测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置及方法

技术领域

本发明属于公路建设技术领域，具体涉及一种测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置及方法，主要用于测试公路、铁路、建筑等地基的承载能力和基础与地基之间的摩擦性能。

背景技术

众所周知，所有基础设施的基础均是作用在地基土体上，当上部构筑物荷载或者其偏心过大时，易造成地基土体发生破坏或构筑物发生侧向移动，进而引发构筑物倒塌、倾斜等事故。因此，国家和行业相关标准规范均规定，应通过现场试验测试出地基承载力和基础与地基土体的摩擦性能，并计算出构筑物的安全稳定系数。该现场试验属于破坏性试验，要求足够的反向竖向荷载；另外，为了保证试验结果的可靠性，需要在同一种地基土体上开展多组平行试验。

为了开展此类现场试验，常常通过工字钢搭接或者焊接构成反力架装置，而后通过在反力架上堆载大量的沙袋或混凝土梁形成足够的反力荷载。采用该装置开展现场试验时存在多个缺陷：（1）当地基承载力较大时，为了加载至地基土体发生破坏，需要更多的反力荷载，堆载高度就要增加，堆载体的稳定性变差，存在着安全性问题；（2）通过焊接形成的反力架装置较重，需要采用吊车进行移动或安装，难以长途运输，不能重复利用；（3）一次拼搭的反力架装置下侧空间有限，不能够完成同一土体的多组现场试验，需要再次移动反力架装置，浪费人力和机械成本。因此如何克服现有技术的不足是目前本技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种能够同时利用地基锚固力和竖向堆载沙包作为反力荷载、便于拆卸运输、能够重复利用、可开展多组平行试验的测试地基承载力和摩擦力的现场试验装配式反力装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置，其特征在于，包括：

地锚圆管、地脚钢板、竖梁、横梁、反力梁、连接钢板、承载木板、荷载板、千斤顶、垫片、传立柱和滑动套筒；

所述的地脚圆管包括圆钢管和套接固定在圆钢管上部的第一钢板；第一钢板上设有多个螺孔；

竖梁包括矩形钢管，矩形钢管的上端设有螺孔，下端固定连接有设有多个螺孔的第二钢板；

横梁为两端设有多个螺孔的槽钢；

反力梁包括工字钢、钢板条和翼板，工字钢的一端设有螺孔，另一端底部与钢板条固定连接（优选采用焊接），且钢板条轴向与工字钢轴向相平行；同时，在另一端的上部与带有螺孔的翼板固定连接；工字钢轴向与翼板的轴向垂直；

地脚钢板数量不少于4个；

地脚钢板的四周设有通孔，地脚圆管的圆钢管底端穿过通孔后，第一钢板与地脚钢板通过螺栓和螺母固定连接；第一钢板设于地脚钢板上；且每个地脚钢板与多个地脚圆管相连；

地脚钢板中部设有多个螺孔，通过该螺孔及螺栓、螺母与竖梁的第二钢板固定连接；

相邻两个竖梁的上端之间通过横梁固定连接；

横梁的数量与反力梁数量相同；

反力梁的翼板固定在横梁的中间位置处；

所有反力梁设有螺孔的一端通过连接钢板连接成一体；

将承载木板铺放在横梁和反力梁上；

将滑动套筒的滑槽套在反力梁钢板条或工字钢下侧，在滑动套筒的底部依次安装传力柱、垫片、千斤顶、荷载板。

进一步，优选的是，所述的地脚圆管采用的圆钢管外径小于8cm。

进一步，优选的是，每个地脚钢板上通孔的数量和与该地脚钢板相连的地脚圆管数量相同。

进一步，优选的是，每个地脚钢板上通孔的数量为4。

进一步，优选的是，横梁的数量有4个。

测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验方法，采用上述测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置，包括如下步骤：

步骤（1），确定地基土体的测试范围，平整场地，标定所有地锚圆管的位置，标定位置处钻孔，孔深略大于地锚圆管的圆钢管管底至第一钢板之间的长度，孔径略大于圆钢管外径；

步骤（2），将地脚钢板的通孔放在地面钻孔上，将地脚圆管的圆钢管底端穿过通孔进入钻孔中，通过螺栓和螺母将地锚圆管与地脚钢板连接；

步骤（3），向钻孔内灌入水泥砂浆，直至钻孔孔壁与地脚圆管之间冒浆为止；

步骤（4），待水泥砂浆初凝后，通过螺栓和螺母将竖梁固定在地脚钢板上，将横梁固定在竖梁上；

步骤（5），将反力梁的翼板插入横梁的中间位置处，通过螺栓和螺母固定，而后采用连接钢板依次固定反力梁，使所有反力梁形成一个整体；

步骤（6），将承载木板铺放至横梁和反力梁上，然后采用螺栓和螺母固定；

步骤（7），在承载木板上堆载荷载直至满足反力荷载的要求；

步骤（8），将滑动套筒的滑槽套入反力梁钢板条或工字钢下侧，滑动至试验点位，在滑动套筒的下侧，自下而上依次安装荷载板、千斤顶、垫片、传力柱；

步骤（9），进行地基承载力和剪切摩擦试验；

步骤（10），待此试验点位试验完成后，移动滑动套筒至下一个试验点位，开展平行试验，直至满足标准规范的要求；

步骤（11），试验完成后，卸下荷载，拆除传立柱、垫片、千斤顶、载荷板，通过旋出螺栓和螺母依次拆卸承载木板、反力梁、横梁、竖梁，并拆卸连接钢板、地脚钢板和地锚圆管。

