一種改進型樁基豎向承載力試驗反向自平衡法及試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種改進型樁基豎向承載力試驗反向自平衡法及試驗裝置，包括澆筑好的上段樁和下段樁、設于中段樁內的荷載箱、試驗控制裝置、以及位移測量儀，錨索自由段穿過上段樁內的隔離管并在上段樁頂部留有一定自由長度，在錨索自由段和上段樁頂部之間設有加載油缸，錨索固定段與下段樁固定相連，上段樁和下段樁上還設有與位移測量儀相連的位移桿，先加載荷載箱使上段樁和下段樁發生相背位移，然后加載加上段樁頂部的載油缸使上段樁和下段樁發生相向位移，最后回收荷載箱，澆筑中段樁，分別測量記錄兩種情況下樁基的承載力情況和位移形變，本發明克服了傳統自平衡法上段樁的負摩阻力及荷載箱無法回收的缺點，其操作簡單，成本低廉。
【專利說明】
一種改進型樁基豎向承載力試驗反向自平衡法及試驗裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及工程領域粧基豎向承載力檢測方法，尤其涉及一種改進型粧基豎向承 載力試驗反向自平衡法及試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 傳統自平衡法最早于1960年代有以色列Afar Vasela公司提出并實施，并申請專 利"一種新的承載力測試方法"，俗稱"通莫靜載法"。其檢測原理是將一種特制的加載裝 置一荷載箱，在混凝土澆筑之前和鋼筋籠一起埋入粧內相應的位置，將加載箱的加壓管以 及所需的其他測試裝置從粧體引到地面，然后灌注成粧。有加壓栗在地面向荷載箱加壓加 載，使得粧體內部產生加載力，通過對加載力與位移關系的計算和分析，獲得粧基承載力。 自平衡法應是利于粧身自平衡原理，無需常規的堆載或錨粧試粧，特別適用于野外作業及 承載力較大的粧基。這兩個因素使自平衡法試粧在交通行業得以應用，并頒布了規程
[0003] 自平衡法因其本身的一些局限，原因有以下幾點：
[0004] 1.自平衡法試粧，首先要算一下平衡點。壓力盒放在此處，上段粧和下段粧承載力 相當，即平衡，這時測出的上下段粧承載力之和即為單粧承載力。當然，考慮到下面的原因， 通常對上段粧的極限荷載乘以0.7的折減系數。
[0005] 2.通常的試粧，荷載加在粧頂。對于摩擦端承粧，由于粧身壓力隨著粧深度逐漸減 小，另外粧身的軸向壓縮也隨深度減小，因此當粧上部達到側摩阻極限值時，下部粧側摩阻 還遠遠未達到極限值。因此，自平衡法，對于以變形控制的摩擦粧，不太合適;對于以荷載控 制的端承粧，如嵌巖粧，準確度會好些。上述測得的上下粧段側摩阻力之和會大于實際情 況，因此出現了前文0.7的折減系數，一般用公式試驗粧豎向受壓承載力極限值
[0007] 3.平衡點的位置選擇至關重要。如選的不得當，一段已變形至破壞，另一段未動， 這種情況試粧就失敗了。
[0008] 4.在壓力盒處的加荷處粧體是斷掉的，雖然有注漿法填補此處的做法，但因質量 難以控制和檢測，因此這種粧不能用于工程粧。
[0009] 5.荷載箱埋置于粧身內，試驗完成后無法回收重復利用，需要一定的設備投入。
[0010] 綜上，自平衡法需要進一步改進完善，取長補短，才能充分發揮其優勢。要克服上 述自平衡法的不足，粧基檢測結果接近真實情況，最好滿足下列幾點：（1)采用靜載法；（2) 粧頂豎向加載；（3)反力裝置簡單實用，（4)加載裝置可回收重復利用；（5)試驗操作簡單，適 用性強。
【發明內容】
[0011] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：
[0012] -種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡法，其特征在于，包括以下步驟：
[0013] 步驟一、根據粧基特性計算出上段粧和下段粧的平衡點，確定中段粧位置；
[0014] 步驟二、加工粧基的鋼筋籠，在中段粧的鋼筋籠內放置荷載箱；
[0015] 步驟三、在上段粧的鋼筋籠內設置豎直的隔離管，將錨索自由段往上穿過隔離管， 并在隔離管上端預留一定自由長度，將錨索固定段固定在下段粧的鋼筋籠上；
[0016] 步驟四、將中空管貫穿性固定在上段粧的鋼筋籠上，分別在上段粧和下段粧鋼筋 籠的頂部固定設置用于測量形變的位移桿，所述下段粧上的位移桿向上自由穿過中空管并 上段粧頂部留出一定長度，；
