抗压桩全自动液压载荷检测装置及方法 技术领域 本发明属于桩基静载荷试验领域， 具体的说是涉及一种应用在抗压桩的载荷检测 的装置， 还涉及用该检测装置的检测方法。
背景技术 随着工业的迅速发展， 承受建 ( 构 ) 筑物上拔荷载的情况愈来愈多。工程中通过 与桩周土的摩擦力或桩端抗力来抵抗竖向压缩荷载的桩称为抗压桩。抗压桩属于工程桩 基范畴， 广泛应用于建筑工程、 高耸构筑物抗压、 海上码头平台抗压、 各种桥梁的锚桩基础、 大型船坞底板的桩基础和静荷载试桩中的锚桩基础等。在工程建设中， 抗压桩的承载力已 成为控制工程质量的一个非常重要的技术手段。单桩承载力的准确测试对于各类建筑物 基础设计乃至上部结构的设计都起着举足轻重的作用。在工种桩基中， 抗压桩一般能承受 200 ～ 3000KN 及其以上的抗压力， 其能承受的抗拔力一般为其抗压力的 70％左右， 而单桩 竖向抗压桩静载荷试验是检测单桩抗压桩承载力最直观、 最可靠的方法。 单桩静载试验中，
作用于桩上的荷载一般由反力装置提供。 反力装置的易用程度直接影响着试验的过程和结 果， 常用的有堆载反力梁装置和锚桩反力梁装置。锚桩反力梁装置在具体的应用中又可根 据反力锚的不同分为两种 ： 将反力架与锚桩连接在一起提供反力的， 俗称锚桩反力梁装置 ； 将几只螺旋钻钻入地下使用地锚提供反力， 俗称锚杆反力梁装置。 在千斤顶配合下， 该装置 可以将力比较均匀而缓慢地施加到桩上， 能明显改善电动油泵加载中的过冲现象， 从而使 荷载量的大小比较容易控制。 但是锚桩反力梁装置， 因为地锚一旦作成， 地锚与反力作用点 的距离就不可变更， 其安装存在一个对中问题， 如果反力作用点偏离了桩头的中心位置， 轻 者使试验数据失真， 重者会使试桩遭到破坏， 且检测成本太高。 而堆载反力梁装置更难满足 抗压桩载荷的检测要求， 且检测成本太高、 工期长、 操作麻烦。因此现有的施加荷载的方法 和设备装置很难或不能满足设计、 使用要求。对抗压桩载荷检测施加荷载的方法和设备装 置， 目前尚无一合理的方法和试验设备装置。 发明内容
本发明的目的就在于克服上述不足提供一种抗压桩全自动液压载荷检测装置及 方法， 解决了试验数据失真或者试桩易遭到破坏的技术问题， 并彻底解决的检测配重问题。
本发明的技术方案是 ：
一种抗压桩全自动液压载荷检测装置， 包括主传力卡盘、 承压垫、 穿过主传力卡盘 的传力梁和传力梁端部设置的抗拔桩载荷试验装置， 承压垫上表面与主传力卡盘下表面接 触， 承压垫下表面与待检测抗压桩接触， 抗拔桩载荷试验装置中的千斤顶是液压千斤顶。
上述抗压桩全自动液压载荷检测装置， 所述的传力梁对称穿过主传力卡盘。
上述抗压桩全自动液压载荷检测装置， 所述的抗拔桩载荷试验装置包括液压千斤 顶， 反力装置和试验用横梁， 液压千斤顶放置在试验用横梁上， 液压千斤顶的上表面与反力 装置的下表面接触， 液压千斤顶的下面设拉力滑轮， 所述的反力装置由传力装置和钢丝绳构成， 传力装置与传力梁的端部固联， 钢丝绳对称穿过传力装置和拉力滑轮， 钢丝绳的两端 固定在一起， 在拉力滑轮的轴上设置桩绳联结机构， 桩绳联结机构与辅桩固联。