一种于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统的制作方法

本实用新型属于工业与民用建筑基桩检测领域，涉及作为建筑单桩水平静载试验，尤其涉及一种于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统。

背景技术：

随着桩基技术和理论的不断发展，桩基础成为国内外应用最为广泛的一种基础形式，其工程质量涉及上部结构的安全。桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，桩支承于坚硬的(基岩、密实的卵砾石层)或较硬的(硬塑粘性土、中密砂等)持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载(包括偏心荷载)，常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻(冲)孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等。桩基础设计中，当桩基承受水平荷载时，应对桩基进行水平承载力验算。根据《JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范》3.1.1条文规定，基桩检测应根据检测目的、检测方法的适用性、桩基的设计条件、成桩工艺等，合理选择单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验等检测方法；3.3.8条规定，对设计有水平力要求的桩基工程，应采用单桩水平静载试验检测。

桩的抗水平力和抗弯能力取决于桩和土的力学性能、桩的自由度、抗弯刚度、桩宽、桩顶约束等因素，试验条件应尽可能和实际工作条件接近，将各种影响降低到最小程度，使试验成果能尽量反映工程桩的实际情况。通常情况下，试验条件很难做到和工程桩的情况完全一致，《JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范》等现行规程规范对单桩水平静载试验是在桩顶处于自由状态下提出的。

大多数桩基工程中，桩基的设计通常由垂直荷载来控制，但对于火电厂的冷却塔等构筑物，垂直荷载往往容易满足要求，因承受的水平荷载较大，此时的桩基设计由水平荷载起控制作用。已有试验数据表明，桩顶施加垂直荷载时，单桩水平承载力有较大的提高。因此，开展桩顶施加垂直荷载的水平静载试验对优化桩基设计具有重要的工程实际意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统，便于开展桩顶施加垂直荷载的水平静载试验，为优化桩基设计提供试验数据。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统，包括竖向抗压静载试验装置和水平静载试验装置；

竖向抗压静载试验装置包括垂直荷载反力系统、加荷及稳压系统和观测系统；垂直荷载反力系统采用锚桩横梁反力装置，采用4根锚桩和1根竖向抗压静载试验桩的方式布置，4根锚桩等距布置在1根竖向抗压静载试验桩四周，竖向抗压静载试验桩中心与锚桩中心之间的距离大于4D且大于2.0m，D为竖向抗压静载试验桩直径，通过4根锚桩对中间1根竖向抗压静载试验桩施加反力；

竖向抗压静载试验装置的加荷及稳压系统包括施加垂直荷载千斤顶、主梁、副梁和垂直荷载测量仪器设备；通过主梁、副梁将4根锚桩相连，千斤顶安装于4根锚桩的几何中心，垂直荷载测量仪器设备安装在千斤顶与竖向抗压静载试验桩之间，通过千斤顶将荷载施加于竖向抗压静载试验桩，通过垂直荷载测量仪器设备控制荷载，荷载依次通过主梁、副梁传递至4根锚桩；

竖向抗压静载试验观测系统包括基准桩、基准梁和竖向位移观测仪器设备；在两基准桩上固定基准梁，基准梁设置于竖向抗压静载试验桩附近，竖向位移观测仪器设备连接在竖向抗压静载试验桩和基准梁上；

水平静载试验装置包括水平荷载反力系统、加荷及稳压系统和观测系统；水平荷载反力系统包括反力混凝土块体，通过反力混凝土块体和试坑壁土体提供反力；

水平静载试验装置的加荷及稳压系统包括施加水平荷载卧式千斤顶、千斤顶固定装置和水平荷载测量仪器设备，施加水平荷载卧式千斤顶通过千斤顶固定装置与竖向抗压静载试验桩连接，水平荷载测量仪器设备安装在施加水平荷载卧式千斤顶和竖向抗压静载试验桩之间；

