基于监测混凝土是否连续来判别桩基质量的方法及监测仪

摘要

本发明公开了基于监测混凝土是否连续来判别桩基质量的方法，步骤为：先在进料导管的底部沿竖直高度方向设置2个以上的压力传感器，作为一组监测仪；然后采取在各个压力传感器上的数据并计算2个压力传感器之间的浇筑介质密度ρ，通过ρ值是否连续稳定，来判断在这个轴向上的混凝土固化后是否也连续完整。本发明还公开了一种监测仪，包括若干个压力传感器，所述压力传感器在竖直方向上间隔分布；所述压力传感器还通过密封线路与电源、数据采集器、数据集成处理和输出模块相连。本发明使用简单方便，结论可靠，可节省大量钢材，省工省时省费用。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土浇筑领域，更具体地说，是一种基于监测浇筑时 混凝土是否连续来判别桩基质量的检测方法，以及采用这种方法的混凝 土浇筑连续性监测仪。

背景技术

灌注桩是桩基工程中应用最广泛的一种结构形式，桩基要达到设计 所要求的承载力，最主要是要保证混凝土的连续性和完整性。由于灌注 桩属于隐蔽工程，其浇筑往往是从地下几十米甚至上百米的地方开始， 而且多数又是在水面下进行施工，因此其最终浇筑后的质量很难直观查 知。为了检测桩基的质量，人们发明过很多方法，比如静荷载试验法、 低应变法、高应变法、预埋管超声波透射法、钻孔抽芯法、直接开挖法 等，这些方法有的费用高昂(静荷载试验法、钻孔抽芯法、直接开挖法)， 有的存在判断多解(如低应变法、高应变法)；预埋管超声波透射法是 目前普遍在采用的一种检测方法，但这种方法需要预先埋声测管，为了 固定声测管，钢筋笼的主筋必需延伸到桩底，会平白增加很多的材料， 且还不包括后续的检测费用；声测管如在施工过程中被堵塞的情况下将 无法进行检测，总之超声波检测法的总体费用很高。

此外，上述这些方法的共同缺点都是在桩基混凝土浇筑完成后(混 凝土固化之后)才进行检测，因此如发现问题也都已是在事后，无法即 时进行矫正和处理，造成的损失也会较大。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于监 测浇筑时混凝土是否连续来判别桩基质量的检测方法。

为了实现上述目的，本发明所用的技术方案是：

一种基于监测浇筑时混凝土是否连续来判别桩基质量的检测方法， 依次包括以下步骤：

(1)浇筑开始前，在灌注桩的进料导管底部的出口位置，沿导管 竖直高度设置2个以上的压力传感器，作为一组监测仪；

(2)浇筑过程中，通过数据采集器获取在各个压力传感器上的数 据，并传输至数据数理器中，再由数据传输端口传送到计算 机系统中计算处理；

(3)根据压力差公式，计算2个压力传感器之间的浇筑介质密度 ρ

ρ＝ΔP_A-B/(gΔH)K

式中：ΔP_A-B为2个压力传感器之间的压力差；

g为引力常数；

ΔH为2个压力传感器之间的距离，为固定值；

K为修正系数；

(4)随着浇筑过程，逐渐提升导管，重复步骤(2)和(3)记录 ρ值；

(5)浇筑完成后，判定ρ值是否连续稳定且与所浇筑的混凝土的 ρ值一致；如是，则表明在这2个压力传感器之间走过的路 径都是连续的混凝土，即该组监测仪所在位置上的这个桩的 轴向混凝土为连续性，因此这个轴向上混凝土固化后也应是 连续完整的。

作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中的压力传感器作等距分 布，间距在0.1-1.0米之间。

作为本发明的一种改进，所述压力传感器之间的距离，在整个浇筑 过程中都始终作为一固值保持不变。

作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中的监测仪有1组或多组， 分别围绕导管外壁或外延径向竖直分布。