所述 “抗拔 桩载荷试验装置” 是本申请人于 2008 年 12 月 24 日申请， 专利申请号为 200820238810.0， 发明名称为 “抗拔桩载荷试验装置” 的专利相同， 只是将千斤顶改为液压千斤顶， 将锚具改 为桩绳联结机构。专利号为 200820238810.0 的专利包括千斤顶， 反力装置和试验用横梁千 斤顶放置在试验用横梁上， 千斤顶的上表面与反力装置的下表面接触， 千斤顶的下面设拉 力滑轮， 所述的反力装置由传力装置和钢丝绳构成， 钢丝绳对称穿过反力装置和拉力滑轮， 钢丝绳的两端固定在一起， 在拉力滑轮的轴上设置锚固筋， 所述的传力装置是环形盘， 环形 盘中间设置支架， 千斤顶的上表面与支架接触， 钢丝绳穿过环形盘与拉力滑轮， 所述的传力 装置还可以是万用传力盘， 万用传力盘上设置有通孔， 钢丝绳穿过万用传力盘的通孔与拉 力滑轮， 在钢丝绳与万用传力盘的通孔间放置半圆形拉力轮， 拉力轮上设置有凹槽， 钢丝绳 放置在凹槽内， 在锚固筋上设置锚具， 试验用梁的中心点、 千斤顶的上表面中心点、 传力装 置的中心点和抗拔桩的中心点在同一轴线上。
所述 “抗拔桩载荷试验装置” 还可以是本申请人 2009 年 1 月 14 日申请， 申请号为 200910064071.7， 发明名称为 “大直径抗拔桩载荷试验方法及其装置” 的载荷试验装置相 同， 只是将千斤顶改为液压千斤顶， 将锚具改为桩绳联结机构。 200910064071.7 发明中的装 置包括千斤顶， 反力装置和试验用横梁， 千斤顶放置在试验用横梁上， 千斤顶的上表面与反 力装置的下表面接触， 千斤顶的下面设拉力滑轮， 所述的反力装置由万用传力盘和一根钢 丝绳构成， 钢丝绳穿绕在万用传力盘和拉力滑轮之间， 钢丝绳在万用传力盘上对称穿过， 将 钢丝绳的两端固定在一起， 在拉力滑轮的轴上设置锚固筋， 其特征是 ： 所述的万用传力盘是 环形盘， 环形盘中间设置支架， 千斤顶的上表面与支架接触， 钢丝绳穿绕在环形盘和拉力滑 轮之间， 环形盘的上端边缘呈弧形。
上述抗压桩全自动液压载荷检测装置， 当待检测抗压桩的辅桩有预留筋时， 桩绳 联结机构是锚具， 锚具与辅桩固联，
上述抗压桩全自动液压载荷检测装置， 当待检测抗压桩的辅桩是没有预留筋即素 混凝土桩时， 桩绳联结机构是设置在待检测桩辅桩内的结构胶及与结构胶连为一体的第二 截钢丝绳， 拉力滑轮轴与第二节钢丝绳固联。
上述抗压桩全自动液压载荷检测装置， 试验用梁的中心点、 液压千斤顶的上表面 中心点、 传力装置的中心点和辅桩的中心点在同一轴线上， 主传力卡盘的中心点、 承压垫的 中心点和待检测抗压桩的中心点在同一轴线上， 所述的液压千斤顶是带有总液压控制平衡 油箱的联运压力检测系统的液压千斤顶。
一种抗压桩全自动液压载荷检测方法， 用上述抗压桩全自动液压载荷检测装置检 测抗压桩的载荷， 包括以下步骤 ：
①： 将承压垫放置在待检测的抗压桩上 ；
②： 根据抗压桩的辅桩选择适应的试验用梁， 将试验用梁架设在辅桩上， 将液压千 斤顶放置在试验用横梁上 ；
