一种真空负压静力试桩的密封保护装置及方法与流程

1.本发明属于桩基工程检测技术领域，具体涉及真空负压静力试桩的密封保护装置及方法，适用于桩基承载力的检测以及桩周土体的保护。


背景技术：

2.随着土木建筑、水利、交通、铁路、市政和海洋等工程建设规模的扩大，对基础承载能力的要求越来越高，使得桩基础已成为采用最为广泛的基础形式，目前几乎在所有大、中型工程建设中都有所应用。桩的承载力满足设计要求是保证建筑物安全的基本条件之一。但在各种桩型的施工过程中，由于各种原因经常出现桩的承载力达不到设计要求，影响桩基础的正常工作性状，进而对整个建筑物产生不可预测的潜在危险。因此，进行桩基承载力评估及时发现问题排除隐患就成为保障工程建设质量的一个非常重要的环节。
3.目前工程中采用的桩基承载力检测方法主要分为两大类：第一类是静载荷试验法(直接法)，该方法显著的优点是其受力条件比较接近桩基础的实际受力状况，且检测结果比较直接准确，但其检测时间长，费用相对较高，一般用于小比率抽检。第二类是动力测试方法(半直接法，包括低应变法和高应变法)，尽管该类方法具有测试速度快、成本小、场地要求低等优点，但经过几十年的工程实践，低应变动态测试方法检测桩的承载力已经基本被否定，高应变动态测试方法检测桩的承载力也因其误差来源较多导致测试结果不可靠、对检测员的素质要求高等缺点，在工程中应用也呈减少的趋势。在工程实际中，静载荷试验法是作为桩基承载力检测的主要手段，据保守估计，仅我国每年需要进行静载荷试验的试桩数就在数十万根以上，但目前所采用的静载荷试验方法或费时、费力、且成本较高试验周期较长，或存在很多理论和技术问题而不能满足工程应用需要，总之，现行的方法还存在许多急需解决的问题，迫切需要寻找新的测试方法解决或是改善这些问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，针对现有静载荷试验技术存在的上述不足，提供一种真空负压静力试桩的密封保护装置及方法，采用真空负压静力试桩法来进行桩基承载力的检测，不再需要外部加重荷载，省去大量外部荷载购买、运输、吊装及人工费用，可重复使用，进一步节省工程经济。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种真空负压静力试桩的密封保护装置，至少包括软质密封层、刚性平台及裙边、主梁、条形混凝土支墩、钢垫板、液压千斤顶、承压板、刚性底板、可拆卸圆环、螺旋锚桩、静载仪、气压监测仪和真空抽气机，所述刚性底板中央预留圆孔，刚性底板通过该圆孔套设在试验桩上部，所述可拆卸圆环装配在该圆孔处，可拆卸圆环通过连接螺栓与刚性底板连接固定；所述刚性底板外沿对称预留至少两个螺栓连接孔，所述螺旋锚桩通过对应的螺栓连接孔穿过刚性底板并旋转钻入地下，刚性底板通过螺旋锚桩固定在地基表面；所述承压板、液压千斤顶、钢垫板和主梁自下而上依次装配在试验桩顶面与刚性平台及裙边之间；所述
主梁放置于条形混凝土支墩上，条形混凝土支墩设置在刚性底板上；所述刚性平台及裙边的平台顶部内侧放置在主梁上，刚性平台及裙边的裙边底部通过螺栓与刚性底板连接在一起；所述软质密封层覆盖在所述刚性平台及裙边的外层，刚性平台及裙边及刚性底板通过软质密封层构成一个密闭空间；所述静载仪、气压监测仪、真空抽气机均设置在密闭空间外，所述静载仪通过无线或有线的方式在密闭空间内试验桩顶部连接有位移传感器和压力传感器(检测桩顶施加的压力，即加载卸载的压力读数)，用于试验过程中的加载、卸载、判稳和采集压力与沉降数据；所述真空抽气机通过抽真空通道和密闭空间内连接，用于随时抽取密闭空间内的空气，保持密闭空间内的真空度；所述气压监测仪通过有线的方式在密闭空间内连接有压力传感器，用于实时监测密闭空间内的大气压，进而维持密闭空间内的气压值和真空度。
