一种悬空桩及其施工方法、桩侧摩阻力测试方法与流程

本发明属于桩基施工方法，涉及悬空桩的结构型式及侧摩阻力测试方法。

背景技术：

在现有技术中，因具有良好的地层穿透性、较高的竖向和水平承载能力及抗变形刚度，桩基础在各国的铁路、公路、桥梁、建筑、水利工程中得到广泛应用。桩常被用来做为建(构)筑物的下部结构而向地基深部传递荷载，这种下部结构被称作桩基础。

侧摩阻力是地基-桩基界面承载力与面积的比值，是桩基础设计中的关键参数，当前常用的测试方法是钢筋应变计测试法。这种方法，1)通过安装在桩身主筋不同位置应变计来测得不同等级荷载下的钢筋应变；2)基于平截面假定，将钢筋应变等效为同截面处桩身应变；3)基于均质和线弹性材料假设，计算各截面的桩身轴力是同截面处钢筋轴力和混凝土轴力的线性叠加；4)计算相临截面的轴力差值作为地基-桩基界面相应段的抗力贡献，轴力差与界面面积的比值作为该荷载等级或位移下的侧摩阻力；5)某截面a在某荷载等级下的位移则通过桩顶位与a-桩顶段压缩量的差值来计算。

用钢筋应变计测试桩基侧摩阻力的方法有如下缺点：1)应变计测试法是基于均质、线性材料假设，在此假设基础上桩身轴力是钢筋应力和混凝土应力的线性叠加，而混凝土本身属于非均质、非线性性材料，作为钢筋和混凝土复合体的桩基础的具有更强的非均质性；2)该方法属于间接测量方法，所以测试结果会累加环境(温度、湿度等)、施工、材料、测试等各个环节的误差，甚至出现无法解释的测试结果。因此，有必要开展新测试方法的研究，提高桩基侧摩阻力测试精度。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种悬空桩的施工方法和结构型式，以期实现桩身侧摩阻力和位移的直接测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种桩侧摩阻力测试用悬空桩，包括设置在地基基坑内的测试桩，所述测试桩通过底端设置的锚板支撑在地基基坑内，锚板与地基基坑的坑底之间预留空间；所述测试桩包括一体成型的上下两段结构，下段结构为测试段，上段结构为自由段，所述自由段的直径小于测试端的直径，从而在测试段上端形成的台阶面；所述桩体内预埋有第一位移延伸杆和第二位移延伸杆，所述第一位移延伸杆和第二位移延伸杆均为空心杆，沿空心杆的腔体轴向插入芯杆，所述第一位移延伸杆的芯杆底端穿出空心杆与测试段的底部固定，所述第二位移延伸杆的芯杆底端穿出空心杆与自由段的底部固定，对应芯杆的上端均设置有位移传感器；在自由段的上端面设置千斤顶，在千斤顶的顶升端面放置反力梁。

优选地，所述锚板通过拉杆悬挂安装在地基的基坑内，所述拉杆下端与锚板固定连接，上端与一跨设在基坑开口的横担固定连接。

优选地，在所述芯杆的顶端固定设置有反射板，对应反射板的反射面设置有光电位移传感器，所述光电位移传感器的发射端和接收端朝向反射板设置。

优选地，在所述自由段上套有护筒，所述护筒置于台阶面并与测试段共轴。

优选地，所述锚板与所述预留空间之间通过密封剂密封。

一种桩侧摩阻力测试用悬空桩的施工方法，包括如下步骤：

1)在地基上开挖基坑；

2)将锚板通过拉杆吊放至测试段下沿，并将拉杆上端通过横担固定在基坑开口，从而将锚板悬挂安装在基坑内；

3)以发泡剂作为密封剂，密封锚板和地基以及锚板和拉杆之间的间隙；

4)布设第一位移延伸杆和第二位移延伸杆：第一位移延伸杆和第二位移延伸杆均为空心杆，在空心内穿入芯杆，芯杆上下两端均穿出空心杆的两端，通过空心杆隔绝芯杆与周围混凝土的相互作用；在芯杆顶端焊接与其呈t形的钢制反射板，作为位移测试面；

5)浇筑测试桩段混凝土；

6)吊放护筒，用于隔离自由段混凝土与地基的相互作用；

7)浇筑自由桩段的混凝土；

8)当混凝土达到测试龄期后，分别在两个芯杆上的反射板的上方布设位移传感器，在自由段的顶端架设千斤顶，在千斤顶的顶升端面放置反力梁。

优选地，所述第一位移延伸杆从基坑开口竖直向下延伸至测试端底部，所述第二位移延伸杆从基坑开口竖直向下延伸至自由段底部。

一种应用悬空桩测试桩侧摩阻力的方法，反力梁通过堆载法或反力锚桩法为试验提供反力，通过千斤顶的顶升端面向反力梁的下表面施加压力，然后通过反力梁提供的反作用力使悬空桩向地基基坑底部下沉，通过任意一根芯杆上端的位移传感器采集到的位移数据结合测试段与基坑坑壁之间的接触面积以及千斤顶输出的出力/荷载值获得悬空桩的桩侧摩阻力测试曲线。

