水下用低阻力桩基低应变动测装置

摘要

本发明公开了水下用低阻力桩基低应变动测装置，将击锤和应力波接收探头集合在一个应力波发生接收装置中，同时实现了击锤落下与收起的自动化，通过配重块以及固定装置组合将应力波发生接收装置固定在桩基顶部，应力波接收探头下端有胶性的贴合胶质层，推压室的外壁与壳体的内壁以及防水隔层内壁之间形成有水道，用于降低水阻，本发明具有能在深水高压中使用、击锤和检测探头进行合并节约人工、击锤敲击时水阻较小的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及桩基检测的技术领域，尤其涉及高水压环境的桩基检测装置，具体的说，是水下用低阻力桩基低应变动测装置。

背景技术

大直径灌注桩因承载力高、施工噪音小等优点而被广泛采用,它通常是由人工开挖或钻机成孔后在地下或水下灌注成桩,其质量受施工工艺、尤其是砼灌注工序等多种因素的影响而难以控制,故桩基的质量问题普遍存在,如沉渣过厚、桩身不均匀(局部夹泥、离析、蜂窝等)。所以，在进行下一道工序之前,必须对桩身砼体质量及完整性进行检测和评价，尤其是诸如海洋桩基平台的水下桩基平台。海洋桩基平台由上部甲板、下部导管架和穿过导管架腿柱并打入海底的桩基组成。由于长期处于恶劣的海洋环境中，这些桩基结构不断遭到侵蚀和破坏，风、浪、流和冰载荷的长期作用，波浪引起的桩基运动，杆件的腐蚀，海床的淘蚀，以及海生物的附着生长等原因都会影响桩的承载能力；而海洋桩基平台受到的所有载荷都由桩基承担，所以打桩的质量会直接影响导管架平台的安全，一旦发生事故，就会造成严重的人员伤亡和平台整体性毁坏，所以对此类水下桩基的检测显得尤为重要。

在普通房屋桩基检测中，一般采用抽检的方式对桩身缺陷进行抽查，而在海洋或江河中的桩基则采用每桩必检的方式进行检测。对普通房屋检测桩基承载力时通常采用静载测试与低应变测试相结合的检测方式。低应变测试是通过低应变动测仪对桩身进行应力波探测，对返回的应力波进行分析从而进行桩身缺陷类型和位置的确定、施工桩长校对和混凝土强度等级定性估计等工作的一种测试。但是，现有的低应变动测仪并不适合在深水中使用，一方面是由于在使用动测仪检测时，一般需要两个人配合，一人将探头按压在桩头上，另一只手用手锤或力锤敲击桩顶产生应力波，另外一人通过与探头连接的测桩仪的显示初步判断曲线是否合格，并记录下对应的桩号，再利用专门的软件对数据进行进一步分析；另一方面，在深水高压环境中，使用人工潜水进行低应变作业不仅人工成本高、操作复杂难度大，而且动测仪探头在深水高压下会渗入水导致探头灵敏度下降，敲出的低应变曲线扭曲杂乱，效果不佳。昂贵的人工成本、检测的高难度和较差的检测效果严重限制了低应变动测仪在海洋和河海桩基检测中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种能在深水高压中使用、击锤和检测探头进行合并节约人工、击锤敲击时水阻较小的水下用低阻力桩基低应变动测装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

水下用低阻力桩基低应变动测装置，包括数据处理器，数据处理器通过水密线连接有应力波发生接收装置，应力波发生接收装置包括有击锤和应力波接收探头，其中：应力波发生接收装置设置有一内腔体，该内腔体由防水隔层分割为左腔体和右腔体，左腔体下部开口，击锤置于左腔体中，应力波接收探头置于右腔体中，应力波接收探头的下部贴合配设有隔压块，隔压块伸出至应力波发生接收装置的壳体外并与壳体密封配合；右腔体中设置有配重块以及用于将应力波接收探头与左腔体传来的震动隔离的阻尼层；左腔体内置有推压室，推压室上部固定在应力波发生接收装置上部，下部延伸至左腔体中部，推压室包括有推压腔，推压腔连接有抽注气装置，抽注气装置包括高压注气机和抽气机，高压注气机和抽气机均通过导管与推压腔顶部连通，击锤的锤柄上部伸入推压腔中，锤柄顶端设置橡胶体，橡胶体与推压室内壁密封配合，击锤的锤头与锤柄连接且锤头在锤柄下部，锤头位于推压室外并能在锤柄的推动下伸出壳体，推压室的左侧外壁与壳体的左侧内壁之间形成有左水道，推压室的右侧外壁与防水隔层之间形成有右水道，左水道和右水道上部均贯穿左腔体，推压室下部设置有密封法兰，密封法兰与锤柄配合处设置有密封浮环；数据处理器包括有控制器，控制器控制高压注气机和抽气机的运作。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的隔压块包括有隔压硬质层和贴合胶质层，隔压硬质层与应力波接收探头贴合固定，贴合胶质层一侧与隔压硬质层粘合，另一侧延伸至应力波发生接收装置的壳体外，隔压硬质层与壳体密封抵触配合。

