一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做方法

摘要

一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做方法，属于岩土工程试验技术领域。检测装置包括试验桩、加载系统与数据采集系统；试验桩由实心桩、挖孔桩和钢板组成；加载系统由受压杆、扩大盘、液压千斤顶、加压油管、钢梁组成；锚筋将试验桩和加载系统连接在一体；数据采集系统由位移传感器、数据存储器、数据线、电脑组成；位移传感器将加载系统与数据采集系统连接在一起，与试验桩形成整体检测装置。本发明装置简单、实用性强，解决了锚桩法需要布设多根锚桩、堆载法场地限制和自平衡测试技术荷载箱无法回收的问题，且在试验结束后受压杆可进行回收，试验桩注浆后仍可作为工程桩使用，节能环保，极大的降低了试验成本。

权利要求

1.一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置，包括试验桩体（1）、加载系统（2）和数据采集系统（3），其特征在于试验桩体（1）由实心桩段（B）、挖孔桩段（A）和钢板（4）组成，挖孔桩段（A）沿轴心线预留贯通桩轴的预留孔洞（7），实心桩段（B）、挖孔桩段（A）外截面和钢板（4）的截面形状及大小一致，实心桩段（B）和挖孔桩段（A）均竖直放置，挖孔桩段（A）置于实心桩段（B）之上且二者轴心线重合，钢板（4）水平放置于实心桩段（B）和挖孔桩段（A）交界处；加载系统（2）由受压杆（5）、扩大盘（8）、加压控制箱（9）、加压油管（10）、液压千斤顶（11）和钢梁（12）构成，受压杆（5）由一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹的组合钢柱（17）首尾相连、拼接组成，受压杆（5）截面面积小于预留孔洞（7）的截面面积，受压杆（5）竖直插入预留孔洞（7）放置在钢板（4）之上，扩大盘（8）截面形状为圆形，放置在受压杆（5）顶端，扩大盘（8）的截面面积大于受压杆（5）的截面面积，液压千斤顶（11）放置在扩大盘（8）顶部，加压控制箱（9）为架设在地面上的矩形截面装置，侧面设置有油管接头，加压油管（10）连接在加压控制箱（9）的侧面油管接头上，加压控制箱（9）通过加压油管（10）连接在液压千斤顶（11）上，钢梁（12）下翼缘的形心正中位置与液压千斤顶（11）顶端接触连接，受压杆（5）、扩大盘（8）、液压千斤顶（11）、钢梁（12）、钢板（4）的轴心线重合；锚筋（6）为高强钢筋，布置在挖孔桩段（A）靠近截面边缘位置，上端焊接在加载系统（2）的钢梁（12）两侧面，下端绑扎在挖孔桩段（A）内的纵向受力主筋上并浇筑在挖孔桩段（A）中，将试验桩体（1）和加载系统（2）连接在一起；数据采集系统（3）由位移传感器（13）、数据传输线（15）、电脑（14）和数据存储器（16）组成，数据存储器（16）架设在地面上，两侧均设有数据传输接口，位移传感器（13）的触探端连接在钢板（4）上和预留孔洞（7）内侧壁，数据端连接在数据存储器（16）侧面的传输接口，数据传输线（15）把电脑（14）和数据存储器（16）串联在一起；加载系统（2）布设在试验桩体（1）上，通过锚筋（6）连接到一起，数据采集系统（3）架设在地面上，通过位移传感器（13）与试验桩体（1）、加载系统（2）连接形成整体，形成可回收自平衡法桩基承载力检测装置。

2.根据权利要求1所述的可回收自平衡法桩基承载力检测装置，其特征在于：所述的受压杆（5）截面的形心与预留孔洞（7）在同一轴线上，沿预留孔洞（7）插入到钢板（4）之上。

3.根据权利要求1所述的可回收自平衡法桩基承载力检测装置，其特征在于：所述的挖孔桩段（A）、实心桩段（B）内配有纵向受力主筋。

4.根据权利要求1所述的可回收自平衡法桩基承载力检测装置的施做方法，其特征在于，其步骤为：

步骤1：浇筑试验桩体（1）：以圆形截面桩为例，按照相关设计要求，制作钢筋笼下放浇筑混凝土成实心桩段（B），在实心桩段（B）和挖孔桩段（A）交界处放置钢板（4），同时在实心桩段（B）截面边缘附近位置布设锚筋（6），锚筋（6）高出地面预设的高度，下端绑扎在挖孔桩段（A）的纵向受力主筋上，继续向上浇筑成挖孔桩段（A）至设计高度，挖孔桩段（A）形心处设置预留孔洞（7），实心桩段（B）、挖孔桩段（A）、预留孔洞（7）的形心保持在同一轴线上；

