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申请/专利权人：上海勘测设计研究院有限公司

摘要：本发明提供一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，包括钢管桩、灌注段、嵌岩桩段、第一荷载箱、第二荷载箱和钢筋笼。本发明还提供上述布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的施工方法和自平衡法试验的试验方法。本发明充分利用了试验桩采用自平衡法比锚桩法耗时时间短的特点，可以为实际工程提供更准确的设计参数，有助于工程优化，降低工程造价；同时可以验证和实测嵌岩桩段本体的极限承载能力；也可验证和实测钢管桩内壁和灌注段的粘结能力；以及验证灌注段和嵌岩桩段的配筋合理性。

主权项：1.一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，其特征在于，包括钢管桩（1）、灌注段（2）、嵌岩桩段（4）、第一荷载箱（5）、第二荷载箱（6）和钢筋笼（7），所述钢管桩（1）沉桩到基岩的顶面上，所述钢管桩（1）内灌注有混凝土形成所述灌注段（2），所述灌注段（2）的下端从所述钢管桩（1）中伸出并嵌入基岩内形成嵌岩桩段（4）；所述灌注段（2）和嵌岩桩段（4）内配有钢筋笼（7），所述钢管桩（1）上靠近底部的位置设有第一荷载箱（5），第一荷载箱（5）的作用是用于验证和测量钢管桩（1）内壁与灌注段（2）的粘结能力；所述钢管桩（1）外壁上布置有多个测量桩身轴向承载能力的承载力监测元件（8），利用钢管桩（1）外侧布置的承载力监测元件（8）测量钢管桩（1）外侧岩土层的轴向承载能力；所述钢筋笼（7）上设有多个用于测量钢筋笼（7）的受力状态的应力应变监测元件（9），利用钢筋笼（7）上布置的应力应变监测元件（9）测量灌注段（2）和嵌岩桩段（4）内的钢筋笼受力；所述嵌岩桩段的底部设有第二荷载箱（6）；所述第二荷载箱（6）布置在钢筋笼（7）的底部，第二荷载箱（6）用于验证和测量嵌岩桩段（4）的轴向承载能力。

全文数据：布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩及其施工方法和试验方法技术领域[0001]本发明涉及建筑工程领域，特别是涉及一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩及其施工方法和试验方法，用在工程试桩阶段验证嵌岩粧的设计参数和结构安全性。背景技术[0002]随着我国基建工程的大规模，建设场址一定埋深存在基岩，由于覆盖层较浅，导致钢管桩基段的轴向承载力不能满足设计要求，需要进行嵌岩设计。常规的嵌岩桩一般是将钢管桩沉到基岩面顶，然后进行嵌岩钻孔施工，下放钢筋笼，最后在桩内浇筑混凝土。如果钢管桩较长，混凝土灌满桩内工程量非常高，经济性较差。钢管桩。随着工程的大量建设，发现对比嵌岩粧的工程试验数据和规范计算公式值，目前我国的嵌岩桩设计规范中抗拔承载力计算公式较为保守，特别是嵌岩深度小于三倍桩径的嵌岩段抗拔承载力没有合适的计算公式。在常规的试桩试验中，由于计算公式的保守，嵌岩桩段基本不能做到破坏，即使破坏也是体现在桩内配置的钢筋先发生屈服，从而难以验证嵌岩桩桩体的极限抗拔承载能力，所以怎样设计出合理的嵌岩桩长度有助于缩短施工工期，降低工程造价;其次，目前的钢管桩内壁与灌注段之间的粘结强度计算公式，参数取值范围较广，不利于设计人员进行准确设计;再者，灌注段和嵌岩桩段的钢筋笼设计若采用岩土工程计算方法远高于结构的强度配筋率，通过在钢筋笼上布置监测元件有助于准确判断结构配筋率。另外，由于嵌岩粧的抗拔承载能力较高，若采用锚粧法，需要锚粧提供较大的反力，即要求锚桩进入岩土层的深度会较深，对于浅覆盖层地区，锚粧法的稳定性风险较大。此外，采用在嵌岩桩不同的位置布置两个荷载箱，可以监测嵌岩桩结构的重点受力区域，避免了单个荷载箱不能将嵌岩桩段做破坏，导致桩身关键区域不能测量的风险。