一种螺旋地锚水平受力试验的测试装置及其操作方法与流程

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于螺旋地锚水平受力试验的测试装置及其操作方法。

背景技术：

随着能源产业的迅速发展，光伏太阳能电站的建设日益成为岩土工程热点，螺旋地锚是一种微型短桩，由钢管桩身和一个或多个螺旋型叶片焊接而成，可通过人工或者机械旋拧打入地下，具有施工快速、承载力发挥快、对环境扰动小等优点，有十分广阔的发展和应用前景，非常适合用作光伏太阳能支架的基础。在实际工程中，光伏太阳能上部支架结构传力至下部螺旋地锚基础，由螺旋地锚承担多种形式荷载。因此正确合理地评估螺旋地锚的承载性能成为工程设计和施工中的重要问题。

螺旋地锚所受荷载可以分解为竖向和水平两个方向的荷载。针对螺旋地锚竖向承载性能研究较多，但目前工程中缺乏合适的针对螺旋地锚水平承载性能的评估方法，需要通过螺旋地锚水平受力试验进行现场试桩以确定螺旋地锚的水平承载力。桩基工程中水平静载荷试验多为针对尺寸较大的混凝土灌注桩，而螺旋地锚是一种微型短桩，这种方法并不适用。因此，非常需要针对螺旋地锚水平受力现场试验的测试装置和测试方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种螺旋地锚水平受力试验的测试装置及其操作方法。

本发明提出的螺旋地锚水平受力试验的测试装置，由试验支架、加载装置和测量装置组成；其中：

试验支架由上部承力梁、上部支承横梁、中心反力梁、传力立柱、底部承力梁、底部支承横梁、竖立导线槽柱和底部定位梁组成；两根上部承力梁的两侧通过上部支承横梁固定连接，构成支架上部结构；一根中心反力梁两端固定在两根上部承力梁的中心位置，在中心反力梁的中心位置设有固定槽；两根底部承力梁的两侧通过底部支承横梁固定连接，构成支架底部结构；支架上部结构四周底部设置有传力立柱，四根传力立柱下方与支架底部结构固定连接；底部定位梁为l型钢，两端分别固定在底部承力梁上；四根带有滑轮的竖立导线槽柱两端分别固定在中心反力梁和底部定位梁上，滑轮通过穿轴固定在竖立导线槽柱的下方；

加载装置包括液压千斤顶、垫块、顶部支承板、钢绞线、卡线夹和传力线轴，压力传感器放置于中心反力梁的固定槽内，压力传感器上方放置千斤顶，千斤顶上放置支承垫块；顶部支承板为方形钢板，四角穿孔呈对称分布，顶部支承板位于支承垫块上方；传力线轴由绕线杆和传力垫块组成，绕线杆为四个固定在传力垫块两侧的钢轴，用于固定钢绞线，加载垫块为带弧度的铸体，与测试螺旋地锚的外表面贴合，用于施加荷载；四根钢绞线上端穿过顶部支承板四角并用卡线夹固定，钢绞线沿竖立导线槽柱并绕过滑轮后呈水平方向连接至传力线轴，用卡线夹固定在传力线轴的绕线杆上；千斤顶在顶升过程中，对顶部支承板施加荷载，根据试验的不同场地条件，使用的千斤顶类型和数量也不同，试验时须使用支承垫块调整千斤顶高度至合适位置；

测量装置包括压力传感器、位移计、位移计表座和基准梁，压力传感器与数显仪通过信号线连接，用以测量加载过程中的荷载大小；位移计通过位移计表座固定于基准梁上，用以测量加载过程中的位移大小；基准梁为带支撑的l型钢，通过所述支撑插入土中将基准梁独立固定在支架底部承力梁外侧；所述位移计的测量端指针垂直于桩头侧壁指定高度处。