进一步，优选的是，荷载为沙包。

试验过程中无需搬迁本发明测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置。

本发明反力荷载为地基锚固力和堆载沙包的重量。

本发明中“地基承载力和剪切摩擦试验”按照常规方法进行，本发明对此不做改进。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明结构新颖，所有的构件均是通过螺栓和螺母装配而成，可拆卸、便于移动、能够重复利用；该反力装置能够同时利用地基锚固力和上部沙包堆载，能够减小堆载的高度，减小试验安全隐患；现场试验点位可在反力梁范围内选取，可开展多组平行现场试验，节约试验成本。

附图说明

图1是本发明的反力装置的示意图。

图2是本发明的反力装置的侧视图。

图3是本发明的反力装置的俯视图。

图4是本发明的地锚圆管结构示意图。

图5是本发明的地脚钢板结构示意图。

图6是本发明的竖梁结构示意图。

图7是本发明的横梁结构示意图。

图8是采用本发明的反力梁结构示意图。

图9是采用本发明的连接钢板结构示意图。

图10是采用本发明的滑动套筒结构示意图。

图中：1-地锚圆管；2-地脚钢板；3-竖梁；4-横梁；5-反力梁；6-连接钢板；7-承载木板；8-翼板；9-荷载板；10-千斤顶；11-垫片；12-传立柱；13-滑动套筒。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1至图10所示，测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置，包括：地锚圆管1、地脚钢板2、竖梁3、横梁4、反力梁5、连接钢板6、承载木板7、荷载板9、千斤顶10、垫片11、传立柱12和滑动套筒13；

所述的地脚圆管1包括圆钢管和套接固定在圆钢管上部的第一钢板（优选采用焊接）；第一钢板上设有多个螺孔；

竖梁3包括矩形钢管，矩形钢管的上端设有螺孔，下端固定连接有设有多个螺孔的第二钢板（优选采用焊接）；

横梁4为两端设有多个螺孔的槽钢；

反力梁5包括工字钢、钢板条和翼板8，工字钢的一端设有螺孔，另一端底部与钢板条固定连接（优选采用焊接），且钢板条轴向与工字钢轴向相平行；同时，在另一端的上部与带有螺孔的翼板8固定连接；工字钢轴向与翼板8的轴向垂直；

地脚钢板2数量不少于4个；

地脚钢板2的四周设有通孔，地脚圆管1的圆钢管底端穿过通孔后，第一钢板与地脚钢板2通过螺栓和螺母固定连接；第一钢板设于地脚钢板2上；且每个地脚钢板2与多个地脚圆管1相连；

地脚钢板2中部设有多个螺孔，通过该螺孔及螺栓、螺母与竖梁3的第二钢板固定连接；

相邻两个竖梁3的上端之间通过横梁4固定连接；

横梁4的数量与反力梁5数量相同；

反力梁5的翼板8固定在横梁4的中间位置处，优选采用搭接、螺栓和螺母使得反力梁5与横梁4连接成整体；

所有反力梁5设有螺孔的一端通过连接钢板6连接成一体；

将承载木板7铺放在横梁4和反力梁5上；

将滑动套筒13的滑槽套在反力梁5钢板条或工字钢下侧，在滑动套筒13的底部依次安装传力柱12、垫片11、千斤顶10、荷载板9。

优选，所述的滑动套筒13第三钢板和滑槽焊接而成，第三钢板设于滑槽底部，滑动套筒13可沿反力梁5工字钢下侧、钢板条滑动。

优选，所述的地脚圆管1采用的圆钢管外径小于8cm。

优选，每个地脚钢板2上通孔的数量和与该地脚钢板2相连的地脚圆管1数量相同。

优选，每个地脚钢板2上通孔的数量为4。

优选，横梁4的数量有4个。

测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验方法，采用上述测试地基承载力和摩擦力的装配式现场试验装置，包括如下步骤：

根据相关标准规范的要求和前期勘察资料，预估地基承载力大小和地基土体的侧摩阻力，确定荷载板的尺寸，确定地基土体的测试范围和试验点位，合理确定钻孔的深度和堆载荷载的大小；

平整场地，标定所有地锚圆管的位置，通过钻孔设备在标定位置处钻孔，钻孔深度略大于地锚圆管管底至钢板之间的长度，孔径略大于圆钢管外径；

向钻孔内灌入水泥砂浆，直至钻孔孔壁与地脚圆管之间冒浆为止；

步骤（4），待水泥砂浆初凝后，通过螺栓和螺母将竖梁固定在地脚钢板上，将横梁固定在竖梁上；

步骤（5），将反力梁的翼板插入横梁的中间位置处，通过螺栓和螺母固定，而后采用连接钢板依次固定反力梁，使所有反力梁形成一个整体；

步骤（6），分别将多块承载木板铺放至横梁和反力梁上，然后采用螺栓和螺母固定；

步骤（7），在承载木板上堆载荷载直至满足反力荷载的要求；

步骤（8），将滑动套筒的滑槽套入反力梁的钢板条或工字钢下侧，滑动至试验点位，在滑动套筒的下侧，自下而上依次安装荷载板、千斤顶、垫片、传力柱；

步骤（9），进行地基承载力和剪切摩擦试验；

步骤（10），待此试验点位试验完成后，移动滑动套筒至下一个试验点位，开展平行试验，直至满足标准规范的要求；

步骤（11），试验完成后，卸下荷载，拆除传立柱、垫片、千斤顶、载荷板，通过旋出螺栓和螺母依次拆卸承载木板、反力梁、横梁、竖梁，并拆卸连接钢板、地脚钢板和地锚圆管。

优选，荷载为沙包。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。