步骤2：安装加载系统（2）：待混凝土达到设计强度后，拼装一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹的组合钢柱（17）首尾相连成受压杆（5），竖直插入预留孔洞（7）直到钢板（4）之上，扩大盘（8）安装在受压杆（5）顶端，液压千斤顶（11）接触式安装在扩大盘（8）顶端，钢板（4）、受压杆（5）、预留孔洞（7）、扩大盘（8）、液压千斤顶（11）的形心保持在同一轴线上，加压油管（10）将液压千斤顶（11）和加压控制箱（9）串联在一起；

步骤3：连接试验桩体（1）和加载系统（2）：锚筋（6）的下端绑扎在挖孔桩段（A）的纵向受力主筋上，与挖孔桩段（A）浇筑形成整体，锚筋（6）的上端焊接在加载系统（2）的钢梁（12）两侧面，将试验桩体（1）和加载系统（2）连接在一起；

步骤4：安装数据采集系统（3）：在钢板（4）和预留孔洞（7）内壁上布设位移传感器（13），并接入架设在地面上的数据存储器（16），数据传输线（15）把数据存储器（16）和电脑（14）串联在一起读取位移数据；

步骤5：安装完毕后，调试加载系统（2）和数据采集系统（3）；

步骤6：试验装置调试完毕后，加载系统（2）施加荷载，数据采集系统（3）测得位移绘制Q‑S曲线，得到桩基承载力数据；

步骤7：试验结束后，运用起重设备将受压杆（5）从预留孔洞（7）中吊出回收；若该桩为工程桩，则预留孔洞（7）中填筑混凝土并振捣填实、按照设计高度切割锚筋（6）后可继续作为承载桩使用；

步骤8：按照步骤1～步骤6的步骤重复测试下一根桩，直至所测桩数满足要求。

说明书

一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程试验技术领域，具体涉及可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做技术。

背景技术

[0002] 近年来，随着国民经济和施工技术的不断发展和进步，涌现出许多超高层建筑、大跨径桥梁和海洋隧道，巨大的上部荷载使得基础沉降量增大，而桩基础作为一种提高承载
力、减少沉降量的工程措施，在诸如季节性冻土、湿陷性黄土、软土等各种不良地质条件下
得到了广泛的应用，因此如何科学评价基桩承载力、选择合理的设计参数显得尤为重要。传
统的桩基静载试验包括堆载法和锚桩法，前者主要存在的问题是需要解决几百吨甚至上千
吨的堆载物的来源、存放和运输吊装问题，耗时耗力；后者因为必须设置多根锚桩及反力大
梁，设备造价高昂且容易受场地条件和吨位的限制，测试时不能充分发挥基桩的潜力，难以
得到可靠的数据，以至于不能对基桩承载力进行科学合理的评价。

[0003] 新型测试技术如桩基自平衡静载试验是基于改进传统静载试验的反力系统发展而来的，称之为O‑Cell法，国内称为自平衡法；作为一种新的桩基承载力检测手段，因该技
术受场地条件限制较少，故而特别适用于一些特殊工程，如深基坑工程的桩基承载力检测
试验。但该测试技术的主要缺陷在于，其主要设备——荷载箱是一种特别设计可用于加载
的设备，造价高昂；使用时焊接在钢筋笼上，试验完毕后无法回收。

[0004] 因此，从环保节俭等各个角度出发，亟需对现有技术和设备进行重新设计与发明。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做方法。