7.按上述方案，所述刚性底板上预留若干可调节卸压孔，每个可调节卸压孔上均配置有卸压孔盖，用于控制可调节卸压孔的开孔大小。
8.按上述方案，所述刚性平台及裙边包括平台和裙边，平台和裙边通过钢板和加强肋条拼装焊接，整体形状为圆台形；所述刚性底板由四个90
°
的扇形钢板、加强肋条以及加强圆钢护拼装焊接而成，整体形状为圆环形；所述刚性底板的外直径大于刚性平台及裙边底部的直径。
9.按上述方案，每个扇形钢板面上均匀预留4～8个可调节卸压孔。
10.按上述方案，所述螺旋锚桩设置四根，四根螺旋锚桩与刚性底板上预留的螺栓连接孔位置对应，均在刚性底板上呈十字分布，十字中心位于试验桩顶圆心处，相对的两根螺旋锚桩之间的距离略小于刚性底板的直径。
11.按上述方案，所述软质密封层采用气密性材料真空膜或土工布。
12.按上述方案，所述条形混凝土支墩设置两个，放置在试验桩两边等间距的位置，所述承压板为与试验桩直径相同的圆形钢板。
13.本发明还提供了一种采用真空负压静力试桩的密封装置进行桩基承载力检测的方法，包括如下步骤：
14.1)根据试验桩的桩径，在刚性底板中央预留一个直径大于试验桩桩径的圆孔，将刚性底板套在试验桩上，在刚性底板上配置可拆卸圆环；
15.2)以试验桩顶端圆心为中心，在试验桩周边等间距布置四根螺旋锚桩，螺旋锚桩的位置分布与刚性底板上预留的螺栓连接孔对应，四根螺旋锚桩通过扭转设备钻入地下，刚性底板与螺旋锚桩通过螺栓连接在一起(刚性底板随螺旋锚桩固定在地基表面)；
16.3)根据试验场地土层的工程地质条件，旋转卸压孔盖适当控制调节可调节卸压孔的开孔大小；在试验桩两边适当位置等间距布置两个条形混凝土支墩，在试验桩上自下而上依次装配承压板、液压千斤顶、钢垫板、主梁，承压板采用与试验桩直径相同的圆形钢板，主梁放置于条形混凝土支墩上，条形混凝土支墩设置在刚性底板上；将刚性平台及裙边的平台放置在主梁上，将刚性平台及裙边的裙边底部与刚性底板通过预留的螺栓连接；连接静载仪、气压监测仪、真空抽气机设备，并在刚性平台及裙边外层覆盖软质密封层，刚性平台及裙边及刚性底板通过软质密封层构成一个密闭空间；
17.4)试验开始，利用真空抽气机将密闭空间内的大气抽出，使密闭空间内部形成真空，同时刚性平台及裙边开始承受外面的大气压力并将它传递给液压千斤顶以作为加载反
力；软质密封层则保持由刚性平台及裙边和刚性底板共同构成的密闭空间不漏气，以使抽气后该密闭空间能保持较高的真空度；
18.5)通过静载仪，对试验桩进行加载、卸载、判稳以及实时检测桩顶沉降值，并采集压力与沉降数据；通过气压监测仪实时观测密闭空间内的气压值和真空度，确保气密性良好，气压监测仪配合真空抽气机工作，使得密闭空间内部保持较高的真空度，在荷载全部卸完以后才进行放气，取消真空，回收静载仪、气压监测仪和真空抽气机，完成静载荷试验。
19.按上述方案，通过在刚性底板中央预留的圆孔处装配不同内外直径的可拆卸圆环，控制刚性底板中央圆孔的大小，使得密封保护装置适用于不同桩径的桩基承载力检测。
20.本发明的工作原理：真空负压静力试桩法是一种新的桩静载荷方法，利用本发明提供的真空负压静力试桩的密封保护装置在试验桩的上部构成一个密闭空间，试验时通过真空抽气机或射流泵抽去密闭空间内的空气使其形成真空，利用外部大气压为试验桩提供加载所需要的反力，完成静载荷试验。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、利用本发明密封保护装置进行载荷试验时不再需要任何其他外部加重荷载，省去了大量外部荷载相关的购买、运输、吊装及人工费用，可以达到节约工程造价的效果；本发明装置操作简单易行，试验周期也大大缩短，可以达到节省工期的效果；另外，与现有静载荷试验技术方法相比，本发明对工程场地空间要求大大减小，适用于更广泛的工程施工环境；改善了现有静载荷试验技术方法的不足，为工程建设质量提供更加便捷、更加可靠的检测手段；