本发明中，所述底部支承梁为槽钢，其两端留有锚孔，用于固定测试支架。

本发明中，所述传力横梁与传力立柱之间设有支架斜撑。

本发明中，所述上部承力横梁、中心反力梁、传力立柱、底部承力梁及竖立导线槽柱均为槽钢；底部定位梁、基准梁及支架斜撑均为l型钢；上部支承横梁为工字钢。

本发明中，所述竖立导线槽柱留有通孔，钢绞线可以通过通孔穿过。

本发明提出的一种螺旋地锚水平受力试验的测试装置的操作方法，具体操作步骤如下：

（１）将测试装置放置于测试螺旋地锚上方，调整支架位置，使得螺旋地锚位于试验支架一侧四分之一位置的中心，且不与底部支承横梁接触；使用锚杆打入地下通过试验支架四角的锚孔将试验支架固定；

（２）将压力传感器固定在反力中心梁的中心处固定槽内，压力传感器上方依次放置千斤顶、支承垫块和顶部支承板；四根钢绞线分别穿过顶部支承板的四角并用卡线夹固定，钢绞线沿着竖立导线槽柱绕过下方的滑轮，通过滑轮改变为水平状态，钢绞线末端连接至传力线轴的绕线杆上；传力线轴的加载垫块曲面与桩头侧壁贴合；

（３）顶升千斤顶至钢绞线受力并刚好拉紧，调整压力传感器的数控仪进行归零操作；

（４）将基准梁打入地下指定位置，独立于支架外侧，并安装位移计表座和位移计，使位移计测量端指针垂直于桩头侧壁指定高度处，记录初始读数；

（５）顶升千斤顶并分8~10级加载，每级荷载为预估极限荷载的1/8~1/10；每级荷载施加后每隔5min钟进行一次读数，记录数显仪压力示数以及位移计位移示数，本级荷载下位移稳定后进行下一级荷载的施加；每级荷载稳压时间不得小于1小时；

（6）加载结束后，将各级荷载下的压力值与位移值记录并绘制荷载-位移曲线，按照有关桩基规范要求确定水平承载力。

本发明的有益效果：

本发明所设计的螺旋地锚水平试验装置用于螺旋地锚现场试验测定其水平承载力，将水平荷载通过滑轮转化为竖向荷载进行加载，结果准确，操作方便。本发明设计的螺旋地锚水平试验装置用于工程试桩现场或相关科研试验，由于光伏支架基础承载力对精度要求较高，传统桩基的水平测试方法无法满足。本发明所提出的试验装置通过竖向千斤顶顶升，以钢绞线传力并利用定滑轮将竖向力转变为水平力，配合所设计的传力线轴在测试螺旋地锚桩头处施加水平荷载，操作稳定，量测准确，解决了试验结果的精度问题；本发明所提出的操作方法方便快捷，效率较高，适用于工程试桩的工期要求；利用本发明所提出的试验装置和操作方法进行试桩试验后，测试螺旋地锚可以作为工程用桩重复利用，节省工程成本。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的俯视图。

图5为本发明桩头加载示意图。

图中标号：1为螺旋地锚桩头，2为上部承力梁，3为上部支承横梁，4为中心反力梁，5为传力立柱，6为底部承力梁，7为底部支承横梁，8为压力传感器，9为液压千斤顶，10为钢绞线，11为卡线夹，12为顶部支承板，13为竖立导线槽柱，14为传力线轴的传力垫块，15为位移计，16为传力线轴的绕线杆，17为基准梁，18为位移计表座，19为定位锚孔，20为支架斜撑，21为底部定位梁，22为支承铁铸垫块，23为导轨滑轮。

具体实施方式

本发明为针对光伏太阳能支架螺旋地锚基础的水平受力现场试验设计的试验装置，下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例１：如图1~5所示，螺旋地锚桩头1上方的试验装置由上部承力梁2、上部支承横梁3、中心反力梁4、传力立柱5、底部承力梁6、底部支承横梁7、压力传感器8、液压千斤顶9、钢绞线10、卡线夹11、顶部支承板12、竖立导线槽柱13、传力线轴的传力垫块14、位移计15、传力线轴的绕线杆16、基准梁17、位移计表座18、定位锚孔19、支架斜撑20、底部定位梁21、支承铁铸垫块22和导轨滑轮23组成。

