一种桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置的制作方法

本发明涉及工程领域桩基竖向承载力检测方法，尤其涉及一种桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置。

背景技术：
传统自平衡法最早于1960年代有以色列AfarVasela公司提出并实施，并申请专利“一种新的承载力测试方法”，俗称“通莫静载法”。其检测原理是将一种特制的加载装置—荷载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。有加压泵在地面像荷载箱加压加载，使得桩体内部产生加载力，通过对加载力与位移关系的计算和分析，获得桩基承载力。自平衡法应是利于桩身自平衡原理，无需常规的堆载或锚桩试桩，特别适用于野外作业及承载力较大的桩基。这两个因素使自平衡法试桩在交通行业得以应用，并颁布了规程自平衡法因其本身的一些局限，原因有以下几点：1.自平衡法试桩，首先要算一下平衡点。压力盒放在此处，上段桩和下段桩承载力相当，即平衡，这时测出的上下段桩承载力之和即为单桩承载力。当然，考虑到下面的原因，通常对上段桩的极限荷载乘以0.7的折减系数。2.通常的试桩，荷载加在桩顶。对于摩擦端承桩，由于桩身压力随着桩深度逐渐减小，另外桩身的轴向压缩也随深度减小，因此当桩上部达到侧摩阻极限值时，下部桩侧摩阻还远远未达到极限值。因此，自平衡法，对于以变形控制的摩擦桩，不太合适；对于以荷载控制的端承桩，如嵌岩桩，准确度会好些。上述测得的上下桩段侧摩阻力之和会大于实际情况，因此出现了前文0.7的折减系数。3.平衡点的位置选择至关重要。如选的不得当，一段已变形至破坏，另一段未动，这种情况试桩就失败了。4.在压力盒处的加荷处桩体是断掉的，虽然有注浆法填补此处的做法，但因质量难以控制和检测，因此这种桩不能用于工程桩。5.荷载箱埋置于桩身内，试验完成后无法回收重复利用，需要一定的设备投入。综上，自平衡法需要进一步改进完善，取长补短，才能充分发挥其优势。要解决的技术问题，要克服上述自平衡法的不足，桩基检测结果接近真实情况，最好满足下列几点：（1）采用静载法；（2）桩顶竖向加载；（3）反力装置简单实用，（4）加载装置可回收重复利用；（5）试验操作简单，适用性强。

技术实现要素：
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种桩基竖向承载力试验反向自平衡法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据桩基特性计算出上段桩和下段桩的平衡点，确定中段桩位置；步骤二、加工桩基的钢筋笼；步骤三、在上段桩的钢筋笼内设置竖直的隔离管，将锚索自由段往上穿过隔离管，并在隔离管上端预留一定自由长度，将锚索固定段固定在下段桩的钢筋笼上；步骤四、将中空管贯穿性固定在上段桩的钢筋笼上，分别在上段桩和下段桩钢筋笼的顶部固定设置用于测量形变的位移杆，所述下段桩上的位移杆向上自由穿过中空管并上段桩顶部留出一定长度；步骤五、桩基孔施工，下放桩基的钢筋笼，分别浇筑桩基的上段桩和下段桩，然后进行养护；步骤五、在锚索自由段和上段桩顶部之间设置加载油缸，将加载油缸与试验控制装置相连，调试好负荷加载装置，将上段桩和下段桩上设置的位移杆分别与上方的位移测量仪相连，并调试好位移测量仪；步骤五、通过试验控制装置对加载油缸分级加载，测量各级荷载下的加载值和上段桩与下段桩发生的相向位移；步骤六、对加载油缸卸载，回收加载油缸和形变测量装置，解除锚索，通过隔离管对中段桩进行灌浆浇筑；步骤七、试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验桩基承载力特征值及相关桩侧桩端阻力，完成整个试验。