专利名称：水平荷载试验桩顶约束装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种水平荷载试验桩顶约束装置。本发明还涉及一种水平荷载试验桩顶约束方法。
背景技术：
桩基静载试验，就是在桩顶逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。桩基静载试验，包括单桩竖向抗压荷载试验、单桩竖向抗拔荷载试验、单桩水平荷载试验。单桩水平荷载试验采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法，确定单桩水平临界荷载和极限荷载，推定抗力参数，或对工程桩的水平承载力进行检验和评价。当桩基埋设有应变测量传感器时，可测量相应水平荷载作用下的桩基应力，并由此计算得出桩基弯矩分布情况，可为检验桩基强度、推求不同深度弹性地基系数提供依据。在水平荷载作用下，桩基产生变形并挤压桩周土，促使桩周土发生相应的变形而产生水平抗力。水平荷载较小时，桩周土的变形是弹性的，水平抗力主要由靠近地面的表层土提供；随着水平荷载的增大，桩的变形加大，表层土逐渐产生塑性屈服，水平荷载将向更深的土层传递；当桩周土失去稳定、桩基发生破坏或桩基的变形超过结构的允许值时，水平荷载也就达到极限。桩基水平加载试验目前只能采用常规的加载方法，桩顶可以自由变形。目前的加载方法无法对桩顶进行有效约束，这与实际工程中桩顶的受力和变形情况是不相符的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水平荷载试验桩顶约束装置及方法，用于解决现有技术的水平加载试验中，无法对桩顶进行有效约束，试验条件与实际工程中桩顶的受力和变形情况不相符的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水平荷载试验桩顶约束装置，它包括位于桩基周围的反力架，反力架与实验室地基固定，反力架与轨道架总成固定连接，轨道架总成内设有分离式固定箱，分离式固定箱套在桩顶上，分离式固定箱的侧边设有水平加载装置；分离式固定箱包括多个分离箱体和将多个分离箱体锁紧的紧固结构，分离箱体在轨道架总成内水平移动，多个分离箱体通过紧固结构与桩顶固定。优选的，分离箱体的数量为两个，以桩顶的轴对称面为对称平面相互对称。进一步的优选，分离箱体相对于桩顶的内周面与桩顶的外周面相配合。另一种进一步的优选，紧固结构包括贯穿两个分离箱体的多根螺杆，螺杆的两端装有螺帽。上述方案的进一步优选，轨道架总成包括位于分离式固定箱上方的上轨道架和位于分离式固定箱下方的下轨道架，分离箱体的上方和下方设有行车轮，上轨道架、下轨道架上均设有与行车轮对应的水平导轨，行车轮带动分离箱体在导轨上滚动。更进一步的优选，轨道架总成还包括两个分别位于上轨道架、下轨道架左右两侧的支撑架，左右两个支撑架与上轨道架、下轨道架固定连接，围成一个放置分离式固定箱的内部空间。上述方案的进一步优选，桩顶从轨道架总成中伸出。更进一步的优选，桩顶从轨道架总成中伸出的长度为10cm。为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种水平荷载试验桩顶约束方法，包括以下步骤I)将轨道架总成和分离式固定箱套在桩顶上，轨道架总成与反力架固定连接；2)在桩顶沿桩基的轴线向下加载竖向荷载；3)将分离式固定箱的分离箱体，通过紧固结构与桩顶固定；4)在分离式固定箱的侧边，通过水平加载装置加载水平荷载。优选的，将轨道架总成和分离式固定箱套在桩顶上，包括以下步骤①将下轨道架套在桩顶上，下轨道架上的导轨水平放置，下轨道架与反力架固定连接；②将分离式固定箱放置在下轨道架上，分离箱体下方的行车轮放置在下轨道架的导轨上；③将上轨道架套在桩顶上，并放置在分离式固定箱上方，分离箱体上方的行车轮与上轨道架上的导轨配合，上轨道架与反力架固定连接。更进一步的优选，将轨道架总成和分离式固定箱套在桩顶上，还包括第④步骤将两个支撑架放置在上轨道架和下轨道架的左右两侧，并将两个支撑架与上轨道架、下轨道架固定连接，围成一个放置分离式固定箱的内部空间。如上所述，本发明水平荷载试验桩顶约束装置及方法，具有以下有益效果该水平荷载试验桩顶约束装置及方法，对桩顶进行约束，使在加载水平荷载时，桩顶只能发生水平位移，而不发生转角或其他方向的位移，最大程度地模拟实际工程中的桩基受力和变形。
