CN111535374B - 一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统及方法，包括底座、桩基、桩顶钢板、反力架、基准梁和扭转角测量装置；在地面以上的桩基上开设两个钢棒通道，所述的底座安置于桩基根部处的地面上，所述的底座由两块半环形钢板组成，环绕在桩基周围；桩基顶处的钢筋与桩顶钢板焊接，在所述的底座上焊接钢块，用于支撑卧式千斤顶，提供扭矩；在所述的底座上安放抗拉扭检测竖式千斤顶；在所述的桩顶钢板上安放抗压扭检测竖式千斤顶；在桩基及底座的周围一侧搭设扭转角测量装置，所述的扭转角测量装置包括左右两根支撑杆及之间搭设的刻度尺。本发明简单、方便，易操作，准确度好，适于推广应用。

Description

一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统及方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统及方法。

背景技术

随着经济的快速发展，大量的超高层建筑、输电线路杆塔、海上风力发电塔、海上钻井平台等用到桩基础。这类工程相比较普通工程，其上部结构时常受到诸如较大的风荷载、波浪荷载、轮船车辆撞击荷载等水平荷载的作用。这些水平荷载往往以偏心荷载的形式传递到桩基础上，导致桩基础在承受常规的竖向力、水平力及弯矩的基础上，还承受着扭矩的作用。普通工程中，扭矩荷载通常都较小，按照水平受荷桩的设计即可以满足承载力需要，然而，对于此类工程而言，其受到的扭矩荷载可能在某一瞬间增大至较大值，使得忽略扭矩荷载设计的桩基础偏于不安全。如美国曾有两栋高层建筑因在设计阶段未考虑扭矩作用对桩基承载力的影响，在受到飓风侵袭时桩基础产生了永久性扭转变形，从而引起巨额损失；在我国，也曾有高桩码头端部基桩因地震发生严重破坏，主要是由于发生地震时码头不仅产生了平动还产生不可忽视的扭转，这就使分布于端部的码头基桩比位于码头其它位置的基桩损坏更为厉害。为更好的保证桩基在工程中的安全使用，对其极限抗扭承载力的检测非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统及方法，该方法设计结构简单、方便易操作。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，包括底座、桩基、桩顶钢板、反力架、基准梁和扭转角测量装置；在桩基地面以上的部分开设两个钢棒通道，两个钢棒通道的高度位置相错开，在方向上交叉成X形，所述的钢棒通道用于插入钢棒，所述的钢棒上具有沿钢棒长度方向的刻度线；所述的底座安置于桩基根部处的地面上，与地面固定。所述的底座由两块半环形钢板组成，半环形钢板的两端为竖起连接端，两块半环形钢板相向放置并通过竖起连接端相拼接，环绕在桩基周围，两块半环形钢板的竖起连接端之间采用螺栓锚固；桩基顶处的钢筋与桩顶钢板焊接，在桩顶钢板放置激光笔；在所述的底座上焊接钢块，所述的钢块用于支撑卧式千斤顶；在所述底座上还设有抗拉扭检测竖式千斤顶安放点，抗拉扭检测竖式千斤顶搭设在底座与桩顶钢板之间；在所述的桩顶钢板上设有抗压扭检测竖式千斤顶安放点，在底座上设有对桩顶钢板向下施压的反力架，抗压扭检测竖式千斤顶设在桩顶钢板与反力架之间；在桩基及底座外的一侧搭设扭转角测量装置，所述的扭转角测量装置为水平搭设的刻度尺，所述的刻度尺与桩顶钢板上的激光笔为同一高度。

桩基顶处的钢筋与桩顶钢板焊接，在桩顶钢板中心处O点进行标注，向外延伸标出OC线，在OC线处放置激光笔，于OC线两侧分别从中心处O点向外延伸标出OA和OB两条线，且与OC线夹角均为30°。

所述的桩基上预留的两个钢棒通道位于桩基下部至中部位置。所述的钢棒中部为圆形管，两端为方形头，钢棒从距中心一段距离处像向两端由圆形渐变为方形。

在底座外桩基中点上方设有一个基准梁，在基准梁上设有位移计，位移计置于基准梁和桩顶钢板之间，用于测量桩顶竖向位移变化。

所述两块半环形钢板的连接端拼接处通过螺栓调整拼接距离。

所述的桩顶钢板的安装为：将桩基顶处的混凝土凿除使钢筋露出，将桩顶钢板与露出的钢筋焊接，焊接完成后将桩基顶处安装的桩顶钢板下的用高强度混凝土回填密实，也可在试验桩制作时直接将顶板与钢筋笼焊接，然后浇筑混凝土。