作为改进，所述锚索固定段通过锚索回收装置固定在下段桩的钢筋笼上，所述锚索回收装置由硫磺砂浆、加热器和锚固套筒组成，在施工时将加热器环绕在锚索固定段周围，利用硫磺砂浆将锚索固定段固定在锚固套筒内，再将锚固套筒锚固在下段桩钢筋笼内；利用硫磺砂浆热熔特性，在荷载试验完成后，通过加热器升温，硫磺砂浆热熔后降低粘结力，从而可以解除锚固，将锚索固定段拔出并回收。作为改进，所述上段桩底部钢筋笼和下段桩顶部钢筋笼上分别设有封堵板，所述封堵板用于将先浇注的上段桩和下段桩与后浇注的中段桩隔离，两个封堵板之间设有封堵筒，所述封堵筒为下段桩的浇注通道。作为改进，所述封堵板法线两侧设有加强筋。作为改进，所述中段桩的钢筋笼包括纵向受力钢筋和环向螺旋钢筋，所述纵向受力钢筋为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于桩体上段、桩体下段相向位移。一种桩基竖向承载力试验反向自平衡试验装置，其特征在于：包括配好钢筋笼并浇筑好的上段桩和下段桩、没有浇筑的中段桩、加载油缸、控制加载油缸的试验控制装置、以及位移测量仪，所述上段桩和下段桩通过锚索相连，所述上段桩内设有隔离管和中空管，所述锚索自由段穿过隔离管并在上段桩顶部留有一定自由长度，所述加载油缸设于锚索自由段和上段桩顶部之间，所述锚索固定段与下段桩固定相连，所述上段桩和下段桩上还设有用于测量形变的位移杆，所述上段桩的位移杆直接与其上方的位移测量仪相连，所述下段桩的位移杆自由穿过中空管与上段桩上方的位移测量仪相连。本发明有益效果是：相比现有如堆载法、锚桩法等桩基竖向承载力试验方法，充分发挥了自平衡法优点，无需常规的堆载或锚桩试桩，特别适用于野外作业及承载力较大的桩基。又克服了传统自平衡法桩体上段为负摩阻力，试验结果与工程桩承受正摩阻力不同，试验结果偏于保守，且荷载箱需要一定成本，无法回收利用等缺点，试验装置简单易操作，设备可回收重复使用，实用推广性很好，经济效益好。附图说明图1是传统自平衡法试验原理示意图。图2是本发明试验原理结构示意图。图3是本发明桩体钢筋笼装配图。图4是本发明试验流程图。1-桩基，1a-上段桩，1b-下段桩，1c-中段桩，2-试验加载装置，21-由锚索，21a-锚索自由段，21b-锚索锚固段，22-隔离管，23-加载油缸，3-变形监测装置，31-位移测量仪，32-位移杆，33中空管，4-锚索回收装置，41-硫磺砂浆，42-加热电阻丝，43-锚固套筒组成，5-钢筋笼，5a-钢筋笼上段，5b-钢筋笼下段，5c-钢筋笼中段，11-纵向受力钢筋，11a-上段桩纵向钢筋，11b-下段桩纵向钢筋，11c-中段桩纵向钢筋，12-环向螺旋钢筋，12a-上段桩环向钢筋，12b-下段桩环向钢筋，12c-中段桩环向钢筋，13-混凝土，13a-上段桩混凝土，13b-下段桩混凝土，13c-中段桩混凝土，14c-加强筋，15c-封堵筒，16c-封堵板。具体实施方式下面结合附图和具体实施，对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。本发明提供一种桩基竖向承载力试验反向自平衡法，其检测原理为：将桩基在平衡点附近分为先浇施工上段桩、先浇施工下段桩和后浇施工的中段桩，将锚索一端锚固在下段桩，另一端沿上段桩内部自由伸出，并预留中段桩，通过张拉锚索的自由端使上段桩、下段桩发生相向位移，根据桩顶总张拉力和桩身位移关系换算出试验桩的承载力，即桩竖向承载力=上段桩承载力+下段桩承载力，然后浇的中段桩，完成荷载试验。本发明一种桩基竖向承载力试验反向自平衡法试验装置主要由桩基1、试验加载装置2、变形监测装置3、锚索回收装置4组成。其特征在于：试验加载时，上段桩1a与下段桩1b发生相向位移，而传统自平衡法的利用荷载箱在中段桩1c加载，上段桩1a与下段桩1b发生相背位移。