CN202139618U - 一种充气式多级水囊加载试桩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充气式多级水囊加载试桩装置，属于桩加载试验技术领域，所述的加载试桩装置包括支撑装置、多级水囊、水囊充气系统和水囊注水系统。所述充气式多级水囊分为若干层，该水囊平时可以折叠存放携带；水囊的底层为圆形，水囊侧壁设有多个独立的环形储气仓。使用时隔气仓由下向上逐层充气，充气后水囊可以逐级自行立起，形成圆柱形储水空间供加载使用，且其外围弧线与支撑装置相匹配固定。可由充气的储气仓个数调整多级水囊的高度，满足不同的储水量加载要求。加载完毕后，排出水囊内水体，而后由上及下排出储气仓内的气体，即可把水囊收起。本实用新型计算简洁，安全可靠，设备简单，施工方便。

Description

一种充气式多级水囊加载试桩装置

技术领域：

本实用新型属于桩基础单桩的承载力测试技术领域，具体是指一种充气式多级水囊加载试桩装置，涉及充气式多级水囊加载、卸载。

背景技术：

软土地区，当上部结构荷载较大时，由于地基变形和承载力的需要，通常采用桩基础。由于地基土的不均匀性和复杂性，在桩基础设计时首先要确定单桩承载力。实际工程中，静载试验是确定单桩承载力最为有效和常用的方法之一。静载试验时需要大量的堆载体，通常采用砂包或混凝土块。这些堆载体存在两个方面的缺点：（1）它们需要重型机械进行装卸，加卸载时间较长且运输成本较高；（2）当在深厚软土地基上施工时，地表承载力低，可能导致运输车难以进场，致使无法进行堆载试验。

虽然有学者提出了采用水囊加载的方案，但其仍然存在水囊无法自行立起、边角处应力集中、高度无法根据实际需要改变等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种充气式多级水囊加载试桩装置，本实用新型的加载试桩装置能够有效克服传统砂袋、混凝土、水囊加载等加载方法的不足。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：包括支撑装置、多级水囊、水囊充气系统和水囊注水系统，其中：

支撑装置安装于千斤顶上，支撑装置为上部开口的中空腔体，支撑装置的底部安装于千斤顶上，多级水囊置于支撑装置的中空腔体内；多级水囊包括底层、侧壁，多级水囊的侧壁设置有若干储气仓，水囊充气系统与多级水囊的储气仓相连通，水囊充气系统用于对多级水囊的储气仓充气，多级水囊的储气仓充气后，在多级水囊的中间形成一个圆柱形储水腔；水囊注水系统与多级水囊的圆柱形储水腔相连通，用于对多级水囊进行注水。

进一步地：

所述多级水囊的囊体材料采用具有防水、抗拉、抗剪性能的弹性材料制成。

多级水囊的侧壁包括内壁、外壁两层，内壁、外壁两层之间沿高度方向通过若干隔气层相连接，并通过隔气层将侧壁分割成多个独立的环形储气仓，在每个储气仓上均设置有一个气阀。

隔气层的内外侧均整浇有起抗拉作用的环形高强纤维索。

在多级水囊的最下面一个储气仓中对称设置四个自锁式应急排水孔。

所述的支撑装置包括垫块、钢梁、钢底板、竖向围护导架、顶层十字支撑；其中，钢底板、竖向围护导架安装于钢梁上，钢梁安装于千斤顶上方，在钢梁的底部安装有垫块，钢底板、竖向围护导架和顶层十字支撑组成具有上部开口的中空腔体；该中空腔体固定于钢梁上。

所述的钢梁、钢底板和竖向围护导架之间通过螺栓连接，顶层十字支撑由两根型钢组成，两根型钢之间的交点处通过螺栓固定，竖向围护导架设置有四根，组合安装形成支撑装置的侧壁，顶层十字支撑与四根竖向围护导架分别连接，顶层十字支撑与竖向围护导架的连接处用螺栓固定。

钢底板的底面为圆形，且带有圆弧形挡边，每根竖向围护导架的内侧设有若干条凹弧形卡口，多级水囊的底层为圆形，其大小和形状与钢底板底面相适配；多级水囊的侧壁，充气后呈若干条凸起的弧形，与竖向围护导架内侧设有的若干条凹弧形卡口相契合。

