竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置和方法
【专利摘要】本发明属于桩基础检测【技术领域】，涉及竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置及方法。所述复合载荷分为水平向和竖直向，竖直向荷载通过竖直放置的千斤顶和千斤顶反力梁施加于桩基上，水平向荷载通过水平放置的千斤顶和千斤顶反力梁施加于桩基上，竖直千斤顶与桩基之间设有高弹性的橡胶支座，桩基上设有位移测量件测量桩基的竖直向沉降位移与水平向位移，橡胶座的形变方向与水平向荷载方向平行。本发明方法简单，设计巧妙，创造性地在竖直向荷载施加装置与桩基之间加设橡胶支座，减小水平向荷载时对竖直向荷载的干扰，便于检测基桩在复合荷载作用下的荷载变形特性和承载能力。
【专利说明】竖直-水平向复合荷载下粧基础静载试验装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于桩基础检测【技术领域】，涉及一种竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置和方法。
【背景技术】
[0002]桩基础由于其本身具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强等优点，加之桩基础还可以将上部较大的荷载传递到周围土体和深层土体当中，因此桩基础广泛应用到高层建筑和桥梁工程中。为了保证桩基础的质量和确保施工安全，施工之前一般会进行试桩，施工完成以后还必须进行抽查检测，检测内容包含桩基完整性检测和粧基承载能力检测等项目。
[0003]桩基承载能力检测方法有高应变、静载试验等，其中静载试验的可靠性是最高的，一般会在各种条件允许情况下优先采取。静载试验包括竖直向承载力测量和水平向承载力测量两个方向。由于在桩基础的服役期间，其受竖直向荷载的同时会受到地震或车辆(火车和汽车等)制动等影响而产生水平力，而在现有技术中，桩基承载能力的测试方法和装置对桩基的竖直向承载力和水平向承载力的测量是分别进行的，不能反映桩基实际的受力状态。因此如何提供一种桩基础复合荷载作用下的静载试验的方法和装置，以便测试复合荷载作用下桩基的荷载变形特性与承载能力是值得本领域技术人员关注的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置和方法，本发明方法简单，设计巧妙，便于检测基桩在复合荷载作用下的荷载变形特性和承载能力，并且减小复合荷载之间的相互干扰作用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置，包括千斤顶和千斤顶反力梁，竖直千斤顶一端与竖直千斤顶反力梁连接，另一端通过橡胶支座与桩基顶部连接；水平千斤顶一端与水平千斤顶反力梁连接，另一端与桩基垂直连接，桩基上设有水平和竖直位移测量件，水平位移测量件与水平千斤顶位于同一竖直平面。
[0006]优选的，所述装置还包括锚桩，锚桩与水平千斤顶反力梁垂直连接，所述竖直千斤顶反力梁包括水平设置的主梁和竖直设置的次梁，主梁与次梁垂直连接，次梁通过锚固件与锚桩连接，竖直千斤顶与竖直千斤顶反力梁的主梁垂直连接。
[0007]优选的，所述的橡胶支座为方形，包括上底板和下底板，沿平行于水平千斤顶的方向，上底板的两端和下底板的两端榫接,上底板与下底板之间设有滑板。
[0008]优选的，所述滑板包括上、下设置的不锈钢滑板和平行滑板，平行滑板由改性超高分子量聚乙烯材料制成。
[0009]优选的，所述的位移测量件为位移千分表。
[0010]使用上述装置实现竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验的方法，所述复合荷载分为水平向和竖直向，通过竖直放置的千斤顶和千斤顶反力梁对桩基施加竖直向荷载，竖直向荷载施加前将橡胶支座放于竖直放置的千斤顶与桩基之间；通过水平放置的千斤顶和千斤顶反力梁对桩基施加水平向荷载，桩基上设有位移测量件测量桩基的竖直向沉降位移与水平向位移，即得复合荷载静载测量结果。
[0011]桩基的竖直向荷载通过竖直千斤顶施加，竖直千斤顶反力由竖直千斤顶反力梁的主梁和次梁提供，反力梁通过锚固件传递到桩基旁的锚桩，锚桩提供抗拔力。水平向荷载通过水平放置的千斤顶施加，反力梁将水平反力传递到锚桩上，因为桩基在水平向荷载作用下产生水平位移，会带动竖直向荷载偏移，引起竖直向荷载加载装置即竖直千斤顶和竖直千斤顶反力梁的倾覆失稳。而本发明中，创造性地在竖直千斤顶与桩基之间加设通过自身形变而大大抵消水平向剪力的橡胶支座，使得竖直向荷载不会产生偏移，竖直向荷载加载装置即竖直千斤顶和竖直千斤顶反力梁不会倾覆失稳。
[0012]橡胶支座的上板和下板的榫接端面使得橡胶支座内部的不锈钢滑板和平行滑板无法沿非水平向荷载方向进行滑动，只能沿平行于水平向荷载且垂直于竖直向荷载的方向滑动,而这种橡胶支座内部的滑动由橡胶支座整体的形变来体现，由于橡胶本身的高弹性性能，这种形变所产生的位移在整个系统中可以忽略不计。橡胶支座同时承受竖直向和水平向荷载，发挥高弹性橡胶的变形能力，可以大大减小水平向荷载时对竖直向荷载的干扰。
[0013]桩基受水平力时因为橡胶支座的隔离作用，竖直千斤顶及与竖直千斤顶连接的竖直向荷载施加装置受到的水平向剪力很小，约为竖向荷载的0.03倍，这对于竖直向荷载的稳定施加不会产生影响，加载过程中，测试水平向和竖直向的千斤顶压力，同时通过竖直向和水平向的位移千分表测试桩基的竖直向沉降位移与水平向位移。