③： 在承压垫的上表面放置设有传力梁的主传力卡盘， 传力梁的端部与抗拔桩载 荷试验装置的传力装置固联， 试验用横梁上液压千斤顶的上表面与传力装置的下表面接 触；④： 在液压千斤顶的下面放置拉力滑轮， 将一根钢丝绳穿过传力装置与拉力滑轮， 钢丝绳在传力装置上对称穿过， 将钢丝绳的两端固定在一起， 在拉力滑轮的轴上设置桩绳 联结机构， 桩绳联结机构与抗压桩的辅桩固联 ；
⑤： 操作液压千斤顶， 辅桩开始均匀受到上拔力， 进而在千斤顶向上力的作用下， 使抗压桩达到所能承受的最大载荷。
上述抗压桩全自动液压载荷检测方法， 步骤②中液压千斤顶的中心点、 辅桩的中 心点和步骤③中传力装置的中心点在同一轴线上， 步骤③中主传力卡盘的中心点、 承压垫 的中心点和步骤①中待检测抗压桩的中心点在同一轴线上， 所述的液压千斤顶是带有总液 压控制平衡油箱的联运压力检测系统的液压千斤顶。
上述抗压桩全自动液压载荷检测方法， 对于有预留筋的待检测抗压桩， 桩绳联结 机构是锚具， 通过锚具将辅桩与钢丝绳结合为一体。
上述抗拔桩全自动液压载荷检测方法， 对于素混凝土抗压桩， 桩绳联结机构是设 置在待检测桩辅桩内的结构胶及与结构胶连为一体的第二截钢丝绳， 第二节钢丝绳与拉力 滑轮轴固联， 即在素混凝土辅桩上钻孔， 在钻的孔内灌注结构胶， 将第二截钢丝绳的一端植 入结构胶内使钢丝绳与素混凝土辅桩结合为一体， 第二截钢丝绳的另一端与滑轮轴固联。 本发明抗压桩载荷检测装置结构简单， 使用方便， 能够满足抗压桩竖向静荷载试 验的要求。使用该检测装置可以通过待检测抗压桩周围辅桩均匀受到的上拔荷载， 得以准 确测得抗压桩的各力学参数。该试验方法是将桩绳联结机构与抗压桩周围的辅桩固定在 一起， 液压千斤顶牢固的放在试验用横梁上， 液压千斤顶的上表面顶住传力装置的下表面， 这样液压千斤顶上的力通过传力装置传到钢丝绳上， 再通过钢丝绳传递到对应的辅桩上， 起初阶段， 钢丝绳随着各个着力点的逐渐受力而逐渐被拉紧， 由于是一根钢丝绳穿过传力 装置与拉力滑轮， 由于是采用了联动压力检测液压千斤顶系统， 因此， 在千斤顶顶升的过程 中， 每个辅桩开始均匀受到上拔力， 必要时还可以调节每个辅桩上的千斤顶的顶升力， 使传 力型钢梁的合力作用与主传力盘的中心保持不变。因为在检测过程中， 液压千斤顶通过油 管与控制系统连接， 通过控制系统能够精确地同步操作液压千斤顶， 因此， 通过对辅桩施加 拉力而使抗压桩达到所能承受的最大承压载荷。 本发明检测装置结构简单， 使用方便， 能够 满足抗压桩荷载检测的要求， 该检测装置的使用使得检测抗压桩工艺简单， 待检测抗压桩 的各力学参数准确， 由于通过多个辅桩来检测抗压桩， 待检测抗压桩不会遭到破坏， 并彻底 取消了传统配重、 堆载的繁重功效。抗压桩全自动液压载荷检测方法及其装置适用于建筑 工程、 高耸构筑物、 海上码头平台、 各种桥梁的锚桩基础、 大型船坞底板的桩基础和静荷载 检测桩中的锚桩基础等。
附图说明
图 1 是抗压桩全自动液压载荷检测装置的结构示意图 ；
图 2 是图 1 主传力卡盘的 A-A 剖面放大示意图 ；
图 3 是本发明中所用的抗拔桩载荷试验装置的结构示意图 ；
图 4 是图 3 传力装置的结构示意图 ；
图 5 是本发明中所用的抗拔桩载荷试验装置的另一种结构 ；