图1显示为本发明的水平荷载试验桩顶约束装置的结构示意图。图2显示为图1所示的水平荷载试验桩顶约束装置的A-A向分离式固定箱和轨道架总成组合的结构示意图。图3显示为图1所示的水平荷载试验桩顶约束装置的分离式固定箱和桩顶组合的结构示意图。图4显示为图3所示的水平荷载试验桩顶约束装置的分离式固定箱和桩顶组合的俯视图。图5显示为图1所示的水平荷载试验桩顶约束装置的上轨道架、下轨道架和支撑架组合的第一种实施方式的结构示意图。图6显示为图1所示的水平荷载试验桩顶约束装置的上轨道架、下轨道架和支撑架组合的第二种实施方式的结构示意图。图7显示为图6所示的水平荷载试验桩顶约束装置的上轨道架、下轨道架的结构示意图。
图8显示为图7所示的水平荷载试验桩顶约束装置的上轨道架、下轨道架的B-B向剖面示意图。图9显示为图6所示的水平荷载试验桩顶约束装置的支撑架的结构示意图。图10显示为图9所示的水平荷载试验桩顶约束装置的支撑架的C-C向剖面示意图。元件标号说明I 反力架2 轨道架总成21 上轨道架211 轨道架外框212 轨道架横向支撑213 轨道架对角支撑214 轨道架螺栓孔215 轨道架预留格22 下轨道架23 导轨24 支撑架241 支撑架外框242 支撑架横向支撑243 支撑架对角支撑244 支撑架螺栓孔3 分离式固定箱31 分离箱体321 螺杆322 螺帽33 行车轮4 桩顶5 水平加载装置
具体实施例方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。请参阅图1至图10。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图4所示，本发明提供一种水平荷载试验桩顶约束装置，它包括位于桩基周围的反力架1，反力架I与实验室地基固定，反力架I与轨道架总成2固定连接，轨道架总成2内设有分离式固定箱3，分离式固定箱3套在桩顶4上，分离式固定箱3的侧边设有水平加载装置5 ;分离式固定箱3包括多个分离箱体31和将多个分离箱体31锁紧的紧固结构，分离箱体31在轨道架总成2内水平移动，多个分离箱体31通过紧固结构与桩顶4固定。分离式固定箱3与桩顶4固定，由于分离式固定箱3被轨道架总成2约束，只能在轨道架总成2内水平移动，所以桩顶4只能发生水平位移，而不发生转角或其他方向的位移，最大程度地模拟实际工程中的桩基受力和变形。分离箱体31的数量为两个，以桩顶4的轴对称面为对称平面相互对称，分离箱体31相对于桩顶4的内周面与桩顶4的外周面相配合，紧固结构包括贯穿两个分离箱体31的多根螺杆321，螺杆321的两端装有螺帽322。两个分离箱体31的四个角落设有四个贯穿的通孔，螺杆321从通孔中穿过，在螺杆321的两端装上螺帽322，通过旋转螺帽322推动两个分离箱体31合拢，两个分离箱体31从两个方向夹紧桩顶4，与桩顶4固定。该分离箱体31内部可中空，中间设有多条肋板，在减少分离箱体31的重量的同时，保证分离箱体31的整体强度，使分离箱体31在使用过程中不变形。该水平加载装置5可为水平加载千斤顶，或其他加载设施。桩顶4从轨道架总成2中伸出，桩顶4从轨道架总成2中伸出的长度优选为10cm。桩顶4从轨道架总成2中伸出，保证了在加载竖向荷载时，只加载在桩顶4上，轨道架总成2不受力。如图5至图10所示，轨道架总成2包括位于分离式固定箱3上方的上轨道架21和位于分离式固定箱3下方的下轨道架22，分离箱体31的上方和下方设有行车轮33，上轨道架21、下轨道架22上均设有与行车轮33对应的水平导轨23，行车轮33带动分离箱体31在导轨23上滚动。上轨道架21、下轨道架22的结构相同，统称为轨道架。轨道架均设有长方形的轨道架外框211，轨道架外框211内设有轨道架横向支撑212，使轨道架内形成多个方形空格，在安装过程中，桩顶4从方形空格中穿过。轨道架横向支撑212增强了轨道架的强度。