所述的可上下移动装置为伸缩杆。

所述的刻度尺中间配有水准泡，可用于将刻度尺调水平；刻度尺的刻度，按照激光笔转动的角度投射到刻度尺上的距离，离中间越远，刻度越稀疏。

所述的抗拉扭检测竖式千斤顶安放点、抗压扭检测竖式千斤顶安放点均为槽状，抗拉扭检测竖式千斤顶、抗压扭检测竖式千斤顶下部均带有滚珠，用于保证拉扭或压扭测试时，竖直方向提供拉力或压力的千斤顶能够跟随基桩的扭转而发生水平方向的微调，但竖直方向提供的拉力或压力不变。

所述的支撑卧式千斤顶的焊接钢块分别在两块半环形钢板上各设两个，相对于桩基中心对称的分布，共固定四个卧式千斤顶；所述的抗拉扭检测竖式千斤顶的位置在两块半环形钢板上各设两个，相对于桩基中心对称的分布，共固定四个抗拉扭检测竖式千斤顶；所述的抗压扭检测竖式千斤顶的位置在桩顶圆形钢板上设四个，相对于桩基中心对称的分布，共固定四个抗压扭检测竖式千斤顶。

所述反力架共两根，对称安装于底座上；所述的扭转角测量装置包括左右两根可上下调节高度的支撑杆，在两根支撑杆之间搭设刻度尺。

所述的扭转角测量装置包括左右两根可上下调节高度的支撑杆，在两根支撑杆之间搭设刻度尺。

所述的基准梁固定于地面，其固定点到试验桩的中心距离≥4d(d为桩径)且不小于2.5m，基准梁上设置竖向位移计，用于测量桩顶钢板受拉或受压时竖直方向的位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的桩基检测系统能够分别检测桩基的抗扭、抗拉扭、抗压扭多方位性能，解决了现有技术中缺少专用于检测桩基扭转承载力的专用检测装置或设备的问题。本发明的结构简单、方便，易操作，准确度好，适于推广应用。

附图说明

图1：桩基的结构示意图。

图2：桩基与桩顶钢板安装结构示意图。

图3：桩顶钢板示意图。

图4：底座示意图。

图5：底座结构示意图。

图6：底座、桩基、桩顶钢板结构示意图。

图7：桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统结构示意图。

图8：增加反力架的桩基的结构示意图。

图9：海上桩基的结构示意图。

图中：1-桩基，2-底座，3-桩顶钢板，4-钢棒通道，5-钢棒，6-竖起连接端，7-螺栓，8-激光笔，9-钢块，10-抗拉扭检测竖式千斤顶安放点，11-卧式千斤顶，12-抗拉扭检测竖式千斤顶，13-位移计，14-反力架，15-刻度尺，16-水准泡，17-抗压扭检测竖式千斤顶，18-基准梁，19-抗压扭检测竖式千斤顶安放点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种桩基1抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，包括底座2、桩基1、桩顶钢板3和扭转角测量装置；在桩基1地面以上的部分开设两个钢棒通道4，两个钢棒通道4的高度位置相错开，在方向上交叉成X形，所述的钢棒通道4用于插入钢棒5，所述的钢棒5上具有沿钢棒长度方向的刻度线；所述的底座2安置于桩基1根部处的地面上，所述的底座2由两块半环形钢板组成，半环形钢板的两端为竖起连接端6，两块半环形钢板相向放置并通过竖起连接端6相拼接，环绕在桩基1周围（不接触），两块半环形钢板的竖起连接端6之间采用螺栓7锚固；桩基1顶处的钢筋与桩顶钢板3焊接，在桩顶钢板3中心处O点进行标注，向外延伸标出OC线，在OC线处放置激光笔8，于OC线两侧分别从中心处O点向外延伸标出OA和OB两条线，且与OC线夹角均为30°；在所述的底座2上焊接钢块9，所述的钢块9用于支撑卧式千斤顶11；在底座2上还设有抗拉扭检测竖式千斤顶12安放点10，抗拉扭检测竖式千斤顶12搭设在底座2与桩顶钢板3之间；在底座2上还设有对桩顶钢板3向下施压的反力架14；在桩顶钢板3上设有抗压扭检测竖式千斤顶17安放点19，抗压扭检测竖式千斤顶17搭设于桩顶钢板3与反力架14之间；在桩基1及底座2外的一侧搭设扭转角测量装置，所述的扭转角测量装置为水平搭设的刻度尺15，所述的刻度尺15与桩顶钢板3上的激光笔8为同一高度。在基桩上部安放水平基准梁18，基准梁上布置位移计13。

