一種于樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統的制作方法

本實用新型屬于工業與民用建筑基樁檢測領域，涉及作為建筑單樁水平靜載試驗，尤其涉及一種于樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統。

背景技術：

隨著樁基技術和理論的不斷發展，樁基礎成為國內外應用最為廣泛的一種基礎形式，其工程質量涉及上部結構的安全。樁基礎由基樁和連接于樁頂的承臺共同組成，樁支承于堅硬的(基巖、密實的卵礫石層)或較硬的(硬塑粘性土、中密砂等)持力層，具有很高的豎向單樁承載力或群樁承載力，足以承擔高層建筑的全部豎向荷載(包括偏心荷載)，常用的樁型主要有預制鋼筋混凝土樁、預應力鋼筋混凝土樁、鉆(沖)孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、鋼管樁等。樁基礎設計中，當樁基承受水平荷載時，應對樁基進行水平承載力驗算。根據《JGJ106-2014建筑基樁檢測技術規范》3.1.1條文規定，基樁檢測應根據檢測目的、檢測方法的適用性、樁基的設計條件、成樁工藝等，合理選擇單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗、單樁水平靜載試驗等檢測方法；3.3.8條規定，對設計有水平力要求的樁基工程，應采用單樁水平靜載試驗檢測。

樁的抗水平力和抗彎能力取決于樁和土的力學性能、樁的自由度、抗彎剛度、樁寬、樁頂約束等因素，試驗條件應盡可能和實際工作條件接近，將各種影響降低到最小程度，使試驗成果能盡量反映工程樁的實際情況。通常情況下，試驗條件很難做到和工程樁的情況完全一致，《JGJ106-2014建筑基樁檢測技術規范》等現行規程規范對單樁水平靜載試驗是在樁頂處于自由狀態下提出的。

大多數樁基工程中，樁基的設計通常由垂直荷載來控制，但對于火電廠的冷卻塔等構筑物，垂直荷載往往容易滿足要求，因承受的水平荷載較大，此時的樁基設計由水平荷載起控制作用。已有試驗數據表明，樁頂施加垂直荷載時，單樁水平承載力有較大的提高。因此，開展樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗對優化樁基設計具有重要的工程實際意義。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種于樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統，便于開展樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗，為優化樁基設計提供試驗數據。

為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種于樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統，包括豎向抗壓靜載試驗裝置和水平靜載試驗裝置；

豎向抗壓靜載試驗裝置包括垂直荷載反力系統、加荷及穩壓系統和觀測系統；垂直荷載反力系統采用錨樁橫梁反力裝置，采用4根錨樁和1根豎向抗壓靜載試驗樁的方式布置，4根錨樁等距布置在1根豎向抗壓靜載試驗樁四周，豎向抗壓靜載試驗樁中心與錨樁中心之間的距離大于4D且大于2.0m，D為豎向抗壓靜載試驗樁直徑，通過4根錨樁對中間1根豎向抗壓靜載試驗樁施加反力；

豎向抗壓靜載試驗裝置的加荷及穩壓系統包括施加垂直荷載千斤頂、主梁、副梁和垂直荷載測量儀器設備；通過主梁、副梁將4根錨樁相連，千斤頂安裝于4根錨樁的幾何中心，垂直荷載測量儀器設備安裝在千斤頂與豎向抗壓靜載試驗樁之間，通過千斤頂將荷載施加于豎向抗壓靜載試驗樁，通過垂直荷載測量儀器設備控制荷載，荷載依次通過主梁、副梁傳遞至4根錨樁；

豎向抗壓靜載試驗觀測系統包括基準樁、基準梁和豎向位移觀測儀器設備；在兩基準樁上固定基準梁，基準梁設置于豎向抗壓靜載試驗樁附近，豎向位移觀測儀器設備連接在豎向抗壓靜載試驗樁和基準梁上；

水平靜載試驗裝置包括水平荷載反力系統、加荷及穩壓系統和觀測系統；水平荷載反力系統包括反力混凝土塊體，通過反力混凝土塊體和試坑壁土體提供反力；

水平靜載試驗裝置的加荷及穩壓系統包括施加水平荷載臥式千斤頂、千斤頂固定裝置和水平荷載測量儀器設備，施加水平荷載臥式千斤頂通過千斤頂固定裝置與豎向抗壓靜載試驗樁連接，水平荷載測量儀器設備安裝在施加水平荷載臥式千斤頂和豎向抗壓靜載試驗樁之間；

