1.本发明属于桩基工程承载力静载荷检测技术领域，具体涉及一种桩基水平承载力自平衡检测装置及方法。
背景技术：
2.桩基工程作为土木工程深基础的一部分，是上部结构荷载传递到地基的重要形式，特别是随着国家基础设施建设走向高、大、重、异型、多环境(平原、山地、水区、地下)的特点，桩基工程的应用越来越广泛，体量越来越大，投资越来越高。为了判别桩基的质量和设计承载能力是否满足要求，桩基必须进行检测。桩基静载荷试验是最直接的必须试验。竖向静载荷试验常采用堆载法、锚桩法，锚杆法或结合法，但是由于其投入大、耗时长，在一些特殊场地条件下引发安全问题，甚至难以完成，因此后期又开发了自平衡竖向承载力方法，由此自平衡桩基检测法带给行业新的思路。
3.但是桩基的水平静载荷试验仍然采用传统的锚桩(墩)反力法，该方法同样具有耗时长、投入大，且很多情况下试验桩及锚桩在试验后无法再作工程桩使用等缺点，因此，发展桩基水平承载力自平衡测试方法，具有填补领域内全球工程科学空白的意义，并具有广泛的工程前景。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种桩基水平承载力自平衡检测装置及方法，可以用于桩基水平承载力自平衡测试，具有简便、高效、适用性强的特点。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明公开了一种桩基水平承载力自平衡检测装置及方法，装置包括桩身上段和桩身下段，所述桩身上段和桩身下段之间合围形成封闭的荷载箱，所述荷载箱的中心开设有灌注混凝土通道，通道内壁采用两片半圆形弧板对封隔断通道内混凝土；所述荷载箱内设置有水平位移驱动部件、导向部件和位移计，所述水平位移驱动部件用于驱动桩身上段和桩身下段之间产生反向的水平位移，所述导向部件用于对桩身上段和桩身下段之间位移时进行导向，所述位移计用于测量荷载箱处上下板之间的水平位移差值，所述桩身上段和桩身下段上均设置有钢筋应力计，所述钢筋应力计在桩身上段和桩身下段的位移方向一前一后布设。荷载箱在灌注通道和外侧沿分别设置一对对合式密封板；荷载箱上板上表面设有可移动的两个半圆形盖板；上板有注浆管通向地面，可以在测试完成后向荷载箱空间内注入水泥砂浆或混凝土。本发明装置和方法可以用于桩基水平承载力自平衡测试，代替复杂的、成本高昂的、特殊条件下甚至是不可能实现的传统水平承载力静载测试方法，具有简便、高效、低成本的特点。
7.进一步，所述桩身上段包括上钢筋笼、与所述上钢筋笼固定的上圆盘、固定于所述上圆盘外沿的第一外弧形钢板，所述桩身下段包括下钢筋笼、与所述下钢筋笼固定的下圆盘、固定于所述下圆盘外沿的第二外弧形钢板，所述第二外弧形钢板和第一外弧形钢板沿
位移方向前后布置，所述第一外弧形钢板、第二外弧形钢板、上圆盘和下圆盘之间组合形成所述荷载箱的密闭空间。
8.进一步，所述水平位移驱动部件包括前固定座、千斤顶、后固定座，所述前固定座和后固定座分别与上圆盘和下圆盘固定连接，所述千斤顶的两端分别与前固定座和后固定座连接，，每个千斤顶的推进轴线与导向部件的方向平行。
9.进一步，所述上钢筋笼和下钢筋笼的结构相同，以上钢筋笼为例，包括呈圆形均布的若干桩身主筋以及将所述桩身主筋连接的桩身箍筋，桩身上段上的钢筋应力计沿桩身上段全长布设，桩身下段上的钢筋应力计沿桩身下段局部布设。
10.进一步，所述桩身上段上还设置有线路通道管，桩身上段上的测试线沿线路通道管的外表面导出地面，桩身下段上的测试线沿下钢筋笼外表面连至下圆盘，通过下圆盘开口进入荷载箱内，再经上圆盘线路通道管内导至地面。
11.进一步，所述桩身上段和桩身下段之间还设置有吊挂件，所述吊挂件分列在位移方向的两侧，所述吊挂件包括挂槽、t型吊杆，所述t型吊杆的上段固定在上圆盘的下表面，所述t型吊杆的下端扩大头与所述挂槽配合，所述挂槽固定在所述下圆盘的上表面；所述挂槽由两角钢相对设置而成，所述角钢的背面设置有角钢连接板。
12.进一步，所述导向部件包括位移限向块和与所述位移限向块配合的限向块槽板，所述上圆盘上沿设置有位移限向块和限向块槽板，所述下圆盘上对应设置有与其配合的限向块槽板和位移限向块；所述导向部件视下段钢筋笼重量需要也可兼做吊挂件。
13.进一步，所述上圆盘的上表面设置有截桩部件，所述截桩部件包括两个能够闭合后完全盖住灌注口的半圆形截桩钢板、连接所述截桩钢板的拉索、控制所述拉索的拉索电机。
14.进一步，所述桩身上段上还设置有后注浆管，所述后注浆管与所述荷载箱连通。