图 6 是图 5 中传力装置的结构示意力图 ；图 7 本发明抗拔桩载荷试验装置的第三种结构示意图 ； 图 8 是图 7 万用传力盘的结构示意图 ； 图 9 是图 8a-a 处截面放大示意图 ； 图 10 图 8 万用传力盘支架的截面放大示意图。具体实施方式
如图 1、 图 2、 图 3、 图 4、 图 5 和图 6 所示的一种抗压桩全自动液压载荷检测装置， 包括主传力卡盘 13、 承压垫 14、 穿过主传力卡盘的传力梁 12 和传力梁端部设置的抗拔桩载 荷试验装置 15， 承压垫 14 上表面与主传力卡盘 13 接触下表面与待检测抗压桩 17 接触， 抗 拔桩载荷试验装置中的千斤顶是 4 带有总液压控制平衡油箱的联动压力检测系统的液压 千斤顶， 本发明中最佳的结构是传力梁 12 对称穿过主传力卡盘 13， 主传力盘是带底的环状 盘， 在盘环上对称设置有卡孔 16， 多个传力梁穿过盘环上的卡孔后在主传力盘的中心固定， 焊接或者用螺栓固定均可实现本发明的目的。
本发明中传力梁可以不对称穿过主传力卡盘， 交叉点在传力盘的中心位置便可 ； 优选结构是传力梁对称穿过主传力卡盘 ； 只要满足各传力梁上的合力通过主传力卡盘且与 抗压桩的压力在同一直线上便可实现本发明的目的。 本发明中所用的抗拔桩载荷试验装置是本申请人于 2008 年 12 月 24 日申请， 专利 申请号为 200820238810.0， 发明名称为 “抗拔桩载荷试验装置” 的专利相同， 只是将千斤顶 改为液压千斤顶， 将锚具改为桩绳联结机构， 桩绳联结机构与辅桩固联。
本发明中所用的抗拔桩载荷试验装置如图 3 和图 4 所示包括液压千斤顶 4， 反力装 置和试验用横梁 5， 液压千斤顶放置在试验用横梁 5 上， 液压千斤顶 4 的上表面与反力装置 的下表面接触， 在液压千斤顶的下面设置有拉力滑轮 6， 所述的反力装置由传力装置和钢丝 绳 3 构成， 一根钢丝绳穿过反力装置和拉力滑轮 6 上， 钢丝绳在反力装置上对称穿过， 钢丝 绳的两端固定， 在拉力滑轮 6 的轴上设置锚固筋 7， 所述的传力装置是环形盘 10， 环形盘中 间设置支架 11， 千斤顶的上表面与支架 11 接触， 钢丝绳穿过环形盘 10 与拉力滑轮 6， 在锚 固筋 7 上设置桩绳联结机构 9， 环形盘 10 与传力梁 12 的端部固联。
本发明中所用的抗拔桩载荷试验装置如图 5 和图 6 所示， 液压千斤顶放置在试验 用横梁 5 上， 液压千斤顶 4 的上表面与反力装置的下表面接触， 液压千斤顶的下面设置拉力 滑轮， 所述的反力装置由传力装置和钢丝绳 3 构成， 传力装置是万用传力盘 2， 万传力盘上 设置有通孔 8， 一根钢丝绳穿过万用传力盘的通孔 8 与拉力滑轮 6， 钢丝绳在万用传力盘上 对称穿过， 在拉力滑轮 6 的轴上设置锚固筋 7， 在钢丝绳与万用传力盘的通孔间放置半圆形 拉力轮 1， 拉力轮 1 上设置有凹槽， 钢丝绳放置在凹槽内， 在锚固筋上设置桩绳联结机构 9， 万用传力盘 2 与传力梁 12 的端部固联， 钢丝绳穿过相邻两通孔与拉力绞轮上， 钢丝绳在万 用传力盘上对称穿过。
