抗拔桩承载力测试系统及方法

本发明属于桩基承载力现场测试领域，尤其涉及一种抗拔桩承载力测试系统及方法。

背景技术：

1、抗拔桩是指当建筑工程地下结构如果有在低于周边土壤水位的部分时，为了抵消土壤中水对结构产生的上浮力而打的桩。在地下水位较高的地区，当上部结构荷重不能平衡地下水浮力的时候，结构的整体或局部就会受到向上浮力的作用。如地下水池、建筑物的地下室结构、污水处理厂的生化池等必须设置抗拔桩。目前，抗拔桩已广泛应用于大型地下室抗浮、高耸建/构筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、大型船坞底板的桩基础和静荷载试桩中的锚桩基础等。

2、抗拔桩的主要作用机理是依靠桩身与土层的摩擦力来抵抗轴向拉力，因此其抗拔承载力的大小是评判抗拔桩性能好坏的重要指标之一。然而，现有的抗拔桩承载力测量方法中，往往采用单桩竖向抗拔静载荷试验，即在待测桩基两侧设置反力桩并通过油压千斤顶等加载装置直接施加单一方向的竖向荷载，通过“抬”的形式对试桩施加上拔荷载。对于大直径、高承载力的试桩，往往需要采用两台或更多的千斤顶对其加载，导致测试成本增加。而且，当采用两台及两台以上千斤顶加载时，为了避免受检桩偏心受载，千斤顶型号、规格应相同且应并联同步工作，导致出现并联千斤顶难以同步精确控制的难题。因此，有必要对现有单桩竖向抗拔静载荷试验系统进行改进，研发一种新的抗拔桩承载力测试系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种抗拔桩承载力测试系统及方法。

2、这种抗拔桩承载力测试系统及方法，包括待测抗拔桩、钢横梁、滑轮组装置、钢丝绳、固定夹具、基准梁和垫石；所述滑轮组装置设在待测抗拔桩和钢横梁之间，钢横梁顶部设有穿心千斤顶，滑轮组装置包括单元式滑轮组和滑轮组支撑架；滑轮组支撑架环向对称地设有数个单元式滑轮组，所述单元式滑轮组包括动滑轮、定滑轮和转向滑轮；所述滑轮组支撑架包括定滑轮连接环和转向滑轮连接环；

3、钢丝绳上端连接穿心千斤顶，下端绕在单元式滑轮组中，单元式滑轮组底部通过动滑轮与待测抗拔桩的桩头处主筋连接；

4、所述定滑轮之间采用定滑轮连接环连接，所述转向滑轮之间采用转向滑轮连接环连接。

5、作为优选，所述动滑轮外部设有轮框、上挂钩和下挂钩；所述上挂钩锚固有钢丝绳，钢丝绳依次绕过定滑轮、动滑轮和转向滑轮，钢丝绳上端穿过钢横梁的通孔后与穿心千斤顶贯穿连接；所述下挂钩锚固有钢丝绳与待测抗拔桩的桩头处主筋连接。

6、作为优选，所述单元式滑轮组中的动滑轮、定滑轮和转向滑轮位于同一中轴线，所述动滑轮与转向滑轮尺寸一致，所述定滑轮直径小于动滑轮。

7、作为优选，待测抗拔桩体的两侧对称设置有支承墩，支承墩底部设有扩底基础；所述钢横梁通过垫块水平搭接固定在两侧支承墩顶部，所述支承墩、钢横梁和待测抗拔桩位于同一水平断面内。

8、作为优选，所述滑轮组支撑架包括连接轴、定滑轮连接环、转向滑轮连接环、定滑轮连接杆、转向滑轮连接杆、定滑轮斜拉杆和转向滑轮斜拉杆；所述定滑轮连接环通过定滑轮连接杆和定滑轮斜拉杆固定在连接轴上；所述转向滑轮连接环通过转向滑轮连接杆和转向滑轮斜拉杆固定在连接轴上；所述连接轴固定在钢横梁中心底部，所述连接轴、穿心千斤顶和待测抗拔桩位于同一中轴线上。