发明内容[0003]本发明要解决的第一个技术问题是提供一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩自平衡法试验方法，以克服现有嵌岩桩试验技术的上述缺陷。[0004]为实现上述目的，本发明提供一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩粧，包括钢管桩、灌注段、嵌岩桩段、第一荷载箱、第二荷载箱和钢筋笼，所述钢管桩内灌注有混凝土形成所述灌注段，所述灌注段的下端从所述钢管粧中伸出并嵌入基岩内形成嵌岩桩段;所述钢管桩上靠近底部的位置设有第一荷载箱，所述嵌岩粧段的底部设有第二荷载箱;所述灌注段和嵌岩桩段内配有钢筋笼，所述第二荷载箱布置在钢筋笼的底部。[0005]优选地，所述钢管粧的截面呈方形或者圆形。[0006]优选地，所述钢管桩外壁上布置有多个测量桩身轴向承载能力的承载力监测元件。[0007]优选地，所述钢筋笼上设有多个用于测量钢筋笼的受力状态的应力应变监测元件。[0008]优选地，所述钢管桩沉桩到所述基岩的顶面上[0009]本发明要解决的第二个技术问题是提供一种布置两级荷载箱的自平衡法试验护岩桩的施工方法，包括如下步骤：1A[0010]S1、将底部带有第一荷载箱和承载力监测元件的钢管桩沉桩到基岩的顶面上；[0011]S2、利用嵌岩钻机在钢管桩内向基岩钻孔，同时从钢管桩上方将土排出，直至基岩内钻孔的深度满足预设值；[0012]S3、在钢管粧内下放底部带有第二荷载箱和应力或应变监测元件的钢筋笼，直至基岩内孔底；[0013]S4、向钢管桩内灌注混凝土，混凝土的顶部高于钢筋笼的顶部。[0014]优选地，其特征在于:在步骤S1中，首先将第一荷载箱和的承载力监测元件预制在所述钢管桩上，将第二荷载箱和应力应变监测元件预制在所述钢筋笼上。[0015]本发明要解决的第三个技术问题是提供一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的试验方法，即开展自平衡法试验，先利用位于嵌岩粧段内的第二荷载箱进行轴向静载试验;再利用钢管桩内的第一荷载箱进行轴向静载试验。[0016]如上所述，本发明涉及的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩及其施工方法和试验方法，具有以下有益效果：[0017]1、本发明经济性好:充分利用了自平衡法比锚桩法耗时时间短的特点；可以为实际工程提供更准确的设计参数，有助于工程优化，降低工程造价；[0018]2、本发明便利性好:相比锚粧法，流程简单，辅助设备要求少；[0019]3、本发明目的性强：可以验证和实测嵌岩桩段本体的极限承载能力；可以验证和实测钢管桩内壁和灌注段的粘结能力，可以验证灌注段和嵌岩桩段的配筋率[0020]4、本发明安全性高:特别是浅覆盖层地g，由于嵌岩桩抗拔承载力较高，相对于锚桩法，自平衡法不需要锚粧，避免了提供反力的锚桩沉桩深度较深的要求。附图说明[0021]图1为本发明的两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的结构示意图。[0022]图2为本发明的底部带有第一荷载箱的钢管桩的结构示意图。[0023]图3为本发明的底部带有第二荷载箱的钢筋笼的结构示意图。[0024]元件标号说明[0025]1钢管桩[0026]2灌注段[0027]31基岩面[0028]32泥面4嵌岩桩段[003°]5第一荷载箱DQ31]6第二荷载箱[0032]7钢筋笼[0033]8承载力监测元件[0034]9应力域应变监测元件具体实施方式[0035]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。[0036]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭不的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间，，等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。