转动式预应力管桩分段静载荷试验方法及装置.pdf

本发明公开了一种转动式预应力管桩分段静载荷试验方法及装置。本发明的预应力管桩分段组成，分段管桩连接处接有加载钢板和套筒，加载装置为千斤顶和两端的加载扇（千斤顶为转动式千斤顶还包括千斤顶底部拉杆末端所连接的加载扇），通过钢管提升从而改变加载装置位置，加载扇可以通过加载钢板上的通槽，转动后加载扇和通槽错开，千斤顶通过加载扇给桩加载。进行第一二节试验时，通过穿心式千斤顶拉杆下方连接加载扇与加载钢板接触从而使得试验管桩下方的管桩的侧摩阻力作为静载荷反力从而确保试验顺利进行。本发明的静载荷反力由桩身自身的侧摩阻力提供，装置也可回收多次使用，有效节约了试验成本。

1.   转动式预应力管桩分段静载荷试验装置，其特征在于静荷载装置分为三种，静荷载装置一包括一个普通千斤顶、设置在普通千斤顶顶端以及底端承脚的加载扇；静荷载装置二包括穿心式千斤顶、穿心式千斤顶顶端和底端承脚的加载扇以及穿心式千斤的顶拉杆末端的加载扇；静荷载装置三包括穿心式千斤顶、穿心式千斤顶底端承脚的加载扇以及穿心式千斤顶下方拉杆末端连接的加载扇，穿心式千斤顶顶端设置有工具锚。

2.  转动式预应力管桩分段静载荷试验方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、对第N节预应力管桩进行试验，将静荷载装置一通过钢管放到第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处，此时静荷载装置一中的千斤顶顶端的加载扇和千斤顶底端承脚的加载扇通过加载钢板的扇形通槽，直至加载扇位于加载钢板和加载钢板之间；
步骤2、转动静荷载装置一使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，然后用普通千斤顶加载，普通千斤顶下方的加载扇与加载钢板接触提供静荷载力，普通千斤顶上方的加载扇与加载钢板接触提供静载荷反力；对第N-1节预应力管桩的试验与第N节预应力管桩的试验相同；
步骤3、重复步骤1-2，对第二节预应力管桩以下的每节预应力管桩进行试验；
步骤4、对第二节预应力管桩进行试验；
4-1．通过钢管将静荷载装置二放置到第一节预应力管桩和第二节预应力管桩的连接处，此时静荷载装置二中的加载扇通过加载钢板的扇形通槽，此时穿心式千斤顶底端的加载扇处于第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩之间；
4-2.转动静荷载装置二使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，然后再用穿心式千斤顶加载，穿心式千斤顶推动千斤顶下方的加载扇与第二节预应力管桩顶端的加载钢板挤压、千斤顶上方的加载扇与第一节预应力管桩底端的加载钢板挤压，同时穿心式千斤顶拉杆拉动加载扇与第N-1节预应力管桩底端的加载钢板挤压；千斤顶底端承脚的加载扇施加静荷载作用力，千斤顶顶端的加载扇与拉杆末端的加载扇与加载钢板一起提供静载荷反力；
步骤5、用静荷载装置三对第一节预应力管桩进行试验；
5-1加载装置一处于第一节桩的桩顶时，拉杆末端的加载扇处于第N-1节管桩和第N节管桩之间，
5-2转动静荷载装置一使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，加压油箱通过穿心式千斤顶加压；穿心式千斤顶通过底端承脚连接的加载扇挤压第一节管桩的桩顶加载钢板从而给试验提供荷载；此时穿心式千斤顶拉杆连接的加载扇向上压第N-1节管桩桩底的加载钢板，拉杆向下拉工具锚，工具锚向下压千斤顶顶端从而给试验提供静载荷反力。

3.  如权利要求2所述的转动式预应力管桩分段静载荷试验方法，其特征在于预应力管桩分为N节，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒连接；套筒包括外套筒和内套筒，外套筒套在内套筒上，外套筒和内套筒的半径相匹配，能够相互配合滑动；