作为本发明的一种改进，所述监测仪附着于导管的外壁直接安装， 或者通过支架向导管的外壁径向延伸后安装。

作为本发明的一种改进，针对步骤(3)中的同一个压力传感器， 可以再选取与其它高度位置上的压力传感器之间的压力差来计算ρ值， 以相互验证和减小误差。

本发明还公开了一种混凝土浇筑连续性监测仪，包括若干个压力传 感器，所述压力传感器在竖直方向上间隔分布；所述压力传感器还通过 密封线路与电源、数据采集器、数据集成处理和输出模块相连。

作为本发明的一种改进，所述压力传感器、电源、数据采集器、数 据集成处理和输出模块密封地安装于一根空心杆上。

作为本发明的一种改进，所述空心杆的一端设为数据输出端口，用 于读取其内部数据，该数据可直接使用或者输入计算机通过软件再处理。

作为本发明的一种改进，所述压力传感器为等距离分布，且位置始 终固定。

本发明是创新性地将传感技术应用到水下(地下)混凝土浇筑中， 从而完成对混凝土的浇筑过程进行监测。本发明通过监测流态混凝土是 否连续来判断混凝土浇筑质量的方法，使用简单方便，结论可靠，可节 省大量钢材，省工省时省费用。

由于本发明做到了在混凝土浇筑过程中的时时监测数据，浇筑结束 后可立即得到数据结论，发现不妥，可在混凝土固化前立即进行矫正处 理，因此相比于其它的检测方法(在混凝土完全固化后才能得出检测结 果)，本发明的基于监测浇筑时混凝土是否连续来判别桩基质量的检测 方法，能在混凝土完全固化前赢得宝贵时间作出矫正处理，确保浇筑质 量的完成。

附图说明

图1为本发明的具体实施例结构示意图。

图2为图1中的混凝土浇筑连续性监测仪的结构示意图。

图3为图2监测仪的安装示意图(纵向)。

图4为图2监测仪的安装示意图(横向)。

图5为本发明计算公式的参考图。

图中：1桩孔、2钢筋笼、3导管、4料斗、5混凝土浇筑连续性监 测仪、6导管口、7水、8泥浆水、9泥浆和混凝土的混合层、10流动 的连续混凝土层、11压力传感器、12数据采集器、13数据处理器、14 电源、15数据传输端口、16挂扣、17密封件、18支架。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具 体的说明。

如图1所示工程中的灌注桩，桩孔1中放入钢筋笼2，然后伸入进 料导管3；导管3的底部设有导管口6，用于排料；顶部设有料斗4，用 于进料。施工时，将导管3伸入钢筋笼2中，在离桩孔底面一定距离先 驻止，通过料斗4注料，进而在桩孔1的底部由下向上形成了多个流体 层面：流动的连续混凝土层10、泥浆和混凝土的混合层9、泥浆水8和 水7；初灌后继续进料、浇注，导管3缓慢提升，逐步完成整个桩孔的 混凝土浇筑。

因此本发明的基于监测浇筑时混凝土是否连续来判别桩基质量的 检测方法，可依次包括以下步骤：

(1)浇筑开始前，在灌注桩的进料导管3底部的出口位置，沿导 管3竖直高度设置5个压力传感器11，作为一组监测仪(参 见图2)；一共可设置3组这样的监测仪，并通过支架18沿导 管3的外延径向分布，即按120度角均等地布置(参见图5 中的第2幅图)；

(2)浇筑过程中，通过数据采集器12获取在各个压力传感器11 上的数据，并传输至数据数理器13中，再由数据传输端口15 传送到计算机系统中计算处理；包括处理软件、数据云端存 贮等；

