CN107794957B - 超大直径单桩基础水平静载装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超大直径单桩基础水平静载装置，包括设置在桩身上的拉力机构、设置在桩身外的抓力机构、滑轮组件以及多段锚索，锚索包括首段锚索、中间段锚索以及末段锚索，首段锚索的一端与拉力机构连接，另一端与滑轮组件连接；末段锚索的一端与滑轮组件连接，另一端与抓力机构连接；中间段锚索围绕滑轮组件设置。采用所述装置的试验方法，在桩身上设置拉力机构；在桩身外设置抓力机构；设置滑轮组件，将首段锚索的一端与拉力机构连接，另一端与滑轮组件连接；将中间段锚索围绕滑轮组件设置；将末段锚索的一端与滑轮组件连接，另一端与抓力机构连接。与现有技术相比，本发明具有结构简单、操作方便、成本经济、实用性强等优点。

Description

超大直径单桩基础水平静载装置及试验方法

技术领域

本发明属于建筑基桩检测技术领域，具体涉及一种超大直径单桩基础水平静载装置及试验方法。

背景技术

水平静荷载试验是判断桩基水平承载力最为直接和准确的方法，通过静荷载试验可以求得地基土的侧向地基反力，确定地基土抗力合理的计算图式及相应的弹性地基系数，并得到试验桩的水平承载力。

海上单桩，特别是海上超大直径单桩水平承载能力远大于常规直径桩基础，和竖向承载力静荷载试验类似，水平力试验同样存在加载方法和加载吨位的问题。对于常规水工建筑物如码头桩基或海上风机基础海上单桩的水平力试验，若沿用过去的反力桩模式，打单桩作为反力桩，仅仅是反力单桩的材料费就动辄数百万元，且尚未考虑船机等费用。因此必须考虑新的反力模式，降低试桩费用。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、成本经济、实用性强的超大直径单桩基础水平静载装置及试验方法。

为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：

超大直径单桩基础水平静载装置，包括拉力机构、抓力机构、滑轮组件以及多段锚索，所述拉力机构设置在桩身上，所述抓力机构设置在所述桩身外侧并抛至海底，所述锚索包括首段锚索、中间段锚索以及末段锚索，所述首段锚索的一端与所述拉力机构固定连接，另一端与所述滑轮组件固定连接；所述末段锚索的一端与所述滑轮组件固定连接，另一端与所述抓力机构固定连接；所述中间段锚索围绕所述滑轮组件设置。

所述滑轮组件包括定滑轮、至少一个立柱以及至少一个动滑轮，所述定滑轮和所述立柱固定安装在所述桩身上；所述动滑轮设置在所述桩身外侧；所述首段锚索一端固定安装在所述拉力机构上，另一端固定安装在所述立柱上，其中间部分缠绕所述定滑轮和所述动滑轮设置；所述末段锚索的一端固定在最后一个动滑轮的中心轴上，另一端固定安装在所述抓力机构上；所述中间段锚索缠绕所述定滑轮和所述动滑轮设置，其中，所述中间段锚索的一端固定在所述立柱上，其依次绕过所述定滑轮和所述动滑轮设置，另一端固定安装在上一个动滑轮的中心轴上。

所述立柱和所述动滑轮的设置数量相同。

所述中间段锚索的设置数量比所述立柱或所述动滑轮的设置数量少一个。

所述桩身上还设置有加强钢结构作业平台。

所述拉力机构为卷扬机。

所述抓力机构为大抓力锚。

超大直径单桩基础水平静载试验方法，S1：在所述桩身上设置拉力机构；S2：在所述桩身外设置抓力机构；S3：设置滑轮组件，将所述首段锚索的一端与所述拉力机构固定连接，另一端与所述滑轮组件固定连接；将所述中间段锚索围绕所述滑轮组件设置；将所述末段锚索的一端与所述滑轮组件固定连接，另一端与所述抓力机构固定连接。

步骤S3中，将所述首段锚索一端固定安装在所述拉力机构上，其中间部分缠绕所述定滑轮和所述动滑轮设置，另一端固定安装在所述立柱上；将所述中间段锚索缠绕所述定滑轮和所述动滑轮设置，其中，所述中间段锚索的一端固定在所述立柱上，其依次绕过所述定滑轮和所述动滑轮设置，另一端固定安装在上一个动滑轮的中心轴上；将所述末段锚索的一端固定在最后一个动滑轮的中心轴上，另一端固定安装在所述抓力机构上。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明能够实现现场安装及拆卸，操作简单，可重复使用，省去了制作反力桩、固定反力装置或压重平台运输的高额费用，大大降低了投入成本；

本发明采用滑轮组件改变受力方向，且由于滑轮组件的省力特性，卷扬机仅需安置在桩身顶部且仅需施加远小于桩身的实际受力荷载，即可满足水平加载的需求；本发明通过卷扬机产生的拽曳力达到对超大直径单桩基础施加水平静载的目的，并配合法向大抓力锚提供张紧稳定的水平拉力；

本发明采用的大抓力锚具有稳定鳍、厚实且宽大、对各种底质的适应性强、啮土迅速、抓底稳定性好、抓重比高等优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本发明超大直径单桩基础水平静载装置结构示意图；