相邻的上节预应力管桩底部焊接加载钢板，再在加载钢板下焊接外套筒，相邻的下节预应力管桩顶部焊加载钢板，再在加载钢板上焊接内套筒，外套筒和内套筒套在一起能够保证上下两根预应力管桩能够传递作用力；
所述相邻的上节预应力管桩底部焊接的加载钢板下所焊接的外套筒的侧壁上开有一个条形凹槽，相应的下节预应力管桩顶部焊接的加载钢板上所焊接的内套筒上焊接有锚钉，锚钉能够在条形凹槽内滑动，防止上节预应力管桩和下节预应力管桩脱节；
所述的加载钢板中心开有通孔，且通孔的周向等间距开有三个扇形通槽，以便试验时加载扇能够顺利通过。

转动式预应力管桩分段静载荷试验方法及装置
技术领域    
本发明涉及一种转动式预应力管桩分段静载荷试验方法及装置。
背景技术    
静载荷试验是指按分桩的使用功能，别在桩顶逐级施加轴向压力、轴向上拔力或在桩基承台底面标高一致处施加水平力，观测桩的相应检测点随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，根据荷载与位移的关系（即                                               曲线）判定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。桩基静载荷试验是目前检验桩基承载力各种方法中使用最广且被公认为试验结果最准确、最可靠的方法。
常用的桩基静载荷测试方法有三种：堆载法、锚桩法和自平衡法。
堆载法是通过以试桩为中心搭设试验平台，码放砂袋、混凝土配重、钢锭等，通过千斤顶加压，给试桩提供竖向压力，从而检验试桩的承载力是否满足设计要求的方法。但是它能够的荷载反力不大，且试验成本较高，而且由于试验结束后要放水，对试验场地的环境影响比较大，而且实验装置的运输工作量很大。
锚桩法是通过千斤顶、横梁连接锚桩，将锚桩的上拔力反作用于试桩的测桩法。它安装比较快捷，特别对大吨位试桩，节约成本明显，但是锚桩在试验过程中受到上拔力的作用，其桩间土的扰动会影响到试桩。
自平衡法把试桩分成上下两端，是利用上段桩侧阻和下段桩侧阻与端阻的自相平衡的一种测桩法。它避免了庞大的反力装置，装置较为简单，但是荷载箱需要放在桩的平衡点，而且试验中受到是上拔力，与实际工程中桩起到的是抗压作用不符。
发明内容    
为了克服现有静载荷试验的成本过高，以及每次试验都要重新搭建试验平台，还有只能测得桩基承载力（即使是自平衡法，也只能测得试桩的两段的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力）。针对预应力管桩的特点并对其进行改造，本文提出一种转动式预应力管桩分段静载荷试验方法及装置，通过转动式千斤顶两端焊接的加载扇分段给桩施加荷载从而进行静荷载试验，试验后试桩的完整性没有遭到破坏，结合本文提出的试验方法，试验可以得到顺利实施。相对传统的静荷载方法，整个试验的成本不仅减少，而且可以得到分段桩静荷载数据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1. 转动式预应力管桩分段静载荷试验装置，其特征在于静荷载装置分为三种，静荷载装置一包括一个普通千斤顶、设置在普通千斤顶顶端以及底端承脚的加载扇；静荷载装置二包括穿心式千斤顶、穿心式千斤顶顶端和底端承脚的加载扇以及穿心式千斤的顶拉杆末端的加载扇；静荷载装置三包括穿心式千斤顶、穿心式千斤顶底端承脚的加载扇以及穿心式千斤顶下方拉杆末端连接的加载扇，穿心式千斤顶顶端设置有工具锚。
2. 转动式预应力管桩分段静载荷试验方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、对第N节预应力管桩进行试验，将静荷载装置一通过钢管放到第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩的连接处，此时静荷载装置一中的加载扇和加载扇通过加载钢板的扇形通槽，直至千斤顶底端承脚的加载扇和千斤顶顶端的加载扇位于第N节预应力管桩顶端的加载钢板和第N-1节预应力管桩底端的加载钢板之间；
