深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法及试验装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法及试验装置，包括以下步骤：（1）加工预埋钢构件；（2）埋设预埋钢构件以及承台施工；（3）架设三角支撑；（4）焊接支撑槽钢及底板；（5）组装和焊接钢套箱；（6）试验过程的分级加载。本发明针对群桩基础顶部承台一般的加载方法存在的问题进行改进，针对深厚软土地层提出了一种更为便捷、经济、安全的新的加载方式，该方式对于边长在3~5m之间的矩形或方形承台具有较好的效果。
【专利说明】深厚淤泥地层中群粧基础竖向静载的试验方法及试验装置
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法及试验装置。
[0003]
【背景技术】
[0004]竖向静载实验是桩基中较为常见的实验之一，目前静载实验中普遍的加载方式是先将所有提供荷载的预制块叠放在一个独立于桩基的平台上，再通过千斤顶向桩基传递荷载。该方法对于单桩且荷载不大的情况是比较合适的，而群桩基础其本身的尺寸和所加荷载较大，若采用以上方法进行加载，则需要搭建一个相当大的支撑平台，并且需要换填的平台基础的范围也很广，尤其是淤泥层较厚的地区工程量更为巨大，此外，上部预制块堆的过高时容易发生倾倒、掉块，存在一定的安全隐患，因此该加载方法不适合用于群桩基础的静载实验。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法及试验装置，该深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法及试验装置有利于便捷、经济、安全的实施深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:
本发明深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)加工预埋钢构件:将四根钢筋分别垂直焊接在第一钢板一侧面的四角上以形成预埋钢构件；
(2)埋设预埋钢构件以及承台施工:搭建承台模板，将若干预埋钢构件第一钢板背面固定在承台模板内表面上，再浇筑混凝土，待混凝土达到预定强度后，再拆模；
(3)架设三角支撑:在承台外周侧焊接若干三角支撑，且所述三角支撑与预埋钢构件一一对应连接；
(4 )焊接支撑槽钢及底板:三角支撑顶面上从内到外横向铺设若干根支撑槽钢，再在支撑槽钢顶面铺设一层钢板作为底板以增加承台面积；
(5)组装和焊接钢套箱:将若干块预制标准钢板组装成用以防止承台上部预制块堆掉落的钢套箱，两相邻预制标准钢板经螺栓相互固定连接，所述钢套箱底部与底板焊接；
(6)试验过程的分级加载:将砂石装袋且计算其平均载荷量，再根据加载的分级情况逐级往承台上吊送相应的袋数以分级加载进行竖向静载试验。
[0008]在步骤(2)中，所述预埋钢构件的第一钢板外侧面与承台模板内侧面可拆连接，且四根钢筋与承台上四周分布的竖向钢筋进行焊接以固定每一块预埋钢构件的位置。
[0009]在步骤(3)中，每个三角支撑由水平、斜向两根角钢组成，两角钢的夹角为45°，所述水平角钢靠近承台一端与位于上排的预埋钢构件固定连接，所述斜向角钢靠近承台一端与位于下排的预埋钢构件固定连接。
[0010]在步骤(4 )中，在所述支撑槽钢顶面铺设一层钢板形成底板后，所述底板顶部与承台顶部平齐。
[0011]在步骤(5)中，在靠近所述钢套箱的底部和中部处设有一排横向对拉螺杆和一排纵向对拉螺杆组成，沿钢套箱外周侧且在对拉螺杆的端部处均横置有用于防止对拉螺杆将预制标准钢板拉变形的加强槽钢。
[0012]在步骤(5)中，所述预制标准钢板包括“日”字形钢框架，所述框架的外侧面焊接有第二钢板。
[0013]在步骤(5)中，所述预制标准钢板的钢框架两侧长边分别设有若干个螺栓孔。