如图 7、 图 8、 图 9 和图 10 所示本发明中 “抗拔桩载荷试验装置” 还可以是本申请 人 2009 年 1 月 14 日申请， 申请号为 200910064071.7， 发明名称为 “大直径抗拔桩载荷试验 方法及其装置” 的载荷试验装置相同， 只是将千斤顶改为液压千斤顶， 将锚具改为桩绳联结 机构。 200910064071.7 发明中的装置包括千斤顶， 反力装置和试验用横梁， 千斤顶放置在试 验用横梁上， 千斤顶的上表面与反力装置的下表面接触， 千斤顶的下面设拉力滑轮， 所述的
反力装置由万用传力盘和一根钢丝绳构成， 钢丝绳穿绕在万用传力盘和拉力滑轮之间， 钢 丝绳在万用传力盘上对称穿过， 将钢丝绳的两端固定在一起， 在拉力滑轮的轴上设置锚固 筋， 其特征是 ： 所述的万用传力盘是环形盘， 环形盘中间设置支架， 千斤顶的上表面与支架 接触， 钢丝绳穿绕在环形盘和拉力滑轮之间， 环形盘的上端边缘呈弧形。
本发明最佳的结构是主传力卡盘的中心点、 承压垫的中心点和待检测抗压桩的中 心点在同一轴线上， 所用的抗拔桩载荷试验装置的试验用梁的中心点、 液压千斤顶的上表 面中心点、 传力装置的中心点和辅桩的中心点在同一轴线上， 能够使测出的数据更加精确。
本发明中所用的抗拔桩载荷试验装置还可以根据不同的抗拔桩， 钢丝绳的穿过方 法不同， 可以穿过相邻两通孔也可以在不相邻的两通孔间穿过， 只要在万用传力盘上对称 都能实现测试的目的。
本发明中当待检测抗压桩的辅桩有预留筋时， 桩绳联结机构是锚具， 锚具与辅桩 固联， 当待检测抗压桩的辅桩是没有预留筋即素混凝土桩时， 桩绳联结机构是设置在待检 测桩辅桩内的结构胶及与结构胶连为一体的第二截钢丝绳， 第二节钢丝绳与拉力滑轮轴固 联， 即在素混凝土辅桩上钻孔， 在钻的孔内灌注结构胶， 将第二截钢丝绳的一端植入结构胶 内使钢丝绳与素混凝土辅桩结合为一体， 第二截钢丝绳的另一端与滑轮轴固联。还可以是 一小截钢筋， 钢筋的一端按植筋工艺植入素混凝土辅桩中， 另一端与滑轮轴固联， 也可以实 现本发明的目的。 一种抗压桩全自动液压载荷检测方法， 用上述抗压桩全自动液压载荷检测装置检 测抗压桩的载荷， 包括以下步骤 ：
①： 将承压垫 14 放置在待检测的抗压桩 17 上 ；
②： 根据抗压桩 14 的辅桩 18 选择适应的试验用梁 5， 将试验用梁 5 架设在辅桩 18 上， 将液压千斤顶 4 放置在试验用横梁 5 上 ；
③： 在承压垫 14 的上表面放置设有传力梁的主传力卡盘 13， 传力梁 12 的端部与 抗拔桩载荷试验装置的传力装置 10 固联， 试验用横梁上液压千斤顶的上表面与传力装置 的下表面接触 ；
④： 在液压千斤顶的下面放置拉力滑轮， 将一根钢丝绳 3 穿过传力装置 10 与拉力 滑轮 6， 钢丝绳 3 在传力装置上对称穿过， 将钢丝绳的两端固定在一起， 在拉力滑轮的轴上 设置桩绳联结机构， 桩绳联结机构与抗压桩的辅桩固联 ；
⑤： 操作液压千斤顶， 辅桩开始均匀受到上拔力， 进而在千斤顶向上力的作用下， 使抗压桩达到所能承受的最大载荷。
本发明中抗压桩全自动液压载荷检测方法， 最佳的方法是步骤②中液压千斤顶的 中心点、 辅桩的中心点和步骤③中传力装置的中心点在同一轴线上， 步骤③中主传力卡盘 的中心点、 承压垫的中心点和步骤①中待检测抗压桩的中心点在同一轴线上， 液压千斤顶 是带有总液压控制平衡油箱的联动压力检测系统的液压千斤顶。
