CN117905117A - 一种深层载荷板试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深层载荷板试验系统及试验方法，其特征在于：包括灌注桩，所述灌注桩上设有加载系统；所述加载系统与灌注桩之间设有传力系统；在所述灌注桩靠近下端处设有荷载箱，所述荷载箱通过油管连接至外部高压油泵。本发明深层载荷板试验系统及试验方法，空可实现缩短工期、提升深层地基土承载力测试效果并降低工程造价，具有较强的实用性和较好的应用前景。

Description

一种深层载荷板试验系统及试验方法

技术领域

本发明属于深层地基土承载力测试技术领域，更具体地说，涉及一种深层载荷板试验系统及试验方法。

背景技术

高层建筑、高速公路、机场、铁路、隧道结构等的建设安全在很大的程度上取决于岩土体能否提供足够的承载力，控制地基的沉降等，而地基承载力和地基沉降计算中的参数又主要是由土工试验和原位测试来确定的，因此，土工试验和原位测试对于各类工程项目的建设是不可缺少的。深层平板载荷试验是指在半无限体内部对某层土体所做的强度和变形特征的载荷试验，与其它原位测试方法比较，载荷试验能为高层建筑深基础设计提供更加可靠的持力层及其下卧层土体承载力和变形模量等设计计算的资料。目前常用的深层平板载荷试验主要有堆载法和荷载箱自平衡法，但堆载法需要埋设应力计等设备，比较繁琐；荷载箱自平衡法由于量程限制，当桩底沉渣过大时，影响测试效果，适用性不高。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种可实现缩短工期、提升深层地基土承载力测试效果并降低工程造价的深层载荷板试验系统及试验方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种深层载荷板试验系统，其特征在于：包括灌注桩，所述灌注桩上设有加载系统；所述加载系统与灌注桩之间设有传力系统；在所述灌注桩靠近下端处设有荷载箱，所述荷载箱通过油管连接至外部高压油泵。

为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：

该试验系统还设有检测灌注桩位移的位移传感器和位移检测管。

所述加载系统包括基准梁，所述基准梁上设有载荷块。

所述基准梁下方设有垫板，所述位移传感器及位移检测管的拉线式位移计设于所述垫板上。

所述荷载箱下方设有承压板，所述承压板上设有压力传感器。

所述传力系统包括千斤顶，所述千斤顶作用在灌注桩的传力柱上，所述传力柱下方设有荷载箱；所述荷载箱下方设有所述承压板上；所述承压板至桩顶设有位移杆，所述位移杆滑动穿过所述荷载箱；所述位移检测管下部与荷载箱连接，保护所述位移杆传动位移至桩顶位移计。

一种深层载荷板试验系统试验方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：施工前准备；步骤二：荷载箱制作并与钢筋笼焊接；步骤三：将组装好的载荷箱和钢筋笼安装至桩基内；步骤四：钢筋笼与荷载箱放入孔中后再次清孔；步骤五：灌注混凝土；步骤六：深层载荷试验装置安装；步骤七：自平衡法检测；步骤八：堆载法检测。

步骤二中，将上节钢筋笼与荷载箱上板焊接连成一体并焊接喇叭筋；将下节钢筋笼与荷载箱上板焊接连成一体并焊接喇叭筋。

步骤五中，当混凝土接近荷载箱时,拔导管速度减慢,当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端可拔过荷载箱,并连续浇注混凝土至设计桩顶；荷载箱下部灌注的混凝土坍落度比控制在200-220mm。

步骤八中，利用千斤顶通过传力柱向承压板分级施加压力，在到达该级荷载沉降稳定时，通过压力传感器和位移传感器分别测定承压板的压力和位移值。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明深层载荷板试验系统及试验方法，空可实现缩短工期、提升深层地基土承载力测试效果并降低工程造价，具有较强的实用性和较好的应用前景。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为深层载荷板试验系统结构示意图；

