业需要满足市政部门或其他部门对工程作业现场的相关要求；其外，在进行测试时，还需要检测外部的环境是否能够满足测试条件；由此，静载锚桩反力调节系统200还包括环境检测组件250，环境检测组件250用于检测外部环境的环境条件。其中，环境条件可以是对环境的天气或气候条件进行检测；除此之外，通过环境检测组件250还能够检测测试过程中，散发到外部环境中的噪音或尘土等；需要说明的是，基于前述内容，该环境检测组件250可以是现有技术中各类的传感器或检测器的组合，例如：温度传感器、噪音检测器和空气质量检测器等。

综上，请参考图1及图2，该静载锚桩反力调节系统200能够有效改善静载测试中螺杆锚桩231群受力不均匀问题，使得静载测试稳定性和安全性得到明显提升；

能使螺纹精钢群与主梁210的受力连接均匀可控，避免了主梁210局部受力过载而变形，螺纹精钢的变形甚至断裂，减少了静载测试过程中的损耗，提升了静载测试系统的使用寿命，具备很高的经济价值；

能采集静载测试中钢螺杆锚桩231的位移、螺杆锚桩231的受力、主梁210倾斜角度的数据，使得静载测试过程中的参数记录更全面，为更大吨位管桩静载测试提供了有价值的技术参数。

基于上述内容，请参考图1及图2，本发明提供一种静载锚桩反力调节方法，采用上述的静载锚桩反力调节系统200实现，包括：

控制顶升组件220按预设顶升力调整作用于主梁210的顶升力；

在顶升组件220顶升主梁210的过程中，接收每个力传感器243输出的表征主梁210作用于螺杆锚桩231的作用力；

若各个螺杆锚桩231受到的作用力一致，则控制顶升组件220逐级调整顶升组件220的作用力；若各个螺杆锚桩231受到的作用力不一致，则控制其中一个或多个穿心油缸233动作，以调节其中一个或多个螺杆锚桩231受到的作用力，直至各个螺杆锚桩231受到的作用力一致；

其中，在控制穿心油缸233动作时，穿心油缸233的液压压力计算公式如下：

式中，P₁表示穿心油缸233当前需要的液压压力，η表示穿心油缸233输出力的效率，F表示当前静载试验的总受力，F₁表示当前静载试验堆块的重力总和，N表示螺杆锚桩231的数量，π表示圆周率，r表示穿心油缸233的半径，k表示增益系数。

基于以上表达式，假定静载试验中，静载试验受力总和是40000KN、穿心油缸233输出力的效率是0.95，堆块的重力总和是30000KN，螺杆锚桩231的数量是16根，穿心油缸233的半径是100mm，增益系数是1.5，穿心油缸233当前需要的液压压力为：

P₁＝28.36Mpa

即，当前穿心油缸233的液压压力为28.36Mpa。

进一步地，在本实施例中，在顶升组件220顶升主梁210的过程中，以及穿心油缸233动作的过程中，接收倾角传感器245输出的表征主梁210相对于水平面的角度的倾角信号，若主梁210与水平面的夹角在预设倾角范围外，则控制其中一个或多个穿心油缸233动作，直至述主梁210与水平面的夹角在预设倾角范围内。需要说明的是，若主梁210与水平面的夹角在预设倾角范围外，还需要发出报警信号，以提示操作人员，从而保障测试安全；并且在本发明的实施例中，在设置预设倾角范围时，其可以是0-5°，并且根据静载锚桩反力调节系统200整体结构尺寸的不同，其预设倾角范围需要进行适应性的调整。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述静载锚桩反力调节系统包括主梁、顶升组件以及至少两个锚具组件；

所述顶升组件与被测基桩及所述主梁连接，且所述顶升组件位于所述主梁及所述被测基桩之间；

两个所述锚具组件分布于所述被测基桩的两侧，且每个所述锚具组件均包括螺杆锚桩及力调节单元；所述螺杆锚桩钻设于地基；所述螺杆锚桩及所述力调节单元均与所述主梁连接，且所述螺杆锚桩及所述力调节单元分布于所述主梁的两侧，并且所述力调节单元与所述螺杆锚桩所述连接；