23.2、现有的真空负压静力试桩法需要对真空区下部的土层进行防渗加固处理，这是因为在内外压力差的作用下，下部土层的渗透系数过大或过小都有可能造成下部土层的失稳破坏导致试验失败；本发明装置通过装配带可调节卸压孔的刚性底板，可灵活的调节内外压力差，避免下部土层失稳，实现对试验桩周围土体的密封保护作用，省去了地表土层的加固处理这一步骤，也使得本发明装置可适用于的土层条件更加广泛；
24.3、通过在刚性底板中心设置可拆卸的圆环，使得本发明装置可以适用于不同直径的桩基检测，适用范围大大提升，并且在试验结束后可以回收装置，进行重复循环使用，可以进一步节省工程经济。
附图说明
25.图1是本发明真空负压静力试桩的密封保护装置的结构整体示意图；
26.图2是本发明真空负压静力试桩的密封保护装置的上平台俯视图；
27.图3是图2中a部分的局部放大平面示意图；
28.图4是本发明真空负压静力试桩的密封保护装置的刚性底板俯视图；
29.图5是图4中可拆卸圆环的局部放大平面示意图；
30.图6是图4中可调节卸压孔的局部放大立体示意图。
31.图中：1
‑
软质密封层，2
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刚性平台及裙边，3
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主梁，4
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条形混凝土支墩，5
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钢垫板，6
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液压千斤顶，7
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承压板，8
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刚性底板，9
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可调节卸压孔，10
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可拆卸圆环，11
‑
螺旋锚桩，12
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静载仪，13
‑
气压监测仪，14
‑
真空抽气机，15
‑
试验桩，16
‑
连接螺栓，17
‑
卸压孔盖，18
‑
加强肋条，19
‑
加强圆钢护。
具体实施方式
32.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
33.参照图1所示，本发明所述的一种真空负压静力试桩的密封装置，包括软质密封层1、刚性平台及裙边2、主梁3、条形混凝土支墩4、钢垫板5、液压千斤顶6、承压板7、刚性底板8、可调节卸压孔9、可拆卸圆环10、螺旋锚桩11、静载仪12、气压监测仪13、真空抽气机14、连接螺栓16、卸压孔盖17、加强肋条18和加强圆钢护19，刚性底板8中央预留一个直径大于试验桩15外径的圆孔，圆孔尺寸与试验桩15外径匹配，刚性底板8通过该圆孔套设在试验桩15上部，可拆卸圆环10装配在圆孔处，可拆卸圆环10通过连接螺栓16与刚性底板8连接固定，如图5所示；刚性底板8外沿对称预留四个螺栓连接孔，试验前将对应的螺旋锚桩11通过螺栓连接孔穿过刚性底板8并旋转钻入地下，利用螺栓与刚性底板8连接在一起，将刚性底板8固定在地基表面；承压板7、液压千斤顶6、钢垫板5和主梁3自下而上依次装配在试验桩15顶面与刚性平台及裙边2之间；主梁3放置于条形混凝土支墩4