步骤2、转动静荷载装置一使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，然后用普通千斤顶加载，普通千斤顶下方的加载扇与第N节预应力管桩顶端的加载钢板接触提供静荷载力，普通千斤顶上方的加载扇与第N-1节预应力管桩底端的加载钢板接触提供静载荷反力；对第N-1节预应力管桩的试验与第N节预应力管桩的试验相同；
步骤3、重复步骤1-2，对第二节预应力管桩以下的每节预应力管桩进行试验；
步骤4、对第二节预应力管桩进行试验；
4-1．通过钢管将静荷载装置二放置到第一节预应力管桩和第二节预应力管桩的连接处，此时静荷载装置二中的加载扇通过加载钢板的扇形通槽，此时穿心式千斤顶底端的加载扇处于第N-1节预应力管桩和第N节预应力管桩之间；
4-2.转动静荷载装置二使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，然后再用穿心式千斤顶加载，穿心式千斤顶推动千斤顶上方的加载扇与第一节预应力管桩底端的加载钢板、千斤顶下方的加载扇与第二节预应力管桩顶端的加载钢板挤压，同时穿心式千斤顶拉杆拉动加载扇与第N-1节预应力管桩底端的加载钢板挤压；千斤顶下方的加载扇施加静荷载作用力，千斤顶上方的加载扇与拉杆末端的加载扇一起提供静载荷反力；
步骤5、用静荷载装置三对第一节预应力管桩进行试验：
5-1加载装置一处于第一节桩的桩顶时，拉杆末端的加载扇处于第N-1节管桩和第N节管桩之间，
5-2转动静荷载装置一使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，加压油箱通过穿心式千斤顶加压；穿心式千斤顶通过底端承脚连接的加载扇挤压第一节管桩的桩顶加载钢板从而给试验提供荷载；此时穿心式千斤顶拉杆连接的加载扇向上压第N-1节管桩桩底的加载钢板，拉杆向下拉工具锚，工具锚12向下压千斤顶顶端从而给试验提供静载荷反力。
3.如权利要求2所述的转动式预应力管桩分段静载荷试验方法，其特征在于预应力管桩分为N节，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒连接；套筒包括外套筒和内套筒，外套筒套在内套筒上，外套筒和内套筒的半径相匹配，能够相互配合滑动；
相邻的上节预应力管桩底部焊接的加载钢板下焊接外套筒，相邻的下节预应力管桩顶部焊接的加载钢板上焊接内套筒，外套筒和内套筒套在一起能够保证上下两根预应力管桩能够传递作用力；
所述相邻的上节预应力管桩底部焊接的加载钢板下焊接外套筒的侧壁上开有一个条形凹槽，相应的下节预应力管桩顶部焊接的加载钢板上焊接内套筒上焊接有锚钉，锚钉能够在条形凹槽内滑动，防止上节预应力管桩和下节预应力管桩脱节；
所述的加载钢板中心开有通孔，且通孔的周向等间距开有三个扇形通槽，以便试验时加载扇能够顺利通过。
本发明的有益效果是：
一、试验的静载荷反力是由桩身自己提供的，节约了试验成本；
二、试验后的试桩的完整性没有被破坏，可以当作工程桩使用；
三、能够分段直接测试出桩身的侧摩阻力；
四、实验装置可回收再次使用，大大节约了试验成本。
附图说明   
下面结合附图和实施步骤对本发明进一步说明。
图1是要试验的管桩和相邻桩连接处的纵剖面示意图。
图2是套筒连接示意图。
图3是对第四节桩和第三节桩的试验纵剖面示意图。
图4是对第二节桩试验纵剖面示意图以及试验中加载装置转动前后加载扇与圆形刚环的相对位置示意图。
图5是对第一节桩试验纵剖面示意图。
图中：第一节预应力管桩1、第二节预应力管桩2、第三节预应力管桩3、第四节预应力管桩4、加载钢板5、加载钢板5a、加载钢板5b、加载钢板5c、加载钢板5d、加载钢板5e、加载钢板5f、加载钢板5g、套筒6、外套筒6a、内套筒6b、锚钉7、加载扇8、加载扇8a、加载扇8b、加载扇8c、加载扇8d、加载扇8e、加载扇8f、加载扇8g、普通千斤顶9、油管10、油管10a、油管10b、油管10c、穿心式千斤顶11、穿心式千斤顶11a、穿心式千斤顶11b、工具锚12、加压油箱13。
具体实施方式