[0014]在步骤(6)中，在一级荷载施加之前，对桩的各项数据进行一次采集，以了解桩的初始状态；进行多级荷载加载，IU一级荷载加载时往承台上吊送载荷为SI的砂石，然后对桩进行一次数据采集，数据采集完毕后，间隔预定分钟，再对桩进行第二次的数据采集；进行后一级荷载加载时，在前一级荷载加载的基础上继续往承台上吊送载荷为Si的砂石，采集数据的过程与前一级相同。
[0015]本发明的试验装置，其特征在于:包括方形混凝土承台和设在混凝土承台四周面上的两排预埋钢构件，预埋钢构件由第一钢板和垂直焊接在其内侧面上的四根钢筋构成，四根钢筋焊接在承台中的竖直钢筋上，上排第一钢板的外侧面焊接有水平角钢，下排第一钢板的外侧面焊接有斜角钢，水平角钢和斜角钢夹角45度，在水平角钢上表面间隔焊接有若干排槽钢，在槽钢上表面焊接有钢板，以形成承台周边底板，承台周边底板的周边上竖直设有钢套箱，所述钢套箱包括有四个侧面，每个侧面均由将若干块预制标准钢板组装形成，两相邻预制标准钢板经螺栓相互固定连接，所述钢套箱底部与承台周边底板焊接。
[0016]在靠近所述钢套箱的底部和中部处横、纵固定连接有一排横向对拉螺杆和一排纵向对拉螺杆，每排对拉螺杆包含三根对拉螺杆，每排对拉螺杆位于同一平面内，沿钢套箱外周侧且在同一排螺杆的端部处均横置有用于防止对拉螺杆将钢板拉变形的支撑槽钢。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:(1)本发明针对群桩基础顶部承台一般的加载方法存在的问题进行改进，针对深厚软土地层提出了一种更为便捷、经济、安全的新的加载方式，该方式对于边长在3~5m之间的矩形或方形承台具有较好的效果。(2)本发明中的预埋构件能有效辅助三角支撑的布设并实现精确定位；同时其设计灵活，施工方便，成本较低廉，能有效地解决焊接支架的固定与顶托问题，可减少施工工序，节省工程造价，确保堆载试验的正常进行。(3)本发明中的钢套箱能很好的降低堆载的高度，保证堆载过程的安全；同时其施工工序和所需材料较少,拼接方便,大大节省了成本,使得承台的竖向堆载能够在更加便捷、经济、安全的条件下顺利进行。(4)本发明在加载砂石时采用了一种方便快速的方法，即先用较为结实的袋子对砂石进行装袋，抽取一定的袋数作为样本进行称重，得到袋装砂石的平均重量，再根据加载的分级情况采用挖掘机或吊车逐级往承台上吊送相应的袋数即可。
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例的整体构造侧视不意图；
图3为本发明实施例的整体构造俯视不意图；
图4为本发明实施例的预埋钢构件连接处剖视示意图；
图5为本发明实施例的预埋钢构件构造示意图；
图6为本发明实施例的钢套箱构造示意图；
图7为本发明实施例的预制标准钢板俯视示意图；
图8为本发明实施例的预制标准钢板侧视示意图。
[0021]图中:1-预埋钢构件，11-钢筋，12-第一钢板，2-承台，21-竖向钢筋，3-三角支撑，31-水平角钢，32-斜向角钢，4-支撑槽钢，5-底板，6-钢套箱，61-预制标准钢板，611-钢框架，612-第二钢板，613-螺栓孔，7-对拉螺杆，71-横向对拉螺杆，72-纵向对拉螺杆，8-加强槽钢。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]如图1~8所示，一种深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，包括以下步骤:
(1)加工预埋钢构件1:将四根钢筋11分别垂直焊接在第一钢板12内侧面的四角以形成预埋钢构件I ;
(2)埋设预埋钢构件I以及承台2施工:所述承台2为四桩承台2，搭建承台模板，将上、下两排预埋钢构件I均匀固定在模板内侧面上，每排七个预埋钢构件1，往承台模板内浇筑混凝土，待混凝土达到预定强度，再拆除承台模板；