上述的内腔体上部填充有胶层，胶层包裹伸入壳体中的水密线并密封壳体与水密线的连接处。

上述的隔压块中部内切形成有密封卡肩，密封卡肩上部抵压在壳体下部。

上述的壳体、密封卡肩和应力波接收探头的结合处设置有密封环。

上述的壳体的左侧下端设置有平衡脚，平衡脚伸出壳体的长度与贴合胶质层伸出壳体的长度相等。

上述的推压腔中放置有弹簧，弹簧下端固定在推压腔下部，当击锤的锤柄位于推压腔的高处时，弹簧上端与橡胶体间隙配合，当击锤的锤柄位于推压腔的低处时，弹簧上端与橡胶体顶接且弹簧被压缩。

上述的推压腔下部固定有橡胶密封块，弹簧下端固定在橡胶密封块上。

与现有技术相比，本发明将击锤和应力波接收探头集合在一个应力波发生接收装置中，同时实现了击锤落下与收起的自动化，通过配重块使应力波发生接收装置的重心的轴线在应力波接收探头上，而应力波接收探头下端有胶性的贴合胶质层，这样就让应力波接收探头与下部的桩实现较好的介质连接，不必通过人工压住应力波接收探头。本发明通过配重块实现应力波发生接收装置完全压在桩顶，且锤击的震动不足以将应力波发生接收装置顶起。靠控制器控制高压注气机和抽气机的注气抽气运作，实现对击锤的位移控制，使击锤能敲击桩顶，实现应力波信号采集。应力波信号的采集过程不需人工直接进行，由此只通过一个人就能完成桩的低应变测试，而且这个人工可以在水上平台进行调试数据处理器即可，大大节约了测试成本。为了降低锤击的阻力，应力波发生接收装置在推压室的左侧外壁与壳体的左侧内壁之间形成有左水道，推压室的右侧外壁与防水隔层之间形成有右水道，左水道和右水道上部均贯穿左腔体，当击锤移动时，左腔体内的水不会积压在击锤附近，而是通过左水道和右水道进行流动，有效避免击锤附近形成高水阻，降低水阻对击锤正常位移的阻碍以及击锤对应力波发生接收装置的反作用力。本发明的应力波发生接收装置采用了多处密封设置，保证其在水下高压环境能正常工作。在左腔体处，采用密封浮环和橡胶密封块双重密封推压室，在右腔体处采用密封卡肩的设置，将水压传递至壳体上，保证了应力波接收探头不受到太大的压力，通过密封环设置，可以防止水进入右腔体，防止应力波接收探头进水影响工作。由于击锤和应力波接收探头集合在一个装置中，敲击时装置产生的震动会使应力波接收探头接收到从左腔体传来的应力波震动，影响监测的准确性，因此，本发明采用阻尼层将应力波接收探头包裹的形式来隔离或减小从左腔体传来的应力波震动，以增加监测的准确性。

本发明具有能在深水高压中使用、击锤和检测探头进行合并节约人工、击锤敲击时水阻较小的优点。

附图说明

图1是本发明的击锤抬起时的结构示意图；

图2是本发明的击锤落下时的结构示意图；

图3是本发明的击锤重新抬起时的结构示意图；

图4是本发明低应变动测仪的结构简图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图4所示为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：数据处理器1、控制器11、应力波发生接收装置2、左腔体2a、右腔体2b、壳体2c、防水隔层21、平衡脚22、胶层23、击锤3、锤柄31、橡胶体31a、锤头32、应力波接收探头4、隔压块41、隔压硬质层41a、贴合胶质层41b、密封卡肩41c、密封环41d、配重块5、阻尼层6、推压室7、推压腔7a、左水道71、右水道72、弹簧73、橡胶密封块74、抽注气装置8、高压注气机81、抽气机82、密封法兰9、密封浮环91。