[0017] 步驟五、粧基孔施工，下放粧基的鋼筋籠，分別澆筑粧基的上段粧和下段粧，然后 進行養護；
[0018] 步驟五、在錨索自由段和上段粧頂部之間設置加載油缸，將荷載箱和加載油缸與 試驗控制裝置相連，調試好負荷加載裝置，將上段粧和下段粧上設置的位移桿分別與上方 的位移測量儀相連，并調試好位移測量儀；
[0019] 步驟五、通過試驗控制裝置對荷載箱分級加載，測量各級荷載下的加載值和上段 粧與下段粧發生的相背位移；
[0020] 步驟六、荷載箱卸載，重新調整位移測量儀，通過試驗控制裝置對上段粧頂部的加 載油缸進行分級加載，測量各級荷載下的加載值和上段粧與下段粧發生的相向位移；
[0021] 步驟七、對加載油缸卸載，回收荷載箱、加載油缸和形變測量裝置，解除錨索，通過 隔離管對中段粧進行灌漿澆筑；
[0022] 步驟八、試驗數據分析，根據荷載位移曲線，確定試驗粧基承載力特征值及相關粧 側粧端阻力，完成整個試驗。
[0023] 作為改進，所述錨索固定段通過錨索回收裝置固定在下段粧的鋼筋籠上，所述錨 索回收裝置由硫磺砂漿、加熱器和錨固套筒組成，在施工時將加熱器環繞在錨索錨索固定 段周圍，利用硫磺砂漿將錨索固定段固定在錨固套筒內，再將錨固套筒錨固在下段粧鋼筋 籠內；利用硫磺砂漿熱熔特性，在荷載試驗完成后，通過加熱器升溫，硫磺砂漿熱熔后降低 粘結力，從而可以解除錨固，將錨索固定段拔出并回收。
[0024] 作為改進，所述位移測量儀為千分表。
[0025] 作為改進，所述鋼筋籠包括縱向受力鋼筋和環向螺旋鋼筋，所述中段粧鋼筋籠的 縱向受力鋼筋為曲線或折線連接，單根鋼筋受力由軸向受壓變為偏心受壓，加載時利于粧 體上段、粧體下段相向位移。
[0026] -種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡裝置，其特征在于:包括配好鋼筋籠 并澆筑好的上段粧和下段粧、沒有澆筑的中段粧、設于中段粧內用于加載的荷載箱、試驗控 制裝置、以及位移測量儀，所述上段粧和下段粧通過錨索相連，所述上段粧內設有隔離管和 中空管，所述錨索自由段穿過隔離管并在上段粧頂部留有一定自由長度，在錨索自由段和 上段粧頂部之間設有用于加載的加載油缸，所述錨索固定段與下段粧固定相連，所述上段 粧和下段粧上還設有用于測量形變的位移桿，所述上段粧的位移桿直接與其上方的位移測 量儀相連，所述下段粧的位移桿自由穿過中空管與上段粧上方的位移測量儀相連。
[0027] 作為改進，所述錨索有多個，且多個錨索圍繞粧基中心軸對稱設置。
[0028] 作為改進，所述加載油缸為穿心千斤頂油缸。
[0029]本發明試驗原理為:在傳統自平衡法試驗裝置基礎上，增加一套粧頂豎向加載裝 置。先通過中段粧的荷載箱的作用，使上段粧和下段粧發生相背位移，測出上段粧的負承載 力和下段粧正承載力然后荷載箱回油，加載粧頂的加載油缸，使上段粧和下段粧發 生相向位移，測出上段粧的正承載力和下段粧負承載力a,最后試粧豎向抗壓總極限承 載力為上段粧正承載力和下段粧正承載力之和加粧體自重，即，=c +@+T;試粧豎向抗 拔總極限承載力為上段粧負承載力和下段粧負承載力之和減粧體自重即
[0030] 本發明有益效果:相比現有如堆載法、錨粧法等粧基豎向承載力試驗方法，充分發 揮了自平衡法優點，無需常規的堆載或錨粧試粧，特別適用于野外作業及承載力較大的粧 基。又克服了傳統自平衡法上段粧為負摩阻力，試驗結果與工程粧承受正摩阻力不同，試驗 結果偏于保守，且荷載箱需要一定成本，無法回收利用等缺點，可以直接獲得粧基的豎向受 壓承載力和抗拔承載力，試驗裝置簡單易操作，部分設備可回收重復使用，經濟效益好，實 用推廣性很強。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明試驗裝置示意圖。
[0032] 圖2是本發明試驗原理圖。
[0033] 圖3是本發明鋼筋籠及相關預埋件拼裝圖。
[0034]圖4是本發明工藝流程圖。
[0035]圖中，11-上段粧，12-下段粧，13-中段粧，21-錨索，22-隔尚管，23-荷載箱，24-加 載油缸，30-試驗控制裝置，31-位移測量儀，32-位移桿，33-中空管，41-硫磺砂漿，42-加熱 電阻絲，43-錨固套筒，5-鋼筋籠，51-上段粧鋼筋籠，52-下段粧鋼筋籠，53-中段粧鋼筋籠， 211-錨索自由段，212-錨索固定段。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和具體實施，對本發明作進一步的詳細說明，便于清楚地了解本發 明，但它們不對本發明構成限定。