钢棒5采用高强度的钢棒，钢棒中部为圆形，圆形的孔道更容易在桩基1中制作成型，中部圆形的长度大约控制在2m长左右（大部分桩直径都在1~3m之内），两端渐变为方形，两端方形使千斤顶可以更好地与钢棒5相接触而不打滑。插入钢棒5时，保证两端方形侧面与水平地面垂直。钢棒5上沿钢棒5长度方向标有刻度，在钢棒5两端与两个卧式千斤顶11相接触时，通过接触位置的刻度差可计算出两卧式千斤顶11之间的直线距离D，根据直线距离D与卧式千斤顶11的读数，可计算出扭矩。

所述的抗拉扭检测竖式千斤顶安放点10、抗压扭检测竖式千斤顶安放点19均为槽状，抗拉扭检测竖式千斤顶12、抗压扭检测竖式千斤顶17下部均带有滚珠，用于保证拉扭或压扭测试时，竖直方向提供拉力或压力的千斤顶能够跟随基桩的扭转而发生水平方向的微调，但竖直方向提供的拉力或压力不变。

两块环形钢板尺寸是偏大的，可通过长螺栓7调节其内圈的大小，环形钢板不夹紧桩基1，与桩基1保留部分距离，在扭矩作用下，桩基1会有所旋转，而钢板固定在地面。

所述的桩基1上预留的两个钢棒通道4位于桩基1下部至中部位置；所述的钢棒5中部为圆形管，两端为方形头，钢棒5从中部向两端由圆形渐变为方形。

所述的钢棒5上具有沿钢棒长度方向的刻度线。

所述两块半环形钢板的连接端拼接处通过螺栓7调整拼接距离。

所述的桩顶钢板3的安装为：将桩基1顶处的混凝土凿除使钢筋露出，将桩顶钢板3与露出的钢筋焊接，焊接完成后将桩基1顶处安装的桩顶钢板3下的用高强度混凝土回填密实。

所述的可上下移动装置选用伸缩杆。

所述的刻度尺15中间配有水准泡16，可用于将刻度尺15调水平；刻度尺15的刻度，按照激光笔8转动的角度投射到刻度尺15上的距离，离中间越远，刻度越稀疏。刻度尺15上刻度的依据为，刻度是根据O点到刻度尺15的垂直距离为L时，根据不同的扭转角绘制，所以在具体测量时，也要控制O点到刻度尺15的垂直距离为L。

所述的支撑卧式千斤顶11的焊接钢块9分别在两块半环形钢板上各设两个，相对于桩基1中心对称的分布，共固定四个卧式千斤顶11。所述的支撑卧式千斤顶11包括第一支撑卧式千斤顶、第二支撑卧式千斤顶、第三支撑卧式千斤顶和第四支撑卧式千斤顶；所述的第一支撑卧式千斤顶与第三支撑卧式千斤顶沿桩基中心对称，可通过带刻度的钢棒5读得第一支撑卧式千斤顶和第三支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D₁和D₂（D₁＞D₂）；所述的第二支撑卧式千斤顶与第四支撑卧式千斤顶沿桩基中心对称，可通过带刻度的钢棒5读得第二支撑卧式千斤顶和第四支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D₃和D₄（D₃＞D₄）。

所述的安放抗拉扭检测竖式千斤顶12的位置也在两块半环形钢板上各设两个，相对于桩基1中心对称的分布，共固定四个抗拉扭检测竖式千斤顶12。

所述的安放抗压扭检测竖式千斤顶17的安放点19在桩顶钢板3上，相对于桩基1中心对称的分布，共固定四个抗压扭检测竖式千斤顶17。

所述的在底座2上的两根反力架14，对称安装于底座2上，并保证四个抗压扭检测竖式千斤顶17能竖直顶于反力架14上，以提供桩基1向下的压力，从而得到桩基1压扭的测量效果。

桩基1抗扭、抗拉扭、抗压扭检测方法，包括以下步骤：

抗扭检测：

1)先凿除桩基1顶部混凝土，将暴露的钢筋与桩顶钢板3焊接，再回填混凝土，待混凝土达到强度；

2)将底座2两个半环形钢板根据桩基1直径调整间距，用螺栓7拉结，并固定于地面；

3)将两根钢棒5分别穿过桩基1预留的两个孔洞，两根钢棒5的两端各固定一个卧式千斤顶11，读取钢棒5上对称的卧式千斤顶11之间的距离，其中第一支撑卧式千斤顶和第三支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D1和D2（D1＞D2），第二支撑卧式千斤顶和第四支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D3和D4（D3＞D4）；

