一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱.pdf

1、10申请公布号CN102121254A43申请公布日20110713CN102121254ACN102121254A21申请号201110008232822申请日20110117E02D33/0020060171申请人东南大学地址211109江苏省南京市江宁开发区东南大学路2号72发明人龚维明戴国亮薛国亚74专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司32112代理人汤志武54发明名称一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱57摘要本发明公开了一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱，包括荷载箱箱体和连接基座，连接基座包括内层管和外层管，外层管的外径等于上节钢管的外径；内层管分为上层筒和下层筒两段，上层筒的底端设

2、置有上环板，上环板的内径小于上层筒的内径；下层筒的底端设置有下环板，下环板的内径小于上环板的内径；荷载箱箱体位于连接基座的下环板上；荷载箱箱体包括顶紧爪和千斤顶，顶紧爪通过销连接在荷载箱箱体的顶盖上，顶紧爪通过绳索与吊钩相连；顶盖的底面与千斤顶的顶杆连接，千斤顶的缸体底面与荷载箱箱体的底盖固定连接。该结构的荷载箱可以成功用于钢管桩承载力的测试，并且在测试之后，荷载箱箱体能够被吊出，重复利用。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图5页CN102121261A1/1页21一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱，包括荷载箱箱体（1），其特征在于，还包括连

3、接基座（4），荷载箱箱体（1）位于连接基座（4）中，所述的连接基座（4）成管状体，连接基座（4）两端分别与上节钢管（2）和下节钢管（3）同轴心连接，上节钢管（2）和下节钢管（3）具有大小相同的内径和外径，连接基座（4）包括内层管（41）和外层管（42），该外层管（42）的外径等于上节钢管（2）的外径；该内层管（41）分为上层筒（411）和下层筒（412）两段，该上层筒（411）的底端设置有上环板（43），该上环板（43）的内径小于上层筒（411）的内径；该下层筒（412）的底端设置有下环板（44），该下环板（44）的内径小于上环板（43）的内径；所述的荷载箱箱体（1）位于连接基座（4）的下环板

4、（44）上；该荷载箱箱体（1）包括顶紧爪（11）和千斤顶（12），该顶紧爪（11）通过销（14）连接在荷载箱箱体（1）的顶盖（13）上，顶紧爪（11）可围绕销（14）旋转，且顶紧爪（11）通过绳索（5）与吊钩相连；该顶盖（13）的底面与千斤顶（12）的顶杆连接，千斤顶（12）的缸体底面与荷载箱箱体（1）的底盖固定连接；当放松绳索（5）时，在顶紧爪（11）自身重力的作用下，顶紧爪（11）的顶端倚靠在连接基座（4）上，并且位于连接基座（4）的上环板（43）的底面下方；当收紧绳索（5）时，顶紧爪（11）离开连接基座（4），随绳索（5）升起。2按照权利要求1所述的用于测试钢管桩承载力的荷载箱，其特征在

5、于，所述的顶紧爪（11）的重心偏离销（14），并且靠近荷载箱箱体（1）的外缘。3按照权利要求1或2所述的用于测试钢管桩承载力的荷载箱，其特征在于，所述的顶紧爪（11）为四个，均匀分布在荷载箱箱体（1）的顶盖（13）周边。4按照权利要求3所述的用于测试钢管桩承载力的荷载箱，其特征在于，所述的相邻的顶紧爪（11）之间通过绳索（5）连接。5按照权利要求4所述的用于测试钢管桩承载力的荷载箱，其特征在于，所述的上层筒（411）与外层管（42）之间设置有加劲肋（45）。6按照权利要求5所述的用于测试钢管桩承载力的荷载箱，其特征在于，所述的下环板（44）与外层管（42）之间设置有加劲肋（46）。权利要求书C

6、N102121254ACN102121261A1/4页3一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱技术领域0001本发明属于桩基础测试技术领域，具体来说，涉及一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱。背景技术0002常规的钢管桩承载力测试一般只能采用锚桩法或堆载法，测试成本很高。目前有使用自平衡法来进行钢管桩承载力测试。该测试中需要使用荷载箱箱体。荷载箱箱体主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶盖和底盖的外径略小于桩的外径，并且在顶盖和底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢管桩焊接成整体，然后打设成桩。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱箱体将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。采用

7、并联于荷载箱箱体的压力表或压力环测定油压，根据荷载箱箱体率定曲线换算荷载。采用专用装置分别测定荷载箱箱体向上位移和向下位移，根据读数绘出相应的曲线，判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。通过两侧预先埋置在桩体内的钢筋应变计，可经过推理求出各级荷载下各桩截面的桩身轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。但在该测试过程中，由于钢管桩多数为打入桩，且为开口的，土会涌入钢管桩内部，如将常规的荷载箱箱体直接焊在钢管桩上会影响钢管桩的打入，且会损伤甚至损坏荷载箱箱体，导致不能正常工作。另外荷载箱箱体为一次性消耗品，测试完后荷载箱箱体不能取出。发明内容0003技术问题本发明所要解决的技术问题是，