其中，所述顶升组件用于顶升所述主梁；所述力调节单元用于检测并调节所述主梁作用于所述螺杆锚桩的作用力。

2.根据权利要求1所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述力调节单元包括穿心油缸、连接件、限位锚具及防松螺母；

所述穿心油缸与所述主梁连接；所述穿心油缸设置有供所述连接件通过的通道；所述限位锚具与所述穿心油缸的活动端连接；

所述连接件由所述通道通过，并且所述连接件一端与所述螺杆锚桩连接，所述连接件的另一端通过防松螺母与所述限位锚具连接。

3.根据权利要求2所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述力调节单元还包括行程传感器，所述行程传感器用于检测所述活动端相对于所述穿心油缸的缸体的位移，或检测所述限位锚具相对于所述穿心油缸的位移。

4.根据权利要求3所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述行程传感器为拉线式行程传感器；所述力调节单元还包括拉线固定器；

所述拉线固定器以及所述拉线式行程传感器中的一个与所述穿心油缸的缸体连接，所述拉线固定器以及所述拉线式行程传感器中的另一个与所述穿心油缸的活动端或所述限位锚具连接；所述拉线式行程传感器的拉线与所述拉线固定器连接。

5.根据权利要求2所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述力调节单元还包括调节底座以及调节块，所述调节底座与所述主梁连接，所述调节块与所述穿心油缸朝向所述主梁连接的一端连接；

所述调节块用于与所述调节底座配合，以调节所述穿心油缸相对于主梁的安装角度。

6.根据权利要求2所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述力调节单元还包括力传感器，所述力传感器位于所述限位锚具与所述穿心油缸之间，或位于所述防松螺母与所述限位锚具之间，所述力传感器用于检测所述穿心油缸与所述限位锚具之间的作用力。

7.根据权利要求2所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述静载锚桩反力调节系统还包括倾角传感器，所述倾角传感器与所述主梁连接，所述倾角传感器用于测量所述主梁相对于水平面的角度。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的静载锚桩反力调节系统，其特征在于：

所述静载锚桩反力调节系统还包括环境检测组件，所述环境检测组件用于检测外部环境的环境条件。

9.一种静载锚桩反力调节方法，采用如权利要求1-8中任意一项所述的静载锚桩反力调节系统实现，其特征在于，包括：

控制所述顶升组件按预设顶升力调整作用于所述主梁的顶升力；

在所述顶升组件顶升所述主梁的过程中，接收每个力传感器输出的表征所述主梁作用于所述螺杆锚桩的作用力；

若各个所述螺杆锚桩受到的作用力一致，则控制所述顶升组件逐级调整所述顶升组件的作用力；若各个所述螺杆锚桩受到的作用力不一致，则控制其中一个或多个穿心油缸动作，以调节其中一个或多个所述螺杆锚桩受到的作用力，直至各个所述螺杆锚桩受到的作用力一致；

其中，在控制所述穿心油缸动作时，所述穿心油缸的液压压力计算公式如下：

式中，P₁表示穿心油缸当前需要的液压压力，η表示所述穿心油缸输出力的效率，F表示当前静载试验的总受力，F₁表示当前静载试验堆块的重力总和，N表示所述螺杆锚桩的数量，π表示圆周率，r表示所述穿心油缸的半径，k表示增益系数。

10.根据权利要求9所述的静载锚桩反力调节方法，其特征在于：

在所述顶升组件顶升所述主梁的过程中，以及所述穿心油缸动作的过程中，接收倾角传感器输出的表征所述主梁相对于水平面的角度的倾角信号，若所述主梁与水平面的夹角在预设倾角范围外，则控制其中一个或多个穿心油缸动作，直至述主梁与水平面的夹角在所述预设倾角范围内。

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