一种单桩嵌固式水平静载试验方法及装置与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，具体为一种单桩嵌固式水平静载试验方法及装置。


背景技术：

2.根据我国现行《建筑桩基技术规范》jgj94-2018的规定，承担水平荷载的基桩桩顶在上部基础中的锚固连接有两种状态，一种是桩顶嵌入基础足够深，上部基础限制桩头的转动，达到嵌固的状态，该种连接形式基桩承载力大大提高；一种是桩顶伸入基础50mm～100mm，基础对桩基的约束作用有限，无法限制桩头的转动，认为桩顶处于铰接状态。根据现行规范《建筑地基基础设计规范》gb50007-2011，工程桩施工完毕后，需进行基桩承载力的试验。针对桩顶嵌固到基础中的连接形式，如何在试验加载时模拟出桩顶的嵌固状态，是能否准确测定基桩水平承载力的关键，目前国内规范、标准中没有相关桩顶嵌固状态下基桩水平承载力检测试验方法和装置。
3.现有技术中，例如公布号为cn111424734a的发明专利，公开了一种用于桩基水平静载试验的可调加载装置及其试验方法。该专利包括加载系统、反力系统和测量系统；加载系统由穿心千斤顶、承载螺杆、传力螺母、横梁和两个横梁托架组成；横梁为钢桁架结构，横梁中部等间距设置有径向圆形通孔；反力系统由标准槽道、两个三角反力架和反力架固定螺杆组成；两个三角反力架侧面相对、平行设置，通过反力架固定螺杆固定在标准槽道上，横梁搁置在横梁托架上并靠紧在反力架受力面。在承载螺杆的另一侧安装力传感器并通过动态应变仪连接计算机，实时显示荷载数值。又例如公布号为cn112695816a的发明专利，公开了一种基桩水平载荷试验检测方法。该发明根据基桩的位置，选择至少两根工程桩作为水平载荷试验的受力作用点；调节传力筒的长度，将卧式千斤顶上的夹持部与进行水平载荷试验检测的基桩接触相抵，将传力筒上的夹持部与工程桩接触相抵；在进行水平载荷试验检测的基桩的受力的水平面以及该水平面以上40-50cm的位置上均安装位移传感器；开启卧式千斤顶进行基桩水平载荷试验检测。
4.但是，现存技术仅针对桩基在桩端自由状态下的水平静载试验，未模拟桩基在实际嵌固状态下的水平承载力。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种单桩嵌固式水平静载试验方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单桩嵌固式水平静载试验方法，所述试验方法包括以下步骤：
7.设置反力支墩，反力支墩上部放置钢滚轴，钢滚轴上部放置钢桁架，钢桁架另一端用锚栓固定连接夹紧装置，中间垫钢板；
8.将夹紧装置预夹紧，装置内部的千斤顶顶推至试桩周边，百分表监测端靠在试桩
另一侧，百分表与基准梁连接牢固，基准桩锚固在地面，用来限制固定基准梁；
9.反力梁与反力桩连接，组成“π”型反力支撑，反力桩与试桩之间由垫块、球铰、压力传感器、千斤顶、垫块连接；千斤顶预加载，确保装置安装牢靠，千斤顶提供水平静载，即水平推力；
10.试验装置组装完成后，夹紧装置处于预夹紧状态，通过调节内部千斤顶，使千斤顶等应力施加压力，待各千斤顶对试桩施加的应力满足设计要求时，停止夹紧，此时夹紧装置与试桩连接牢靠，在外力作用下不产生位移变形，看成为一个整体；
11.水平推力加载程序按单向多循环加卸荷载法，通过千斤顶对试验桩进行水平逐级加(卸)荷载，荷载计量由数字式测力仪控制，取设计最大试验荷载的1/10作为每级加载量；每次加载后，恒载4min测读试桩水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次完成1级荷载的试验观测，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应严格准确，试验不得中途停止；
12.试桩试验数据汇总，判定试桩是否满足设计要求；试验完成后，拆除水平静载试验装置，便于重复使用。