4)扭转角测量装置的校准；将激光笔8沿装置上OC线固定，从O点到刻度尺15中线距离为固定值L，通过调节支撑刻度尺15的两边支撑杆的高度，将刻度尺15与激光笔8调整到同一水平线，通过刻度尺15上的水准泡16调水平；

5)通过将激光笔8放置到OA和OB线上，调整刻度尺15的角度，当两次刻度绝对值相等时，则刻度尺15摆放正确；

6)对四个卧式千斤顶11同时进行分级加压，以此提供桩身扭矩，记录每级加压完成后激光笔8在刻度尺15上的读数ψ，即为扭转角度，记录每级加载荷载大小Q_i；则该级荷载作用下，桩的扭矩大小M=Q_i×（D₁-D₂）+Q_i×（D₃-D₄）；绘制扭转角度与施加扭矩的关系曲线，通过判断曲线的变化来判断是否破坏，从而得到最大扭矩。

抗拉扭检测：

1)先凿除桩基1顶部混凝土，将暴露的钢筋与桩顶钢板3焊接，再回填混凝土，待混凝土达到强度；

2)将底座2两个半环形钢板根据桩基1直径调整间距，用螺栓7拉结，并固定于地面；

3)固定基准梁18，固定位移计13，使其可以测量基准梁18与桩顶钢板3之间的竖向位移变化；

4)将两根钢棒5分别穿过桩基1预留的两个孔洞，两根钢棒5的两端各固定一个卧式千斤顶11，读取钢棒5上对称的卧式千斤顶11之间的距离，其中第一支撑卧式千斤顶和第三支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D1和D2（D1＞D2），第二支撑卧式千斤顶和第四支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D3和D4（D3＞D4）；

5)在底板与顶板之间对称安装四个抗拉扭检测竖式千斤顶12，用于提供桩顶的拉力；

6)准备开始测试，给抗拉扭检测竖式千斤顶12加压，加到指定压力；若指定压力为P，则每个千斤顶压力为P/4；观察千斤顶加压完成后位移计13的位移变化，并随时间记录，待位移稳定后开始下一步测试；

7)扭转角测量装置的校准；将激光笔8沿装置上OC线固定，从O点到刻度尺15中线距离为固定值L，通过调节支撑刻度尺15的两边支撑杆的高度，将刻度尺15与激光笔8调整到同一水平线，通过刻度尺15上的水准泡16调水平；

8)通过将激光笔8放置到OA和OB线上，调整刻度尺15的角度，当两次刻度绝对值相等时，则刻度尺15摆放正确；

9)对四个卧式千斤顶11同时进行分级加压，以此提供桩身扭矩，记录每级加压完成后激光笔8在刻度尺15上的读数ψ，即为扭转角度，记录每级加载荷载大小Q_i；则该级荷载作用下，桩的扭矩大小M=Q_i×（D₁-D₂）+Q_i×（D₃-D₄）；绘制扭转角度与施加扭矩的关系曲线，通过判断曲线的变化来判断是否破坏，从而得到最大扭矩。

抗压扭检测：

1)先凿除桩基1顶部混凝土，将暴露的钢筋与桩顶钢板3焊接，再回填混凝土，待混凝土达到强度；

2)将底座2两个半环形钢板根据桩基1直径调整间距，用螺栓7拉结，并固定于地面；

3)固定基准梁18，固定位移计13，使其可以测量基准梁18与桩顶钢板3之间的竖向位移变化；

4)将两根钢棒5分别穿过桩基1预留的两个孔洞，两根钢棒5的两端各固定一个卧式千斤顶11，读取钢棒5上对称的卧式千斤顶11之间的距离，其中第一支撑卧式千斤顶和第三支撑卧式千斤顶与钢棒相交的读数分别为D1和D2（D1＞D2），第二支撑卧式千斤顶和第四支撑卧式千斤顶；

5)与钢棒相交的读数分别为D3和D4（D3＞D4）；

6)将两根反力架14对称安装于底座2上，在桩顶钢板3与两反力架14间对称安装四个抗压扭检测竖式千斤顶17，用于提供桩顶压力；

7)准备开始测试，给抗压扭检测竖式千斤顶17加压，加到指定压力；若指定压力为P，则每个千斤顶压力为P/4；观察千斤顶加压完成后位移计13的位移变化，并随时间记录，待位移稳定后开始下一步测试；

8)扭转角测量装置的校准；将激光笔8沿装置上OC线固定，从O点到刻度尺15中线距离为固定值L，通过调节支撑刻度尺15的两边支撑杆的高度，将刻度尺15与激光笔8调整到同一水平线，通过刻度尺15上的水准泡16调水平；