(3)架设三角支撑3:在承台2外周侧均匀焊接若干三角支撑3，且所述三角支撑3与预埋钢构件I 一一对应；三角支撑3由水平角钢和斜向角钢焊接构成。
[0024](4)焊接支撑槽钢4及底板5:沿承台2外周侧在三角支撑3顶面上从内到外铺设若干根支撑槽钢4，再在支撑槽钢4顶面铺设一层钢板作为底板5以增加承台2面积；
(5)组装和焊接钢套箱6:将若干块预制标准钢板61组装成用以防止承台2上部堆放的预制块堆掉落的钢套箱6，两相邻预制标准钢板61经螺栓相互固定连接，所述钢套箱6底部与底板5焊接；
(6)试验过程的分级加载:袋装砂石且计算其平均载荷量，再根据加载的分级情况逐级往承台2上吊送相应的袋数以分级加载进行竖向静载实验。
[0025]在本实施例中，在步骤(I)中，所述钢筋11采用螺纹钢筋，所述钢筋11长1.0m~l.2m,直径为6mm ;所述第一钢板12长为0.4m,宽为0.4m,厚为8mm。
[0026]在本实施例中，在步骤(2)中，预埋钢构件I埋设过程与承台2施工同步进行，所述预埋钢构件I的第一钢板12外侧面与承台模板内侧面进行可拆连接，且四根钢筋11与承台2四周分布的竖向钢筋21进行焊接以固定每一块预埋钢构件I的位置；沿着承台模板四周内侧面分别布置上下两排预埋钢构件1，每排均匀布设七个预埋钢构件1，两相邻预埋钢构件I的水平间距为0.Sm，竖直间距1.5m，视工况需要可适当减小两相邻预埋钢构件I的水平间距和竖直间距，可适当增加其布设密度以保证现场安全。其中，在拆除承台模板后，预埋钢构件I的位置以控制第一钢板12能够裸露在承台2侧表面为准。
[0027]在本实施例中，在步骤(3 )中，为了能够保证堆载过程的安全，在不减小顶部荷载的条件下，尽可能的降低堆载的高度，因此需要一个尺寸大于承台2的钢套箱6，钢套箱6四面均挑出承台2外围1.5m，为了保证钢套箱6的稳定，承台2四周增设三角支撑3，在承台2的每一外侧面焊接七个三角支撑3，所述三角支撑3与预埋钢构件I 一一对应并固定设置在其轴线上，任意两相邻三角支撑3横向间距均为0.Sm，纵向间距均为1.5m。
[0028]在本实施例中，在步骤(3)中，所述三角支撑3由水平角钢31和斜向角钢32组成，两角钢的夹角为45°，且两角钢搭接点与水平角钢31靠近承台2的端部相距1.5m，所述角钢采用80号角钢；该距离即为钢套箱6挑出承台2的距离，其中水平角钢31顶面与承台2顶面相距0.2m,在后续工序中，使得在水平角钢31顶面铺上钢底板5后，所述底板5的厚度为0.2m，其与承台2顶面接近平齐或不平齐均可；其中水平角钢31和斜向角钢32的一端部分别与上、下排预埋钢构件I裸露在承台2外周侧表面的第一钢板12 —一对应并进行满焊处理，焊接时，可在三角支撑3与预埋钢构件I的连接位置增加三角或方形加强钢肋板，以延长焊缝的长度；若承台2顶部荷载较大，可适当提高角钢的强度或减小三角支撑3的间距，以保证安全；此外，进行该施工过程需要一定的工作面，如果承台2底部在地面以下较深处，则需要将四周土挖开适当的范围，以方便操作。
[0029]在本实施例中，在步骤(4 )中，在承台2四周的三角支撑3都焊接完成后，在三角支撑3上铺设四根支撑槽钢4，所述支撑槽钢4采用18号槽钢，支撑槽钢4长度从内到外侧为6m、7m、8m和9m,沿承台2横纵方向上两相邻支撑槽钢4间距0.5m,沿承台2对角线方向上两相邻支撑槽钢4置于对角线两侧并进行切割处理以搭接，所述支撑槽钢4与三角支撑3、支撑槽钢4与第一钢板12均采用点焊进行固定连接；承台2顶部端面无需铺设任何钢板，钢板的尺寸并无特殊规定，可视现场材料的情况进行自由拼接，将承台2四周挑出1.5m的范围铺满钢板作为底板5即可；在所述支撑槽钢4顶面铺设一层钢板形成底板5后，所述底板5顶部与承台2顶部平齐；若钢板尺寸较大，可在中间多选几处进行点焊，防止钢板发生滑动。