13.一种单桩嵌固式水平静载试验装置，包括反力支墩、反力桩以及反力梁，所述反力支墩的顶面固定有钢滚轴，钢滚轴的顶面固定有钢桁架，钢桁架的表面安装有两组夹紧装置，夹紧装置套设在试桩的柱体上，试桩和反力支墩均预埋在地面上，夹紧装置和试桩之间设有多个千斤顶一，试桩的表面固定有基准梁，基准梁的表面固定有百分表，且基准梁的一侧设有基准桩，反力桩设有多个，相邻两个反力桩之间设有反力梁，反力梁的表面固定有垫块一，垫块一的表面固定有千斤顶二，千斤顶二的一端固定在球铰的表面，且千斤顶二的轴体上固定有压力传感器，球铰的表面固定有垫块二，垫块二夹持在球铰和试桩之间。
14.优选的，所述千斤顶一固定在拼装板的表面，拼装板呈“l”板状结构，拼装板的一个板体滑动连接在拼装槽中，拼装槽开设在夹紧装置的顶面，拼装板的表面固定有限位插块，限位插块插接在预留槽中，预留槽开设在夹紧装置的内环面，且千斤顶一的活塞杆上固定有夹持板，夹持板朝向试桩的一面呈圆弧形曲面。
15.优选的，所述拼装板的顶面开设有抠取槽，抠取槽的侧壁开设有插口，插口设有两个，两个插口关于抠取槽对称分布，插口的内部活动插接有定位插片，定位插片呈“l”形板状结构，定位插片的一端活动插接在定位插槽中，定位插槽开设在拼装槽的表面。
16.优选的，所述抠取槽的表面固定有橡胶夹块，橡胶夹块呈“凸”字形板状结构，橡胶夹块固定在两个定位插片之间。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明提出的单桩嵌固式水平静载试验方法及装置，通过钢桁架及夹紧装置对桩顶进行限制，模拟桩在实际工程中桩顶的嵌固状态。在该条件下进行的单桩水平静载试验，可以真实反映桩基在实际工作条件下的水平承载力。为保证试验过程中钢桁架与桩顶连接牢固，及桩顶嵌固效果的有效发挥，钢桁架与试桩之间采用夹紧装置连接，夹紧装置内部设置千斤顶，使用过程中每个千斤顶等应力作用于试桩外表面，逐渐夹紧牢固。采用等应力加压的方式，可以避免因试桩表面不平整造成个别千斤顶夹紧力不足，导致试验过程中夹紧装置及钢桁架发生移位。
19.本发明结构简单、构件常规，理论上没有竖向荷载加载最大值的限制，具有极高的
推广和应用价值。该装置的加载能力取决于钢桁架自身的承载力，因此可根据实际试验需要调整梁的材料及尺寸，以满足试验要求。另外，反力梁、反力桩的设置可以根据现场实际应用情况，能够提供足够反力支撑即可，不必完全按照“π”型反力支撑设置。
附图说明
20.图1为本发明结构示意图；
21.图2为本发明结构俯视图；
22.图3为本发明夹紧装置结构示意图；
23.图4为本发明夹紧装置半剖结构示意图；
24.图5为本发明预留槽分布结构示意图；
25.图6为本发明定位插片和橡胶夹块连接结构示意图；
26.图7为本发明拼装板和千斤顶二连接结构示意图；
27.图8为本发明拼装板结构示意图。
28.图中：反力支墩1、钢滚轴2、钢桁架3、夹紧装置4、试桩5、基准梁6、基准桩7、百分表8、钢板9、反力桩10、反力梁11、垫块一12、千斤顶一13、压力传感器14、球铰15、垫块二16、预留槽17、拼装板18、千斤顶二19、夹持板20、拼装槽21、抠取槽22、插口23、定位插片24、定位插槽25、橡胶夹块26、限位插块27。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
30.实施例一
31.本发明提供一种技术方案：一种单桩嵌固式水平静载试验方法，所述试验方法包括以下步骤：
32.设置反力支墩，反力支墩上部放置钢滚轴，钢滚轴上部放置钢桁架，钢桁架另一端用锚栓固定连接夹紧装置，中间垫钢板；
33.将夹紧装置预夹紧，装置内部的千斤顶顶推至试桩周边，百分表监测端靠在试桩另一侧，百分表与基准梁连接牢固，基准桩锚固在地面，用来限制固定基准梁；
34.反力梁与反力桩连接，组成“π”型反力支撑，反力桩与试桩之间由垫块、球铰、压力传感器、千斤顶、垫块连接；千斤顶预加载，确保装置安装牢靠，千斤顶提供水平静载，即水平推力；
35.试验装置组装完成后，夹紧装置处于预夹紧状态，通过调节内部千斤顶，使千斤顶等应力施加压力，待各千斤顶对试桩施加的应力满足设计要求时，停止夹紧，此时夹紧装置与试桩连接牢靠，在外力作用下不产生位移变形，看成为一个整体；