水囊充气系统包括充气泵、柔性充气管组成，柔性充气管与充气泵相连，储气仓的气阀分别与柔性充气管相连；

水囊注水系统包括水泵和柔性水管组成，柔性水管一方面与水泵相连，另一方面置于多级水囊充气形成的圆柱形储水腔内。

本实用新型的试桩方法如下：

第一步，安装支撑装置，将钢梁安装于千斤顶上方，将钢底板和竖向围护导架安装于钢梁上，钢梁、钢底板和竖向围护导架之间通过螺栓连接，将组成顶层十字支撑的两根型钢之间通过螺栓固定，顶层十字支撑与四根竖向围护导架分别通过螺栓固定；钢底板、竖向围护导架和顶层十字支撑组成具有上部开口的中空腔体；

第二步，将未充气的多级水囊放置于步骤一组装成的中空腔体内；

第三步，通过水囊充气系统，由下及上逐级向多级水囊的储气仓中充气并密封，使多级水囊逐级自行立起，并与钢底板和竖向围护导架紧密接触并固定，充气后，在多级水囊的中间形成一个圆柱形储水腔；

第四步，通过水囊注水系统，向多级水囊的圆柱形储水腔中注水至设计高度，供试桩加载使用；

第五步，试桩完毕后，通过水囊注水系统或者应急排水口排出圆柱形储水腔的水体；

第六步，通过储气仓上的气阀由上及下逐级放出储气仓中的气体，然后将多级水囊折叠收起，以备下次使用。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的充气式多级水囊加载试桩方法及其装置，通过水体代替传统砂包、混凝土块等堆载体，有效克服了传统加载方式的运输费用多、起吊搬运难度大、地表土无法承受大型机械等缺点；圆柱形水囊消除了其它形状水囊存在的应力集中等不利问题；可以根据需要计算水囊中所需水体的高度，进而确定所需储气仓的充气个数，水囊充气后课逐级自行立起，简单可行。该多级水囊在排水后可折叠储藏携带，便利运输。本实用新型计算简洁，安全可靠，设备简单，施工方便。

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明：

图1是本实用新型实施例充气式多级水囊加载试桩装置的整体示意图。

图2是本实用新型实施例充气式多级水囊加载试桩装置的水囊侧壁剖面图。

图3是本实用新型实施例充气式多级水囊加载试桩装置的水囊充气后自行立起后整体示意图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种充气式多级水囊加载试桩装置，包括支撑装置1、多级水囊2、水囊充气系统3和水囊注水系统4，其中：

支撑装置1安装于千斤顶5上方，千斤顶5安装于待试桩6上，支撑装置1用于安装多级水囊2，支撑装置1为上部开口的中空腔体，支撑装置1的底部安装于千斤顶5上，多级水囊2置于支撑装置1的中空腔体内，支撑装置1的腔体内径略大于或等于充气后的多级水囊2的外径，以给多级水囊2提供稳定的支撑。

在图1的实施例中，支撑装置1包括垫块15、钢梁11、钢底板12、竖向围护导架13、顶层十字支撑14；

其中，钢底板12、竖向围护导架13安装于钢梁11上，钢梁11安装于千斤顶5上，在钢梁11的底部安装有垫块15。

钢底板12、竖向围护导架13和顶层十字支撑14组成具有上部开口的中空腔体；该中空腔体固定于钢梁11上，钢梁11、钢底板12和竖向围护导架13之间通过螺栓连接，顶层十字支撑14由两根型钢组成，两根型钢之间的交点处通过螺栓固定，顶层十字支撑14与四根竖向围护导架13分别连接，顶层十字支撑14与竖向围护导架13的连接处用螺栓固定，从而防止四根竖向围护导架13发生移动、变形。

钢底板12的底面为圆形，且带有圆弧形挡边121，圆弧形挡边121与多级水囊2的底层21相适配，以利于多级水囊2的安装和固定；

竖向围护导架13设置有四根，组合安装形成支撑装置1的侧壁，每根竖向围护导架13的内侧设有若干条凹弧形卡口131，凹弧形卡口131与充气后的多级水囊2弧形侧壁22相适配，从而可以方便地对充气后多级水囊2进行固定，防止多级水囊2发生移动。