图2为钢筋笼及载荷箱布置结构示意图；

图3为图2中A-A剖面结构示意图；

图4为本发明中荷载箱与位移检测管焊接结构示意图。

附图标记：1、荷载块，2、千斤顶，3、油管，4、高压油泵，5、静载仪，6、垫板，7、灌注桩，8、位移传感器，9、位移护管，10、荷载箱，11、承压板，12、位移检测管，13、喇叭筋，14、围焊。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，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。

本发明深层载荷板试验系统，包括灌注桩7，所述灌注桩7上设有加载系统；所述加载系统与灌注桩7之间设有传力系统；在灌注桩7靠近下端处设有荷载箱10，所述荷载箱10通过油管3连接至外部高压油泵4。该试验系统还设有检测灌注桩位移的位移传感器8和位移检测管12。

本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以实现缩短工期、提升深层地基土承载力测试效果并降低工程造价目的深层载荷板试验系统及试验方法，是一种利用荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验的方法。

一种利用荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验系统包括加载系统、传力系统和测试系统。加载系统包括基准梁，在基准梁上放置载荷块1进行堆载配重。传力系统包括设于加载系统与灌注桩7之间的千斤顶2。基准梁下方为垫板6，垫板6上方两侧布设有位移传感器8，垫板6上设有孔用于穿出位移检测管12和压力传感器的导线；千斤顶2作用在灌注桩7的传力柱上，传力柱下方设有荷载箱，荷载箱下方设有承压板11，压力传感器位于承压板11上，承压板11至桩顶还设有位移杆，位移杆与荷载箱之间相对滑动，通过位移检测管12，可将承压板位移传递至桩顶位移计上；所述测试系统包括压力传感器、位移传感器和拉线式位移计；压力传感器的导线经荷载箱、垫板穿出连接数据采集仪，数据采集仪的终端连接测试系统；拉线式位移计固定在位移杆上。

在上述的一种利用荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验系统中，进一步的，所述荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验系统还包括焊接有荷载箱的钢筋笼单独做成一节，并根据现场吊装能力决定单节钢筋笼的重量。灌注混凝土之前，桩基泥浆的含砂率在规范要求的低值(即规范要求的下限值)，并添加外加剂膨润土减慢泥浆的沉淀速度，此措施防止泥浆沉淀速度过快，导致在荷载箱底部泥浆过厚。灌注桩基水下混凝土时，导管口在荷载箱以下范围时，灌注的混凝土坍落度比控制在200-220mm。在载荷箱上设有超声波声测管道，检测工作做完后，通过超声波声测管道压浆把荷载箱附近所有的空隙填充满。灌注混凝土时，计算好导管口灌注到荷载箱顶面高度时共需多少混凝土，此批混凝土的坍落度按200-220mm控制，之后混凝土的坍落度按正常值160mm-200mm控制。此措施主要防止水下混凝土上翻时给荷载箱底部冲击力过大导致钢筋笼上浮。桩基混凝土达到要求强度，做桩基承载力试验。做完承载力试验后，在荷载箱处桩基有断开的空隙，为让桩基不影响使用，通过超声波声测管位置压浆，填充空隙，确保桩基整体性。

一种利用荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验方法，使用上述荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验系统，包括以下步骤：

步骤一：施工前准备。

步骤1：根据设计及规范要求计算出自平衡法测桩的平衡点位置，并确定测桩的数量。

步骤2：按设计图纸施工桩基础，防止偏孔、斜孔；注意孔内水头，防止反串塌孔，终孔时注意清孔。钻孔完成后，检测垂直度。

步骤二：荷载箱制作并与钢筋笼焊接。

步骤1：荷载箱10放在平整的场地上，利用吊车将上节钢筋笼(护管)吊起与荷载箱上板焊接连成一体，焊接喇叭筋13；然后荷载箱底板与下节钢筋笼连接，焊接喇叭筋13；利用吊车将测试设备与钢筋笼放入桩底。或者荷载箱10竖立起来，同常规钢筋笼绑扎一样在地面上进行连接。可以根据现场的吊装条件、钢筋笼的设计长度和荷载箱的埋深位置等，分节制作钢筋笼，第一节钢筋笼为将荷载箱竖立在平整地上,将钢筋笼与荷载箱下板焊接连成一体并焊接下喇叭筋；将第二节钢筋笼与荷载箱上板焊接连成一体并焊接上喇叭筋；后用吊车将此两节钢筋笼及载荷箱一起吊到孔口，在孔口上焊接或用套筒连接并事先制作好的其他节钢筋笼。