如图1所示，预应力管桩分为N节，以四节为例，预应力管桩包括第一节预应力管桩1、第二节预应力管桩2、第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4；预应力管桩的连接如图1所示，相邻的每节预应力管桩之间通过套筒6连接；套筒6包括错开套接的外套筒6a和内套筒6b，外套筒6a套在内套筒6b上，外套筒6a和内套筒6b的半径相匹配，能够相互配合滑动；外套筒6a和内套筒6b重合时能够相互传递作用力；
如图1、图2所示，在第三节预应力管桩3底部焊接的加载钢板5a下焊接外套筒6a，在第四节预应力管桩4顶部焊接的加载钢板5b上焊接内套筒6b，外套筒6a和内套筒6b套在一起能够保证上下两根预应力管桩传递作用力，受力时又能分开从而留出一定的空间来进行后面的试验。同理，第二节预应力管桩2和第三节预应力管桩3之间的连接，第一节预应力管桩1和第二节预应力管桩2之间的连接均采用套筒。
所述的加载钢板中心开有通孔，且通孔的周向等间距开有三个扇形通槽，以便试验时加载扇8能够顺利通过，转动后又能提供加载的位置。
如图2所示，所述的第三节预应力管桩3底部焊接的加载钢板5a下所焊接的外套筒6a的侧壁上开有一个条形凹槽，相应的在第四节预应力管桩4顶部焊接的加载钢板5b上所焊接的内套筒6b上焊接有锚钉7，锚钉7能够在条形凹槽内滑动，防止第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4脱节；所述的相邻的预应力管桩间都有此套筒。
静荷载装置分为三种，静荷载装置一包括一个普通千斤顶9、设置在普通千斤顶9顶端的加载扇8a以及底端承脚的加载扇8b；静荷载装置二包括穿心式千斤顶11a、穿心式千斤顶顶端的加载扇8c和底端承脚的加载扇8d以及穿心式千斤的顶拉杆末端的加载扇8e；静荷载装置三包括穿心式千斤顶11b、穿心式千斤顶底端承脚的加载扇8g以及穿心式千斤顶下方拉杆末端连接的加载扇8f，穿心式千斤顶11b顶端设置有工具锚12。
如图3所示，转动式预应力管桩分段静载荷试验方法，具体包括如下步骤：
步骤1、将静荷载装置一通过钢管放到第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4的连接处，此时静荷载装置一中的加载扇8a和加载扇8b通过加载钢板5a的扇形通槽，直至加载扇8a和加载扇8b位于加载钢板5a和加载钢板5b之间；
步骤2、转动静荷载装置一使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，然后用普通千斤顶9加载，普通千斤顶9下方的加载扇8b与加载钢板5b接触提供静荷载力，普通千斤顶9上方的加载扇8a与加载钢板5a接触提供静载荷反力。对第三节预应力管桩3的试验与第四节预应力管桩4的试验相同。
步骤3、重复步骤1-2，对第三节预应力管桩3进行试验；
步骤4、对第二节预应力管桩2进行试验；
4-1．如图4所示，通过钢管将静荷载装置二放置到第一节预应力管桩1和第二节预应力管桩2的连接处，此时静荷载装置二中的加载扇8c通过加载钢板5c的扇形通槽，拉杆底端的加载扇8e处于第三节预应力管桩3和第四节预应力管桩4之间；
4-2.转动静荷载装置二使得加载扇与加载钢板扇形通槽错开，然后再用穿心式千斤顶11a加载，穿心式千斤顶11a推动加载扇8d与加载钢板5d、加载扇8c与加载钢板5c挤压，同时穿心式千斤顶11a拉杆拉动加载扇8e与加载钢板5e挤压；加载扇8d施加静荷载作用力，加载扇8c与加载扇8e一起提供静载荷反力。
步骤5、如图5所示，用静荷载装置三对第一节预应力管桩1进行试验；
5-1加载装置一处于第一节桩的桩顶时，拉杆末端的加载扇处于第3节管桩和第4节管桩之间；
5-2加压油箱13通过穿心式千斤顶11b加压。穿心式千斤顶11b通过底端承脚连接的加载扇8g挤压加载钢板5g从而给试验提供荷载；此时穿心式千斤顶11b拉杆连接的加载扇8f向上压加载钢板5f，拉杆向下拉工具锚12，工具锚12向下压千斤顶顶端从而给试验提供静载荷反力。
试验结束后放入钢筋笼然后灌浆，混凝土强度达到要求后即可当工程桩使用。