多级水囊2包括底层21、侧壁22，多级水囊2的囊体材料优选采用具有防水、抗拉、抗剪性能的弹性材料制成，不使用时，可以折叠存放携带。如图2、图3所示，多级水囊2的底层21为圆形，其大小和形状与钢底板12底面相适配；多级水囊2的侧壁22，充气后呈若干条凸起的弧形，与竖向围护导架13内侧设有的若干条凹弧形卡口14相契合，侧壁22包括内壁221、外壁222两层，内壁221、外壁222两层之间沿高度方向通过若干个隔气层23相连接，并通过隔气层23将侧壁分割成多个独立的环形储气仓24，储气仓24的层数可根据所需存放水体量的大小自由设置，隔气层23的内外侧均整浇有起抗拉作用的环形高强纤维索28，在每个储气仓24上均设置一个具有进气、排气功能的气阀25，使用时，多层储气仓24由下向上逐层充气，充气后，多级水囊2可以逐级自行立起，并通过充气的储气仓24个数来调整整个水囊的高度，以满足不同的储水量要求。为保证安全，在多级水囊2的最下面一个储气仓24中对称设置四个自锁式应急排水孔26。

水囊充气系统3包括充气泵31、柔性充气管32组成，柔性充气管32与充气泵31相连，储气仓24的气阀25分别与柔性充气管32相连。通过充气泵31、柔性充气管32，可以对多级水囊2的储气仓24逐层充气，多级水囊2充气完成后，整个水囊呈多级圆柱形，其水平投影是圆形，具体如图3所示；充气后的多级水囊2的底层21与钢底板12的圆弧形挡边121相匹配，充气后的多级水囊2的侧壁22即储气仓24内外侧边均为多级弧形，其弧形侧壁22与竖向围护导架13的凹弧形卡口131相匹配，具体如图1所示。多级水囊2充气后，在多级水囊2的中间形成一个圆柱形储水腔27，供加载容纳水体使用，圆柱形空间也避免了水囊的应力集中现象。 

水囊注水系统4包括水泵41和柔性水管42组成，柔性水管42一方面与水泵41相连，另一方面置于多级水囊2充气形成的圆柱形储水腔27内，在多级水囊2充气完成立起后，即向里面注入设计水量，起加载作用。多级水囊2注水后，由于受重力作用，其与钢底板12、竖向围护导架13之间通过圆弧形挡边121、凹弧形卡口131紧密匹配，完成安全固定。试桩加载完毕后，多级水囊2中的水可以由水泵41从上部抽出，也可以通过最下面一个储气仓24的应急排水孔26排出；待水体排出后，将多级水囊2的储气仓24由上及下逐级放气，即可将多级水囊2折叠收起。

实施例2：

本实施例的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其加载试桩方法包括如下步骤：

第一步，安装支撑装置1，将钢梁11安装于千斤顶5上方，将钢底板12和竖向围护导架13安装于钢梁11上，钢梁11、钢底板12和竖向围护导架13之间通过螺栓连接，将组成顶层十字支撑13的两根型钢之间通过螺栓固定，顶层十字支撑14与四根竖向围护导架13分别通过螺栓固定；钢底板12、竖向围护导架13和顶层十字支撑14组成具有上部开口的中空腔体；

第二步，将未充气的多级水囊2放置于步骤一组装成的中空腔体内；

第三步，通过水囊充气系统3，由下及上逐级向多级水囊2的储气仓11中充气并密封，使多级水囊2逐级自行立起，并与钢底板12和竖向围护导架13紧密接触并固定，充气后，在多级水囊2的中间形成一个圆柱形储水腔27；

第四步，通过水囊注水系统4，向多级水囊2的圆柱形储水腔27中注水至设计高度，供试桩加载使用；

第五步，试桩完毕后，通过水囊注水系统4，或者应急排水口26排出圆柱形储水腔27的水体；

第六步，通过储气仓24上的气阀25由上及下逐级放出储气仓24中的气体，然后将多级水囊2折叠收起，以备下次使用。

本实施例中，多级水囊2充气后的尺寸为：内径6.0m，外径6.5m，即储气仓的直径为0.5m，所有支撑装置尺寸与之匹配。每级储气仓24的高度为0.8m，则每级储气仓24围成的空间为3.14*3*3*0.8=22.6m³，可储存226kN的水体。试桩所需水囊的最大荷载为700kN，需要水囊储水高度为3.1m。实际加载时，对水囊进行4级充气达3.2m高，通过水泵加入3.1m高的水体即可。试桩加载完毕后，采用水泵41和应急排水口26同时排水。

实施例3：

本实施例的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其加载试桩方法包括如下步骤：

第一步，安装支撑装置1，将钢梁11安装于千斤顶5上方，将钢底板12和竖向围护导架13安装于钢梁11上，钢梁11、钢底板12和竖向围护导架13之间通过螺栓连接，将组成顶层十字支撑14的两根型钢之间通过螺栓固定，顶层十字支撑14与四根竖向围护导架13分别通过螺栓固定；钢底板12、竖向围护导架13和顶层十字支撑14组成具有上部开口的中空腔体；