9)通过将激光笔8放置到OA和OB线上，调整刻度尺15的角度，当两次刻度绝对值相等时，则刻度尺15摆放正确；

10)对四个卧式千斤顶11同时进行分级加压，以此提供桩身扭矩，记录每级加压完成后激光笔8在刻度尺15上的读数ψ，即为扭转角度，记录每级加载荷载大小Q_i；则该级荷载作用下，桩的扭矩大小M=Q_i×（D₁-D₂）+Q_i×（D₃-D₄）；绘制扭转角度与施加扭矩的关系曲线，通过判断曲线的变化来判断是否破坏，从而得到最大扭矩。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，对于海上桩基1，如图9所示，考虑将底座2替换成大型浮箱，四角固定于海床，从而达到水上测量的效果。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：包括底座、桩基、桩顶钢板、反力架、基准梁和扭转角测量装置；在桩基地面以上的部分开设两个钢棒通道，两个钢棒通道的高度位置相错开，在方向上交叉成X形，所述的钢棒通道用于插入钢棒，所述的钢棒上具有沿钢棒长度方向的刻度线；所述的底座安置于桩基根部处的地面上，与地面固定；所述的底座由两块半环形钢板组成，半环形钢板的两端为竖起连接端，两块半环形钢板相向放置并通过竖起连接端相拼接，环绕在桩基周围，两块半环形钢板的竖起连接端之间采用螺栓锚固；桩基顶处的钢筋与桩顶钢板焊接，在桩顶钢板放置激光笔；在所述的底座上焊接钢块，所述的钢块用于支撑卧式千斤顶；在所述底座上还设有抗拉扭检测竖式千斤顶安放点，抗拉扭检测竖式千斤顶搭设在底座与桩顶钢板之间；在所述的桩顶钢板上设有抗压扭检测竖式千斤顶安放点，在底座上设有对桩顶钢板向下施压的反力架，抗压扭检测竖式千斤顶设在桩顶钢板与反力架之间；在桩基及底座外的一侧搭设扭转角测量装置，所述的扭转角测量装置为水平搭设的刻度尺，所述的刻度尺与桩顶钢板上的激光笔为同一高度；所述的支撑卧式千斤顶的焊接钢块分别在两块半环形钢板上各设两个，相对于桩基中心对称的分布，共固定四个卧式千斤顶；所述的抗拉扭检测竖式千斤顶的位置在两块半环形钢板上各设两个，相对于桩基中心对称的分布，共固定四个抗拉扭检测竖式千斤顶；所述的抗压扭检测竖式千斤顶的位置在桩顶圆形钢板上设有四个，相对于桩基中心对称的分布，共固定四个抗压扭检测竖式千斤顶；在底座外桩基中点上方设有一个基准梁，在基准梁上设有位移计，位移计置于基准梁和桩顶钢板之间，用于测量桩顶竖向位移变化。

2.根据权利要求1所述的桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：在桩顶钢板中心处O点进行标注，向外延伸标出OC线，在OC线处放置激光笔，于OC线两侧分别从中心处O点向外延伸标出OA和OB两条线，且与OC线夹角均为30°。

3.根据权利要求1所述的桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：所述的桩基上预留的两个钢棒通道位于桩基下部至中部位置；所述的钢棒中部为圆形管，两端为方形头，钢棒从距离中部一段距离处向两端由圆形渐变为方形。

4.根据权利要求1所述的桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：所述两块半环形钢板的连接端拼接处通过螺栓调整拼接距离。

5.根据权利要求1所述的桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：所述的刻度尺中间配有水准泡，用于将刻度尺调水平；刻度尺的刻度，按照激光笔转动的角度投射到刻度尺上的距离，离中间越远，刻度越稀疏。

6.根据权利要求1所述的桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：所述的抗拉扭检测竖式千斤顶安放点、抗压扭检测竖式千斤顶安放点均为槽状，抗拉扭检测竖式千斤顶、抗压扭检测竖式千斤顶下部均带有滚珠，用于保证拉扭或压扭测试时，竖直方向提供拉力或压力的千斤顶能够跟随基桩的扭转而发生水平方向的微调，但竖直方向提供的拉力或压力不变。

7.根据权利要求1所述的桩基抗扭、抗拉扭、抗压扭检测系统，其特征在于：所述反力架共两根，对称安装于底座上；所述的扭转角测量装置包括左右两根可上下调节高度的支撑杆，在两根支撑杆之间搭设刻度尺。

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