除了供桩顶4穿过的方形空格设为中空的轨道架预留格215以外，其余方形空格的对角还可通过轨道架对角支撑213固定连接，轨道架对角支撑213进一步增强了轨道架的强度。轨道架总成2还包括两个分别位于上轨道架21、下轨道架22左右两侧的支撑架24，左右两个支撑架24与上轨道架21、下轨道架22固定连接，围成一个放置分离式固定箱3的内部空间。左右两个支撑架24在上轨道架21、下轨道架22的侧面起到支撑作用，进一步增加了轨道架的纵向刚度，使轨道架在荷载下也不发生形变，从而使桩顶4只能发生水平位移，而不发生转角或其他方向的位移，最大程度地模拟实际工程中的桩基受力和变形。支撑架24设有长方形的支撑架外框241，支撑架外框241内固定有支撑架横向支撑242，使支撑架24形成方形空格，方形空格的对角还可通过支撑架对角支撑243固定连接，支撑架横向支撑242、支撑架对角支撑243进一步增强了支撑架24的强度。如图5所示，上轨道架21、下轨道架22仅设有轨道架横向支撑212，支撑架24仅设有支撑架横向支撑242。如图6所示，上轨道架21、下轨道架22不但设有轨道架横向支撑212，还设有轨道架对角支撑213 ;支撑架24不但设有支撑架横向支撑242，还设有支撑架对角支撑243。上轨道架21、下轨道架22的轨道架外框211设有轨道架螺栓孔214，支撑架24的支撑架外框241设有支撑架螺栓孔244，轨道架螺栓孔214和支撑架螺栓孔244 —一对应，上轨道架21、下轨道架22和支撑架24通过穿过轨道架螺栓孔214、支撑架螺栓孔244的螺栓固定连接。本发明的反力架1、轨道架总成2、分离式固定箱3等部件可采用钢材料，也可采用其它强度更高或者韧性更好的材料。本发明还提供一种水平荷载试验桩顶约束方法，包括以下步骤I)将轨道架总成2和分离式固定箱3套在桩顶4上，轨道架总成2与反力架I固定连接；2)在桩顶4沿桩基的轴线向下加载竖向荷载；3)将分离式固定箱3的分离箱体31，通过紧固结构与桩顶4固定；4)在所述分离式固定箱3的侧边，通过水平加载装置5加载水平荷载。其中，将轨道架总成2和分离式固定箱3套在桩顶4上，包括以下步骤①将下轨道架22套在桩顶4上，下轨道架22上的导轨23水平放置，下轨道架22与反力架I固定连接；②将分离式固定箱3放置在下轨道架22上，分离箱体31下方的行车轮33放置在下轨道架22的导轨23上；③将上轨道架21套在桩顶4上，并放置在分离式固定箱3上方，分离箱体31上方的行车轮33与上轨道架21上的导轨23配合，上轨道架21与反力架I固定连接。④将两个支撑架24放置在上轨道架21和下轨道架22的左右两侧，并将两个支撑架24与上轨道架21、下轨道架22通过穿过轨道架螺栓孔214、支撑架螺栓孔244的螺栓固定连接，围成一个放置分离式固定箱3的内部空间。其中，步骤3)中的紧固结构可为多根螺杆321和装在螺杆321两端的螺帽322，通过旋转螺帽322，使分离箱体31不断地向桩顶4靠近，最终与桩顶4固定。综上所述，本发明水平荷载试验桩顶约束装置及方法，使在加载水平荷载时，桩顶只能发生水平位移，而不发生转角或其他方向的位移，最大程度地模拟实际工程中的桩基受力和变形。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于它包括位于桩基周围的反力架(1)，所述反力架(I)与实验室地基固定，所述反力架(I)与轨道架总成(2)固定连接，所述轨道架总成(2)内设有分离式固定箱(3)，所述分离式固定箱(3)套在桩顶(4)上，所述分离式固定箱(3)的侧边设有水平加载装置(5);所述分离式固定箱(3)包括多个分离箱体(31)和将所述多个分离箱体(31)锁紧的紧固结构，所述分离箱体(31)在所述轨道架总成(2)内水平移动，所述多个分离箱体(31)通过所述紧固结构与桩顶(4)固定。
2.根据权利要求1所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述分离箱体(31)的数量为两个，以桩顶(4)的轴对称面为对称平面相互对称。
3.根据权利要求2所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述分离箱体(31)相对于桩顶(4)的内周面与桩顶(4)的外周面相配合。