[0006] 本发明是一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做方法，可回收自平衡法桩基承载力检测装置，包括试验桩体1、加载系统2和数据采集系统3，试验桩体1由实心桩段
B、挖孔桩段A和钢板4组成，挖孔桩段A沿轴心线预留贯通桩轴的预留孔洞7，实心桩段B、挖
孔桩段A外截面和钢板4的截面形状及大小一致，实心桩段B和挖孔桩段A均竖直放置，挖孔
桩段A置于实心桩段B之上且二者轴心线重合，钢板4水平放置于实心桩段B和挖孔桩段A交
界处；加载系统2由受压杆5、扩大盘8、加压控制箱9、加压油管10、液压千斤顶11和钢梁12构
成，受压杆5由一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹的组合钢柱17首尾相连、拼接组
成，受压杆5截面面积小于预留孔洞7的截面面积，受压杆5竖直插入预留孔洞7放置在钢板4
之上，扩大盘8截面形状为圆形，放置在受压杆5顶端，扩大盘8的截面面积大于受压杆5的截
面面积，液压千斤顶11放置在扩大盘8顶部，加压控制箱9为架设在地面上的矩形截面装置，
侧面设置有油管接头，加压油管10连接在加压控制箱9的侧面油管接头上，加压控制箱9通
过加压油管10连接在液压千斤顶11上，钢梁12下翼缘的形心正中位置与液压千斤顶11顶端
接触连接，受压杆5、扩大盘8、液压千斤顶11、钢梁12、钢板4的轴心线重合；锚筋6为高强钢
筋，布置在挖孔桩段A靠近截面边缘位置，上端焊接在加载系统2的钢梁12两侧面，下端绑扎
在挖孔桩段A内的纵向受力主筋上并浇筑在挖孔桩段A中，将试验桩体1和加载系统2连接在
一起；数据采集系统3由位移传感器13、数据传输线15、电脑14和数据存储器16组成，数据存
储器16架设在地面上，两侧均设有数据传输接口，位移传感器13的触探端连接在钢板4上和
预留孔洞7内侧壁，数据端连接在数据存储器16侧面的传输接口，数据传输线15把电脑14和
数据存储器16串联在一起；加载系统2布设在试验桩体1上，通过锚筋6连接到一起，数据采
集系统3架设在地面上，通过位移传感器13与试验桩体1、加载系统2连接形成整体，形成可
回收自平衡法桩基承载力检测装置。

[0007] 本发明的可回收自平衡法桩基承载力检测装置的施做方法，其步骤为：

[0008] 步骤1：浇筑试验桩体1：以圆形截面桩为例，按照相关设计要求，制作钢筋笼下放浇筑混凝土成实心桩段B，在实心桩段B和挖孔桩段A交界处放置钢板4，同时在实心桩段B截
面边缘附近位置布设锚筋6，锚筋6高出地面预设的高度，下端绑扎在挖孔桩段A的纵向受力
主筋上，继续向上浇筑成挖孔桩段A至设计高度，挖孔桩段A形心处设置预留孔洞7，实心桩
段B、挖孔桩段A、预留孔洞7的形心保持在同一轴线上；

[0009] 步骤2：安装加载系统2：待混凝土达到设计强度后，拼装一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹的组合钢柱17 首尾相连成受压杆5，竖直插入预留孔洞7直到钢板4之
上，扩大盘8安装在受压杆5顶端，液压千斤顶11接触式安装在扩大盘8顶端，钢板4、受压杆
5、预留孔洞7、扩大盘8、液压千斤顶11的形心保持在同一轴线上，加压油管10将液压千斤顶
11和加压控制箱9串联在一起；

[0010] 步骤3：连接试验桩体1和加载系统2：锚筋6的下端绑扎在挖孔桩段A的纵向受力主筋上，与挖孔桩段A浇筑形成整体，锚筋6的上端焊接在加载系统2的钢梁12两侧面，将试验
桩体1和加载系统2连接在一起；

[0011] 步骤4：安装数据采集系统3：在钢板4和预留孔洞7内壁上布设位移传感器13，并接入架设在地面上的数据存储器16，数据传输线15把数据存储器16和电脑14串联在一起读取
位移数据；

[0012] 步骤5：安装完毕后，调试加载系统2和数据采集系统3；

[0013] 步骤6：试验装置调试完毕后，加载系统2施加荷载，数据采集系统3测得位移绘制Q‑S曲线，得到桩基承载力数据；

[0014] 步骤7：试验结束后，运用起重设备将受压杆5从预留孔洞7中吊出回收；若该桩为工程桩，则预留孔洞7中填筑混凝土并振捣填实、按照设计高度切割锚筋6后可继续作为承
载桩使用；