9、作为优选，待测抗拔桩的桩头处主筋上设有拉力传感器；桩头两侧通过固定夹具对称安装有位移传感器，位移传感器下部通过基准梁和垫石支撑在地表面。

10、这种抗拔桩承载力测试系统的方法，包括以下步骤：

11、步骤一、在待测抗拔桩上方架设安装钢横梁和穿心千斤顶；

12、步骤二、将滑轮组装置固定在钢横梁中心底部；

13、步骤三、将每个单元式滑轮组内的钢丝绳上端锚固在穿心千斤顶中，调节钢丝绳长度使动滑轮悬吊在同一水平面；

14、步骤四、在动滑轮的下挂钩安装钢丝绳，与待测抗拔桩的桩头处主筋相连。

15、步骤五、安装拉力传感器和位移传感器，启动穿心千斤顶，提拉收紧钢丝绳直至拉力传感器出现变化；暂停穿心千斤顶，调零拉力传感器和位移传感器，记录初始读数。

16、步骤六、再次启动穿心千斤顶，采用慢速维持荷载法分级施加上拔荷载；每级加荷恒载稳定后，同步记录拉力传感器和位移传感器读数。

17、作为优选，在所述步骤二中，制作滑轮组装置时，首先将若干定滑轮和转向滑轮分别对称设置在定滑轮连接环和转向滑轮连接环上，随后将定滑轮连接环和转向滑轮连接环分别通过定滑轮连接杆、转向滑轮连接杆焊接在连接轴，最后采用定滑轮斜拉杆、转向滑轮斜拉杆进一步加固稳定支撑架。

18、作为优选，在所述步骤三中，钢丝绳首先固定在动滑轮的上挂钩，然后向上绕过定滑轮后，再向下绕过动滑轮，向上经转向滑轮，最后贯穿钢横梁的通孔后锚固在穿心千斤顶中心。

19、作为优选，在所述步骤六中，所述上拔荷载包括所有单元式滑轮组产生的上拔力；步骤六结束后还包括步骤七，步骤七具体为，达到终止加载条件后结束试验，根据上拔荷载和上拔位移绘制单桩抗拔静载荷试验曲线，确定抗拔桩的单桩竖向临界荷载和极限荷载。

20、本发明的有益效果是：

21、1)本发明巧妙地利用物理学中滑轮组具有省力和变向的原理，通过设置由动滑轮、定滑轮和转向滑轮构成的单元式滑轮组，结合穿心千斤顶的机械提拉作用，实现了桩顶上拔力的加倍施加，起到了事半功倍的效果。

22、2)本发明采用滑轮组支撑架将若干组对称的单元式滑轮组并联在一起，通过设置连接环、连接杆和斜拉杆等钢构件提高了支撑架的整体强度和稳定性，提高了抗拔桩承载力测试过程中的结构安全性。

23、3)本发明中的滑轮组装置结构合理，制作便捷，主要构件可回收再利用，通过改造连接环、连接杆等构件尺寸，可适用于不同直径的抗拔桩承载力测试。

技术特征：

1.一种抗拔桩承载力测试系统，其特征在于：包括待测抗拔桩(1)、钢横梁(2)、滑轮组装置、钢丝绳(10)、固定夹具(20)、基准梁(21)和垫石(22)；所述滑轮组装置设在待测抗拔桩(1)和钢横梁(2)之间，钢横梁(2)顶部设有穿心千斤顶(6)，滑轮组装置包括单元式滑轮组和滑轮组支撑架；滑轮组支撑架环向对称地设有数个单元式滑轮组，所述单元式滑轮组包括动滑轮(7)、定滑轮(8)和转向滑轮(9)；所述滑轮组支撑架包括定滑轮连接环(12)和转向滑轮连接环(13)；

2.根据权利要求1所述的抗拔桩承载力测试系统，其特征在于：所述动滑轮(7)外部设有轮框(701)、上挂钩(702)和下挂钩(703)；所述上挂钩(702)锚固有钢丝绳(10)，钢丝绳(10)依次绕过定滑轮(8)、动滑轮(7)和转向滑轮(9)，钢丝绳(10)上端穿过钢横梁(2)的通孔(201)后与穿心千斤顶(6)贯穿连接；所述下挂钩(703)锚固有钢丝绳(10)与待测抗拔桩(1)的桩头(102)处主筋(103)连接。