8、提供一种用于钢管桩承载力的测试装置，使得利用自平衡法进行钢管桩测试时，荷载箱箱体可以正常工作，并且在工作后，荷载箱箱体能够被吊出，重复利用。0004技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱，包括荷载箱箱体，其特征在于，还包括连接基座，荷载箱箱体位于连接基座中，所述的连接基座成管状体，连接基座两端分别与上节钢管和下节钢管同轴心连接，上节钢管和下节钢管具有大小相同的内径和外径，连接基座包括内层管和外层管，该外层管的外径等于上节钢管的外径；该内层管分为上层筒和下层筒两段，该上层筒的底端设置有上环板，该上环板的内径小于上层筒的内径；该下层筒的底端设置有下环板，

9、该下环板的内径小于上环板的内径；所述的荷载箱箱体位于连接基座的下环板上；该荷载箱箱体包括顶紧爪和千斤顶，该顶紧爪通过销连接在荷载箱箱体的顶盖上，顶紧爪可围绕销旋转，且顶紧爪通过绳索与吊钩相连；该顶盖的底面与千斤顶的顶杆连接，千斤顶的缸体底面与荷载箱箱体的底盖固定连接；当放松绳索时，在顶紧爪自身重力的作用下，顶紧爪的顶端倚靠在连接基座上，并且位于连接基座的上环板的底面下方；当收紧绳索时，顶紧爪离开连接基座，随绳索升起。0005有益效果与现有技术相比，采用本发明的技术方案的有益效果是测试中的荷说明书CN102121254ACN102121261A2/4页4载箱箱体可以正常工作，并且在工作后，荷载箱

10、箱体能够被吊出，重复利用。在该测试装置中，连接基座焊接在上节钢管和下节钢管之间，荷载箱箱体通过绳索和外部的吊钩相连。荷载箱箱体位于连接基座中，并且其顶紧爪和上环板相抵，荷载箱箱体上的千斤顶施加油压之后，上环板和下环板发生相对位移，进而使得上节钢管和下节钢管产生相对位移。通过设置在荷载箱箱体和内层管中的位移测量装置可以测量桩身沿深度方向的位移。根据读数绘出相应的曲线，判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。通过两侧预先埋置在钢管内的钢筋应变计，可经过推理求出各级荷载下各钢管截面的桩身轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。在测试完成后，收缩绳索，顶紧爪离开上环板，带动整个荷载箱箱体离开

11、连接基座。荷载箱箱体从钢管中吊出后，可以被重复利用。这样，该结构的荷载箱具有良好的经济性能。附图说明0006图1是本发明中的荷载箱箱体的结构剖视图。0007图2是本发明中的连接基座的结构剖视图。0008图3是本发明在钢管桩中的结构剖视图。0009图4是图3中的A向剖视图。0010图5是本发明用于测试时的结构示意图。0011图中，荷载箱箱体1、上节钢管2、下节钢管3、连接基座4、绳索5、顶紧爪11、千斤顶12、顶盖13、销14、内层管41、外层管42、上环板43、下环板44、加劲肋45、加劲肋46、上层筒411、下层筒412、基梁15、油泵16、计算机采集系统17、位移传感器18、位移棒19。具

12、体实施方式0012下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的阐述。0013如图1至图4所示，本发明的一种用于测试钢管桩承载力的荷载箱，包括荷载箱箱体1和连接基座4。被测试钢管桩分为上节钢管2和下节钢管3两段。上节钢管2布置在下节钢管3的上方。上节钢管2和下节钢管3具有相同的外径和内径，两者同轴心。连接基座4成管状体，连接在上节钢管2和下节钢管3之间。连接基座4与上节钢管2同轴心。连接基座4包括内层管41和外层管42。外层管42的外径等于上节钢管2的外径。这样，外层管42不影响钢管桩的打入，且有利于提高测试数据的准确性。内层管41位于外层管42中，并且内层管41和外层管42同轴心。内层管41和上

13、节钢管2也同轴心。其中，内层管41分为上层筒411和下层筒412两段。上层筒411的底端设置有上环板43。上环板43的外缘固定连接在外层管42上。也就是说，上层筒411和外层管42通过上环板43固定连接。上环板43的内径小于上层筒411的内径。设置上环板43的主要目的是为了保证荷载箱箱体1上的顶紧爪11能够正常工作。下层筒412的底端设置有下环板44，下环板44的内径小于上环板43的内径。荷载箱箱体1位于连接基座4中，具体位置是在连接基座4的下环板44上。荷载箱箱体1中包括顶紧爪11和千斤顶12。顶紧爪11通过销14连接在荷载箱箱体1的顶盖13上。这样，顶紧爪11可以围绕销14在顶盖13上旋转

14、。顶紧爪11通过绳索5与吊钩相连。绳索5一方面可以控制荷载箱箱体1的升降，另一方面可以控制顶紧爪11的工作状态。顶盖13的底面与千斤顶12的顶杆连接，千斤顶12的缸体底面与荷说明书CN102121254ACN102121261A3/4页5载箱箱体1的底盖固定连接。千斤顶12可以控制顶盖13的升降，进而控制顶紧爪11的升降。荷载箱箱体1的外径小于连接基座4的上环板43的内径。顶紧爪11的结构可以有多种，只要其重心能够保证顶紧爪11在自然状态下，呈现自动外张的趋势即可。本专利优选顶紧爪11下部大，上部小的形状，其重心偏离销14，并且靠近荷载箱箱体1的外缘。当然，为了保证顶紧爪11能够外张，也可以在

