一种新型的扩底桩承载力试验装置的制作方法

本实用新型涉及承载力试验技术领域，具体为一种新型的扩底桩承载力试验装置。

背景技术：

我国现阶段采用的桩的静载荷试验(如堆载法，锚桩法)是检测桩承载力最为可靠的一种方法，两种方法都是采用油压千斤顶在桩顶施加荷载，而千斤顶的反力，前者通过反力架上的堆重与之平衡，后者通过反力架将反力传给锚桩，与锚桩的抗拔力平衡。其存在的主要问题是：前者必须解决几百吨甚至上千吨的荷载来源、堆放及运输问题，后者必须设置多根锚桩及反力大梁，不仅所需费用昂贵，时间较长，而且易受吨位和场地条件的限制，以致许多大吨位桩和特殊场地的桩(如山地、桥桩)的承载力往往得不到准确数据，基桩的潜力不能合理发挥，这是桩基础领域面临的一大难题。

为解决以上难题，美国学者Osterberg于80年代首先提出了自平衡法测试法，并于80年代中期开展了桩承载力试验方法的研究，首先在桥梁钢桩中成功应用，后来逐渐推广至各种桩型。自平衡法利用桩土体系自身提供反力以确定单桩承载力和桩周土层的侧摩阻力、桩端阻力，是接近于竖向抗压(拔)桩实际工作状态的试验方法。其原理参照图1所示，是在桩身或桩端埋置荷载箱31，抗压试验时，利用上段桩自重、上段桩桩侧摩阻力来代替堆载法中的重物或锚桩法中的锚桩以提供反力。试验时，从桩顶通过输油管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，同时向上段桩30及下段桩32施加大小相等、方向相反的力，促使上段桩30及下段桩32的摩阻力与持力层33的端阻力发挥作用，当桩土体系破坏或满足工程的实际要求时停止试验。自平衡法试桩时的工作状态与桩实际工作时的状态有所不同，是接近于实际工作状态的一种近似方法。

因此在试验中埋设荷载箱需要将灌注桩钢筋笼截断，试验过程中荷载箱分别对上段桩和下段桩进行加载，尽管试验后可以注浆处理，但从抗水平受力和抗拔受力来说，试验检测完后桩仍然存在着缺陷或者安全风险。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种新型的扩底桩承载力试验装置，其可以成功解决山区、其他复杂场地输电线路塔及通信塔基础等其他多种扩底桩承载力的检测问题，可以对竖向抗拔、竖向抗压承载力进行分别检测，无需截断主筋。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种新型的扩底桩承载力试验装置，包括：

桩孔，所述桩孔包括桩孔上段的非扩孔部分以及位于桩孔下段的扩孔部分，所述非扩孔部分和非扩底部分分别用于浇筑混凝土后形成扩底桩的上桩身和下桩身，所述上桩身和下桩身以变截面为分界面；

钢筋笼，所述钢筋笼伸入至所述桩孔中；

荷载箱，所述荷载箱位于桩孔的底部，即扩底部分的底部；

加压油泵，所述加压油泵位于桩孔的外侧并通过油管与荷载箱连通；

滑动测微计测试元件，所述滑动测微计测试元件伸入至所述桩孔中且位于荷载箱的上方，所述滑动测微计测试元件包括测管以及安装于所述测管上的测环；

上位移测杆，所述上位移测杆伸入所述桩孔中并与荷载箱的上顶板固定连接；

下位移测杆，所述下位移测杆伸入所述桩孔中并与荷载箱的下底板固定连接；

位移量测设备，安装于所述上位移测杆和下位移测杆的顶部；

数据采集设备，用于接收所述滑动测微计测试元件和位移量测设备采集的数据信息。

进一步地，所述上位移测杆和下位移测杆的外侧分别套设有上位移杆保护管和下位移杆保护管。

进一步地，所述测管的数量为四个。

进一步地，每根所述测管上安装有第一测环、第二测环以及第三测环，所述第一测环安装于变截面位置，第二测环和第三测环分别安装于上桩身和下桩身内。

进一步地，所述第一测环、第三测环为一个。

进一步地，所述第二测环为多个，多个所述第二测环位于上桩身内设置的安装区域内，所述安装区域的下端面与变截面重合，所述安装区域的上端面到桩体的上顶面之间的相邻两个第二测环之间的距离为1m，位于最下侧的第二测环到第一测环的距离为1m。