在水平静载试验水平力施加过程中，通过安装在竖向抗压静载试验桩顶上的抗摩擦组件克服垂直荷载对桩顶水平方向的约束；

水平静载试验装置包括水平位移观测仪器设备，水平位移观测仪器设备连接在竖向抗压静载试验桩和基准梁上。

进一步，所述千斤顶固定装置包括钢垫块和球形铰支座，施加水平荷载卧式千斤顶通过钢垫块和球形铰支座与竖向抗压静载试验桩连接。

进一步，竖向抗压静载试验桩桩身上采用膨胀螺栓锚固有薄钢片，薄钢片表面采用黄油或凡士林固定有玻璃片，竖向位移观测仪器设备安装在玻璃片上。

进一步，所述水平位移观测仪器设备和竖向位移观测仪器设备为百分表或位移传感器，其分度值/分辨力优于或等于0.01mm。

进一步，所述水平静载试验装置布置在地面下2.0m的试坑内。

进一步，所述施加水平荷载卧式千斤顶为卧式千斤顶。

本实用新型的于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统，包括竖向抗压静载试验装置和水平静载试验装置，在单桩竖向抗压静载试验垂直荷载加载至设计要求的单桩承载力特征值时，在维持垂直荷载不变的条件下进行单桩水平静载试验，为优化桩基设计提供试验数据。

【附图说明】

图1为本实用新型桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统示意图；

图1a桩顶施加垂直荷载的水平静载试验设备安装俯视图；图1b桩顶施加垂直荷载的水平静载试验观测装置侧视图；

图中：1为主梁；2为副梁；3为垂直荷载测量仪器设备；4为施加垂直荷载千斤顶；5为抗摩擦组件；6为竖向抗压静载试验桩；7为锚桩；8为基准桩；9为基准梁；10为竖向位移观测仪器设备；11为反力混凝土块体；12为施加水平荷载卧式千斤顶；13为水平荷载测量仪器设备；14为钢垫块；15为球形铰支座；16为水平位移观测仪器设备。

【具体实施方式】

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，本文所描述的实施例仅仅为本实用新型的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护范围。

本实用新型于桩顶施加垂直荷载的水平静载试验系统，包括竖向抗压静载试验装置和水平静载试验装置，竖向抗压静载试验装置由垂直荷载反力系统、加荷及稳压系统和观测系统组成；水平静载试验装置由水平荷载反力系统、加荷及稳压系统和观测系统组成；在单桩竖向抗压静载试验垂直荷载加载至设计要求的单桩承载力特征值时，在维持垂直荷载不变的条件下进行单桩水平静载试验。

垂直荷载反力系统采用锚桩横梁反力装置，采用4根锚桩7和1根竖向抗压静载试验桩6的方式布置，4根锚桩7等距布置在1根竖向抗压静载试验桩6四周，竖向抗压静载试验桩6中心与锚桩7中心之间的距离大于4D且大于2.0m，D为竖向抗压静载试验桩6直径，通过4根锚桩7对中间1根竖向抗压静载试验桩6施加反力；

竖向抗压静载试验装置的加荷及稳压系统包括施加垂直荷载千斤顶4、主梁1、副梁2和垂直荷载测量仪器设备3；通过主梁1、副梁2将4根锚桩7相连，千斤顶4安装于4根锚桩7的几何中心，垂直荷载测量仪器设备3安装在千斤顶4与竖向抗压静载试验桩6之间，通过千斤顶4将荷载施加于竖向抗压静载试验桩6，通过垂直荷载测量仪器设备3控制荷载，荷载依次通过主梁1、副梁2传递至4根锚桩7；

竖向抗压静载试验观测系统包括基准桩8、基准梁9和竖向位移观测仪器设备10；在两基准桩8上固定基准梁9，基准梁9设置于竖向抗压静载试验桩6附近，竖向位移观测仪器设备10连接在竖向抗压静载试验桩6和基准梁9上；

