一种利用动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的机械装置与流程

本发明涉及一种利用动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的机械装置。

背景技术：

动力测试基桩抗拔承载力机械装置(mechanicaldevicefordynamictestofupliftbearingcapacityoffoundationpile)及动力测试基桩抗拔承载力方法在国内外属于第一次提出，具有极高的原创性。近年来高耸构造物、高层和超高层建筑、地下结构工程越来越多，在风荷载、地震荷载、地下水浮力等作用下，对建筑物基础的竖向抗拔特性日益普遍。课题组首次提出采用动力试桩技术测试基桩抗拔承载力，在确保测试结果科学性、准确性的同时，使其具备动测法的方便、快速、经济和覆盖面广的特点。我们从应力波基础理论、有限元仿真分析、动态上拔荷载下的桩-土动力响应、摩阻力极限状态下桩侧土塑性变形、试验装置、采集系统、数据信号的分析与处理、现场试验、动静对比、技术控制要点、评价标准等方面对该方法进行系统的研究，以期形成一套较为成熟的单桩竖向抗拔承载力动力测试方法和标准体系。

目前普遍采用基桩竖向抗拔静载试验，该方法直观、准确，但存在设备庞大、对场地要求高、费时耗力等不足。经查阅国内外基桩抗拔承载力测试的研究资料，未见有抗拔承载力动力测试方面的研究。基桩抗拔承载力动力测试技术的提出，对丰富抗拔承载力测试手段、弥补常规测试方法的不足、增加工程验收的检测方法以及保证工程质量具有普遍的工程意义，也是建筑地基基础检测技术发展中的一个新增长点，具有显著的经济效益和社会效益。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种利用动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的机械装置，其能为动力测试基桩抗拔承载力提供相应的力。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的机械装置，其特征在于：包括锤击装置、动力转换架、反力承载支座、反力支承架和桩连接头，桩连接头用于与待测试的基桩连接，在桩连接头的上端设有钢丝绳连接结构，反力承载支座通过反力支承架安装在桩连接头的上方，在反力承载支座上设有多个向上的安装脚，在每个安装脚的上端均通过横向的转轴安装有滑轮，滑轮围绕一个圆周均匀分布，动力转换架位于反力承载支座的上方，在动力转换架上设有多个向下的与滑轮一一对应设置的支脚，支脚位于滑轮所在圆周的外侧或内侧，对应每条支脚均设有钢丝绳，钢丝绳从滑轮的上面绕过，钢丝绳的一端与对应的支脚连接，另一端与钢丝绳连接结构连接，动力转换架的上端设有冲击平面，锤击装置在运行时其锤击力向下作用在冲击平面上。

进一步的，钢丝绳连接结构包括与滑轮一一对应设置的连接耳。

进一步的，动力转换架上对应每个支脚均设有固定套管，支脚对应可拆卸插装在固定套管中。

进一步的，在冲击平面的上表面铺设有橡胶层或者砂垫层。

进一步的，锤击装置包括底架、重锤导向架和重锤，重锤导向架通过底架安装在动力转换架的正上方，重锤导向架的中部设有导向通道，重锤安装在重锤导向架的导向通道中，重锤用于锤击在冲击平面上。

进一步的，桩连接头包括格栅。

进一步的，在安装脚上固定有至少一个用于防止钢丝绳脱离滑轮的弧形挡绳杆，挡绳杆罩在滑轮的上部和/或侧部。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在其锤击装置产生锤击力向下作用在冲击平面上时，能通过动力转换架将力传递至钢丝绳，再在反力承载支座的反向作用下，形成向上的反力作用在与桩连接头连接的待测试的基桩上，为动力测试基桩抗拔承载力提供相应的力，能确保基桩侧边岩土阻力的激发，达到通过动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的目的。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是本发明的桩连接头的主视示意图；

图3是本发明的桩连接头的仰视示意图；

图4是本发明的反力承载支座的主视示意图；

图5是本发明的反力承载支座的俯视示意图；

图6是本发明的动力转换架的俯视示意图；

图7是图6中a-a方向的剖视示意图；

图8是本发明的反力支承架的立体示意图；

图9是本发明的钢丝绳的安装示意图。

图中附图标记含义：

1-基桩；2-桩连接头；2.1-连接耳；2.2-第一连接孔；3-反力支承架；3.1-安装平面；4-反力承载支座；4.1-安装脚；4.2-滑轮；4.3-挡绳杆；4.4-穿孔；5-动力转换架；5.1-固定套管；5.2-支脚；5.3-第二连接孔；5.4-冲击平面；5.5-橡胶层；6-锤击装置；6.1-底架；6.2-重锤；6.3-重锤导向架；7-钢丝绳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

如图1所示的一种利用动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的机械装置，其包括锤击装置6、动力转换架5、反力承载支座4、反力支承架3、桩连接头2和八条钢丝绳。

桩连接头2用于与待测试的基桩1的上端连接，如图3所示，本实施例的桩连接头2包括格栅，格栅由横向和竖向的钢板焊接而成，形成有若干个栅格孔。使用时，基桩1上端延伸出的钢筋从格栅孔向上穿出，并通过螺栓等连接件固定。当然，桩连接头2也可以为现有的常规桩连接件。