在水平靜載試驗水平力施加過程中，通過安裝在豎向抗壓靜載試驗樁頂上的抗摩擦組件克服垂直荷載對樁頂水平方向的約束；

水平靜載試驗裝置包括水平位移觀測儀器設備，水平位移觀測儀器設備連接在豎向抗壓靜載試驗樁和基準梁上。

進一步，所述千斤頂固定裝置包括鋼墊塊和球形鉸支座，施加水平荷載臥式千斤頂通過鋼墊塊和球形鉸支座與豎向抗壓靜載試驗樁連接。

進一步，豎向抗壓靜載試驗樁樁身上采用膨脹螺栓錨固有薄鋼片，薄鋼片表面采用黃油或凡士林固定有玻璃片，豎向位移觀測儀器設備安裝在玻璃片上。

進一步，所述水平位移觀測儀器設備和豎向位移觀測儀器設備為百分表或位移傳感器，其分度值/分辨力優于或等于0.01mm。

進一步，所述水平靜載試驗裝置布置在地面下2.0m的試坑內。

進一步，所述施加水平荷載臥式千斤頂為臥式千斤頂。

本實用新型的于樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統，包括豎向抗壓靜載試驗裝置和水平靜載試驗裝置，在單樁豎向抗壓靜載試驗垂直荷載加載至設計要求的單樁承載力特征值時，在維持垂直荷載不變的條件下進行單樁水平靜載試驗，為優化樁基設計提供試驗數據。

【附圖說明】

圖1為本實用新型樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統示意圖；

圖1a樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗設備安裝俯視圖；圖1b樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗觀測裝置側視圖；

圖中：1為主梁；2為副梁；3為垂直荷載測量儀器設備；4為施加垂直荷載千斤頂；5為抗摩擦組件；6為豎向抗壓靜載試驗樁；7為錨樁；8為基準樁；9為基準梁；10為豎向位移觀測儀器設備；11為反力混凝土塊體；12為施加水平荷載臥式千斤頂；13為水平荷載測量儀器設備；14為鋼墊塊；15為球形鉸支座；16為水平位移觀測儀器設備。

【具體實施方式】

下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，本文所描述的實施例僅僅為本實用新型的一部分實施例，而非全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬于本實用新型保護范圍。

本實用新型于樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗系統，包括豎向抗壓靜載試驗裝置和水平靜載試驗裝置，豎向抗壓靜載試驗裝置由垂直荷載反力系統、加荷及穩壓系統和觀測系統組成；水平靜載試驗裝置由水平荷載反力系統、加荷及穩壓系統和觀測系統組成；在單樁豎向抗壓靜載試驗垂直荷載加載至設計要求的單樁承載力特征值時，在維持垂直荷載不變的條件下進行單樁水平靜載試驗。

垂直荷載反力系統采用錨樁橫梁反力裝置，采用4根錨樁7和1根豎向抗壓靜載試驗樁6的方式布置，4根錨樁7等距布置在1根豎向抗壓靜載試驗樁6四周，豎向抗壓靜載試驗樁6中心與錨樁7中心之間的距離大于4D且大于2.0m，D為豎向抗壓靜載試驗樁6直徑，通過4根錨樁7對中間1根豎向抗壓靜載試驗樁6施加反力；

豎向抗壓靜載試驗裝置的加荷及穩壓系統包括施加垂直荷載千斤頂4、主梁1、副梁2和垂直荷載測量儀器設備3；通過主梁1、副梁2將4根錨樁7相連，千斤頂4安裝于4根錨樁7的幾何中心，垂直荷載測量儀器設備3安裝在千斤頂4與豎向抗壓靜載試驗樁6之間，通過千斤頂4將荷載施加于豎向抗壓靜載試驗樁6，通過垂直荷載測量儀器設備3控制荷載，荷載依次通過主梁1、副梁2傳遞至4根錨樁7；

豎向抗壓靜載試驗觀測系統包括基準樁8、基準梁9和豎向位移觀測儀器設備10；在兩基準樁8上固定基準梁9，基準梁9設置于豎向抗壓靜載試驗樁6附近，豎向位移觀測儀器設備10連接在豎向抗壓靜載試驗樁6和基準梁9上；