36.水平推力加载程序按单向多循环加卸荷载法，通过千斤顶对试验桩进行水平逐级加(卸)荷载，荷载计量由数字式测力仪控制，取设计最大试验荷载的1/10作为每级加载量；
每次加载后，恒载4min测读试桩水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次完成1级荷载的试验观测，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应严格准确，试验不得中途停止；
37.试桩试验数据汇总，判定试桩是否满足设计要求；试验完成后，拆除水平静载试验装置，便于重复使用。
38.实施例二
39.参照附图1至图2，在实施例一的基础上，提出了一种如权利要求1所述的单桩嵌固式水平静载试验方法用的单桩嵌固式水平静载试验装置，包括反力支墩1、反力桩10以及反力梁11，所述反力支墩1的顶面固定有钢滚轴2，钢滚轴2的顶面固定有钢桁架3，钢桁架3的表面安装有两组夹紧装置4，夹紧装置4和钢桁架3之间固定有钢板9，夹紧装置4套设在试桩5的柱体上，试桩5和反力支墩1均预埋在地面上，夹紧装置4和试桩5之间设有多个千斤顶一13，试桩5的表面固定有基准梁6，基准梁6的表面固定有百分表8，且基准梁6的一侧设有基准桩7，反力桩10设有多个，相邻两个反力桩10之间设有反力梁11，反力梁11的表面固定有垫块一12，垫块一12的表面固定有千斤顶二19，千斤顶二19的一端固定在球铰15的表面，且千斤顶二19的轴体上固定有压力传感器14，球铰15的表面固定有垫块二16，垫块二16夹持在球铰15和试桩5之间。
40.实施例三
41.参照附图3至图8，在实施例二的基础上，为了实现对千斤顶一13检修时的快速装卸，千斤顶一13固定在拼装板18的表面，拼装板18呈“l”板状结构，拼装板18的一个板体滑动连接在拼装槽21中，拼装槽21开设在夹紧装置4的顶面，拼装板18的表面固定有限位插块27，限位插块27插接在预留槽17中，预留槽17开设在夹紧装置4的内环面，且千斤顶一13的活塞杆上固定有夹持板20，夹持板20朝向试桩5的一面呈圆弧形曲面；拼装板18的顶面开设有抠取槽22，抠取槽22的侧壁开设有插口23，插口23设有两个，两个插口23关于抠取槽22对称分布，插口23的内部活动插接有定位插片24，定位插片24呈“l”形板状结构，定位插片24的一端活动插接在定位插槽25中，定位插槽25开设在拼装槽21的表面；抠取槽22的表面固定有橡胶夹块26，橡胶夹块26呈“凸”字形板状结构，橡胶夹块26固定在两个定位插片24之间。
42.实际使用时，需要对千斤顶一13拆卸时，两个手指分别挤压两个定位插片24，两个手指合拢后，两个定位插片24将橡胶夹块26挤压形变，此时定位插片24的一端从定位插槽25脱离，此时拼装板18和拼装槽21之间缺少限位，将拼装板18从拼装槽21抽离，且拼装板18带动限位插块27从预留槽17抽离；待千斤顶一13检修完成后，一只手的两个手指同时挤压两个定位插片24，将定位插片24的一端缩进插口23中，同时另一只手将限位插块27对准预留槽17插入，直到拼装板18的顶板推入拼装槽21后，松开两个定位插片24后，橡胶夹块26回弹顶推两个定位插片24复位，定位插片24的一端插入定位插槽25中，实现拼装板18和拼装槽21连接限位。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种单桩嵌固式水平静载试验方法，其特征在于：所述试验方法包括以下步骤：设置反力支墩，反力支墩上部放置钢滚轴，钢滚轴上部放置钢桁架，钢桁架另一端用锚栓固定连接夹紧装置，中间垫钢板；将夹紧装置预夹紧，装置内部的千斤顶顶推至试桩周边，百分表监测端靠在试桩另一侧，百分表与基准梁连接牢固，基准桩锚固在地面，用来限制固定基准梁；反力梁与反力桩连接，组成“π”型反力支撑，反力桩与试桩之间由垫块、球铰、压力传感器、千斤顶、垫块连接；千斤顶预加载，确保装置安装牢靠，千斤顶提供水平静载，即水平推力；试验装置组装完成后，夹紧装置处于预