进一步地，四个所述测管上的测环数量相等且位置对应。

进一步地，所述上位移测杆以及下位移测杆的数量均为两个，均匀分布。

与现有技术相比，本实用新型新型的扩底桩承载力试验装置和方法，其有益效果在于：本实用新型可以成功解决山区、其他复杂场地输电线路塔及通信塔基础等其他多种扩底桩承载力的检测问题，针对于在运输大型静载设备需要整理场地，敷设道路，耗费大量人力物力，不利于传统的基桩静载试验实施的情况，选择采用此方案，可以对竖向抗拔、竖向抗压承载力进行分别检测，无需截断主筋。

附图说明

图1为现有自平衡测试法的原理图；

图2为本实用新型新型的扩底桩承载力试验装置的结构示意图。

图中：1、荷载箱；2、上位移杆保护管；3、滑动测微计测试元件；4、钢筋笼主筋；5、数据采集设备；6、数据采集电缆；7、上位移测杆；8、位移量测设备；9、下位移测杆；10、下位移杆保护管；11、基准桩；12、油管；13、基准梁；14、加压油泵；15、箍筋；16、上桩身；17、下桩身；18、桩周岩土层；19、后注浆管；30、上段桩；31、荷载箱；32、下段桩；33、持力层。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种新型的扩底桩承载力试验装置，请参照图2所示，其包括桩孔、钢筋笼、滑动测微计测试元件3、荷载箱1、加压油泵14、上位移测杆7、下位移测杆9、位移量测设备8以及数据采集设备5。

其中，所述桩孔，其周边为桩周岩土层18，桩孔包括非扩孔部分以及位于所述非扩孔部分下部的扩孔部分，所述非扩孔部分和扩孔部分分别用于浇筑混凝土后形成扩底桩的上桩身16和下桩身17，所述上桩身16和下桩身17以变截面为分界面；在桩孔的外侧设置有基准桩11和基准梁13。

钢筋笼伸入至所述桩孔中，钢筋笼包括钢筋笼主筋4和箍筋15。所述滑动测微计测试元件3伸入至所述桩孔中，且位于荷载箱的上方，滑动测微计测试元件包括测管和安装于所述测管上的测环，测管为四个，均捆绑于钢筋笼主筋4上，每个测管上的测环数量相等，且位置对应，即四个测管上对应位置上的测环的同一横截面上。所述每根测管上安装有第一测环、第二测环以及第三测环，所述第一测环安装于变截面位置，第二测环和第三测环分别安装于上桩身16和下桩身17内，所述第一测环、第三测环均为一个，所述第二测环为多个，所述多个第二测环位于上桩身16内设置的安装区域内，所述安装区域的下端面与变截面重合，所述安装区域的上端面到桩体的上顶面，相邻两个第二测环之间的距离为1m，位于最下侧的第二测环到第一测环的距离为1m，其余部位不设置测环。

所述荷载箱1位于桩孔的底部，即扩孔部分的底部，因此，此种装置不需要在浇筑混凝土后将扩底桩截成两部分进行测试，即荷载箱1的上段桩即为整个扩底桩，不存在下段桩；所述加压油泵14位于桩孔的外侧并通过油管12与荷载箱1连通；所述上位移测杆7伸入所述桩孔中并与荷载箱1的上顶板固定连接；所述下位移测杆9伸入所述桩孔中并与荷载箱1的下底板固定连接；位移量测设备8，安装于所述上位移测杆7和下位移测杆9的顶部。