[0014]本发明与现有技术相比，具有如下优点:方法简单，设计巧妙，创造性地在竖直向荷载施加装置与桩基之间加设橡胶支座，减小水平向荷载对竖直向荷载的干扰，便于检测基桩在复合荷载作用下的荷载变形特性和承载能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为【具体实施方式】中竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置结构示意图；
图2为橡胶支座俯视图；
图3为橡胶支座的正视图；
图4为橡胶支座的侧视图剖面。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]如图1-4所示，所述的竖直-水平向复合荷载下桩基础静载测量方法使用的装置，包括千斤顶和千斤顶反力梁，竖直千斤顶4 一端与竖直千斤顶反力梁的主梁8垂直连接，另一端通过橡胶支座11与桩基I顶部连接；水平千斤顶5 —端与水平千斤顶反力梁6连接，另一端与桩基I垂直连接，桩基I上设有水平位移千分表2和竖直位移千分表3，水平位移千分表2与水平千斤顶5位于同一竖直平面，所述装置还包括锚桩7，锚桩7与水平千斤顶反力梁6垂直连接，所述竖直千斤顶反力梁包括水平设置的主梁8和竖直设置的次梁9，主梁8与次梁9垂直连接，次梁9通过锚固件10与锚桩7连接，所述的橡胶支座11为方形，包括上底板12和下底板15，沿垂直于水平、竖直千斤顶的方向，上底板12的两端和下底板15的两端榫接，上底板12与下底板15之间设有滑板，所述滑板包括上、下设置的不锈钢滑板13和平行滑板14，平行滑板14由改性超高分子量聚乙烯材料制成。
[0018]桩基I的竖直向荷载通过竖直千斤顶4施加，竖直千斤顶4反力由竖直千斤顶反力梁的主梁8和次梁9提供，主梁8和次梁9通过锚固件10传递到桩基I旁的锚桩7，锚桩7提供抗拔力。水平向荷载通过水平放置的水平千斤顶5施加，水平千斤顶反力梁6将水平反力传递到锚桩7上，因为桩基I在水平向荷载作用下产生水平位移，会带动竖直向荷载偏移，引起竖直向荷载加载装置即竖直千斤顶4和竖直千斤顶反力梁的倾覆失稳。而本发明中，创造性地在竖直千斤顶4与桩基I之间加设通过自身形变而大大抵消水平向剪力的橡胶支座11，使得竖直向荷载不会产生偏移，竖直向荷载加载装置即竖直千斤顶4和竖直千斤顶反力梁的不会倾覆失稳。
[0019]橡胶支座的上板12和下板15的榫接端面使得橡胶支座内部的不锈钢滑板13和平行滑板14无法沿非水平向荷载方向进行滑动，只能沿平行于水平向荷载且垂直于竖直向荷载的方向滑动，而这种橡胶支座11内部的滑动由橡胶支座整体的形变来体现，由于橡胶本身的高弹性性能，这种形变所产生的位移在整个系统中可以忽略不计。橡胶支座11同时承受竖直向和水平向荷载，发挥高弹性橡胶的变形能力，可以大大减小水平向荷载时对竖直向荷载的干扰。
[0020]经测试，在竖直向荷载20000kN，水平向荷载2000kN ;橡胶支座滑移位移值±80mm，常温下滑移摩擦系数小于0.03。
[0021]橡胶的摩擦系数为0.03左右，橡胶支座11水平滑移范围可以达到±80mm，桩基I受水平力时因为橡胶支座11的隔离作用，竖直千斤顶4及与竖直千斤顶4连接的竖直向荷载施加装置受到的水平向剪力为竖向荷载的0.03倍，加载过程中，测试水平向和竖直向的千斤顶压力，同时通过竖直向位移千分表3和水平向的位移千分表2测试桩基I的竖直向沉降位移与水平向位移，所得竖直向沉降位移与水平向位移即为试验数据。
【权利要求】
1.竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验装置，包括千斤顶和千斤顶反力梁，其特征在于，竖直千斤顶一端与竖直千斤顶反力梁连接，另一端通过橡胶支座与桩基顶部连接；水平千斤顶一端与水平千斤顶反力梁连接，另一端与桩基垂直连接，桩基上设有水平和竖直位移测量件，水平位移测量件与水平千斤顶位于同一竖直平面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括锚桩，锚桩与水平千斤顶反力梁垂直连接，所述竖直千斤顶反力梁包括水平设置的主梁和竖直设置的次梁，主梁与次梁垂直连接，次梁通过锚固件与锚桩连接，竖直千斤顶与竖直千斤顶反力梁的主梁垂直连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的橡胶支座为方形，包括上底板和下底板，沿平行于水平千斤顶的方向，上底板的两端和下底板的两端榫接，上底板与下底板之间设有滑板。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述滑板包括上、下设置的不锈钢滑板和平行滑板，平行滑板由改性超高分子量聚乙烯材料制成。
5.使用权利要求1-4任一所述装置实现竖直-水平向复合荷载下桩基础静载试验的方法，其特征在于，所述复合荷载分为水平向和竖直向，通过竖直放置的千斤顶和千斤顶反力梁对桩基施加竖直向荷载，竖直向荷载施加前将橡胶支座放于竖直放置的千斤顶与桩基之间；通过水平放置的千斤顶和千斤顶反力梁对桩基施加水平向荷载，桩基上设有位移测量件测量桩基的竖直向沉降位移与水平向位移，即得复合荷载静载测量结果。
【文档编号】G01N3/08GK104005432SQ201410268875
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】郭院成, 冯虎, 郜新军, 张景伟, 李明宇 申请人:郑州大学