夹紧状态，通过调节内部千斤顶，使千斤顶等应力施加压力，待各千斤顶对试桩施加的应力满足设计要求时，停止夹紧，此时夹紧装置与试桩连接牢靠，在外力作用下不产生位移变形，看成为一个整体；水平推力加载程序按单向多循环加卸荷载法，通过千斤顶对试验桩进行水平逐级加(卸)荷载，荷载计量由数字式测力仪控制，取设计最大试验荷载的1/10作为每级加载量；每次加载后，恒载4min测读试桩水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次完成1级荷载的试验观测，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应严格准确，试验不得中途停止；试桩试验数据汇总，判定试桩是否满足设计要求；试验完成后，拆除水平静载试验装置，便于重复使用。2.一种如权利要求1所述的单桩嵌固式水平静载试验方法用的单桩嵌固式水平静载试验装置，包括反力支墩(1)、反力桩(10)以及反力梁(11)，其特征在于：所述反力支墩(1)的顶面固定有钢滚轴(2)，钢滚轴(2)的顶面固定有钢桁架(3)，钢桁架(3)的表面安装有两组夹紧装置(4)，夹紧装置(4)套设在试桩(5)的柱体上，试桩(5)和反力支墩(1)均预埋在地面上，夹紧装置(4)和试桩(5)之间设有多个千斤顶一(13)，试桩(5)的表面固定有基准梁(6)，基准梁(6)的表面固定有百分表(8)，且基准梁(6)的一侧设有基准桩(7)，反力桩(10)设有多个，相邻两个反力桩(10)之间设有反力梁(11)，反力梁(11)的表面固定有垫块一(12)，垫块一(12)的表面固定有千斤顶二(19)，千斤顶二(19)的一端固定在球铰(15)的表面，且千斤顶二(19)的轴体上固定有压力传感器(14)，球铰(15)的表面固定有垫块二(16)，垫块二(16)夹持在球铰(15)和试桩(5)之间。3.根据权利要求2所述的一种单桩嵌固式水平静载试验装置，其特征在于：所述千斤顶一(13)固定在拼装板(18)的表面，拼装板(18)呈“l”板状结构，拼装板(18)的一个板体滑动连接在拼装槽(21)中，拼装槽(21)开设在夹紧装置(4)的顶面，拼装板(18)的表面固定有限位插块(27)，限位插块(27)插接在预留槽(17)中，预留槽(17)开设在夹紧装置(4)的内环面，且千斤顶一(13)的活塞杆上固定有夹持板(20)，夹持板(20)朝向试桩(5)的一面呈圆弧形曲面。4.根据权利要求3所述的一种单桩嵌固式水平静载试验装置，其特征在于：所述拼装板(18)的顶面开设有抠取槽(22)，抠取槽(22)的侧壁开设有插口(23)，插口(23)设有两个，两个插口(23)关于抠取槽(22)对称分布，插口(23)的内部活动插接有定位插片(24)，定位插片(24)呈“l”形板状结构，定位插片(24)的一端活动插接在定位插槽(25)中，定位插槽(25)开设在拼装槽(21)的表面。
5.根据权利要求4所述的一种单桩嵌固式水平静载试验装置，其特征在于：所述抠取槽(22)的表面固定有橡胶夹块(26)，橡胶夹块(26)呈“凸”字形板状结构，橡胶夹块(26)固定在两个定位插片(24)之间。

技术总结
本发明涉及建筑施工技术领域，具体为一种单桩嵌固式水平静载试验方法及装置，包括以下步骤：设置反力支墩，反力支墩上部放置钢滚轴，钢滚轴上部放置钢桁架，钢桁架另一端用锚栓固定连接夹紧装置，中间垫钢板；将夹紧装置预夹紧，装置内部的千斤顶顶推至试桩周边；有益效果为：本发明提出的单桩嵌固式水平静载试验方法及装置，通过钢桁架及夹紧装置对桩顶进行限制，模拟桩在实际工程中桩顶的嵌固状态。为保证试验过程中钢桁架与桩顶连接牢固，及桩顶嵌固效果的有效发挥，钢桁架与试桩之间采用夹紧装置连接，夹紧装置内部设置千斤顶，使用过程中每个千斤顶等应力作用于试桩外表面，逐渐夹紧牢固。紧牢固。紧牢固。


技术研发人员：叶鹏飞 王晓东 张洪达 刘泉昌 王凯 陈国营 仲崇森
受保护的技术使用者：中建八局第二建设有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/24