[0037] 本發明提供一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡裝置，其試驗裝置主要由 粧基、試驗加載裝置、變形監測裝置組成。所述的粧基為鋼筋混凝土結構，分為上段粧11、下 段粧12和中段粧13,中段粧13位移荷載平衡點處，安裝有自平衡法必須的荷載箱23,且上段 粧11、下段粧12為先澆施工，待粧基荷載試驗完成后利用隔離管22進行注漿，完成中段粧13 后澆施工。
[0038]所述的試驗加載裝置由錨索21、隔離管22、加載油缸24、荷載箱23組成，隔離管22 安裝在上段粧11。錨索21分為錨索固定段212和錨索自由段211，錨索固定段212固定在下段 粧12內，錨索自由段211穿過埋置在上段粧11的隔離管22并伸出粧體頂面一定工作距離，用 于試驗時加載油缸24(如穿心千斤頂油缸)工作錨固。試驗時先加載中段粧13的荷載箱23， 測出上段粧的負承載力這;和下段粧正承載力!ST，然后荷載箱23回油，加載油缸24，測出上 段粧的正承載力0"+和下段粧負承載力27 "
[0039]所述加載油缸為穿心千斤頂油缸。
[0040] 所述的變形監測裝置同傳統的自平衡法試驗系統，由位移測量儀31、位移桿32、中 空管33組成，試驗時分別測量上段粧11和下段粧12位移。中空管33用于隔離上段粧11與位 移桿32的連接，以測量下段粧12位移。位移測量儀31多為千分表、百分表等，位移桿32多為 粗圓鋼筋。
[0041] -種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡法，包括以下步驟：
[0042]步驟一、根據粧基特性計算出上段粧11和下段粧12的平衡點，確定中段粧13位置；
[0043] 步驟二、加工粧基的鋼筋籠，在中段粧13的鋼筋籠內放置荷載箱23;
[0044] 步驟三、在上段粧11的鋼筋籠內設置豎直的隔離管22,將錨索自由段211往上穿過 隔離管22,并在隔離管22上端預留一定自由長度，將錨索固定段212固定在下段粧12的鋼筋 籠上；
[0045] 步驟四、將中空管貫穿性固定在上段粧11的鋼筋籠上，分別在上段粧11和下段粧 12鋼筋籠的頂部固定設置用于測量形變的位移桿32,所述下段粧12上的位移桿32向上自由 穿過中空管并上段粧11頂部留出一定長度，；
[0046] 步驟五、粧基孔施工，下放粧基的鋼筋籠，分別澆筑粧基的上段粧11和下段粧12， 然后進行養護；
[0047]步驟五、在錨索自由段211和上段粧11頂部之間設置加載油缸，將荷載箱23和加載 油缸與試驗控制裝置30相連，調試好負荷加載裝置，將上段粧11和下段粧12上設置的位移 桿32分別與上方的位移測量儀31相連，并調試好位移測量儀31;
[0048]步驟五、通過試驗控制裝置30對荷載箱23分級加載，測量各級荷載下的加載值和 上段粧11與下段粧12發生的相背位移；
[0049] 步驟六、荷載箱23卸載，重新調整位移測量儀，通過試驗控制裝置30對上段粧11頂 部的加載油缸進行分級加載，測量各級荷載下的加載值和上段粧11與下段粧12發生的相向 位移；
[0050] 步驟七、對加載油缸卸載，回收荷載箱23、加載油缸和形變測量裝置，解除錨索，通 過隔離管22對中段粧13進行灌漿澆筑；
[0051] 步驟八、試驗數據分析，根據荷載位移曲線，確定試驗粧基承載力特征值及相關粧 側粧端阻力，完成整個試驗。
[0052] 較優的，所述的錨索固定段212安裝有錨索回收裝置，錨索回收裝置由硫磺砂漿 41、加熱電阻絲42、錨固套筒43組成，施工時將加熱電阻絲42環繞在錨索固定段212周圍，利 用硫磺砂漿41將其固定在錨固套筒43內，再將錨固套筒43錨固在下段粧1212。其工作原理： 利用硫磺砂漿熱41熔特性，在荷載試驗完成后，加熱電阻絲42升溫，硫磺砂漿熱熔后降低粘 結力，解除錨固，拔出錨索21并回收。
[0053]所述鋼筋籠包括縱向受力鋼筋和環向螺旋鋼筋，所述中段粧鋼筋籠的縱向受力鋼 筋為曲線或折線連接，單根鋼筋受力由軸向受壓變為偏心受壓，加載時利于粧體上段、粧體 下段相向位移。