本发明抗压桩全自动液压载荷检测方法可以根据不同的桩型设置不同的桩绳联 结机构， 对于有预留筋的待检测抗压桩， 桩绳联结机构是锚具， 锚具与辅桩固联结合为一 体， 对于素混凝土抗压桩， 桩绳联结机构是设置在待检测桩辅桩内的结构胶及与结构胶连 为一体的第二截钢丝绳， 第二节钢丝绳与拉力滑轮轴固联， 即在素混凝土辅桩上钻孔， 在钻 的孔内灌注结构胶， 将第二截钢丝绳的一端植入结构胶内使钢丝绳与素混凝土辅桩结合为
一体， 第二截钢丝绳的另一端与滑轮轴固联。 还可以是一小截钢筋， 钢筋的一端按植筋工艺 植入素混凝土辅桩中， 另一端与滑轮轴固联， 也可以实现本发明的目的。
本发明的工作原理如下 ： 本发明采用杠杆原理建立了力学平衡方程， 通过联动液 压千斤顶自动控制系统 ( 总液压控制平衡油箱 )， 实现传力梁的平衡状态， 即， 各个传力梁 端通过抗拔桩载荷试验装置对辅助桩施加的拉力， 在通过传力梁使其合力的作用点在主传 力卡盘中心位置上， 且保持在一定 ( 小的 ) 范围内不变化， 达到对试验桩施加试验载荷， 在 通过抗拔桩检测装置的检测系统完成对试验桩的力学参数的检测。通过此方法和装置， 确 保了检测的准确性， 彻底解决了传统抗压桩检测配重、 堆载的繁重工作， 大大提高了检测工 期。
本发明通过初步实验， 还针对不同种类不同载荷级别的抗压桩， 分别进行了桩绳 联结机构的处理， 其桩绳联结机构在满足功能的前提下各具特色， 特别地， 对素混凝土 ( 或 CFG) 桩的锚具做了科学简约处理， 其处理方法和技术分析如下 ：
1) 在现行的植筋加固方法的基础上， 研发、 创新了植入钢丝绳的方法， 即采用植筋 工艺， 并将箍筋换成钢丝绳， 锚固钢丝绳能够达到设计承载力。
2) 依据素混凝土和 CFG 桩身的抗拉性能 ( 抗拉强度＝ kN/m2)， 结合目前常用的 素混凝土和 CFG 桩复合地基的设计承载能力 ( 单桩承载力＝ 250kN 和复合地基承载力＝ 300kN/m2)。因此， 只要 3 ～ 6 个素混凝土和 CFG 桩身的抗拉能力能够大于复合地基极限承 载力， 而且 3 ～ 6 个钢丝绳的抗拉能力也能够大于复合地基极限承载力， 则此锚具简约化可 行。
3) 计算分析 ：
a. 钢丝绳的抗拉承载力 Fg ：
直径按 20 ～ 25mm，
一般情况 ； 单根钢丝绳的承载力 fg ＝ 100 ～ 150kN，
则： Fg ＝ 6*150 ＝ 900kN ；
b. 素混凝土 (C20) 和 CFG(C20) 桩身的抗拉承载力 Fc ：
桩直径按 300mm 计， 则， A ＝ 0.32*3.1415/4 ＝ 0.0707m2，
一般情况 ： 素混凝土 (C20) 的抗拉强度标准值为 1540kN/m2
则： Fc ＝ A*1540 ＝ 0.0707*1540 ＝ 108.9kN
c. 一般情况下， 复合地基的承载力要求 300kN/m2。
则： 复合地基的极限承载力为 ： Fd ＝ 2*300kN/m2 ＝ 600kN。
综上所述 ： Fg、 Fc 均远大于 Fd。即均满足要求。