一种单桩嵌固式水平静载试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是涉及一种单桩嵌固式水平静载试验装置及其试验方法。

背景技术

根据我国现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2018的规定，承担水平荷载的基桩桩顶在上部基础中的锚固连接有两种状态，一种是桩顶嵌入基础足够深，上部基础限制桩头的转动，达到嵌固的状态，该种连接形式基桩承载力大大提高；一种是桩顶伸入基础50mm~100mm，基础对桩基的约束作用有限，无法限制桩头的转动，认为桩顶处于铰接状态。

根据现行规范《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011，工程桩施工完毕后，需进行基桩承载力的试验。针对桩顶嵌固到基础中的连接形式，如何在试验加载时模拟出桩顶的嵌固状态，是能否准确测定基桩水平承载力的关键，目前国内规范、标准中没有相关桩顶嵌固状态下基桩水平承载力检测试验方法和装置。

例如公布号为CN111424734A的发明专利，公开了一种用于桩基水平静载试验的可调加载装置及其试验方法。该专利包括加载系统、反力系统和测量系统；加载系统由穿心千斤顶、承载螺杆、传力螺母、横梁和两个横梁托架组成；横梁为钢桁架结构，横梁中部等间距设置有径向圆形通孔；反力系统由标准槽道、两个三角反力架和反力架固定螺杆组成；两个三角反力架侧面相对、平行设置，通过反力架固定螺杆固定在标准槽道上，横梁搁置在横梁托架上并靠紧在反力架受力面。在承载螺杆的另一侧安装力传感器并通过动态应变仪连接计算机，实时显示荷载数值。

又例如公布号为CN112695816A的发明专利，公开了一种基桩水平载荷试验检测方法。该发明根据基桩的位置，选择至少两根工程桩作为水平载荷试验的受力作用点；调节传力筒的长度，将卧式千斤顶上的夹持部与进行水平载荷试验检测的基桩接触相抵，将传力筒上的夹持部与工程桩接触相抵；在进行水平载荷试验检测的基桩的受力的水平面以及该水平面以上40 50cm的位置上均安装位移传感器；开启卧式千斤顶进行基桩水平载荷试验检测。

现存技术仅针对桩基在桩端自由状态下的水平静载试验，未模拟桩基在实际嵌固状态下的水平承载力。因此，亟需一种以工程项目实例为依托的单桩嵌固式水平静载试验装置及其试验方法，以模拟桩顶在嵌固状态下受到的水平承载力，真实反映桩基承受水平荷载的能力。