上，条形混凝土支墩4设置在刚性底板8上；刚性平台及裙边2包括平台和裙边，平台和裙边通过钢板和加强肋条拼装焊接，整体形状为圆台形；刚性底板8由钢板和加强肋条18拼装焊接，整体形状为圆环形，刚性底板8的外直径大于刚性平台及裙边2底部的直径，刚性平台及裙边2的平台顶部内侧放置在主梁3上，刚性平台及裙边2的裙边底部通过螺栓与刚性底板8连接在一起；软质密封层1采用气密性材料，如真空膜或土工布，软质密封层1覆盖在刚性平台及裙边2的外层，刚性平台及裙边2及刚性底板8通过软质密封层1构成一个密闭空间，承压板7、液压千斤顶6、钢垫板5和主梁3装配在密闭空间内；静载仪12、气压监测仪13、真空抽气机14均设置在密闭空间外，静载仪12通过无线或有线的方式在密闭空间内试验桩顶部连接有位移传感器和压力传感器(检测桩顶施加的压力，即加载卸载的压力读数)，用于试验过程中的加载、卸载、判稳和采集压力与沉降数据；真空抽气机14通过抽真空通道和密闭空间内连接，用于随时抽取密闭空间内的空气，保持密闭空间内的真空度；气压监测仪13通过有线的方式在密闭空间内连接有压力传感器，用于实时监测密闭空间内的大气压，进而维持密闭空间内的气压值和真空度。
34.参照图2
‑
图4及图6所示，刚性底板8由四个90
°
的扇形钢板、加强肋条18以及加强圆钢护19拼装焊接而成，每个扇形钢板面上均匀预留6个可调节卸压孔9，一共预留24个可调节卸压孔9，每个可调节卸压孔9上均配置有卸压孔盖17，用于控制可调节卸压孔9的开孔大小；当地表土层性质较差，土层渗透性较大时，旋转卸压孔盖17使得可调节卸压孔9的开孔较小；当地表土层性质良好，土层渗透性较小时，旋转卸压孔盖17使得可调节卸压孔9的开孔较大。
35.本发明实施例采用上述真空负压静力试桩的密封装置进行桩基承载力检测的方法，包括以下步骤：
36.(1)根据实施例中试验桩15的直径为400mm，在刚性底板8中央预留一个直径1000mm的圆孔，将刚性底板8套在试验桩15上，在刚性底板8上配置外直径为1000mm、内直径为400mm的可拆卸圆环10，以此类推，可以实现本发明装置适用于不同直径的桩基承载力检测试验；
37.(2)以试验桩15顶端圆心为中心，在试验桩15周边等间距布置四根螺旋锚桩11，螺旋锚桩11的位置分布与刚性底板8上预留的螺栓连接孔对应，四根螺旋锚桩11通过扭转设
备钻入地下，刚性底板8与螺旋锚桩11通过螺栓连接在一起；
38.(3)根据试验场地土层的工程地质条件，旋转卸压孔盖17适当控制调节可调节卸压孔9的开孔大小；在试验桩15两边适当位置等间距布置两个条形混凝土支墩4，在试验桩15上自下而上依次装配承压板7、液压千斤顶6、钢垫板5、主梁3，承压板7为与试验桩15直径相同的圆形钢板，主梁3放置于条形混凝土支墩4上，条形混凝土支墩4设置在刚性底板8上；将刚性平台及裙边2的平台放置在主梁3上，将刚性平台及裙边2的裙边底部与刚性底板8通过预留的螺栓连接；连接静载仪12、气压监测仪13、真空抽气机14设备，并在刚性平台及裙边2外层覆盖软质密封层1，刚性平台及裙边2及刚性底板8通过软质密封层1构成一个密闭空间；
39.(4)试验开始，利用真空抽气机14将密闭空间内的大气抽出，使密闭空间内部形成真空，同时刚性平台及裙边2开始承受外面的大气压力并将它传递给液压千斤顶6以作为加载反力；软质密封层1则保持由刚性平台及裙边2和刚性底板8共同构成的密闭空间不漏气，以使抽气后该密闭空间能保持较高的真空度；
40.(5)通过静载仪12，对试验桩15进行加载、卸载、判稳以及实时检测桩顶沉降值，并采集压力与沉降数据；通过气压监测仪13实时观测密闭空间内的气压值和真空度，确保气密性良好，气压监测仪13配合真空抽气机14工作，使得密闭空间内部保持较高的真空度，在荷载全部卸完以后方可放气，取消真空，回收静载仪12、气压监测仪13和真空抽气机14等设备，完成静载荷试验。