上位移测杆7、荷载箱1的上顶板与上位移测杆7上的位移量测设备8之间配合，用于测量荷载箱1上段桩的上位移，简称上位移，下位移测杆9、荷载箱1的下底板以及下位移测杆9上的位移量测设备8之间的配合，用于测量荷载箱1下段桩的下位移，由于荷载箱1并不存在下段桩，因此，这里的下段桩的下位移事实上是指桩底位移。

数据采集设备5通过数据采集电缆6与位移量测设备8分别电性连接，用于接收所述位移量测设备8采集的数据信息。数据采集设备5还将接收到的数据信息发送给处理设备例如电脑等进行数据分析。采用滑动测微计对滑动测微计测试元件3的数据信息进行采集。

所述上位移测杆7和下位移测杆9的外侧分别套设有上位移杆保护管2和下位移杆保护管10。上位移杆保护管2和下位移杆保护管10用来隔离泥浆及混凝土，确保上位移测杆7和下位移测杆9能够上下自由移动。

作为一种优选方案，基于成本和测量精度的考虑，上位移测杆7以及下位移测杆9的数量均为两个，当然还可以设置成其他数量，均匀布置。

试验结束后，考虑到桩上下位移，引起荷载箱上下底板位移，荷载箱上下板之间产生缝隙，可以通过伸入桩孔内的后注浆管20向缝隙位置内注浆。采用上述新型的扩底桩承载力试验装置进行扩底桩自平衡静载试验的方法，包括以下内容：

在桩孔内浇筑的混凝土达到龄期后，开始对现场桩体的承载力试验测试。

现场试验测试执行《建筑基桩自平衡静载试验技术规程(JGJ/T403-2017)》的要求。试验采用慢速维持荷载法分级加载。

(1)、试验加、卸载方式应符合以下规定：

①加载应分级进行，通过加压油泵经油管向荷载箱注油实现荷载箱加载操作，该过程中，应采用逐级等量加载，每级加载的荷载量为荷载箱最大加载量的1/10，所述每级加载的荷载量记为分级荷载量，其中第一级荷载可取分级荷载量的2倍；

②卸载也应分级进行，每级卸载量取分级荷载量的2倍，且应逐级等量卸载分级荷载量的2倍；

③加、卸载时，应使荷载传递均匀、连续、无冲击，且每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载量的±10％。

(2)采用慢速维持荷载法试验步骤符合下列规定：

①位移测读间隔时间：对每级加载后的位移量进行测读，在每级加载后的第5min、15min、30min、45min以及60min测读位移量测设备的位移量及观测滑动测微计测试元件的读数，60min后每间隔30min测读位移量测设备的位移量及观测滑动测微计测试元件的读数。

②位移相对稳定标准：从分级荷载施加后的第30min开始，按1.5h连续3次每30min的位移观测值计算，每小时位移增量不超过0.1mm，并连续出现两次。

③加载标准：当位移变化速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载；

④卸载标准：卸载时，每级荷载维持1h，分别按第15min、30min、60min测读位移量及观测滑动测微计测试元件的读数后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读残余位移量及观测滑动测微计测试元件的读数，维持时间不得少于为3h，测读间隔时间为第5min、30min各测读一次，以后每隔30min测读一次残余位移量。

(3)、荷载箱上段桩或下段桩的位移出现下列情况之一时，即可终止加载。

①在某级荷载作用下，荷载箱上段桩或下段桩的位移增量大于或等于前一级荷载作用下位移增量的5倍时，且总位移量超过40mm。

②在某级荷载作用下，上段桩或下段桩的位移增量大于前一级荷载作用下位移增量的2倍，且24h尚未达到相对稳定标准；

③已达到设计要求的最大试验加载量且荷载箱上段和下段位移均达到相对稳定(收敛)标准。

④当上段桩或下段桩的荷载～位移曲线为缓变型时，向上位移总量可加载至40mm～60mm；向下位移总量可加载至60～80mm；当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至总位移量超过80mm。