(3)根据压力差公式，计算2个压力传感器之间的浇筑介质密度 ρ

ρ＝ΔP_A-B/(gΔH)K

式中：ΔP_A-B为2个压力传感器之间的压力差；

g为引力常数；

ΔH为2个压力传感器之间的距离，为固定值；

K为修正系数；

(4)随着浇筑过程，逐渐提升导管，重复步骤(2)和(3)记录 ρ值；

(5)浇筑完成后，将得到3组数据，每组数据都能判别所在位置 这个桩的轴向是否连续完整，据此判别这个桩在混凝土浇筑 过程中是否连续完整，从而判定这个桩的质量。具体做法是： 判定ρ值是否连续稳定且与所浇筑的混凝土的ρ值一致；如 是，则表明在这2个压力传感器之间走过的路径都是连续的 混凝土，即该组监测仪所在位置上的这个桩的轴向混凝土为 连续性，因此这个轴向上混凝土固化后也应是连续完整的。

本发明的理论计算依据如下：

参见图5中所示，在混凝土浇筑连续性监测仪沿轴向等距安装有A、 B、C、D、E...一组压力传感器，传感器之间的距离ΔH一般为0.1 米-1.0米，值小即传感器安排得密，监测精确，对传感器的精度要求也 高；值大即传感器安排得稀疏，监测精度不好。

当导管下到桩基底部浇筑混凝土时，A、B、C、D、E...各组传感 器受到各自所处平面的压力作用，有水压力、泥浆压力、泥浆混凝土混 合物压力、混凝土压力、侧壁产生的压力、混凝土流动产生的扰动、冲 击力以及混凝土中不均匀块壮物产生的遮蔽、冲击等数十种力的作用， 各压力传感器监测到所处位置的压力数值P_A、P_B、P_C、P_D、P_E……。

因受力关系非常复杂，根据单个的P_A、P_B、P_C、P_D、P_E…… 数值很难得出有用的参数关系，但是两个传感器之间的差值：ΔP_A-B＝P_A-P_B＝Kρg(H_A-H_B)＝KρgΔH

式中K为A、B不平等受侧压力、扰动力、冲击力以及其它作用力 的修正系数，现场情况下，A、B之间距离(ΔH)值很小，可看作K ＝1；

则：ΔP_A-B＝ρ(gΔH)

ρ为A、B之间介质的密度；

g为引力常数；

ΔH为安装时A、B传感器之间的距离，为常数；

由此可知A、B传感器之间的读数差值，能够反映A、B之间的介 质的密度，而密度是物质的特性，在浇筑现场A、B之间的介质有混凝 土(流态)、水、泥浆水以及它们之间的混合物，密度各不相同，由Δ P_A-B数据可测知A、B传感器之间是何种介质。浇筑开始后，一直到结 束如测得的ρ＝ΔP_A-B/(gΔH)与我们所浇筑的混凝土的ρ一致，则 可判定在浇筑过程中A、B传感器所走过的路径都是连续的混凝土，即 监测仪所在位置这个桩的轴向上混凝土是连续的。ΔP_A-C、ΔP_B-C等 等则可相互验证，以消除传感器的误差。

本发明的混凝土浇筑连续性监测仪如图2所示，由压力传感器11、 数据采集器12、数据处理器13、电源14、数据传输端口15以及挂扣 16和密封件17等部件组成；其中压力传感器11通过密封线路与电源 14、数据采集器12、数据集成处理器13和输出模块相连，并共同密封 地安装于一根空心杆上；空心杆的一端设为数据输出端口15，用于读取 其内部数据，该数据可直接使用或者输入计算机通过软件再处理。

本发明中共有5个压力传感器，在竖直方向上间隔分布，即间距在 0.1-1.0米之间作等距离分布，并要求位置始终固定不能发生变化，否 则会对后面所测数据产生很大的误差影响。

挂扣16可使本发明的监测仪附着于导管3的管壁直接安装。

本发明的混凝土浇筑连续性监测仪还可通过支架18沿导管3的外 延径向分布安装，如图3和图4所示，安装二联、三联或更多联的监测 仪，通过支架安装时注意支架要圆滑，呈菱形或橄榄形不能妨碍导管自 由上下。本发明中的每一监测仪都能反映所在位置桩在轴向上混凝土的 浇筑质量，各监测仪连接所占桩的径向面积越大，越能精确反映桩的整 体质量。

最后，还要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。 显然，本发明还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公 开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范 围。