[0030]在本实施例中，在步骤(5)中，钢套箱6四侧均由六块长为3.5m，宽为1.5m的预制标准钢板61组成，所述预制标准钢板61包含钢框架611，所述钢框架611呈“日”字形，所述钢框架611由多根80号角钢焊接而成，所述框架的外侧面焊接有第二钢板612，所述第二钢板612长为3.5m,宽为1.5m,厚为8mm。
[0031]在本实施例中，在步骤(5)中，钢套箱6整体拼接完成后，为防止其在加载过程中发生涨开破坏，在靠近所述钢套箱6的底部和中部处分别水平设置有由一排横向对拉螺杆71和一排纵向对拉螺杆72形成的加强钢筋网，每排对拉螺杆包含三根对拉螺杆，或任一两相邻对拉螺杆的间距为3m，对拉螺杆与钢套箱6之间距离为1.5m，所述对拉螺杆采用直径为20mm的钢筋；所述对拉螺杆贯穿钢套箱6，由于第二钢板612比较薄，在每排对拉螺杆的端部加设长为9m的加强槽钢8作为支撑以防止对拉螺杆将第二钢板612拉变形，所述加强槽钢8采用18号槽钢，所述加强槽钢8沿钢套箱6外周四侧设置，底部和中部分别四道，共八道。
[0032]在本实施例中，在步骤(5)中，所述预制标准钢板61的钢框架611两侧长边分别设有若干个螺栓孔613，两相邻螺栓孔613间距为0.5m,最上部螺栓孔613与钢框架611顶端面、最下部螺栓孔613与钢框架611底端面均相距0.25m。
[0033]在本实施例中，在步骤(6)中，通过荷载计算得出承台2顶部总荷载大小为5915.56kN(F，F〈6000kN)，约590吨重；为了提高效率低，便于控制，先用较为结实的袋子对砂石进行装袋，抽取一定的袋数作为样本进行称重，得到袋装砂石的平均重量，再根据加载的分级情况采用挖掘机或吊车逐级往承台2上吊送相应的袋数即可；经称重实验得到每袋砂石的平均重量为1.5吨，故共需袋装砂石约393袋(s=F/l.5);为了观察桩基在加载过程中的表现，现场加载分5次、6次或η次进行，根据实际情况确定，并不局限于此，且最后一次加载完后，承台2上的总载荷正好为预先计算所得的承台2顶部总荷载，实验加载的过程如下:
1)在第一级荷载施加之前，对桩的各项数据进行一次采集，以了解桩的初始状态；
2)首次数据采集完毕后，进行第一级荷载的加载，往承台2上吊送78袋砂石，载荷为S1，然后对桩进行一次数据采集，数据采集完毕后，间隔30分钟，再对桩进行第二次的数据米集；
3)第二级荷载的堆载:继续往承台2上吊送78袋砂石，载荷为S1，共156袋的砂石，此时总载荷为2Si，然后对桩进行一次数据采集，间隔30分钟再对桩进行第二次的数据采集；
4)第三级荷载的堆载:继续往承台2上吊送78袋砂石，载荷为S1，共234袋的砂石，此时总载荷为SS1，然后对桩进行一次数据采集，间隔30分钟再对桩进行第二次的数据采集；
5)第四级荷载的堆载:继续往承台2上吊送78袋砂石，载荷为S1，共312袋的砂石，此时总载荷为4Si，然后对桩进行一次数据采集，间隔30分钟再对桩进行第二次的数据采集；
6)第五级荷载的堆载:继续往承台2上吊送81袋砂石，载荷为S1，共393袋的砂石，此时总载荷为4Si+S2，然后对桩进行一次数据采集，间隔30分钟再对桩进行第二次的数据采集。
[0034]以上为桩顶分级加载的过程，每次加载前后都对桩进行前后两次的数据采集，以了解桩在加载前后的性状变化，也可视工况需要变化观测的时间和次数。砂袋吊送过程要稳，防止袋子发生破坏；砂袋排列要均匀、整齐、密实，避免承台2顶部荷载出现偏心的情况。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)加工预埋钢构件:将四根钢筋分别垂直焊接在第一钢板一侧面的四角上以形成预埋钢构件； (2)埋设预埋钢构件以及承台施工:搭建承台模板，将若干预埋钢构件第一钢板背面固定在承台模板内表面上，再浇筑混凝土，待混凝土达到预定强度后，再拆模； (3)架设三角支撑:在承台外周侧焊接若干三角支撑，且所述三角支撑与预埋钢构件一一对应连接； (4 )焊接支撑槽钢及底板:三角支撑顶面上从内到外横向铺设若干根支撑槽钢，再在支撑槽钢顶面铺设一层钢板作为底板以增加承台面积； (5)组装和焊接钢套箱:将若干块预制标准钢板组装成用以防止承台上部预制块堆掉落的钢套箱，两相邻预制标准钢板经螺栓相互固定连接，所述钢套箱底部与底板焊接； (6)试验过程的分级加载:将砂石装袋且计算其平均载荷量，再根据加载的分级情况逐级往承台上吊送相应的袋数以分级加载进行竖向静载试验。