第二步，将未充气的多级水囊2放置于步骤一组装成的中空腔体内；

第三步，通过水囊充气系统3，由下及上逐级向多级水囊2的储气仓11中充气并密封，使多级水囊2逐级自行立起，并与钢底板12和竖向围护导架13紧密接触并固定，充气后，在多级水囊2的中间形成一个圆柱形储水腔27；

第四步，通过水囊注水系统4，向多级水囊2的圆柱形储水腔27中注水至设计高度，供试桩加载使用；

第五步，试桩完毕后，通过水囊注水系统4，或者应急排水口26排出圆柱形储水腔27的水体；

第六步，通过储气仓24上的气阀25由上及下逐级放出储气仓24中的气体，然后将多级水囊2折叠收起，以备下次使用。

本实施例中，充气后的多级水囊2尺寸为：内径8.0m，外径8.5m，即储气仓24的直径为0.5m，支撑装置尺寸与之匹配。每级储气仓24的高度为1.0m，每级储气仓24围成的空间为3.14*4*4*1=50.2m³，可储存502 kN的水体。试桩所需水囊的最大荷载为1200kN，需要水囊储水高度为2.39m。实际加载时，对水囊进行3级充气达3.0m高，通过水泵加入2.39m高的水体即可。试桩加载完毕后，采用水泵排水。

本加载方法计算简洁，安全可靠，设备简单，施工方便。

Claims (10)

1.一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：包括支撑装置、多级水囊、水囊充气系统和水囊注水系统，其中：

支撑装置安装于千斤顶上方，支撑装置为上部开口的中空腔体，支撑装置的底部安装于千斤顶上，多级水囊置于支撑装置的中空腔体内；多级水囊包括底层、侧壁，多级水囊的侧壁设置有若干储气仓，水囊充气系统与多级水囊的储气仓相连通，水囊充气系统用于对多级水囊的储气仓充气，多级水囊的储气仓充气后，在多级水囊的中间形成一个圆柱形储水腔；水囊注水系统与多级水囊的圆柱形储水腔相连通，用于对多级水囊进行注水。

2.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：所述多级水囊的囊体材料采用具有防水、抗拉、抗剪性能的弹性材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：多级水囊的侧壁包括内壁、外壁两层，内壁、外壁两层之间沿高度方向通过若干隔气层相连接，并通过隔气层将侧壁分割成多个独立的环形储气仓，在每个储气仓上均设置有一个气阀。

4.根据权利要求3所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：隔气层的内外侧均整浇有起抗拉作用的环形高强纤维索。

5.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：在多级水囊的最下面一个储气仓中对称设置四个自锁式应急排水孔。

6.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：所述的支撑装置包括垫块、钢梁、钢底板、竖向围护导架、顶层十字支撑；其中，钢底板、竖向围护导架安装于钢梁上，钢梁安装于千斤顶上方，在钢梁的底部安装有垫块，钢底板、竖向围护导架和顶层十字支撑组成具有上部开口的中空腔体；该中空腔体固定于钢梁上。

7.根据权利要求6所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：所述的钢梁、钢底板和竖向围护导架之间通过螺栓连接，顶层十字支撑由两根型钢组成，两根型钢之间的交点处通过螺栓固定，竖向围护导架设置有四根，组合安装形成支撑装置的侧壁，顶层十字支撑与四根竖向围护导架分别连接，顶层十字支撑与竖向围护导架的连接处用螺栓固定。

8.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：钢底板的底面为圆形，且带有圆弧形挡边，每根竖向围护导架的内侧设有若干条凹弧形卡口，多级水囊的底层为圆形，其大小和形状与钢底板底面相适配；多级水囊的侧壁，充气后呈若干条凸起的弧形，与竖向围护导架内侧设有的若干条凹弧形卡口相契合。

9.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：水囊充气系统包括充气泵、柔性充气管组成，柔性充气管与充气泵相连，储气仓的气阀分别与柔性充气管相连。

10.根据权利要求1所述的一种充气式多级水囊加载试桩装置，其特征在于：水囊注水系统包括水泵和柔性水管组成，柔性水管一方面与水泵相连，另一方面置于多级水囊充气形成的圆柱形储水腔内。

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