发明内容

为了解决上述提到的问题，本发明提供一种单桩嵌固式水平静载试验装置及其试验方法。

第一方面，本发明提供的一种单桩嵌固式水平静载试验装置，采用如下的技术方案：

一种单桩嵌固式水平静载试验装置，包括：

钢桁架和夹紧装置，所述钢桁架与夹紧装置固定连接，所述夹紧装置固定夹紧试桩；

反力桩，设置在试桩的一侧，所述反力桩和试桩之间设置千斤顶，用于提供水平推力；

百分表，连接试桩底部，用于监测试桩的位移。

进一步地，所述钢桁架与夹紧装置之间设置有垫钢板。

进一步地，所述设置在钢桁架的一端下部设置有钢滚轴，所述钢滚轴的下方设置反力支墩。

进一步地，所述百分表的监测端靠在试桩外侧，百分表的另一端连接有基准梁。

进一步地，所述基准梁由基准桩限制固定。

进一步地，所述试桩与千斤顶之间依次设置有垫块、球铰和压力传感器。

进一步地，所述反力桩和千斤顶之间设置有垫块和反力梁。

进一步地，所述反力桩的设置多组，每组反力桩之间通过反力梁连接。

进一步地，所述夹紧装置的内侧设置有千斤顶，通过千斤顶将试桩顶紧。

第二方面，一种单桩嵌固式水平静载试验装置的试验方法，包括：

通过夹紧装置预夹紧试桩；

通过夹紧装置上的千斤顶顶紧试桩；

通过反力桩和试桩之间的千斤顶向试桩施加水平压力；

通过百分表监测试桩的位移。

综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

（1）通过钢桁架及夹紧装置对桩顶进行限制，模拟桩在实际工程中桩顶的嵌固状态。在该条件下进行的单桩水平静载试验，可以真实反映桩基在实际工作条件下的水平承载力。

（2）为保证试验过程中钢桁架与桩顶连接牢固，及桩顶嵌固效果的有效发挥，钢桁架与试桩之间采用夹紧装置连接，夹紧装置内部设置千斤顶，使用过程中每个千斤顶等应力作用于试桩外表面，逐渐夹紧牢固。采用等应力加压的方式，可以避免因试桩表面不平整造成个别千斤顶夹紧力不足，导致试验过程中夹紧装置及钢桁架发生移位。

（3）本发明结构简单、构件常规，理论上没有竖向荷载加载最大值的限制，具有极高的推广和应用价值。该装置的加载能力取决于钢桁架自身的承载力，因此可根据实际试验需要调整梁的材料及尺寸，以满足试验要求。另外，反力梁、反力桩的设置可以根据现场实际应用情况，能够提供足够反力支撑即可，不必完全按照“π”型反力支撑设置。

附图说明

图1是本发明实施例的一种单桩嵌固式水平静载试验装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的一种单桩嵌固式水平静载试验装置的另一结构示意图。

图3是本发明实施例的一种单桩嵌固式水平静载试验装置的剖面图。

其中，1、钢桁架；2、夹紧装置；3、钢板；4、千斤顶；5、垫块；6、球铰7、压力传感器；8、反力梁；9、百分表；10、基准桩；11、基准梁；12、钢滚轴。

实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参照图1，本实施例的一种单桩嵌固式水平静载试验装置，包括：

钢桁架1和夹紧装置，所述钢桁架1与夹紧装置固定连接，所述夹紧装置固定夹紧试桩；反力桩，设置在试桩的一侧，所述反力桩和试桩之间设置千斤顶4，用于提供水平推力；百分表9，连接试桩底部，用于监测试桩的位移。

所述钢桁架1与夹紧装置之间设置有垫钢板3。所述设置在钢桁架1的一端下部设置有钢滚轴12，所述钢滚轴12的下方设置反力支墩。所述百分表9的监测端靠在试桩外侧，百分表9的另一端连接有基准梁11。所述基准梁11由基准桩10限制固定。所述试桩与千斤顶4之间依次设置有垫块5、球铰6和压力传感器7。所述反力桩和千斤顶4之间设置有垫块5和反力梁8。所述反力桩的设置多组，每组反力桩之间通过反力梁8连接。所述夹紧装置的内侧设置有千斤顶4，通过千斤顶4将试桩顶紧。

具体的，

本实施例的一种单桩嵌固式水平静载试验装置，包括：

钢滚轴12、钢桁架1、钢板3、夹紧装置、千斤顶4、垫块5、球铰6、压力传感器7、反力梁8、百分表9、基准桩10、基准梁11。钢桁架1与夹紧装置连接牢固，中间垫钢板3，夹紧装置固定夹紧试桩，钢桁架1另一端放置在钢滚轴12上部，钢滚轴12放置在反力支墩上部；百分表9监测端靠在试桩外侧，另一端与基准梁11固定连接，基准梁11由基准桩10限制；试桩与反力桩之间由垫块5、球铰6、压力传感器7、千斤顶4、垫块5、反力梁8连接，反力桩另一端分别通过反力梁8与另一反力桩相连，形成“π”字型反力支撑。