41.在进行桩基承载力检测时，本发明通过将刚性底板8预留合适直径的圆孔并套设在试验桩15上，然后在刚性底板8上配置内外直径与试验桩(15)桩径匹配的可拆卸圆环10，并通过扭转设备将四根螺旋锚桩11穿过刚性底板8钻入地下，利用螺栓将四根螺旋锚桩11与刚性底板8连接在一起，将刚性底板8固定在地基表面，即可实现对试验桩15周围土体的密封保护作用。
42.本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，根据本发明作出各种相应的更改和变型，相应的更改和变型都属于本发明权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种真空负压静力试桩的密封保护装置，其特征在于，至少包括软质密封层(1)、刚性平台及裙边(2)、主梁(3)、条形混凝土支墩(4)、钢垫板(5)、液压千斤顶(6)、承压板(7)、刚性底板(8)、可拆卸圆环(10)、螺旋锚桩(11)、静载仪(12)、气压监测仪(13)和真空抽气机(14)，所述刚性底板(8)中央预留圆孔，刚性底板(8)通过该圆孔套设在试验桩(15)上部，所述可拆卸圆环(10)装配在该圆孔处，可拆卸圆环(10)通过连接螺栓(16)与刚性底板(8)连接固定；所述刚性底板(8)外沿对称预留至少两个螺栓连接孔，所述螺旋锚桩(11)通过对应的螺栓连接孔穿过刚性底板(8)并旋转钻入地下，刚性底板(8)通过螺旋锚桩(11)固定在地基表面；所述承压板(7)、液压千斤顶(6)、钢垫板(5)和主梁(3)自下而上依次装配在试验桩(15)顶面与刚性平台及裙边(2)之间；所述主梁(3)放置于条形混凝土支墩(4)上，条形混凝土支墩(4)设置在刚性底板(8)上；所述刚性平台及裙边(2)的平台顶部内侧放置在主梁(3)上，刚性平台及裙边(2)的裙边底部通过螺栓与刚性底板(8)连接在一起；所述软质密封层(1)覆盖在所述刚性平台及裙边(2)的外层，刚性平台及裙边(2)及刚性底板(8)通过软质密封层(1)构成一个密闭空间；所述静载仪(12)、气压监测仪(13)、真空抽气机(14)均设置在密闭空间外，所述静载仪(12)通过无线或有线的方式在密闭空间内试验桩(15)顶部连接有位移传感器和压力传感器，用于试验过程中的加载、卸载、判稳和采集压力与沉降数据；所述真空抽气机(14)通过抽真空通道和密闭空间内连接，用于随时抽取密闭空间内的空气，保持密闭空间内的真空度；所述气压监测仪(13)通过有线的方式在密闭空间内连接有压力传感器，用于实时监测密闭空间内的大气压，进而维持密闭空间内的气压值和真空度。2.根据权利要求1所述的真空负压静力试桩的密封装置，其特征在于，所述刚性底板(8)上预留若干可调节卸压孔(9)，每个可调节卸压孔(9)上均配置有卸压孔盖(17)，用于控制可调节卸压孔(9)的开孔大小。3.根据权利要求1所述的真空负压静力试桩的密封装置，其特征在于，所述刚性平台及裙边(2)包括平台和裙边，平台和裙边通过钢板和加强肋条(18)拼装焊接，整体形状为圆台形；所述刚性底板(8)由四个90
°
的扇形钢板、加强肋条(18)以及加强圆钢护(19)拼装焊接而成，整体形状为圆环形；所述刚性底板(8)的外直径大于刚性平台及裙边(2)底部的直径。4.根据权利要求3所述的真空负压静力试桩的密封装置，其特征在于，每个扇形钢板面上均匀预留4～8个可调节卸压孔(9)。5.根据权利要求3所述的真空负压静力试桩的密封装置，其特征在于，所述螺旋锚桩(11)设置四根，四根螺旋锚桩(11)与刚性底板(8)上预留的螺栓连接孔位置对应，均在刚性底板(8)上呈十字分布，十字中心位于试验桩(15)顶圆心处，相对的两根螺旋锚桩(11)之间的距离略小于刚性底板(8)的直径。6.根据权利要求1所述的真空负压静力试桩的密封保护装置，其特征在于，所述软质密封层(1)采用气密性材料真空膜或土工布。7.根据权利要求1所述的真空负压静力试桩的密封保护装置，其特征在于，所述条形混凝土支墩(4)设置两个，放置在试验桩(15)两边等间距的位置，所述承压板(7)为与试验桩(15)直径相同的圆形钢板。8.一种采用上述权利要求1～7任意一项所述的真空负压静力试桩的密封保护装置进行桩基承载力检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据试验桩(15)的桩径，在刚性底板(8)中央预留一个直径大于试验桩(15)桩径的