优选地，通过两根芯杆上端的位移传感器采集到的位移数据的平均值结合测试段与基坑坑壁之间的接触面积以及千斤顶输出的出力/荷载值获得悬空桩的桩侧摩阻力测试曲线。

优选地，通过下列公式获得桩侧摩阻力测试曲线：

f＝f/a················公式(1)

s＝(s1+s2)/2················公式(2)

其中，千斤顶的顶升出力/荷载计为f；两个位移传感器采集到的位移数据分别记为s1、s2；测试段与地基基坑的坑壁接触面积记为a；则悬空桩的桩侧摩阻力测试曲线可以表示在以公式(1)为纵轴、以公式(2)为横轴的坐标平面上。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

1)结构型式简单

悬空桩的结构简单，测试阶段的传力结构为反力梁、千斤顶、自由段和测试段。

2)测试结果准确

测试段地基-桩基截面的抗力通过千斤顶油压直接测量而得，测试段顶、底部位移分别通过位移传感器直接测量而得，测试数据误差小。同时由于测试传感器仅在试验阶段临时布设，且位于地表，因此可随时根据需要调换或调试传感器，数据采集成功率高。

3)施工技术难度小

在桩基施工阶段，仅涉及常规的开挖、结构物吊放和混凝土浇筑工作，施工技术难度小。

附图说明

图1-图8为本发明桩侧摩阻力的施工及成型过程示意图；

图9为桩侧摩阻力测试曲线示意图。

图中：1、地基；2、锚板；3、拉杆；4、横担；5、密封剂；6、第一位移延伸杆；7、第二位移延伸杆；8、测试段；9、护筒；10、自由段；11、位移传感器；12、反射板；13、千斤顶；14、反力梁。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，在地基1上开挖基坑。

如图2所示，通过拉杆3将锚板2下吊到基坑内，锚板2与基坑的坑底预留一定的空间。锚板2下吊到位后，将拉杆3上端固定在基坑开口上跨设的横担4上。

如图3所示，在锚板2架设完毕后，将锚板2与基坑坑壁之间的间隙以及锚板2与拉杆3之间的装配间隙通过密封剂5进行密封。

如图4所示，密封完毕后，下放第一位移延伸杆6和第二位移延伸杆7。第一位移延伸杆6从基坑开口延伸至锚板2的上方；第二位移延伸杆7从基坑开口延伸到基坑中段以上的位置。在第一位移延伸杆6和第二位移延伸7杆的空心通道内插入芯杆，芯杆透出第一位移延伸杆6和第二位移延伸杆7的下端开口。

如图5所示，待两根位移延伸杆及芯杆架设完毕后，向基坑内浇筑混凝土，混凝土浇筑至第二位移延伸杆7的下方位置后停止浇筑，形成测试段8。

如图6所示，测试段8成型后，在测试段8上端面放置护筒9。

如图7所示，向护筒9内浇筑混凝土至护筒9的上端开口形成自由段10。护筒9的直径小于测试段8的直径，使得护筒9外壁与基坑的坑壁之间形成环空，隔离护筒9与基坑坑壁之间的接触。

在两根芯杆的上端水平安装钢片作为反射板12。

混凝土基础浇筑完成后对其进行养护形成悬空桩。

如图8所示，待悬空桩达到测试龄期后，在自由段10上方设置千斤顶13，千斤顶13的顶升端面设置反力梁14，对应两根芯杆上的反射板12设置两个位移传感器11，即可进行桩侧摩阻力的测试实验。

测试方法如下：

一种应用悬空桩测试桩侧摩阻力的方法，反力梁14通过堆载法或反力锚桩法为试验提供反力，通过千斤顶13的顶升端面向反力梁14的下表面施加压力，然后通过反力梁14提供的反作用力使悬空桩向地基1基坑底部下沉，通过任意一根芯杆上端的位移传感器11采集到的位移数据结合测试段8与基坑坑壁之间的接触面积以及千斤顶13输出的出力/荷载值获得悬空桩的桩侧摩阻力测试曲线。

通过两根芯杆上端的位移传感器11采集到的位移数据的平均值结合测试段8与基坑坑壁之间的接触面积以及千斤顶13输出的出力/荷载值获得悬空桩的桩侧摩阻力测试曲线。

通过下列公式获得桩侧摩阻力测试曲线：

f＝f/a················公式(1)

s＝(s1+s2)/2················公式(2)

其中，千斤顶13的顶升出力/荷载计为f；两个位移传感器11采集到的位移数据分别记为s1、s2；测试段8与地基1基坑的坑壁接触面积记为a；则悬空桩的桩侧摩阻力测试曲线可以表示在以公式(1)为纵轴、以公式(2)为横轴的坐标平面上(如图9所示)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。