一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置，包括浇筑好的上段桩和下段桩、设于中段桩内的荷载箱、试验控制装置、以及位移测量仪，锚索自由段穿过上段桩内的隔离管并在上段桩顶部留有一定自由长度，在锚索自由段和上段桩顶部之间设有加载油缸，锚索固定段与下段桩固定相连，上段桩和下段桩上还设有与位移测量仪相连的位移杆，先加载荷载箱使上段桩和下段桩发生相背位移，然后加载加上段桩顶部的载油缸使上段桩和下段桩发生相向位移，最后回收荷载箱，浇筑中段桩，分别测量记录两种情况下桩基的承载力情况和位移形变，本发明克服了传统自平衡法上段桩的负摩阻力及荷载箱无法回收的缺点，其操作简单，成本低廉。
【专利说明】
一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及工程领域粧基竖向承载力检测方法，尤其涉及一种改进型粧基竖向承 载力试验反向自平衡法及试验装置。
【背景技术】
[0002] 传统自平衡法最早于1960年代有以色列Afar Vasela公司提出并实施，并申请专 利"一种新的承载力测试方法"，俗称"通莫静载法"。其检测原理是将一种特制的加载装 置一荷载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入粧内相应的位置，将加载箱的加压管以 及所需的其他测试装置从粧体引到地面，然后灌注成粧。有加压栗在地面向荷载箱加压加 载，使得粧体内部产生加载力，通过对加载力与位移关系的计算和分析，获得粧基承载力。 自平衡法应是利于粧身自平衡原理，无需常规的堆载或锚粧试粧，特别适用于野外作业及 承载力较大的粧基。这两个因素使自平衡法试粧在交通行业得以应用，并颁布了规程
[0003] 自平衡法因其本身的一些局限，原因有以下几点：
[0004] 1.自平衡法试粧，首先要算一下平衡点。压力盒放在此处，上段粧和下段粧承载力 相当，即平衡，这时测出的上下段粧承载力之和即为单粧承载力。当然，考虑到下面的原因， 通常对上段粧的极限荷载乘以0.7的折减系数。
[0005] 2.通常的试粧，荷载加在粧顶。对于摩擦端承粧，由于粧身压力随着粧深度逐渐减 小，另外粧身的轴向压缩也随深度减小，因此当粧上部达到侧摩阻极限值时，下部粧侧摩阻 还远远未达到极限值。因此，自平衡法，对于以变形控制的摩擦粧，不太合适;对于以荷载控 制的端承粧，如嵌岩粧，准确度会好些。上述测得的上下粧段侧摩阻力之和会大于实际情 况，因此出现了前文0.7的折减系数，一般用公式试验粧竖向受压承载力极限值
[0007] 3.平衡点的位置选择至关重要。如选的不得当，一段已变形至破坏，另一段未动， 这种情况试粧就失败了。
[0008] 4.在压力盒处的加荷处粧体是断掉的，虽然有注浆法填补此处的做法，但因质量 难以控制和检测，因此这种粧不能用于工程粧。
[0009] 5.荷载箱埋置于粧身内，试验完成后无法回收重复利用，需要一定的设备投入。
[0010] 综上，自平衡法需要进一步改进完善，取长补短，才能充分发挥其优势。要克服上 述自平衡法的不足，粧基检测结果接近真实情况，最好满足下列几点：（1)采用静载法；（2) 粧顶竖向加载；（3)反力装置简单实用，（4)加载装置可回收重复利用；（5)试验操作简单，适 用性强。
【发明内容】
[0011] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0012] -种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013] 步骤一、根据粧基特性计算出上段粧和下段粧的平衡点，确定中段粧位置；
[0014] 步骤二、加工粧基的钢筋笼，在中段粧的钢筋笼内放置荷载箱；
[0015] 步骤三、在上段粧的钢筋笼内设置竖直的隔离管，将锚索自由段往上穿过隔离管， 并在隔离管上端预留一定自由长度，将锚索固定段固定在下段粧的钢筋笼上；
[0016] 步骤四、将中空管贯穿性固定在上段粧的钢筋笼上，分别在上段粧和下段粧钢筋 笼的顶部固定设置用于测量形变的位移杆，所述下段粧上的位移杆向上自由穿过中空管并 上段粧顶部留出一定长度，；
[0017] 步骤五、粧基孔施工，下放粧基的钢筋笼，分别浇筑粧基的上段粧和下段粧，然后 进行养护；
[0018] 步骤五、在锚索自由段和上段粧顶部之间设置加载油缸，将荷载箱和加载油缸与 试验控制装置相连，调试好负荷加载装置，将上段粧和下段粧上设置的位移杆分别与上方 的位移测量仪相连，并调试好位移测量仪；