步骤2：位移检测管12之间搭接用位移护管9进行连接，并与钢筋笼焊接成整体，连接处采用围焊14焊接，确保护管不渗泥浆。

步骤三：将组装好的载荷箱和钢筋笼安装至桩基内。

步骤1：荷载箱10与钢筋笼所有主筋应连接牢固，钢筋笼中轴线与荷载箱轴线应一致，保证荷载箱施力与承载力方向一致。吊车吊起竖直后荷载箱水平度小于5％。

步骤2：桩基下钢筋笼之前，应对桩孔径、垂直度、孔底沉渣厚度再次进行检测。

步骤四：钢筋笼与荷载箱放入孔中后再次清孔。

首次清孔后，泥浆的浓度与正常孔桩浓度偏低(并添加外加剂膨润土减慢泥浆的沉淀速度)，钢筋笼与荷载箱放入孔中后需要进行二次清孔。

步骤五：灌注混凝土。

步骤1：检查后开始浇注混凝土,当混凝土接近荷载箱时,拔导管速度应放慢,当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端方可拔过荷载箱,连续浇注混凝土至设计桩顶。荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，灌注的混凝土坍落度比控制在200-220mm，便于混凝土在荷载箱处快速上翻。

步骤2：在施工(浇筑混凝土、破桩头)过程中注意保护荷载箱、油管及钢管封头。

步骤3：待混凝土一定强度后，利用超声波检测桩基混凝土质量，确保桩身完整性，避免因桩身质量影响试验结果。

步骤六：深层载荷试验装置安装。

步骤1：安装基准梁。浇筑完混凝土后，平整场地，并安装基准梁6，基准梁布置时根据具体情况调整。陆地试桩时，基准梁下的桩基础(可采用20号以上工字钢)打入土中不少于2m。基准梁一端与桩基础铰接，另一端与桩基础焊接，基准梁长度一般不小于8m。

步骤2：处理桩头，在传力柱顶部焊接垫板，安装千斤顶、支墩、基准梁，使用砂袋或混凝土试块进行配重(在桩顶堆载，把荷载箱以上的桩压下去，将荷载箱闭合，在桩顶继续加载(每级以较小的吨位进行加载)，测试桩端承载力)；在垫板上将压力传感器的导线穿出连接至数据采集仪，再连接测试系统，将位移杆上端连接地表的拉直装置，形成一个完整的深层载荷试验实时测试系统。

步骤七：自平衡法检测。

载入采用慢速维持荷载法，测试按中华人民共和国《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)和《基桩静载试验自平衡法》(JT/T738-2009)进行。

自平衡载荷法将一种特制的加载装置(荷载箱)，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内的相应位置(具体位置根据试验不同目的和条件而定)，将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置(位移、应变等)从桩体引到地面，然后灌注成桩。由加压泵在地面向荷载箱加压加载，使得桩体内部产生加载力，通过对加载力与这些参数(位移、应变等)之间关系的计算和分析，我们不仅可以获得桩基承载力，而且可以获得荷载箱上端的桩侧阻力和下端的桩端阻力等数据。这种方法可以用于设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的检测。

目前在国内的普遍工程实践中，往往将载荷箱埋设在桩上下两部分反力均衡的位置(如图2),通过荷载箱产生两个反向且相对均衡的力，我们将得到相当于两个静载试验的数据:荷裁箱以上部分，我们获得反向加载时上部分桩体的相应反应系列参数:荷载箱以下部分，我们获得正向加载时下部分桩体的相应反应参数。