图2：如图1所示结构的俯视图；

图3：本发明中抓力组件的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1至图2所示，本实施例超大直径单桩基础水平静载装置，包括设置在桩身10上的拉力机构20、设置在桩身10外侧并抛至海底的抓力机构30、滑轮组件以及多段锚索50，所述锚索50包括首段锚索、中间段锚索以及末段锚索，所述首段锚索的一端与所述拉力机构20固定连接，另一端与所述滑轮组件固定连接；所述末段锚索的一端与所述滑轮组件固定连接，另一端与所述抓力机构30固定连接；所述中间段锚索围绕所述滑轮组件设置。本实施例能够实现现场安装及拆卸，操作简单，可重复使用，省去了制作反力桩、固定反力装置或压重平台运输的高额费用，大大降低了投入成本。

所述滑轮组件包括定滑轮12、至少一个立柱11以及至少一个动滑轮40，所述定滑轮12和所述立柱11固定安装在所述桩身10上；所述动滑轮40设置在所述桩身10外侧；所述首段锚索一端固定安装在所述拉力机构20上，另一端固定安装在所述立柱11上，其中间部分缠绕所述定滑轮12和所述动滑轮40设置；所述末段锚索的一端固定在最后一个动滑轮40的中心轴上，另一端固定安装在所述抓力机构30上；所述中间段锚索缠绕所述定滑轮12和所述动滑轮40设置，其中，所述中间段锚索的一端固定在所述立柱11，其依次绕过所述定滑轮12和所述动滑轮40设置，另一端固定安装在上一个动滑轮40的中心轴上。采用滑轮组件可改变受力方向，且由于动滑轮的省力特性，卷扬机仅需安置在桩身顶部且仅需施加远小于桩身的实际受力荷载，即可满足水平加载的需求。

所述立柱11和所述动滑轮40的设置数量相同，所述中间段锚索的设置数量比所述立柱11或所述动滑轮40的设置数量少一个。为增加滑动稳定性，首段锚索或中间段锚索依次绕过所述动滑轮40和定滑轮12，另一端固定安装在与所述动滑轮40相对应的立柱11上。在本实施例中，所述动滑轮40的设置数量并不限于如图1所示的两个，为进一步减少卷扬机提供的拉力，可以适当的增加动滑轮40的设置数量，所述立柱11和中间段锚索的数量也相应增加。

所述桩身10上还设置有加强钢结构作业平台13，所述加强钢结构作业平台13可增强桩身10的强度和刚性，同时为试桩提供作业平台。

所述拉力机构20优选为卷扬机，或其他可提供较大拽曳力的机构。

本实施例的抓力机构30优选为大抓力锚。锚的种类较多，按其结构和用途不同，可分为有杆锚、无杆锚、大抓力锚和特种锚等。有杆锚结构简单，爪力大(抓重比4～8)，抓底稳定性较好；但其抛锚和收藏不便，容易缠住锚索，在浅水锚地易刮坏船底。无杆锚抓土时两爪同时入土，结构简单、抛起锚作业和收藏方便；但其抓力小(抓重比2.5～4)，流转时容易耙松泥土而引起走锚。大抓力锚分有杆大抓力锚和无杆大抓力锚，其特点是锚爪宽且长、啮土深、稳定性好和抓重比大。特种锚的结构特点与普通锚不同，一般用于浮标、灯船、浮船坞及浮码头等永久性系泊。现阶段的船用锚市场以第一代无杆锚(主要是霍尔锚和斯贝克锚等)和第二代无杆锚(即无杆大抓力锚，主要是AC-14型锚等)为主，前者适用于大中型船舶，后者适用于超大型船舶。

本实施例要求锚有较好的定位稳定性。抛锚地的海底条件为淤泥质粉质粘土，地质较佳。结合锚的种类与用途分析，大抓力锚中的AC-14型锚，具有稳定鳍厚实且宽大、对各种底质的适应性强、啮土迅速、抓底稳定性好以及抓重比高(取值12～14)，并且，AC-14型大抓力锚的抓力至少为同等重量普通无杆锚两倍以上。综上，本实施例所述抓力机构30优选为大抓力锚中的AC-14型锚(如图3所示)。

本实施例超大直径单桩基础水平静载试验方法，包括以下步骤：

步骤一：在所述桩身10上设置拉力机构20，优选将卷扬机安装在所述桩身10的顶部；

步骤二：在所述桩身10外设置抓力机构30，优选设置大抓力锚中的AC-14型锚；

步骤三：安装滑轮组件，将所述首段锚索的一端与所述卷扬机固定连接，另一端与所述滑轮组件固定连接；将所述中间段锚索围绕所述滑轮组件设置；将所述末段锚索的一端与所述滑轮组件固定连接，另一端与所述大抓力锚固定连接。

在上述步骤三中，以设置有四个动滑轮40的实施例进行具体说明：

在本实施例中，四个所述动滑轮依次命名为第一动滑轮、第二个动滑轮、第三个动滑轮以及第四个动滑轮，与所述动滑轮依次对应的中间段锚索依次名称为第一中间段锚索、第二中间段锚索以及第三中间段锚索，与所述动滑轮依次对应的所述立柱依次命名为第一立柱、第二立柱、第三立柱以及第四立柱。