[0019] 步骤五、通过试验控制装置对荷载箱分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段 粧与下段粧发生的相背位移；
[0020] 步骤六、荷载箱卸载，重新调整位移测量仪，通过试验控制装置对上段粧顶部的加 载油缸进行分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段粧与下段粧发生的相向位移；
[0021] 步骤七、对加载油缸卸载，回收荷载箱、加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通过 隔离管对中段粧进行灌浆浇筑；
[0022] 步骤八、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验粧基承载力特征值及相关粧 侧粧端阻力，完成整个试验。
[0023] 作为改进，所述锚索固定段通过锚索回收装置固定在下段粧的钢筋笼上，所述锚 索回收装置由硫磺砂浆、加热器和锚固套筒组成，在施工时将加热器环绕在锚索锚索固定 段周围，利用硫磺砂浆将锚索固定段固定在锚固套筒内，再将锚固套筒锚固在下段粧钢筋 笼内；利用硫磺砂浆热熔特性，在荷载试验完成后，通过加热器升温，硫磺砂浆热熔后降低 粘结力，从而可以解除锚固，将锚索固定段拔出并回收。
[0024] 作为改进，所述位移测量仪为千分表。
[0025] 作为改进，所述钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述中段粧钢筋笼的 纵向受力钢筋为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于粧 体上段、粧体下段相向位移。
[0026] -种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡装置，其特征在于:包括配好钢筋笼 并浇筑好的上段粧和下段粧、没有浇筑的中段粧、设于中段粧内用于加载的荷载箱、试验控 制装置、以及位移测量仪，所述上段粧和下段粧通过锚索相连，所述上段粧内设有隔离管和 中空管，所述锚索自由段穿过隔离管并在上段粧顶部留有一定自由长度，在锚索自由段和 上段粧顶部之间设有用于加载的加载油缸，所述锚索固定段与下段粧固定相连，所述上段 粧和下段粧上还设有用于测量形变的位移杆，所述上段粧的位移杆直接与其上方的位移测 量仪相连，所述下段粧的位移杆自由穿过中空管与上段粧上方的位移测量仪相连。
[0027] 作为改进，所述锚索有多个，且多个锚索围绕粧基中心轴对称设置。
[0028] 作为改进，所述加载油缸为穿心千斤顶油缸。
[0029]本发明试验原理为:在传统自平衡法试验装置基础上，增加一套粧顶竖向加载装 置。先通过中段粧的荷载箱的作用，使上段粧和下段粧发生相背位移，测出上段粧的负承载 力和下段粧正承载力然后荷载箱回油，加载粧顶的加载油缸，使上段粧和下段粧发 生相向位移，测出上段粧的正承载力和下段粧负承载力a,最后试粧竖向抗压总极限承 载力为上段粧正承载力和下段粧正承载力之和加粧体自重，即，=c +@+T;试粧竖向抗 拔总极限承载力为上段粧负承载力和下段粧负承载力之和减粧体自重即
[0030] 本发明有益效果:相比现有如堆载法、锚粧法等粧基竖向承载力试验方法，充分发 挥了自平衡法优点，无需常规的堆载或锚粧试粧，特别适用于野外作业及承载力较大的粧 基。又克服了传统自平衡法上段粧为负摩阻力，试验结果与工程粧承受正摩阻力不同，试验 结果偏于保守，且荷载箱需要一定成本，无法回收利用等缺点，可以直接获得粧基的竖向受 压承载力和抗拔承载力，试验装置简单易操作，部分设备可回收重复使用，经济效益好，实 用推广性很强。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明试验装置示意图。
[0032] 图2是本发明试验原理图。
[0033] 图3是本发明钢筋笼及相关预埋件拼装图。
[0034]图4是本发明工艺流程图。
[0035]图中，11-上段粧，12-下段粧，13-中段粧，21-锚索，22-隔尚管，23-荷载箱，24-加 载油缸，30-试验控制装置，31-位移测量仪，32-位移杆，33-中空管，41-硫磺砂浆，42-加热 电阻丝，43-锚固套筒，5-钢筋笼，51-上段粧钢筋笼，52-下段粧钢筋笼，53-中段粧钢筋笼， 211-锚索自由段，212-锚索固定段。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施，对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发 明，但它们不对本发明构成限定。