所述的桩基为钢筋混凝土结构，分为上段桩1a、下段桩1b和中段桩1c，由纵向受力钢筋11和环向螺旋钢筋12、混凝土13等组成，即上段桩(1a=11a+12a+13a)、中段桩(1c=11c+12c+…)、下段桩(1b=11b+12b+13b)。其特征在于：上段桩1a、下段桩1b为先浇施工，待桩基荷载试验完成后，后浇施工中段桩1c。所述的中段桩1c，由中段桩纵向钢筋11c、中段桩环向钢筋12c、后浇的中段桩混凝土13c、搭接加强钢筋14c、封堵板16c、封堵筒15c组成，其特征在于：封堵板16c设置在先浇的上段桩1a与下段桩1b与后浇的中段桩1c的接触面上，两封堵板16c中心空间段设置封堵筒15c，将先浇的上段桩1a与下段桩1b与后浇的中段桩1c隔离。中段桩纵向钢筋11c为曲线或折线连接，单根钢筋受力由轴向受压变为偏心受压，加载时利于上段桩、下段桩相向位移，浇筑混凝土前，钢筋笼仅承担很小的支撑荷载，与试验荷载相比可以忽略不计。曲线或折线连接钢筋，即可保证钢筋笼的整体性，便于施工，又可满足试验要求。较优的，封堵板16c法线面两侧焊接有搭接加强钢筋14c，加强先浇的上段桩1a与下段桩1b与后浇的中段桩1c的连接。习惯上，我们也将纵向受力钢筋11、环向螺旋钢筋13及中段桩1c的搭接加强钢筋14c、封堵板16c、封堵筒15c组成钢筋结构统称为钢筋笼5，根据桩基分段分为钢筋笼上段5a、钢筋笼中段5c、钢筋笼下段5b。所述的试验加载装置2由锚索21、隔离管22、加载油缸23和试验控制装置组成，隔离管22安装在上段桩1a。其特征在于：锚索21分为锚索锚固段21b和锚索自由段21a，锚索锚固段21b固定在下段桩1b内，锚索自由段21a穿过埋置在上段桩1a的隔离管22并伸出桩基顶面一定工作距离，用于试验时加载油缸（如穿心千斤顶油缸）工作锚固，试验控制装置用于加载油缸自动加载控制。较优的，所述的锚索锚固段21b安装有锚索回收装置4，由硫磺砂浆41、加热电阻丝42、锚固套筒43组成，施工时将加热电阻丝42环绕在锚索锚固段21b，利用硫磺砂浆41将其固定在锚固套筒43内，再将锚固套筒43锚固在下段桩1b。其工作原理：利用硫磺砂浆热41熔特性，在荷载试验完成后，加热电阻丝42升温，硫磺砂浆热熔后降低粘结力，解除锚固，拔出锚索21并回收。所述的变形监测装置3同传统的自平衡法试验系统，由位移测量仪31、位移杆32、中空管33组成，试验时分别测量上段桩1a、下段桩1b位移。中空管33用于隔离上段桩1a与位移杆32的连接，以测量下段桩1b位移。位移测量仪31多为千分表、百分表等，位移杆32多为粗圆钢筋。较优的，位移测量仪与试验控制装置连接，可实现位移的自动测量。本发明的试验操作流程为：第一步：初步计算试验桩的荷载平衡点，确定钢筋笼中段5c位置。第二步：加工钢筋笼5，并在钢筋笼中段5c布置好搭接加强钢筋14c、封堵板16c、封堵筒15c，且要求纵向受力的中段桩纵向钢筋11c为曲线或折线连接。第三步：将隔离管22固定在钢筋笼上段5a，将锚索自由段21a穿过隔离管22并伸出一定自由长度，将安装有锚索回收装置4的锚索锚固段21b，固定的在钢筋笼下段5b上。第四步：将中空管33固定在钢筋笼上段5a，位移杆32穿过中空管33，下端固定在钢筋笼下段5b。第五步：桩孔施工，下放钢筋笼5，浇筑上段桩1a和下段桩1b，并进行养护。第六步：安装调试试验加载装置2、变形监测装置3，加载油缸23分级加载，并记录各级荷载下桩基测量点的位移值，加载值至加载终止。第七步：锚索回收装置4通电加热，解除锚索锚固，回收锚索21。第八步：通过隔离管22灌注混凝土砂浆，待其它隔离管内冒出浆液，完成中段桩1c后浇施工。第九步：试验数据分析，根据荷载位移曲线，确定试验桩承载力特征值及相关桩侧桩端阻力，完成整个试验。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。