⑤荷载箱已达荷载箱的加载极限，或者荷载箱上、下段位移已超过荷载箱行程，即可终止加载。

试验结果分析

检测数据分析执行规范《建筑基桩自平衡静载试验技术规程(JGJ/T403-2017)》。

(1)检测数据的处理应符合下列规定：

①应绘制荷载与位移量的关系曲线和位移量与加荷时间的单对数曲线，也可绘制其他辅助分析曲线；

(2)上段桩极限加载值Quu和下段桩极限加载值Qud应按下列方法综合确定：

①根据位移随荷载的变化特征确定时，对于陡变型曲线，应取曲线发生明显陡变的起始点对应的荷载值；②根据位移随时间的变化特征确定极限承载力，应取位移量与加载时间的单对数曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载值；③当出现本规程第4.3.4条第1、2款情况时，宜取前一级荷载值；④对缓变型曲线可根据位移量确定，上段桩极限加载值取对应位移为40mm时的荷载，当上段桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩量；下段桩极限加载值取位移为40mm对应的荷载值，对直径大于或等于800mm的桩，可取荷载箱向下位移量为0.05D(D为桩端直径)对应的荷载值；⑤当按本条第1～4款不能确定时，宜分别取向上、向下两个方向的最大试验荷载作为上段桩极限加载值和下段桩极限加载值。

(3)自平衡静载试验测得的荷载-位移曲线宜等效转换为传统静载试验的荷载-位移曲线(参考《建筑基桩自平衡静载试验技术规程(JGJ/T403-2017))。

(4)单桩竖向抗压(拔)极限承载力，应按下列公式计算：

①单桩竖向抗压极限承载力为：

Fud＝Qud

Fuu＝F轴力

＝+Qu为单桩竖向抗压极限承载力(kN)，Fuu为上段桩的单桩竖向抗压极限承载力(kN)；Fud为下段桩的单桩竖向抗压极限承载力(kN)，F轴力为变截面以上位置的桩身轴力值(kN)；W为荷载箱上段桩的自重与附加重量之和(kN)，附加重量应包括设计桩顶以上超灌高度的重量、空桩段泥浆或回填砂、土自重，地下水位以下应取浮重度计算。γ为荷载箱上段桩侧阻力修正系数，根据荷载箱上部土的类型确定：黏性土、粉土取0.8，砂土取0.7，岩石取1.0，当有不同土层时取加权平均值。

本新型的测量方法提出了荷载箱上段桩的实测最终加载值的测试方法，根据荷载箱上段桩的实测最终加载值实际等于扩底桩桩身变截面位置上方桩身所受轴力，利用滑动测微技术对荷载箱上段桩的实测最终加载值进行测量。按以下方式进行计算：

加载前自上而下及自下而上采用滑动测微计测试元件2次测定每条试管中的初始读数，以保证测试精度，每级荷载稳定后测定相应读数，其差值即为各级荷载下每一测管所在测段的应变值εi。

根据各级荷载下的桩底应变可计算弹性模量随应变量级的变化规律，一般可以用一元一次方程表达，如根据各级回归应变曲线，桩底应变可计算不同应变量级下桩身平均弹性模量，由线性回归，得到Ei＝f(εi)的线性方程，计算各级荷载下轴力时采用不同的弹模值。

桩身轴向力：

平均应变:

平均桩面积：

弹性模量：

式中F轴力i为任意断面处的轴向力(kN)，为任意断面的平均应变，E混i为相应应变时的弹性模量(GPa)，A混i为某一断面的平均桩身面积(m²)，D混i为某一断面的平均桩径(m)，a和b分别为回归系数和回归常量。

通过以上方法计算变截面以上位置的桩身轴力值F轴力(kN)。

②单桩竖向抗拔极限承载力，应按下式计算：

＝式中：γ2为受检桩的抗拔摩阻力转换系数；承压型抗拔桩应取1.0，对于承拉型抗拔桩，应根据实际情况通过相近条件的比对试验和地区经验确定，但不得小于1.1。

(5)单桩竖向抗压(抗拔)承载力特征值应按单桩竖向抗压(抗拔)极限承载力的50％取值。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。