[0037] 本发明提供一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡装置，其试验装置主要由 粧基、试验加载装置、变形监测装置组成。所述的粧基为钢筋混凝土结构，分为上段粧11、下 段粧12和中段粧13,中段粧13位移荷载平衡点处，安装有自平衡法必须的荷载箱23,且上段 粧11、下段粧12为先浇施工，待粧基荷载试验完成后利用隔离管22进行注浆，完成中段粧13 后浇施工。
[0038]所述的试验加载装置由锚索21、隔离管22、加载油缸24、荷载箱23组成，隔离管22 安装在上段粧11。锚索21分为锚索固定段212和锚索自由段211，锚索固定段212固定在下段 粧12内，锚索自由段211穿过埋置在上段粧11的隔离管22并伸出粧体顶面一定工作距离，用 于试验时加载油缸24(如穿心千斤顶油缸)工作锚固。试验时先加载中段粧13的荷载箱23， 测出上段粧的负承载力这;和下段粧正承载力!ST，然后荷载箱23回油，加载油缸24，测出上 段粧的正承载力0"+和下段粧负承载力27 "
[0039]所述加载油缸为穿心千斤顶油缸。
[0040] 所述的变形监测装置同传统的自平衡法试验系统，由位移测量仪31、位移杆32、中 空管33组成，试验时分别测量上段粧11和下段粧12位移。中空管33用于隔离上段粧11与位 移杆32的连接，以测量下段粧12位移。位移测量仪31多为千分表、百分表等，位移杆32多为 粗圆钢筋。
[0041] -种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡法，包括以下步骤：
[0042]步骤一、根据粧基特性计算出上段粧11和下段粧12的平衡点，确定中段粧13位置；
[0043] 步骤二、加工粧基的钢筋笼，在中段粧13的钢筋笼内放置荷载箱23;
[0044] 步骤三、在上段粧11的钢筋笼内设置竖直的隔离管22,将锚索自由段211往上穿过 隔离管22,并在隔离管22上端预留一定自由长度，将锚索固定段212固定在下段粧12的钢筋 笼上；
[0045] 步骤四、将中空管贯穿性固定在上段粧11的钢筋笼上，分别在上段粧11和下段粧 12钢筋笼的顶部固定设置用于测量形变的位移杆32,所述下段粧12上的位移杆32向上自由 穿过中空管并上段粧11顶部留出一定长度，；
[0046] 步骤五、粧基孔施工，下放粧基的钢筋笼，分别浇筑粧基的上段粧11和下段粧12， 然后进行养护；
[0047]步骤五、在锚索自由段211和上段粧11顶部之间设置加载油缸，将荷载箱23和加载 油缸与试验控制装置30相连，调试好负荷加载装置，将上段粧11和下段粧12上设置的位移 杆32分别与上方的位移测量仪31相连，并调试好位移测量仪31;
[0048]步骤五、通过试验控制装置30对荷载箱23分级加载，测量各级荷载下的加载值和 上段粧11与下段粧12发生的相背位移；
[0049] 步骤六、荷载箱23卸载，重新调整位移测量仪，通过试验控制装置30对上段粧11顶 部的加载油缸进行分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段粧11与下段粧12发生的相向 位移；
[0050] 步骤七、对加载油缸卸载，回收荷载箱23、加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通 过隔离管22对中段粧13进行灌浆浇筑；
[0051] 步骤八、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验粧基承载力特征值及相关粧 侧粧端阻力，完成整个试验。
[0052] 较优的，所述的锚索固定段212安装有锚索回收装置，锚索回收装置由硫磺砂浆 41、加热电阻丝42、锚固套筒43组成，施工时将加热电阻丝42环绕在锚索固定段212周围，利 用硫磺砂浆41将其固定在锚固套筒43内，再将锚固套筒43锚固在下段粧1212。其工作原理： 利用硫磺砂浆热41熔特性，在荷载试验完成后，加热电阻丝42升温，硫磺砂浆热熔后降低粘 结力，解除锚固，拔出锚索21并回收。
[0053]所述钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述中段粧钢筋笼的纵向受力钢 筋为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于粧体上段、粧体 下段相向位移。