试验支架由上部承力梁2、上部支承横梁3、中心反力梁4、传力立柱5、底部承力梁6、底部支承横梁7、竖立导线槽柱13、定位梁21和斜撑20组成。两根上部承力梁2的两端分别用两根上部支承梁3焊接固定，中心反力梁4位于两根上部承力梁2的中间并焊接固定，上部承力梁2为工字钢，上部支承梁3及中心反力梁4为槽钢，共同组成支架上部结构。四根传力立柱5位于上部承力梁的四角，传力立柱5为槽钢用于传递上部结构的荷载，传力立柱5与上部承力梁2之间用斜撑20加固。两根底部承力梁6的两端分别用两根底部支承梁7焊接固定，底部承力梁6两端四角处均设置锚孔19，利用锚孔及配套的锚杆固定支架，底部承力梁6与底部支承梁7均为槽钢，共同组成支架下部结构，用于承担荷载。竖立导线槽柱13两端焊接在中心反力梁4和底部定位梁21上，竖立导线槽柱13为槽钢，共4根，槽口朝向被测试的试验螺旋地锚桩头1，竖立导线槽柱13的下方安装导轨滑轮23，在靠近螺旋地锚一侧的两根竖立导线槽柱背面开口，便于钢绞线10穿过。

加载装置包括液压千斤顶9、垫块22、顶部支承板12、钢绞线10及卡线夹11、传力线轴传力垫块14及绕线杆16。千斤顶9位于压力传感器8上，上方放置支承垫块22调整高度至与顶部支承板12贴合，顶部支承板12为方形钢板，四角开孔，四条钢绞线10顶端穿过顶部支承板12四角的孔，并用卡线夹11固定在顶部支承板12上，钢绞线10末端沿着竖立导线槽柱13槽内，绕过下方的导轨滑轮23，改变方向后连接至传力线轴的绕线杆16，四条钢绞线10末端结环后分别套在四个绕线杆16上，传力线轴由传力垫块14和绕线杆16组成，传力垫块14内表面为弧面与测试螺旋地锚桩头1外壁贴合便于加载，绕线杆16与传力垫块14焊接固定保证足够强度。

测量装置包括压力传感器8、位移计15、位移计表座18和基准梁17。压力传感器8放置于中心反力梁4中间，并通过信号线与数显仪相连，在加载过程中实时显示荷载大小；位移计15量程应大于预估位移的1/3，安装并调整位移计表座18，使位移计测针与被测试螺旋地锚地面桩头侧壁垂直；基准梁横梁17为l型钢，两端为脚撑，测试时脚撑打入地下指定高度处。

根据本发明所提出的试验方法进行操作，首先将测试装置放置于测试螺旋地锚1上方，调整支架位置，使得螺旋地锚1位于支架一侧四分之一位置的中心，且不与底部支承横梁7接触；使用锚杆打入地下通过测试支架四角的锚孔19将支架固定。然后将压力传感器8固定在反力中心梁4的中心处固定槽内，压力传感器8上方依次放置千斤顶9、支承垫块22和顶部支承板12；四根钢绞线10分别穿过顶部支承板12的四角并用卡线夹11固定，钢绞线10沿着竖立导线槽柱13绕过下方的滑轮23，通过滑轮改变为水平状态，钢绞线10末端连接至传力线轴的绕线杆16上。传力线轴的加载垫块14的有弧度的内表面与桩头侧壁贴合。顶升千斤顶9至钢绞线10受力并刚好拉紧，调整压力传感器8的数控仪进行归零操作。将基准梁17打入地下指定位置，独立于支架外侧，并安装位移计表座18和位移计15，使位移计15测量端指针垂直于桩头侧壁指定高度处，记录初始读数。顶升千斤顶9并分8~10级加载，每级荷载为预估极限荷载的1/8~1/10；每级荷载施加后每隔5min钟进行一次读数，记录数显仪压力示数以及位移计位移示数，本级荷载下位移稳定后进行下一级荷载的施加；每级荷载稳压时间不得小于1小时。加载结束后，将各级荷载下的压力值与位移值记录并绘制荷载-位移曲线，按照有关桩基规范要求确定水平承载力。

按本说明所描述的操作方法和操作步骤，本领域的工程技术人员，均可以利用本发明所提出的试验装置顺利完成螺旋地锚水平受力现场试验。