[0037]现有技术中一般是将钢管桩插入泥中沉到基岩面顶，然后进行嵌岩钻孔施工，钻孔施工完毕后下放钢筋笼，最后在桩内浇筑混凝土，形成嵌岩桩。由于目前规范嵌岩桩抗拔承载力计算公式的保守性，嵌岩桩在试粧时一般都做不到嵌岩桩段本体破坏，通常破坏也是混凝土内部布置钢筋先发生屈服，所以很难验证嵌岩桩段本体的极限承载能力；另外规范中钢管桩内壁与灌注段的粘结力公式计算取值范围较宽，直接影响灌注段的设计长度，考虑到自平衡试桩法的作用力从下往上传递的特点，如果嵌岩桩段不发生破坏，仅在嵌岩粧段布置一个荷载箱不能验证钢管桩内壁与灌注段之间的粘结能力。[0038]如图1至图3所示，本发明提供一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，包括钢管桩1、灌注段2、嵌岩桩段4、第一荷载箱5、第二荷载箱6和钢筋笼7，所述钢管桩1内灌注有混凝土形成所述灌注段2，所述灌注段2的下端从所述钢管桩1中伸出并嵌入基岩内形成嵌岩粧段4;所述钢管粧1上靠近底部的位置设有第一荷载箱f5,所述嵌岩粧段4的底部设有第二荷载箱6，所述灌注段2和嵌岩桩段3内配有钢筋笼7，所述第二荷载箱6布置在钢筋笼7的底部，优选地，所述钢管粧1外壁上布置有多个测量桩身轴向承载能力的承载力监测元件8，承载力监测元件8的布置数量与土层的分布密切相关，例如承载力监测元件8沿钢管桩1的轴向设有多组，每组承载力监测元件8沿钢管桩1的径向均布;所述钢筋笼7上设有多个用于测量钢筋笼7的受力状态的应力应变监测元件9,应力应变监测元件9数量根据桩身受力特点确定，例如应力应变监测元件9沿钢筋笼7的轴向设有多组，每组应力应变监测元件9沿钢筋笼7的径向均布。本发明中第一荷载箱5的作用一是用于验证和测量钢管粧1内壁与灌注段2的粘结能力，二是利用钢管粧1外侧布置的承载力监测元件7测量钢管桩1外侧岩土层的轴向承载能力，三是利用钢筋笼7上布置的的应力应变监测元件测量灌注段2和嵌岩桩段3内的钢筋笼受力;第二荷载箱6主要用于验证和测量嵌岩粧段4的轴向承载能力，第一荷载箱5和第二荷载箱6可通过线缆油管等伸出钢管桩1与液压装置连接，承载力监测元件8和应力应变监测元件9可通过线缆和测量设备相连，这是本领域的常规技术手段，不再赘述。[0039]优选地，所述灌注段2和嵌岩桩段4一体浇筑成型，且内部共用一个钢筋笼7,所述第二荷载箱6布置在钢筋笼7的底部，所述钢管桩1、嵌岩桩段4、灌注段2和钢筋笼7形成一个整体，且四者中心轴线对应，钢筋笼7布置于嵌岩桩段4和灌注段2的内部，可以增加混凝土结构的抗拉压强度，起到防止混凝土结构开裂或避免开裂过大的作用。在本发明中嵌岩桩段4是指嵌入基岩中的钢筋混凝土段，灌注段2是指除嵌岩桩段4的位于钢管桩1内的钢筋混凝土段，灌注段2长度由设计荷载大小确定。[0040]优选地，所述钢管桩1的截面呈方形、圆形或者其他形状，具体根据工程需要确定。优选地，所述钢管桩1穿过泥面并沉桩至所述基岩的顶面上。[0041]如图1至图3所示，本发明提供上述布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的施工方法，包括如下步骤：[0042]S1、首先将第一荷载箱5和承载力监测元件8预制在所述钢管桩i上，将第二荷载箱和应力应变监测元件9预制在所述钢筋笼7上，然后将底部带有第一荷载箱5的钢管粧丄穿过泥面32沉桩到基岩的顶面上，基岩的顶面指基岩面31;[0043]S2、利用嵌岩钻机在钢管桩丨内向基岩钻孔，同时从钢管桩丨上方将土排出，直至基岩内钻孔的深度满足预设值；[0044]S3、在钢管粧1内下放底部带有第二荷载箱6和应力应变监测元件9的钢筋笼7，直到钢筋笼7的底部到达基岩内孔底；[0045]S4、向钢管桩1内灌注混凝土，并使灌注好的混凝土顶部高于钢筋笼7的顶部。