步骤八：堆载法检测。

步骤1：移除地面上荷载箱自平衡法的相关设备，进行堆载试验。

步骤2：深层载荷试验实时测试

利用千斤顶通过传力柱向承压板分级施加压力；在到达该级荷载沉降稳定时，通过压力传感器和位移传感器分别测定承压板的压力和位移值；其一，从千斤顶上自带的压力表显示传力柱上的荷载值，通过传力柱的垫板上对称安装的位移传感器进行采集得到的读数，为间接测试结果；其二，利用数据采集仪直接测定承压板上的压力传感器读数以及拉线式位移计的读数，为直接测试结果。将直接测试结果和间接测试结果进行比对，以提高检测的准确性。

综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：

本发明通过一个过程测试多个试验数据，可得到桩侧阻力-桩身位移和桩端阻力-桩端位移变化曲线，根据测试结果对桩端竖向极限承载力和桩侧阻力等进行推定。

本发明在传统的堆载法深层平板载荷试验和荷载箱自平衡法深层平板载荷试验的基础上，将荷载箱自平衡法与堆载法两种技术有机结合，进一步加速深层地基土承载力测试过程从而缩短工期、进一步提升深层地基土承载力测试效果。该技术更好地满足了业主的需求，在实际工程中具有较大的推广价值。

本发明与堆载法相比，不需要埋设应力计等设备，仅测定荷载箱处位移即可获得P-s曲线；与荷载箱相比，可以不限制量程，解决桩底沉渣过大等问题，提高检测精确度。

本发明荷载箱与加载块联合方式进行深层载荷板试验的方法，将荷载箱自平衡法与堆载法两种技术有机结合，将进一步加速深层地基土承载力测试过程，从而缩短工期、进一步提升深层地基土承载力测试效果，确保测试准确性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深层载荷板试验系统，其特征在于：包括灌注桩，所述灌注桩上设有加载系统；所述加载系统与灌注桩之间设有传力系统；在所述灌注桩靠近下端处设有荷载箱，所述荷载箱通过油管连接至外部高压油泵。

2.按照权利要求1所述的深层载荷板试验系统，其特征在于：该试验系统还设有检测灌注桩位移的位移传感器和位移检测管。

3.按照权利要求2所述的深层载荷板试验系统，其特征在于：所述加载系统包括基准梁，所述基准梁上设有载荷块。

4.按照权利要求3所述的深层载荷板试验系统，其特征在于：所述基准梁下方设有垫板，所述位移传感器及位移检测管的拉线式位移计设于所述垫板上。

5.按照权利要求2所述的深层载荷板试验系统，其特征在于：所述荷载箱下方设有承压板，所述承压板上设有压力传感器。

6.按照权利要求5所述的深层载荷板试验系统，其特征在于：所述传力系统包括千斤顶，所述千斤顶作用在灌注桩的传力柱上，所述传力柱下方设有荷载箱；所述荷载箱下方设有所述承压板上；所述承压板至桩顶设有位移杆，所述位移杆滑动穿过所述荷载箱；所述位移检测管下部与荷载箱连接，保护所述位移杆传动位移至桩顶位移计。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的深层载荷板试验系统试验方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：施工前准备；步骤二：荷载箱制作并与钢筋笼焊接；步骤三：将组装好的载荷箱和钢筋笼安装至桩基内；步骤四：钢筋笼与荷载箱放入孔中后再次清孔；步骤五：灌注混凝土；步骤六：深层载荷试验装置安装；步骤七：自平衡法检测；步骤八：堆载法检测。

8.按照权利要求7所述的深层载荷板试验系统试验方法，其特征在于：步骤二中，将上节钢筋笼与荷载箱上板焊接连成一体并焊接喇叭筋；将下节钢筋笼与荷载箱上板焊接连成一体并焊接喇叭筋。

9.按照权利要求8所述的深层载荷板试验系统试验方法，其特征在于：步骤五中，当混凝土接近荷载箱时,拔导管速度减慢,当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端可拔过荷载箱,并连续浇注混凝土至设计桩顶；荷载箱下部灌注的混凝土坍落度比控制在200-220mm。

10.按照权利要求7所述的深层载荷板试验系统试验方法，其特征在于：步骤八中，利用千斤顶通过传力柱向承压板分级施加压力，在到达该级荷载沉降稳定时，通过压力传感器和位移传感器分别测定承压板的压力和位移值。