15.桩基水平承载力自平衡检测方法，采用如上述所述的桩基水平承载力自平衡检测装置，首先分别预制桩身上段和桩身下段，固定好桩身上段，然后通过吊挂件安装桩身下段，密封桩身上段和桩身下段之间的接缝，在混凝土浇筑通过荷载箱后，关闭截桩部件，通过截桩部件的回拢切断新鲜混凝土，便于试验时使桩身混凝土在此处断开；随后通过水平位移驱动部件和位移计对自平衡进行检测；最后通过后注浆管进行后注浆施工，将试验桩当作工程桩使用。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明桩基水平承载力自平衡检测装置及方法，桩身上下段形成的荷载箱内设置有水平位移驱动部件、导向部件和位移计，所述水平位移驱动部件用于驱动桩身上段和桩身下段之间进行水平位移，通过位移计用于测量水平位移值，通过钢筋应力计测试钢筋应力，使得本发明装置可以测试桩基水平承载力。
18.本发明桩基水平承载力自平衡检测装置及方法，结构简单紧凑，施工方便和高效，可以省去传统外部设施中设置反力桩、锚桩或其他提供锚固力、反力的构筑物的施工费，省去了后期处理费，较大幅度节省了构筑物施工的时长，可以至少节省成本50％左右，试验用时至少节省60％左右，推广前景和社会效益巨大。
19.本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到
教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
20.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
21.图1为本发明装置的结构示意图；
22.图2为本发明桩身上段的结构示意图；
23.图3为本发明桩身下段的结构示意图；
24.图4为水平位移驱动部件的结构示意图；
25.图5为吊挂件的结构示意图。
26.附图中标记如下：桩身上段1、上钢筋笼101、上圆盘102、第一外弧形钢板103、第一内弧形钢板104、桩身下段2、下钢筋笼201、下圆盘202、第二外弧形钢板203、第二内弧形钢板204、荷载箱3、水平位移驱动部件4、前固定座401、千斤顶402、后固定座403、导向部件5、位移限向块501、限向块槽板502、位移计6、钢筋应力计7、线路通道管8、吊挂件9、t型吊杆901、扩大头902、角钢903、角钢连接板904、开口10、半圆形截桩钢板11、拉索12、拉索电机13、后注浆管14。
具体实施方式
27.如图1所示，本发明桩基水平承载力自平衡检测装置，包括桩身上段1和桩身下段2，桩身上段1的下部和桩身下段2的上部在竖直方向上配合，使得所述桩身上段1和桩身下段2之间合围形成封闭的荷载箱3。所述荷载箱3的中心开设有灌注混凝土通道，通道内壁采用两片半圆形弧板对封隔断通道内混凝土，可以用于对试验之前对桩身下段2进行注浆浇筑；如图3所示，所述荷载箱3内设置有水平位移驱动部件4、导向部件5和位移计6，所述水平位移驱动部件4分别连接桩身上段1和桩身下段2，用于驱动桩身上段1和桩身下段2之间产生反向的水平位移，所述导向部件5用于对桩身上段1和桩身下段2之间位移时进行导向，使得两者之间的移动方向沿着水平方向的横向，所述位移计6用于测量荷载箱处上下板之间的水平位移差值，所述桩身上段1和桩身下段2上均设置有钢筋应力计7，所述钢筋应力计7在桩身上段1和桩身下段2的位移方向前后布设。通过钢筋应力计7测试钢筋应力，在水平位移驱动部件4的作用下，使得本发明装置可以测试桩基水平承载力。
28.本实施例中，如图2所示，所述桩身上段1包括上钢筋笼101、与所述上钢筋笼101下端固定的上圆盘102、固定于所述上圆盘102外沿的第一外弧形钢板103，第一外弧形钢板103通过螺栓与上圆盘102的外沿固定连接，如图3所示，所述桩身下段2包括下钢筋笼201、与所述下钢筋笼201上端固定的下圆盘202、固定于所述下圆盘202外沿的第二外弧形钢板203，第二外弧形钢板203通过螺栓与下圆盘202的外沿固定连接，所述第二外弧形钢板203和第一外弧形钢板103沿位移方向前后布置，用于对荷载箱3的外侧进行密封，使得桩身上段1和桩身下段2之间发生相对位移时，避免在水平方向产生额外的推剪力。所述第一外弧形钢板103、第二外弧形钢板203、上圆盘102和下圆盘202之间组合形成所述荷载箱3的密闭空间。
29.本实施例中，上圆盘102和下圆盘202的中心均开设有导管口，同时，上圆盘102的