[0046]如图1至图3所示，本发明提供上述布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的试验方法，包括如下步骤：[0047]开展自平衡法试验，先利用位于嵌岩桩段4内的第二荷载箱6进行轴向静载试验，主要测试嵌岩桩段4的轴向承载力;再利用钢管桩丨内的第一荷载箱5进行轴向静载试验，一是测量钢管桩1内壁与灌注段2之间的粘结能力，二是测量钢管桩丨外侧岩土层的轴向承载能力，三是测量灌注段2和嵌岩桩段4内的钢筋笼受力，上述两次试验的顺序不能颠倒。对于嵌岩粧段4的轴向静载试验，不管嵌岩桩段4是否破坏，都不会影响钢管桩i的轴向静载试验。米用钢管桩1内的第一荷载箱5进行二次轴向静载试验，同时也弥补了嵌岩粧段4的第二荷载箱6不能测量钢管1内壁与灌注桩3之间的粘结能力的不足。[0048]综上所示，嵌岩桩段4的第二荷载箱6可以验证和实测嵌岩桩段本体的极限承载能力；钢管桩1的第一荷载箱5可在验证和实测钢管桩丨内壁和灌注段2的粘结能力的同时，可以验证和实测嵌岩桩段4本体的极限承载能力；以及验证灌注段2和嵌岩桩段4的配筋合理性。通过两次静载试验，有利于了解整根试验嵌岩桩的轴向承载能力和安全性，便于设计人员把握后续工程嵌岩桩的设计与安装。[0049]综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。[0050]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

权利要求：1.一种布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，其特征在于，包括钢管粧（1、灌注段2、嵌岩粧段⑷、第一荷载箱5、第二荷载箱⑹和钢筋笼7，所述钢管桩⑴内灌注有混凝土形成所述灌注段2，所述灌注段2的下端从所述钢管桩（1中伸出并嵌入基岩内形成嵌岩桩段4;所述钢管桩1上靠近底部的位置设有第一荷载箱5，所述嵌岩桩段的底部设有第二荷载箱6;所述灌注段2和嵌岩桩段⑶内配有钢筋笼7，所述第二荷载箱⑹布置在钢筋笼⑺的底部。2.根据权利要求1所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，其特征在于.所述钢管桩⑴的截面呈方形或者圆形。3.根据权利要求1所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，其特征在于:所述钢管桩1外壁上布置有多个测量桩身轴向承载能力的承载力监测元件8。4.根据权利要求1或3所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩粧，其特征在于:所述钢筋笼C7上设有多个用于测量钢筋笼7的受力状态的应力应变监测元件。5.根据权利要求1所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩，其特征在于:所述钢管桩1沉桩到所述基岩的顶面上。6.—种权利要求1至5任一项所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：51、将底部带有第一荷载箱5和承载力监测元件⑻的钢管桩q沉桩到基岩的顶面上；52、利用嵌岩钻机在钢管桩1内向基岩钻孔，同时从钢管桩（D上方将土排出，直至基岩内钻孔的深度满足预设值；53、在钢管桩（1内下放底部带有第二荷载箱6和应力应变监测元件9的钢筋笼7，直至基岩内孔底；54、向钢管桩⑴内灌注混凝土，混凝土的顶部高于钢筋笼⑺的顶部。7.根据权利要求6所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的施工方法，其特征在于:在步骤si中，首先将第一荷载箱¾和的承载力监测元件幻预制在所述钢管桩（丄）上，将第二荷载箱⑹和应力应变监测元件9预制在所述钢筋笼7上。、8.—种权利要求1至5任一项所述的布置两级荷载箱的自平衡法试验嵌岩桩的试验方法，其特征在于:开展自平衡法试验，先利用位于嵌岩桩段4内的第二荷载箱⑹进行轴向静载试验;再利用钢管桩1内的第一荷载箱⑸进行轴向静载试验。

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