如图8所示，反力支承架3由多条竖直方向的工字钢和多条水平方向的工字钢焊接而成，在反力支承架3的上面形成有一水平的安装平面3.1。如图4和图5所示，反力承载支座4通过方钢和上下圆环板焊接而成，在其中部设有圆形的穿孔4.4。在反力承载支座4的上表面焊接固定有八个向上的安装脚4.1，在每个安装脚4.1的上端均通过横向的转轴安装有滑轮4.2，滑轮4.2及安装脚4.1均围绕一个圆周均匀分布，圆形的穿孔4.4位于上述圆周的中部。反力承载支座4安装在反力支承架3的安装平面上，反力承载支座4位于桩连接头的上方，穿孔4.4与桩连接头2的中心对应。

如图2所示，在桩连接头2的上端设有钢丝绳连接结构，本实施例的钢丝绳连接结构包括与滑轮一一对应设置的连接耳2.1，连接耳2.1焊接桩连接头2上，其围绕圆周方向均匀分布，与穿孔位置对应。在连接耳2.1上设有用于钢丝绳连接的第一连接孔2.2。

动力转换架5位于反力承载支座4的上方，如图6和图7所示，动力转换架5通过六条方钢和上、下圆板焊接成，上圆板的上表面设为冲击平面5.4，在冲击平面5.4的上表面铺设有橡胶层5.5，在动力转换架5的侧边八个端的下表面分别设有向下的与滑轮一一对应设置的支脚5.2，支脚5.2位于滑轮4.2所在圆周的外侧。支脚5.2的下部弯曲向滑轮4.2，在支脚5.2的下端设有用于钢丝绳连接的第二连接孔5.3。支脚5.2的安装结构为：在动力转换架5上对应每个支脚5.2均设有固定套管5.1，支脚5.2对应插入固定套管5.1中，并通过螺栓固定连接，从而实现支脚5.2的可拆卸，方便支脚5.2的更换维修。

钢丝绳7与支脚5.2一一对应设置，如图9所示，钢丝绳7从滑轮4.2的上面绕过，钢丝绳7的两端分别设有连接头，连接头上设有固定孔，钢丝绳7的一端通过连接头与对应的支脚5.2的下端连接，另一端通过连接头与连接耳连接，可以通过螺栓连接。

如图1所示，本实施例的锤击装置6包括底架、重锤导向架和重锤，底架6.1安装在水平地面上，动力转换架5、反力承载支座4和反力支承架3均罩在底架6.1内，在底架6.1上方固定有重锤导向架6.3，重锤导向架6.3的中间为导向通道，锤桩机的重锤6.2设在导向通道中，重锤6.2可沿导向通道上下运动，重锤6.2正对位于动力转换架5的冲击平面5.4的上方，重锤6.2的上端通过拉绳与外部的动力设备连接，由动力设备拉动将重锤6.2提升至一定高度，然后落下产生锤击力。锤击装置6在运行时其重锤6.2将锤击在冲击平面5.4的中部，对冲击平面5.4产生向下的锤击力。

本实施例在安装脚4.1上固定有三个用于防止钢丝绳脱离滑轮的弧形挡绳杆4.3，其中一个挡绳杆4.3罩在滑轮4.2的上部，另外两个罩在滑轮4.2的两侧部，钢丝绳7将穿在滑轮4.2的轮槽与挡绳杆4.3之间。

本机械装置的安装过程为：首先平整场地，在水平地面上，正对待测试的基桩1，搭建好反力支承架3，将反力承载支座4安装在反力支承架3的上表面，动力转换架5罩在反力支承架4的上方，桩连接头2与基桩1的上端连接，将钢丝绳7的一端与对应的支脚5.2连接，另一端绕过对应的滑轮4.2的上边，然后与对应的连接耳2.1连接，此时拉紧钢丝绳7，通过拉紧的钢丝绳7使得动力转换架5上移一定距离悬空，动力转换架5的支脚5.2对应位于滑轮4.2的外侧边，支脚5.2不与反力承载支座4接触，拉紧钢丝绳7后，动力转换架5的冲击平面5.4基本保持水平。完成以上安装后，应检查各部分装置是否且稳定处于水平状态。随后通过吊车将锤击装置(含重锤)(为简化示意图，图中未标出)起吊、安装就位、并确认工作状态正常。

本机械装置在测试时的工作过程为：将重锤6.2沿着锤击装置6的重锤导向架6.3提升到预订高度(0.5～1.5m)，缓慢下降重锤6.2直到自脱钳打开释放重锤，最后重锤6.2沿着重锤导向架自由下落与动力转换架的冲击平面5.4发生碰撞产生竖直向下的冲击脉冲，动力转换架5将向下的冲击脉冲传递至钢丝绳7，而在反力承载支座4对钢丝绳7的向上的支撑力作用下，冲击脉冲的方向由竖直向下变换成竖直向上，钢丝绳7将对桩连接头2产生向上的冲击脉冲，并传递至基桩1，冲击脉冲在沿着基桩1的桩身向下传递的过程中使基桩1与土体之间产生一定的永久位移，从而自上而下依次激发基桩侧边岩土的阻力，从而能达到通过动力学方法快速测试基桩抗拔承载力的目的。当需要进行下一次测试时，则循环以上工作过程。本机械装置是为动力测试基桩抗拔承载力提供测试所需的力。

对于支脚5.2、滑轮4.2、钢丝绳7和连接耳2.1的数量可以根据设计需求而定。

另外，支脚5.2也可以设在滑轮4.2所在圆周的内侧，同样可产生动力测试基桩抗拔承载力所需的力。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。