圆孔，将刚性底板(8)套在试验桩(15)上，在刚性底板(8)上配置可拆卸圆环(10)；2)以试验桩(15)顶端圆心为中心，在试验桩(15)周边等间距布置四根螺旋锚桩(11)，螺旋锚桩(11)的位置分布与刚性底板(8)上预留的螺栓连接孔对应，四根螺旋锚桩(11)通过扭转设备钻入地下，刚性底板(8)与螺旋锚桩(11)通过螺栓连接在一起；3)根据试验场地土层的工程地质条件，旋转卸压孔盖(17)适当控制调节可调节卸压孔(9)的开孔大小；在试验桩(15)两边适当位置等间距布置两个条形混凝土支墩(4)，在试验桩(15)上自下而上依次装配承压板(7)、液压千斤顶(6)、钢垫板(5)、主梁(3)，承压板(7)采用与试验桩(15)直径相同的圆形钢板，主梁(3)放置于条形混凝土支墩(4)上，条形混凝土支墩(4)设置在刚性底板(8)上；将刚性平台及裙边(2)的平台放置在主梁(3)上，将刚性平台及裙边(2)的裙边底部与刚性底板(8)通过预留的螺栓连接；连接静载仪(12)、气压监测仪(13)、真空抽气机(14)，并在刚性平台及裙边(2)外层覆盖软质密封层(1)，刚性平台及裙边(2)及刚性底板(8)通过软质密封层(1)构成一个密闭空间；4)试验开始，利用真空抽气机(14)将密闭空间内的大气抽出，使密闭空间内部形成真空，同时刚性平台及裙边(2)开始承受外面的大气压力并将它传递给液压千斤顶(6)以作为加载反力；软质密封层(1)则保持由刚性平台及裙边(2)和刚性底板(8)共同构成的密闭空间不漏气，以使抽气后该密闭空间能保持较高的真空度；5)通过静载仪(12)，对试验桩(15)进行加载、卸载、判稳以及实时检测桩顶沉降值，并采集压力与沉降数据；通过气压监测仪(13)实时观测密闭空间内的气压值和真空度，确保气密性良好，气压监测仪(13)配合真空抽气机(14)工作，使得密闭空间内部保持较高的真空度，在荷载全部卸完以后才进行放气，取消真空，回收静载仪(12)、气压监测仪(13)和真空抽气机(14)，完成静载荷试验。9.根据权利要求8所述的真空负压静力试桩的密封保护装置进行桩基承载力检测的方法，其特征在于，通过在刚性底板(8)中央预留的圆孔处装配不同内外直径的可拆卸圆环(10)，控制刚性底板(8)中央圆孔的大小，使得密封保护装置适用于不同桩径的桩基承载力检测。
技术总结
一种真空负压静力试桩的密封保护装置及方法，装置包括软质密封层、刚性平台及裙边、主梁、条形混凝土支墩、钢垫板、液压千斤顶、承压板、刚性底板、可拆卸圆环、螺旋锚桩、静载仪、气压监测仪和真空抽气机，刚性底板中央预留圆孔并套设在试验桩上部，可拆卸圆环装配在该圆孔处，刚性底板外沿预留螺栓连接孔，刚性底板通过螺旋锚桩固定在地基表面；主梁放置于条形混凝土支墩上；刚性平台及裙边放置在主梁上并与刚性底板连接在一起；软质密封层覆盖在刚性平台及裙边的外层，构成一个密闭空间。采用本发明装置进行桩基承载力检测，不再需要外部加重荷载，省去大量外部荷载购买、运输、吊装及人工费用，可重复使用，进一步节省工程经济。进一步节省工程经济。进一步节省工程经济。


技术研发人员：吴文兵 王立兴 王奎华 董砺威 张云鹏 闻敏杰 梁荣柱 刘浩
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021/6/29