[0054]本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【主權項】
1. 一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、根據粧基特性計算出上段粧和下段粧的平衡點，確定中段粧位置； 步驟二、加工粧基的鋼筋籠，在中段粧的鋼筋籠內放置荷載箱； 步驟三、在上段粧的鋼筋籠內設置豎直的隔離管，將錨索自由段往上穿過隔離管，并在 隔離管上端預留一定自由長度，將錨索固定段固定在下段粧的鋼筋籠上； 步驟四、將中空管貫穿性固定在上段粧的鋼筋籠上，分別在上段粧和下段粧鋼筋籠的 頂部固定設置用于測量形變的位移桿，所述下段粧上的位移桿向上自由穿過中空管并上段 粧頂部留出一定長度，； 步驟五、粧基孔施工，下放粧基的鋼筋籠，分別澆筑粧基的上段粧和下段粧，然后進行 養護； 步驟五、在錨索自由段和上段粧頂部之間設置加載油缸，將荷載箱和加載油缸與試驗 控制裝置相連，調試好負荷加載裝置，將上段粧和下段粧上設置的位移桿分別與上方的位 移測量儀相連，并調試好位移測量儀； 步驟五、通過試驗控制裝置對荷載箱分級加載，測量各級荷載下的加載值和上段粧與 下段粧發生的相背位移； 步驟六、荷載箱卸載，重新調整位移測量儀，通過試驗控制裝置對上段粧頂部的加載油 缸進行分級加載，測量各級荷載下的加載值和上段粧與下段粧發生的相向位移； 步驟七、對加載油缸卸載，回收荷載箱、加載油缸和形變測量裝置，解除錨索，通過隔離 管對中段粧進行灌漿澆筑； 步驟八、試驗數據分析，根據荷載位移曲線，確定試驗粧基承載力特征值及相關粧側粧 端阻力，完成整個試驗。2. 如權利要求1所述一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡法，其特征在于:所述 錨索固定段通過錨索回收裝置固定在下段粧的鋼筋籠上，所述錨索回收裝置由硫磺砂漿、 加熱器和錨固套筒組成，在施工時將加熱器環繞在錨索固定段周圍，利用硫磺砂漿將錨索 固定段固定在錨固套筒內，再將錨固套筒錨固在下段粧鋼筋籠內；利用硫磺砂漿熱熔特性， 在荷載試驗完成后，通過加熱器升溫，硫磺砂漿熱熔后降低粘結力，從而可以解除錨固，將 錨索固定段拔出并回收。3. 如權利要求1所述一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平橫法，其特征在于:所述 鋼筋籠包括縱向受力鋼筋和環向螺旋鋼筋，所述中段粧鋼筋籠的縱向受力鋼筋為曲線或折 線連接，單根鋼筋受力由軸向受壓變為偏心受壓，加載時利于粧體上段、粧體下段相向位 移。4. 如權利要求1所述一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡法，其特征在于:所述 位移測量儀為千分表。5. -種用于權利要求1 一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡法的試驗裝置，其 特征在于:包括配好鋼筋籠并澆筑好的上段粧和下段粧、沒有澆筑的中段粧、設于中段粧內 用于加載的荷載箱、試驗控制裝置、以及位移測量儀，所述上段粧和下段粧通過錨索相連， 所述上段粧內設有隔離管和中空管，所述錨索自由段穿過隔離管并在上段粧頂部留有一定 自由長度，在錨索自由段和上段粧頂部之間設有用于加載的加載油缸，所述錨索固定段與 下段粧固定相連，所述上段粧和下段粧上還設有用于測量形變的位移桿，所述上段粧的位 移桿直接與其上方的位移測量儀相連，所述下段粧的位移桿自由穿過中空管與上段粧上方 的位移測量儀相連。6. 如權利要求5所述一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡裝置，其特征在于:所 述錨索有多個，且多個錨索圍繞粧基中心軸對稱設置。7. 如權利要求5所述一種改進型粧基豎向承載力試驗反向自平衡裝置，其特征在于:所 述加載油缸為穿心千斤頂油缸。
【文檔編號】E02D27/12GK105839678SQ201610221991
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】劉永莉, 肖衡林, 馬強, 裴堯堯, 楊智勇, 萬娟, 李麗華, 柏華軍, 饒蘭
【申請人】湖北工業大學