4.根据权利要求2所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述紧固结构包括贯穿所述两个分离箱体(31)的多根螺杆(321)，所述螺杆(321)的两端装有螺帽(322)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述轨道架总成(2)包括位于所述分离式固定箱(3)上方的上轨道架(21)和位于所述分离式固定箱(3)下方的下轨道架(22)，所述分离箱体(31)的上方和下方设有行车轮(33)，所述上轨道架(21)、下轨道架(22 )上均设有与所述行车轮(33 )对应的水平导轨(23 )，所述行车轮(33)带动所述分离箱体(31)在所述导轨(23)上滚动。
6.根据权利要求5所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述轨道架总成(2)还包括两个分别位于所述上轨道架(21)、下轨道架(22)左右两侧的支撑架(24)，所述左右两个支撑架(24)与所述上轨道架(21)、下轨道架(22)固定连接，围成一个放置所述分离式固定箱(3)的内部空间。
7.根据权利要求1至4任一项所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述桩顶(4)从所述轨道架总成(2)中伸出。
8.根据权利要求7所述的水平荷载试验桩顶约束装置，其特征在于所述桩顶(4)从所述轨道架总成(2)中伸出的长度为10cm。
9.一种水平荷载试验桩顶约束方法，其特征在于包括以下步骤 1)将轨道架总成(2)和分离式固定箱(3)套在桩顶(4)上，所述轨道架总成(2)与反力架(I)固定连接； 2)在桩顶(4)沿桩基的轴线向下加载竖向荷载； 3)将所述分离式固定箱(3)的分离箱体(31)，通过紧固结构与桩顶(4)固定； 4)在所述分离式固定箱(3)的侧边，通过水平加载装置(5)加载水平荷载。
10.根据权利要求9所述的水平荷载试验桩顶约束方法，其特征在于，将轨道架总成(2)和分离式固定箱(3)套在桩顶(4)上，包括以下步骤 ①将下轨道架(22)套在桩顶(4)上，所述下轨道架(22)上的导轨(23)水平放置，所述下轨道架(22)与反力架(I)固定连接； ②将所述分离式固定箱(3)放置在所述下轨道架(22)上，所述分离箱体(31)下方的行车轮(33)放置在所述下轨道架(22)的导轨(23)上； ③将上轨道架(21)套在桩顶(4)上，并放置在所述分离式固定箱(3)上方，所述分离箱体(31)上方的行车轮(33)与所述上轨道架(21)上的导轨(23)配合，所述上轨道架(21)与所述反力架(I)固定连接。
11.根据权利要求10所述的水平荷载试验桩顶约束方法，其特征在于，将轨道架总成(2)和分离式固定箱(3)套在桩顶(4)上，还包括第④步骤将两个支撑架(24)放置在所述上轨道架(21)和下轨道架(22)的左右两侧，并将两个支撑架(24)与所述上轨道架(21)、下轨道架(22)固定连接，围成一个放置所述分离式固定箱(3)的内部空间。
全文摘要
本发明提供一种水平荷载试验桩顶约束装置，它包括位于桩基周围的反力架，反力架与实验室地基固定，反力架与轨道架总成固定连接，轨道架总成内设有分离式固定箱，分离式固定箱套在桩顶上，分离式固定箱的侧边设有水平加载装置；分离式固定箱包括多个分离箱体和将多个分离箱体锁紧的紧固结构，分离箱体在轨道架总成内水平移动，多个分离箱体通过紧固结构与桩顶固定。本发明还提供一种水平荷载试验桩顶约束方法。该水平荷载试验桩顶约束装置及方法，对桩顶进行约束，使在加载水平荷载时，桩顶只能发生水平位移，而不发生转角或其他方向的位移，最大程度地模拟实际工程中的桩基受力和变形。
文档编号E02D33/00GK103015464SQ20121049714
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者邱松, 张章, 吴锋, 周国然, 傅一帆, 卓杨, 李晓舟, 方炫强 申请人:中交上海三航科学研究院有限公司, 中交第三航务工程局有限公司