作为进一步地实施方式，

如图2和3所示，一种单桩嵌固式水平静载试验装置的制作组装包括：钢滚轴12、钢桁架1、钢板3、夹紧装置、千斤顶4、垫块5、球铰6、压力传感器7、反力梁8、百分表9、基准桩10、基准梁11。首先，设置反力支墩，反力支墩上部放置钢滚轴12，钢滚轴12上部放置钢桁架1，钢桁架1另一端用锚栓固定连接夹紧装置，中间垫钢板3；然后，将夹紧装置预夹紧，装置内部的千斤顶4顶推至试桩周边，使其固定在试桩上，百分表9监测端靠在试桩另一侧，百分表9与基准梁11连接牢固，基准桩10锚固在地面，用来限制固定基准梁11。最后，反力梁8与反力桩连接，组成“π”型反力支撑，反力桩与试桩之间由垫块5、球铰6、压力传感器7、千斤顶4、垫块5连接。千斤顶4预加载，确保装置安装牢靠，该千斤顶4提供水平静载，即水平推力。

实施例2

本实施例提供一种单桩嵌固式水平静载试验装置的试验方法，包括：

通过夹紧装置预夹紧试桩；

通过夹紧装置上的千斤顶4顶紧试桩；

通过反力桩和试桩之间的千斤顶4向试桩施加水平压力；

通过百分表9监测试桩的位移。

具体的，

试验装置组装完成后，夹紧装置处于预夹紧状态，通过调节内部千斤顶4，使其等应力施加压力，待各千斤顶4对试桩施加的应力满足设计要求时，停止夹紧，此时夹紧装置与试桩连接牢靠，在外力作用下不产生位移变形，可看成为一个整体。

水平推力荷载施加：

水平推力加载程序按单向多循环加卸荷载法，具体如下：

通过液压千斤顶4对试验桩进行水平逐级加（卸）荷载，荷载计量由数字式测力仪控制，取设计最大试验荷载的1/10作为每级加载量。每次加载后，恒载4min测读试桩水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次完成1级荷载的试验观测，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应严格准确，试验不得中途停止。

按照该方法进行逐级循环加载，若出现以下情况可停止加载：

可加载至桩顶出现较大水平位移或桩身产生破坏，或达到设计要求的最大加载值，两个条件满足其一则加载终止。

试验结束：

试桩试验数据汇总，判定试桩是否满足设计要求。试验完成后，拆除水平静载试验装置，便于重复使用。

本发明适用于桩基工程中，单桩水平静载试验检测。

作为进一步地实施方式，

单桩嵌固式水平静载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：设置反力支墩，反力支墩上部放置钢滚轴12，钢滚轴12上部放置钢桁架1，钢桁架1另一端用锚栓固定连接夹紧装置，中间垫钢板3。

步骤二：将夹紧装置预夹紧，装置内部的千斤顶4顶推至试桩周边，使其固定在试桩上，百分表9监测端靠在试桩另一侧，百分表9与基准梁11连接牢固，基准桩10锚固在地面，用来限制固定基准梁11。

步骤三：反力梁8与反力桩连接，组成“π”型反力支撑，反力桩与试桩之间由垫块5、球铰6、压力传感器7、千斤顶4、垫块5连接。千斤顶4预加载，确保装置安装牢靠，该千斤顶4提供水平静载，即水平推力。

步骤四：试验装置组装完成后，夹紧装置处于预夹紧状态，通过调节内部千斤顶4，使其等应力施加压力，待各千斤顶4对试桩施加的应力满足设计要求时，停止夹紧，此时夹紧装置与试桩连接牢靠，在外力作用下不产生位移变形，可看成为一个整体。

步骤五：水平推力加载程序按单向多循环加卸荷载法，通过液压千斤顶4对试验桩进行水平逐级加（卸）荷载，荷载计量由数字式测力仪控制，取设计最大试验荷载的1/10作为每级加载量。每次加载后，恒载4min测读试桩水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次完成1级荷载的试验观测，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应严格准确，试验不得中途停止。

按照该方法进行逐级循环加载，若出现以下情况可停止加载：

可加载至桩顶出现较大水平位移或桩身产生破坏，或达到设计要求的最大加载值，两个条件满足其一则加载终止。

步骤六：试桩试验数据汇总，判定试桩是否满足设计要求。试验完成后，拆除水平静载试验装置，便于重复使用。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。