导管口的内侧固定设置有第一内弧形钢板104，下圆盘202的导管口的内侧固定设置有第二内弧形钢板204，所述第二内弧形钢板204和第一内弧形钢板104沿位移方向前后布置，导管口与第二内弧形钢板204和第一内弧形钢板104配合形成所述灌注混凝土通道，使得灌浆通道的外壁得以封闭，让荷载箱3空间在施工过程中免于泥浆、混凝土侵入损害，避免影响测试的准确性。
30.本实施例中，如图4所示，所述水平位移驱动部件4包括前固定座401、千斤顶402、后固定座403，所述前固定座401和后固定座403分别与上圆盘102和下圆盘202固定连接，所述千斤顶402的两端分别与前固定座401和后固定座403连接，前固定座401和后固定座403的结构相同，只是固定的方向不同，前固定座401和后固定座403均包括竖直连接板以及与所述竖直连接板连接的肋板，本实施例采用4个可进退式千斤顶402，每个千斤顶402的前固定座401固定在上盘底面，后固定座403位于下盘上表面，且每个千斤顶402的推进轴线与导向部件5的方向平行。
31.本实施例中，所述上钢筋笼101和下钢筋笼201的结构相同，均包括呈圆形均布的若干桩身主筋以及将所述桩身主筋连接的桩身箍筋，桩身箍筋呈圆环形布置，桩身上段1上的钢筋应力计7沿桩身上段1全长布设，桩身下段2上的钢筋应力计7沿桩身下段2局部布设。
32.本实施例中，所述桩身上段1上还设置有线路通道管8，桩身上段1上的测试线沿线路通道管8的外表面导出地面，桩身下段2上的测试线沿下钢筋笼201外表面连至下圆盘202，通过下圆盘202开口10进入荷载箱3内，再经上圆盘102的线路通道管8内导至地面。
33.本实施例中，如图3、5所示，所述桩身上段1和桩身下段2之间还设置有吊挂件9，所述吊挂件9分列在位移方向的两侧，所述吊挂件9包括挂槽、t型吊杆901，所述t型吊杆901的上段固定在上圆盘102的下表面，所述t型吊杆901的下端扩大头902与所述挂槽配合，所述挂槽固定在所述下圆盘202的上表面；所述挂槽由两角钢903相对设置而成，中间留出间隙形成“门”字形挂槽，所述角钢903的背面设置有角钢连接板904，用于与圆盘连接，t型吊杆901下端扩大成铆钉样，置于挂槽内，安装时起承接下段钢筋笼重量作用，测试水平位移时可助限位。
34.本实施例中，如图3所示，所述导向部件5包括位移限向块501和以及与所述位移限向块501配合的限向块槽板502，所述上圆盘102上沿设置有位移限向块501和限向块槽板502，位移限向块501的端面可与圆盘面抵接，起到竖向限位的作用，所述下圆盘202上对应设置有与其配合的限向块槽板502和位移限向块501，采用两组分别进行配合，导向更为稳定，测量结果更为准确。位移计6置于位移线限向块与限向块槽板502之间，两对位移限向装置处各设置一个，所测位移值为上下盘相对位移。所述导向部件5视下段钢筋笼重量需要也可兼做吊挂件9。
35.本实施例中，如图2所示，所述上圆盘102的上表面设置有截桩部件，所述截桩部件包括两个能够在闭合后完全盖住灌注口的半圆形截桩钢板11、连接所述截桩钢板的拉索12、控制所述拉索12的拉索电机13。以桩身上段1为例，半圆形截桩钢板11与导管口相贴合，一端尖部与上圆盘102枢接，枢接位置的刚度不宜过大，外侧通过拉索12连接至拉索电机13，中间通过一销钉导向，通过拉索电机13，可以实现闭合，再度用力，即可拉动半圆形截桩钢板11，过后将其拉出。浇筑过程中，防止孔内泥浆及新鲜混凝土进入加载箱体空间内，损坏加载及测试部件。通过设置截桩部件，在混凝土浇筑通过荷载箱3后回拢切断新鲜混凝
土，便于试验时使桩身混凝土在此处断开，减少荷载箱3导管段混凝土在试验时产生的额外的水平推剪力。
36.本实施例中，所述桩身上段1上还设置有后注浆管14，所述后注浆管14与所述荷载箱3连通，通过后注浆管14进行后注浆施工，将试验桩用作工程桩使用。后注浆管14和线路通道管8自身可以作为上钢筋笼101的一个桩身主筋，结构紧凑稳定，方便装配。
37.桩基水平承载力自平衡检测方法，采用如上述所述的桩基水平承载力自平衡检测装置，首先分别预制桩身上段1和桩身下段2，在固定好桩身上段1后，然后通过吊挂件9安装桩身下段2，密封桩身上段1和桩身下段2弧形钢板之间的接缝，在混凝土浇筑通过荷载箱3后，通过截桩部件回拢切断新鲜混凝土，便于试验时使桩身混凝土在此处断开；随后通过水平位移驱动部件4和位移计6对自平衡进行检测；最后通过后注浆管14进行后注浆施工，将试验桩用作工程桩使用。
38.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。