将所述首段锚索的一端固定安装在所述卷扬机上，其中间部分缠绕所述定滑轮和第一动滑轮设置，另一端固定安装在第一立柱上；将所述第一中间段锚索的一端固定在第二立柱上，其依次绕过所述定滑轮和第二动滑轮设置，另一端固定安装在第一动滑轮的中心轴上；将所述第二中间段锚索的一端固定在第三立柱上，其依次绕过所述定滑轮和第三动滑轮设置，另一端固定安装在第二动滑轮的中心轴上；将所述第三中间段锚索的一端固定在第四立柱上，其依次绕过所述定滑轮和第四动滑轮设置，另一端固定安装在第四动滑轮的中心轴上；将所述末段锚索的一端固定在第四动滑轮的中心轴上，另一端固定安装在所述AC-14型锚上。

本发明采用滑轮组件改变受力的方向，且由于滑轮组件的省力特性，卷扬机仅需安置在桩身顶部且仅需施加远小于桩身实际受力荷载，即可满足水平加载的需求。采用卷扬机施力提供拉力，利用滑轮组件和AC-14型锚共同改变卷扬机提供力的方向，为超大单桩基础提供水平方向的自反力；本发明能够实现现场安装及拆卸，操作简单，可重复使用，省去了制作反力桩、固定反力装置或压重平台运输的成本，大大降低了投入成本；因此，本发明具有良好的市场应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.超大直径单桩基础水平静载装置的试验方法，其特征在于，

包括拉力机构(20)、抓力机构(30)、滑轮组件以及多段锚索(50)，

所述拉力机构(20)设置在桩身(10)上，

所述抓力机构(30)设置在所述桩身(10)外侧，

所述锚索(50)包括首段锚索、中间段锚索以及末段锚索，

所述首段锚索的一端与所述拉力机构(20)固定连接，另一端与所述滑轮组件固定连接；

所述末段锚索的一端与所述滑轮组件固定连接，另一端与所述抓力机构(30)固定连接；

所述中间段锚索围绕所述滑轮组件设置；

所述滑轮组件包括定滑轮(12)、至少一个立柱(11)以及至少一个动滑轮(40)，

所述定滑轮(12)和所述立柱(11)固定安装在所述桩身(10)上；

所述动滑轮(40)设置在所述桩身(10)外侧；

所述首段锚索一端固定安装在所述拉力机构(20)上，另一端固定安装在所述立柱(11)上，其中间部分缠绕所述定滑轮(12)和所述动滑轮(40)设置；

所述末段锚索的一端固定在最后一个动滑轮(40)的中心轴上，另一端固定安装在所述抓力机构(30)上；

所述中间段锚索缠绕所述定滑轮(12)和所述动滑轮(40)设置，其中，所述中间段锚索的一端固定在所述立柱(11)，其依次绕过所述定滑轮(12)和所述动滑轮(40)设置，另一端固定安装在上一个动滑轮(40)的中心轴上；

试验方法包括如下步骤，

S1：在所述桩身(10)上设置拉力机构(20)；

S2：在所述桩身(10)外设置抓力机构(30)；

S3：设置滑轮组件，将所述首段锚索的一端与所述拉力机构(20)固定连接，另一端与所述滑轮组件固定连接；将所述中间段锚索围绕所述滑轮组件设置；将所述末段锚索的一端与所述滑轮组件固定连接，另一端与所述抓力机构(30)固定连接；

步骤S3中，

将所述首段锚索一端固定安装在所述拉力机构(20)上，其中间部分缠绕所述定滑轮(12)和所述动滑轮(40)设置，另一端固定安装在所述立柱(11)上；

将所述中间段锚索缠绕所述定滑轮(12)和所述动滑轮(40)设置，其中，所述中间段锚索的一端固定在所述立柱(11)上，其依次绕过所述定滑轮(12)和所述动滑轮(40)设置，另一端固定安装在上一个动滑轮(40)的中心轴上；

将所述末段锚索的一端固定在最后一个动滑轮(40)的中心轴上，另一端固定安装在所述抓力机构(30)上。

2.根据权利要求1所述的超大直径单桩基础水平静载装置的试验方法，其特征在于，所述立柱(11)和所述动滑轮(40)的设置数量相同。

3.根据权利要求1或2所述的超大直径单桩基础水平静载装置的试验方法，其特征在于，所述中间段锚索的设置数量比所述立柱(11)或所述动滑轮(40)的设置数量少一个。

4.根据权利要求1所述的超大直径单桩基础水平静载装置的试验方法，其特征在于，所述桩身(10)上还设置有加强钢结构作业平台(13)。

5.根据权利要求1所述的超大直径单桩基础水平静载装置的试验方法，其特征在于，所述拉力机构(20)为卷扬机。

6.根据权利要求1所述的超大直径单桩基础水平静载装置的试验方法，其特征在于，所述抓力机构(30)为大抓力锚。

Images