水平静载试验装置的加荷及稳压系统包括施加水平荷载卧式千斤顶12、千斤顶固定装置和水平荷载测量仪器设备13，施加水平荷载卧式千斤顶12通过千斤顶固定装置与竖向抗压静载试验桩6连接，水平荷载测量仪器设备13安装在施加水平荷载卧式千斤顶12和竖向抗压静载试验桩6之间；

水平静载试验装置包括水平位移观测仪器设备16，水平位移观测仪器设备16连接在竖向抗压静载试验桩6和基准梁9上。

进一步，在水平力作用面及以上50cm处分别安装水平位移观测仪器设备16，基座采用直径10mm～12mm膨胀螺栓锚固在桩身，膨胀螺栓外露处与地面平行焊接尺寸100mm×100mm厚度5mm薄钢片，薄钢片表面采用黄油或凡士林固定尺寸100mm×100mm厚3mm～5mm玻璃片用于安装水平位移观测仪器设备16。所述水平位移观测仪器设备16和竖向位移观测仪器设备10为百分表或位移传感器，其分度值/分辨力优于或等于0.01mm。

所述千斤顶固定装置包括钢垫块14和球形铰支座15，施加水平荷载卧式千斤顶12通过钢垫块14和球形铰支座15与竖向抗压静载试验桩6连接。

以下通过具体实施例说明本实用新型内容。

参见图1所示，图1a桩顶施加垂直荷载的水平静载试验设备安装俯视图，图1b桩顶施加垂直荷载的水平静载试验观测装置侧视图。在试验设备安装前，首先在竖向抗压静载试验桩6周围地面下2.0m内开挖试坑，尺寸为宽2m，长4～5m，深度2m，观测水平位移一侧可为弧形。竖向抗压静载试验加荷设备采用两台或两台以上液压千斤顶并联同步工作，安装千斤顶合力中心为4根锚桩7的几何中心，施加垂直荷载千斤顶4将荷载施加于竖向抗压静载试验桩6，同时通过力传感器等垂直荷载测量仪器设备3控制荷载，荷载依次通过主梁1、副梁2传递至锚桩7。在距竖向抗压静载试验桩6中心大于4倍桩径且大于2.0m处设置基准桩8，通过基准桩8固定基准梁9，在竖向抗压静载试验桩6顶安装4只百分表或位移传感器等竖向位移观测仪器设备10。加、卸荷及数据采集可由静载测试仪完成，竖向抗压静载试验执行《JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范》的有关规定。在单桩竖向抗压静载试验垂直加载至设计要求的单桩承载力特征值时(如4000kN)，在维持垂直荷载不变的条件下准备进行单桩水平静载试验。

水平静载试验在地面下2.0m的试坑内进行，水平推力加载设备采用卧式千斤顶，施加水平荷载卧式千斤顶12将荷载施加于反力混凝土块体11和试坑壁土体，同时通过力传感器等水平荷载测量仪器设备13控制荷载，荷载依次通过钢垫块14、球形铰支座15传递至竖向抗压静载试验桩6，于竖向抗压静载试验桩6接触处安置球形铰支座15，使千斤顶作用力通过桩身轴线。在水平力施加过程中，通过安装在竖向抗压静载试验桩6顶上的抗摩擦组件5克服垂直荷载对桩顶水平方向的约束，保证准确测定水平位移和设备、试验人员安全。在距竖向抗压静载试验桩6中心大于4倍桩径且大于2.0m处设置基准桩8，通过基准桩8固定基准梁9，在水平力作用面及以上50cm处分别安装百分表或位移传感器等水平位移观测仪器设备16，基座采用直径10mm～12mm膨胀螺栓锚固在桩身，膨胀螺栓外露处与地面平行焊接尺寸100mm×100mm厚度5mm薄钢片，薄钢片表面采用黄油或凡士林固定尺寸100mm×100mm厚3mm～5mm玻璃片用于安装位移测量仪器。加、卸荷及数据采集可由静载测试仪完成，水平静载试验执行《JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范》的有关规定。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本实用新型的权利要求保护范围之内。