2.根据权利要求1所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(2)中，所述预埋钢构件的第一钢板外侧面与承台模板内侧面可拆连接，且四根钢筋与承台上四周分布的竖向钢筋进行焊接以固定每一块预埋钢构件的位置。
3.根据权利要求1所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(3)中，每个三角支撑由水平、斜向两根角钢组成，两角钢的夹角为45°，所述水平角钢靠近承台一端与位于上排的预埋钢构件固定连接，所述斜向角钢靠近承台一端与位于下排的预埋钢构件固定连接。
4.根据权利要求1所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(4)中，在所述支撑槽钢顶面铺设一层钢板形成底板后，所述底板顶部与承台顶部平齐。
5.根据权利要求1所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(5)中，在靠近所述钢套箱的底部和中部处设有一排横向对拉螺杆和一排纵向对拉螺杆组成，沿钢套箱外周侧且在对拉螺杆的端部处均横置有用于防止对拉螺杆将预制标准钢板拉变形的加强槽钢。
6.根据权利要求1所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(5 )中，所述预制标准钢板包括“日”字形钢框架，所述框架的外侧面焊接有第二钢板。
7.根据权利要求1或7所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(5)中，所述预制标准钢板的钢框架两侧长边分别设有若干个螺栓孔。
8.根据权利要求1所述深厚淤泥地层中群桩基础竖向静载的试验方法，其特征在于:在步骤(6)中，在一级荷载施加之前，对桩的各项数据进行一次采集，以了解桩的初始状态；进行多级荷载加载，前一级荷载加载时往承台上吊送载荷为SI的砂石，然后对桩进行一次数据采集，数据采集完毕后，间隔预定分钟，再对桩进行第二次的数据采集；进行后一级荷载加载时，在前一级荷载加载的基础上继续往承台上吊送载荷为SI的砂石，采集数据的过程与前一级相同。
9.一种实现权利要求1所述试验方法的试验装置，其特征在于:包括方形混凝土承台和设在混凝土承台四周面上的两排预埋钢构件，预埋钢构件由第一钢板和垂直焊接在其内侧面上的四根钢筋构成，四根钢筋焊接在承台中的竖直钢筋上，上排第一钢板的外侧面焊接有水平角钢，下排第一钢板的外侧面焊接有斜角钢，水平角钢和斜角钢夹角45度，在水平角钢上表面间隔焊接有若干排槽钢，在槽钢上表面焊接有钢板，以形成承台周边底板，承台周边底板的周边上竖直设有钢套箱，所述钢套箱包括有四个侧面，每个侧面均由将若干块预制标准钢板组装形成，两相邻预制标准钢板经螺栓相互固定连接，所述钢套箱底部与承台周边底板焊接。
10.根据权利要求9所述的试验装置其特征在于:在靠近所述钢套箱的底部和中部处横、纵固定连接有一排横向对拉螺杆和一排纵向对拉螺杆,每排对拉螺杆包含三根对拉螺杆，每排对拉螺杆位于同一平面内，沿钢套箱外周侧且在同一排螺杆的端部处均横置有用于防止对拉螺杆将钢板拉变形的支撑槽钢。
【文档编号】E02D33/00GK104452837SQ201510002396
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2015年1月5日 优先权日:2015年1月5日
【发明者】黄明, 邓涛, 关振长, 许少平 申请人:福州大学