[0015] 步骤8：按照步骤1～步骤6的步骤重复测试下一根桩，直至所测桩数满足要求。

[0016] 本发明的有益效果：本发明采用分离桩体和加载系统的方式，提出一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置，其主要的优点是：（1）该装置使用空间小，特别适用于坡地、水
上、基坑底、狭窄场地；（2）该装置使用液压千斤顶提供荷载，费用低，测试周期短，大大减少
了工程量，有利于增加试桩的数量；（3）试验结束后，运用起重设备将组合钢柱吊出回收再
利用，大量节约资源；（4）在试验桩预留孔洞注浆后仍可作为承载桩使用，经济效益显著。

附图说明

[0017] 图1为本发明的装置整体示意图；图2为组合钢柱5的标准段预制钢柱示意图，各分段之间通过凸螺纹旋进凹字形螺纹的方式连接；图3为锚筋与钢梁焊接示意图。

[0018] 附图标记及对应名称为：试验桩体1、加载系统2、数据采集系统3、实心桩段B、挖孔桩段A、钢板4、受压杆5、锚筋6、预留孔洞7、扩大盘8、加压控制箱9、加压油管10、液压千斤顶
11、钢梁12、位移传感器13、电脑14、数据传输线15、数据存储器16、组合钢柱17。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明。在本发明原则内，所做的修改、等同替换和改进都属于本发明的
保护范围。

[0020] 如图1、2、3所示，本发明是一种可回收自平衡法桩基承载力检测装置及施做方法，其结构包括：试验桩体1、加载系统2和数据采集系统3；试验桩体1由实心桩段B、挖孔桩段A
和钢板4组成，挖孔桩段A沿轴心线预留贯通桩轴的预留孔洞7，实心桩段B、挖孔桩段A外截
面和钢板4的截面形状及大小一致，实心桩段B和挖孔桩段A均竖直放置，挖孔桩段A置于实
心桩段B之上且二者轴心线重合，钢板4水平放置于实心桩段B和挖孔桩段A交界处；加载系
统2由受压杆5、扩大盘8、加压控制箱9、加压油管10、液压千斤顶11和钢梁12构成，受压杆5
由一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹的组合钢柱17首尾相连、拼接组成，受压杆5
截面面积小于预留孔洞7的截面面积，受压杆5竖直插入预留孔洞7放置在钢板4之上，扩大
盘8截面形状为圆形，放置在受压杆5顶端，扩大盘8的截面面积大于受压杆5的截面面积，液
压千斤顶11放置在扩大盘8顶部，加压控制箱9为架设在地面上的矩形截面装置，侧面设置
有油管接头，加压油管10连接在加压控制箱9的侧面油管接头上，加压控制箱9通过加压油
管10连接在液压千斤顶11上，钢梁12下翼缘的形心正中位置与液压千斤顶11顶端接触连
接，受压杆5、扩大盘8、液压千斤顶11、钢梁12、钢板4的轴心线重合；锚筋6为高强钢筋，布置
在挖孔桩段A靠近截面边缘位置，上端焊接在加载系统2的钢梁12两侧面，下端绑扎在挖孔
桩段A内的纵向受力主筋上并浇筑在挖孔桩段A中，将试验桩体1和加载系统2连接在一起；
数据采集系统3由位移传感器13、数据传输线15、电脑14和数据存储器16组成，数据存储器
16架设在地面上，两侧均设有数据传输接口，位移传感器13的触探端连接在钢板4上和预留
孔洞7内侧壁，数据端连接在数据存储器16侧面的传输接口，数据传输线15把电脑14和数据
存储器16串联在一起；加载系统2布设在试验桩体1上，通过锚筋6连接到一起，数据采集系
统3架设在地面上，通过位移传感器13与试验桩体1、加载系统2连接形成整体，形成可回收
自平衡法桩基承载力检测装置。

[0021] 如图1所示，试验桩体1由挖孔桩段A、实心桩段B和交界处的钢板4三部分组成；实心桩段B为实心桩体，按照设计图纸正常配筋；挖孔桩段A为截面形心处预设孔洞7且增配锚
筋6的桩体；钢板4的截面形状、截面面积与挖孔桩段A、实心桩段B一致，位置在挖孔桩段A和
是实心桩段B的分界处，厚度0.08 0.10m；预留孔洞7截面以圆形为例，直径为0.3 0.5m；受
~ ~
压杆 5高出桩顶0.5 0.8m，截面形状以圆形截面为例，直径为0.1 0.3m；扩大盘8为圆形截
~ ~
面，厚度0.08 0.10m，截面直径比分段组合钢柱5大0.08 0.10m；电脑14内装有控制算法、数
~ ~
据采集与变形测试软件的驱动软件。