[0054]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、根据粧基特性计算出上段粧和下段粧的平衡点，确定中段粧位置； 步骤二、加工粧基的钢筋笼，在中段粧的钢筋笼内放置荷载箱； 步骤三、在上段粧的钢筋笼内设置竖直的隔离管，将锚索自由段往上穿过隔离管，并在 隔离管上端预留一定自由长度，将锚索固定段固定在下段粧的钢筋笼上； 步骤四、将中空管贯穿性固定在上段粧的钢筋笼上，分别在上段粧和下段粧钢筋笼的 顶部固定设置用于测量形变的位移杆，所述下段粧上的位移杆向上自由穿过中空管并上段 粧顶部留出一定长度，； 步骤五、粧基孔施工，下放粧基的钢筋笼，分别浇筑粧基的上段粧和下段粧，然后进行 养护； 步骤五、在锚索自由段和上段粧顶部之间设置加载油缸，将荷载箱和加载油缸与试验 控制装置相连，调试好负荷加载装置，将上段粧和下段粧上设置的位移杆分别与上方的位 移测量仪相连，并调试好位移测量仪； 步骤五、通过试验控制装置对荷载箱分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段粧与 下段粧发生的相背位移； 步骤六、荷载箱卸载，重新调整位移测量仪，通过试验控制装置对上段粧顶部的加载油 缸进行分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段粧与下段粧发生的相向位移； 步骤七、对加载油缸卸载，回收荷载箱、加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通过隔离 管对中段粧进行灌浆浇筑； 步骤八、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验粧基承载力特征值及相关粧侧粧 端阻力，完成整个试验。2. 如权利要求1所述一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于:所述 锚索固定段通过锚索回收装置固定在下段粧的钢筋笼上，所述锚索回收装置由硫磺砂浆、 加热器和锚固套筒组成，在施工时将加热器环绕在锚索固定段周围，利用硫磺砂浆将锚索 固定段固定在锚固套筒内，再将锚固套筒锚固在下段粧钢筋笼内；利用硫磺砂浆热熔特性， 在荷载试验完成后，通过加热器升温，硫磺砂浆热熔后降低粘结力，从而可以解除锚固，将 锚索固定段拔出并回收。3. 如权利要求1所述一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平横法，其特征在于:所述 钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述中段粧钢筋笼的纵向受力钢筋为曲线或折 线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于粧体上段、粧体下段相向位 移。4. 如权利要求1所述一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于:所述 位移测量仪为千分表。5. -种用于权利要求1 一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡法的试验装置，其 特征在于:包括配好钢筋笼并浇筑好的上段粧和下段粧、没有浇筑的中段粧、设于中段粧内 用于加载的荷载箱、试验控制装置、以及位移测量仪，所述上段粧和下段粧通过锚索相连， 所述上段粧内设有隔离管和中空管，所述锚索自由段穿过隔离管并在上段粧顶部留有一定 自由长度，在锚索自由段和上段粧顶部之间设有用于加载的加载油缸，所述锚索固定段与 下段粧固定相连，所述上段粧和下段粧上还设有用于测量形变的位移杆，所述上段粧的位 移杆直接与其上方的位移测量仪相连，所述下段粧的位移杆自由穿过中空管与上段粧上方 的位移测量仪相连。6. 如权利要求5所述一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡装置，其特征在于:所 述锚索有多个，且多个锚索围绕粧基中心轴对称设置。7. 如权利要求5所述一种改进型粧基竖向承载力试验反向自平衡装置，其特征在于:所 述加载油缸为穿心千斤顶油缸。
【文档编号】E02D27/12GK105839678SQ201610221991
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】刘永莉, 肖衡林, 马强, 裴尧尧, 杨智勇, 万娟, 李丽华, 柏华军, 饶兰
【申请人】湖北工业大学