15、顶紧爪11附近设置水平千斤顶，当顶紧爪11不能顶住上环板43时，可以通过水平千斤顶对其施加水平力，保证其与上环板43相抵触。当放松绳索5时，在顶紧爪11自身重力的作用下，顶紧爪11的顶端倚靠在连接基座4上，并且位于连接基座4的上环板43的底面下方，然后，千斤顶12的顶杆升起，直至顶紧爪11的顶端与连接基座4的上环板43的底面相抵触。测试完毕后，千斤顶12的顶杆下降，然后收紧绳索5，顶紧爪11离开连接基座4，随绳索5升起。0014如图5所示，该结构的用于测试钢管桩的荷载箱的安装过程是首先，将钢管桩在自平衡点位置处切割断，形成上节钢管2和下节钢管3；其次，在上节钢管2和下节钢管3之间焊接连接基座4

16、；接着，将带有连接基座4的钢管整体纵向打设土中；然后，清除上节钢管2和连接基座4内的泥土；随后，安装测试装置，位移测量装置可以采用常用的装置，例如位移棒19或者位移丝。将位移测量装置置于内层管41、荷载箱箱体1的顶盖13和底盖上。地面上设置有基梁15、油泵16、计算机采集系统17和位移传感器18。油管一端与油泵16连通，另一端与荷载箱箱体1中的千斤顶12连通。计算机采集系统17与内置在内层管41中的位移测量装置连接。在荷载箱箱体1的顶盖13和底盖上设置的位移棒19或者位移丝一端与荷载箱箱体1顶盖13和底盖相连，另一端与基梁15上的位移传感器18相连，该位移传感器18又和计算机采集系统17连接。

17、将荷载箱箱体1吊放在连接基座4上，松开绳索5，使荷载箱箱体1的顶紧爪11与上环板43的底面相抵触；之后，开始对钢管进行测试工作。0015具体测试过程是地面的油泵16控制千斤顶12的移动，当油泵16对千斤顶12施加油压时，千斤顶12中的顶杆向上顶起顶紧爪11，顶紧爪11的顶端对上环板43的底面施加向上的作用力。作用到一定程度时，位于荷载箱箱体1上方的上环板43和位于荷载箱箱体1下方的下环板44发生相对位移。由于外层管42在上环板43和下环板44之间的某个位置是虚焊连接的，所以上环板43和下环板44之间发生相对位移时，外层管42在虚焊点处断裂成上下两部分。此时，上环板43带动上层筒411、外层管4

18、2的上部向上运动，进而使得上节钢管2向上运动；下环板44带动下层筒412、外层管42的下部向下运动，进而使得下节钢管3向下运动。通过设置在内层管41、荷载箱箱体1顶盖13和底盖中的位移测量装置即可测得钢管桩向上位移量和向下位移量，根据读数，通过计算机采集系统17绘出相应的曲线，判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。通过两侧预先埋置在钢管内的钢筋应变计，可经过推理求出各级荷载下各钢管截面的桩身轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。在测试结束后，地面的油泵16对千斤顶12卸载油压，千斤顶12中的顶杆向下移动，顶紧爪11的顶端离开上环板43的底面，然后收紧并升起绳索5，可将荷载箱箱体1

19、收回。0016该测试过程采用自平衡测试法的原理来测试钢管桩承载力，但是，与现有的测试装置不同，在该测试装置中，通过使用连接基座4，荷载箱箱体1是可伸缩回收式的。在测试完成后，荷载箱箱体1可以从钢管桩中取出，重复使用，提高了设备的经济性能。说明书CN102121254ACN102121261A4/4页60017进一步，所述的顶紧爪11为四个，均匀分布在荷载箱箱体1顶盖13周边。考虑到连接基座4呈筒状体，所以在荷载箱箱体1的顶盖13周边均匀布置四个顶紧爪11，可以起到很好的定位作用。0018进一步，所述的相邻的顶紧爪11之间通过绳索5连接。相邻的顶紧爪11之间通过绳索5连接，可以确保顶紧爪11移动

20、幅度的一致性。0019进一步，所述的上层筒411与外层管42之间设置有加劲肋45，所述的下环板44与外层管42之间设置有加劲肋46。设置加劲肋45，可以提高上层筒411与外层管42之间连接的稳定性，确保荷载箱的荷载的传递均匀。设置加劲肋46，可以提高下环板44与外层管42之间连接的稳定性，确保荷载箱的荷载的传递均匀。说明书CN102121254ACN102121261A1/5页7图1说明书附图CN102121254ACN102121261A2/5页8图2说明书附图CN102121254ACN102121261A3/5页9图3说明书附图CN102121254ACN102121261A4/5页10图4说明书附图CN102121254ACN102121261A5/5页11图5说明书附图CN102121254A