[0022] 如图1、2所示，组合钢柱17每段长5m，一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹，直径比形心挖孔桩段A直径小5 10cm，具体设计长度应按照桩长布置。
~

[0023] 如图1、3所示，钢梁12为常用热轧工字钢，型号为20#A，尺寸为200*100*7.0mm；锚筋6选用HRB400、直径为32mm的高强螺纹钢筋，高出A段顶面1.0 1.2m，焊接在钢梁12的两侧
~
边。

[0024] 如图1所示，本发明的基于自平衡技术的可回收桩基静载试验装置的施做方法，其步骤为：

[0025] 步骤1：浇筑试验桩体1：以圆形截面桩为例，按照相关设计要求，制作钢筋笼下放浇筑混凝土成实心桩段B，在实心桩段B和挖孔桩段A交界处放置钢板4，同时在实心桩段B截
面边缘附近位置布设锚筋6，锚筋6高出地面一定高度，下端绑扎在挖孔桩段A的纵向受力主
筋上，继续向上浇筑成挖孔桩段A至设计高度，挖孔桩段A形心处设置预留孔洞7，实心桩段
B、挖孔桩段A、预留孔洞7的形心保持在同一轴线上；

[0026] 步骤2：安装加载系统2：待混凝土达到设计强度后，拼装一端带倒凸字形螺纹、另一端带凹字形螺纹的组合钢柱17 首尾相连成受压杆5，竖直插入预留孔洞7直到钢板4之
上，扩大盘8安装在受压杆5顶端，液压千斤顶11接触式安装在扩大盘8顶端，钢板4、受压杆
5、预留孔洞7、扩大盘8、液压千斤顶11的形心保持在同一轴线上，加压油管10将液压千斤顶
11和加压控制箱9串联在一起；

[0027] 步骤3：连接试验桩体1和加载系统2：锚筋6的下端绑扎在挖孔桩段A的纵向受力主筋上，与挖孔桩段A浇筑形成整体，锚筋6的上端焊接在加载系统2的钢梁12两侧面，将试验
桩体1和加载系统2连接在一起；

[0028] 步骤4：安装数据采集系统3：在钢板4和预留孔洞7内壁上布设位移传感器13，并接入架设在地面上的数据存储器16，数据传输线15把数据存储器16和电脑14串联在一起读取
位移数据；

[0029] 步骤5：安装完毕后，调试加载系统2和数据采集系统3；

[0030] 步骤6：试验装置调试完毕后，加载系统2施加荷载，数据采集系统3测得位移绘制Q‑S曲线，得到桩基承载力数据；

[0031] 步骤7：试验结束后，运用起重设备将受压杆5从预留孔洞7中吊出回收；若该桩为工程桩，则预留孔洞7中填筑混凝土并振捣填实、按照设计高度切割锚筋6后可继续作为承
载桩使用；

[0032] 步骤8：按照步骤1～步骤6的步骤重复测试下一根桩，直至所测桩数满足要求。

[0033] 本发明的主要原理为：（1）作用力与反作用力原理：在实心桩和挖孔桩交界处设置钢板，将桩身分为上下两部分，液压千斤顶加载时锚筋受向上拉力，同时通过预留孔洞内插
入的受压杆对钢板产生向下压力。（2）检测原理：在作用力与反作用力原理下，液压千斤顶
通过受压杆和钢板下压使实心桩产生向下位移，由于锚筋和钢梁组成的反力系统使得挖孔
桩产生向上位移，绘制对应的“Q‑S曲线”，判断桩基承载力。（3）回收原理：测量结束以后，拆
除钢梁、液压千斤顶、扩大盘，按照设计高度切割锚筋，运用起重设备将受压杆从挖孔桩的
预留孔洞中分段吊出回收，拆除各构件以便再次组装利用，上端桩体的预留孔洞内填筑混
凝土并振捣填实后可作为承载桩使用。