3.根据权利要求2所述的抗拔桩承载力测试系统，其特征在于：所述单元式滑轮组中的动滑轮(7)、定滑轮(8)和转向滑轮(9)位于同一中轴线，所述动滑轮(7)与转向滑轮(9)尺寸一致，所述定滑轮(8)直径小于动滑轮(7)。

4.根据权利要求1所述的抗拔桩承载力测试系统，其特征在于：待测抗拔桩体(1)的两侧对称设置有支承墩(3)，支承墩(3)底部设有扩底基础(4)；所述钢横梁(2)通过垫块(5)水平搭接固定在两侧支承墩(3)顶部，所述支承墩(3)、钢横梁(2)和待测抗拔桩(1)位于同一水平断面内。

5.根据权利要求1所述的抗拔桩承载力测试系统，其特征在于：所述滑轮组支撑架包括连接轴(11)、定滑轮连接环(12)、转向滑轮连接环(13)、定滑轮连接杆(14)、转向滑轮连接杆(15)、定滑轮斜拉杆(16)和转向滑轮斜拉杆(17)；所述定滑轮连接环(12)通过定滑轮连接杆(14)和定滑轮斜拉杆(16)固定在连接轴(11)上；所述转向滑轮连接环(13)通过转向滑轮连接杆(15)和转向滑轮斜拉杆(17)固定在连接轴(11)上；所述连接轴(11)固定在钢横梁(2)中心底部，所述连接轴(11)、穿心千斤顶(6)和待测抗拔桩(1)位于同一中轴线上。

6.根据权利要求1所述的抗拔桩承载力测试系统，其特征在于：待测抗拔桩(1)的桩头(102)处主筋(103)上设有拉力传感器(18)；桩头(102)两侧通过固定夹具(20)对称安装有位移传感器(19)，位移传感器(19)下部通过基准梁(21)和垫石(22)支撑在地表面。

7.如权利要求1-6中任一项所述的抗拔桩承载力测试系统的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的抗拔桩承载力测试系统的方法，其特征在于：在所述步骤二中，制作滑轮组装置时，首先将若干定滑轮(8)和转向滑轮(9)分别对称设置在定滑轮连接环(14)和转向滑轮连接环(15)上，随后将定滑轮连接环(14)和转向滑轮连接环(15)分别通过定滑轮连接杆(14)、转向滑轮连接杆(15)焊接在连接轴(11)，最后采用定滑轮斜拉杆(16)、转向滑轮斜拉杆(17)进一步加固稳定支撑架。

9.根据权利要求7所述的抗拔桩承载力测试系统的方法，其特征在于：在所述步骤三中，钢丝绳(10)首先固定在动滑轮(7)的上挂钩(702)，然后向上绕过定滑轮(8)后，再向下绕过动滑轮(7)，向上经转向滑轮(9)，最后贯穿钢横梁(2)的通孔(201)后锚固在穿心千斤顶(6)中心。

10.根据权利要求7所述的抗拔桩承载力测试系统的方法，其特征在于：在所述步骤六中，所述上拔荷载包括所有单元式滑轮组产生的上拔力；步骤六结束后还包括步骤七，步骤七具体为，达到终止加载条件后结束试验，根据上拔荷载和上拔位移绘制单桩抗拔静载荷试验曲线，确定抗拔桩的单桩竖向临界荷载和极限荷载。

技术总结
本发明涉及一种抗拔桩承载力测试系统及方法，包括待测抗拔桩、钢横梁、支承墩、扩底基础、垫块、穿心千斤顶、滑轮组装置、钢丝绳、拉力传感器、位移传感器、固定夹具、基准梁和垫石等结构。本发明巧妙地利用物理学中滑轮组具有省力和变向的原理，通过设置由动滑轮、定滑轮和转向滑轮构成的单元式滑轮组，结合穿心千斤顶的机械提拉作用，实现了桩顶上拔力的加倍施加，起到了事半功倍的效果。本发明具有测试效率高、安全可靠、节约成本等特点，可适用于不同类型抗拔桩承载力的现场测试。

技术研发人员：刁红国,徐绍涵,王新泉,崔允亮,李枭,刘成杰
受保护的技术使用者：浙大城市学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15