水平靜載試驗裝置的加荷及穩壓系統包括施加水平荷載臥式千斤頂12、千斤頂固定裝置和水平荷載測量儀器設備13，施加水平荷載臥式千斤頂12通過千斤頂固定裝置與豎向抗壓靜載試驗樁6連接，水平荷載測量儀器設備13安裝在施加水平荷載臥式千斤頂12和豎向抗壓靜載試驗樁6之間；

水平靜載試驗裝置包括水平位移觀測儀器設備16，水平位移觀測儀器設備16連接在豎向抗壓靜載試驗樁6和基準梁9上。

進一步，在水平力作用面及以上50cm處分別安裝水平位移觀測儀器設備16，基座采用直徑10mm～12mm膨脹螺栓錨固在樁身，膨脹螺栓外露處與地面平行焊接尺寸100mm×100mm厚度5mm薄鋼片，薄鋼片表面采用黃油或凡士林固定尺寸100mm×100mm厚3mm～5mm玻璃片用于安裝水平位移觀測儀器設備16。所述水平位移觀測儀器設備16和豎向位移觀測儀器設備10為百分表或位移傳感器，其分度值/分辨力優于或等于0.01mm。

所述千斤頂固定裝置包括鋼墊塊14和球形鉸支座15，施加水平荷載臥式千斤頂12通過鋼墊塊14和球形鉸支座15與豎向抗壓靜載試驗樁6連接。

以下通過具體實施例說明本實用新型內容。

參見圖1所示，圖1a樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗設備安裝俯視圖，圖1b樁頂施加垂直荷載的水平靜載試驗觀測裝置側視圖。在試驗設備安裝前，首先在豎向抗壓靜載試驗樁6周圍地面下2.0m內開挖試坑，尺寸為寬2m，長4～5m，深度2m，觀測水平位移一側可為弧形。豎向抗壓靜載試驗加荷設備采用兩臺或兩臺以上液壓千斤頂并聯同步工作，安裝千斤頂合力中心為4根錨樁7的幾何中心，施加垂直荷載千斤頂4將荷載施加于豎向抗壓靜載試驗樁6，同時通過力傳感器等垂直荷載測量儀器設備3控制荷載，荷載依次通過主梁1、副梁2傳遞至錨樁7。在距豎向抗壓靜載試驗樁6中心大于4倍樁徑且大于2.0m處設置基準樁8，通過基準樁8固定基準梁9，在豎向抗壓靜載試驗樁6頂安裝4只百分表或位移傳感器等豎向位移觀測儀器設備10。加、卸荷及數據采集可由靜載測試儀完成，豎向抗壓靜載試驗執行《JGJ106-2014建筑基樁檢測技術規范》的有關規定。在單樁豎向抗壓靜載試驗垂直加載至設計要求的單樁承載力特征值時(如4000kN)，在維持垂直荷載不變的條件下準備進行單樁水平靜載試驗。

水平靜載試驗在地面下2.0m的試坑內進行，水平推力加載設備采用臥式千斤頂，施加水平荷載臥式千斤頂12將荷載施加于反力混凝土塊體11和試坑壁土體，同時通過力傳感器等水平荷載測量儀器設備13控制荷載，荷載依次通過鋼墊塊14、球形鉸支座15傳遞至豎向抗壓靜載試驗樁6，于豎向抗壓靜載試驗樁6接觸處安置球形鉸支座15，使千斤頂作用力通過樁身軸線。在水平力施加過程中，通過安裝在豎向抗壓靜載試驗樁6頂上的抗摩擦組件5克服垂直荷載對樁頂水平方向的約束，保證準確測定水平位移和設備、試驗人員安全。在距豎向抗壓靜載試驗樁6中心大于4倍樁徑且大于2.0m處設置基準樁8，通過基準樁8固定基準梁9，在水平力作用面及以上50cm處分別安裝百分表或位移傳感器等水平位移觀測儀器設備16，基座采用直徑10mm～12mm膨脹螺栓錨固在樁身，膨脹螺栓外露處與地面平行焊接尺寸100mm×100mm厚度5mm薄鋼片，薄鋼片表面采用黃油或凡士林固定尺寸100mm×100mm厚3mm～5mm玻璃片用于安裝位移測量儀器。加、卸荷及數據采集可由靜載測試儀完成，水平靜載試驗執行《JGJ106-2014建筑基樁檢測技術規范》的有關規定。

以上實施例僅用于說明本實用新型的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本實用新型的具體實施方案進行修改或者等同替換，而這些并未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在本實用新型的權利要求保護范圍之內。