如图1至图4所示，本发明的水下用低阻力桩基低应变动测装置，包括数据处理器1，数据处理器1通过水密线连接有应力波发生接收装置2，应力波发生接收装置2包括有击锤3和应力波接收探头4，其中：应力波发生接收装置2设置有一内腔体，该内腔体由防水隔层21分割为左腔体2a和右腔体2b，左腔体2a下部开口，击锤3置于左腔体2a中，应力波接收探头4置于右腔体2b中，应力波接收探头4的下部贴合配设有隔压块41，隔压块41伸出至应力波发生接收装置2的壳体2c外并与壳体2c密封配合；右腔体2b中设置有配重块5以及用于将应力波接收探头4与左腔体2a传来的震动隔离的阻尼层6；左腔体2a内置有推压室7，推压室7上部固定在应力波发生接收装置2上部，下部延伸至左腔体2a中部，推压室7包括有推压腔7a，推压腔7a连接有抽注气装置8，抽注气装置8包括高压注气机81和抽气机82，高压注气机81和抽气机82均通过导管与推压腔7a顶部连通，击锤3的锤柄31上部伸入推压腔7a中，锤柄31顶端设置橡胶体31a，橡胶体31a与推压室7内壁密封配合，击锤3的锤头32与锤柄31连接且锤头32在锤柄31下部，锤头32位于推压室7外并能在锤柄31的推动下伸出壳体2c，推压室7的左侧外壁与壳体2c的左侧内壁之间形成有左水道71，推压室7的右侧外壁与防水隔层21之间形成有右水道72，左水道71和右水道72上部均贯穿左腔体2a，推压室7下部设置有密封法兰9，密封法兰9与锤柄31配合处设置有密封浮环91；数据处理器1包括有控制器11，控制器11控制高压注气机81和抽气机82的运作。

实施例中，隔压块41包括有隔压硬质层41a和贴合胶质层41b，隔压硬质层41a与应力波接收探头4贴合固定，贴合胶质层41b一侧与隔压硬质层41a粘合，另一侧延伸至应力波发生接收装置2的壳体2c外，隔压硬质层41a与壳体2c密封抵触配合。

实施例中，内腔体上部填充有胶层23，胶层23包裹伸入壳体2c中的水密线并密封壳体2c与水密线的连接处。

实施例中，隔压块41中部内切形成有密封卡肩41c，密封卡肩41c上部抵压在壳体2c下部。

实施例中，壳体2c、密封卡肩41c和应力波接收探头4的结合处设置有密封环41d。

实施例中，壳体2c的左侧下端设置有平衡脚22，平衡脚22伸出壳体2c的长度与贴合胶质层41b伸出壳体2c的长度相等。

实施例中，推压腔7a中放置有弹簧73，弹簧73下端固定在推压腔7a下部，当击锤3的锤柄31位于推压腔7a的高处时，弹簧73上端与橡胶体31a间隙配合，当击锤3的锤柄31位于推压腔7a的低处时，弹簧73上端与橡胶体31a顶接且弹簧73被压缩。

实施例中，推压腔7a下部固定有橡胶密封块74，弹簧73下端固定在橡胶密封块74上。

本发明的具体使用方法如下：在桩基打下经过一段时间后，用钢管将应力波发生接收装置2送至桩上部，然后让应力波发生接收装置2自由落下，平衡脚24和贴合胶质层41b都贴在桩顶，抽气机82抽气，使推压腔7a内为负压，锤柄31顶端的橡胶体31a被吸在推压腔7a的高处，如图1所示。敲击时，控制器11控制高压注气机81向推压腔7a注入一股脉冲高压气，对橡胶体31a施加一个瞬间的向下的冲力，带动击锤3下移，使击锤3打击桩顶后弹回，在击锤3下移时，位于击锤3下方的水体会被挤压，如果不设置左水道71和右水道72，水会从左腔体2a的下方间隙流出，而间隙比较小，水无法短时间内通过，水阻会很大，不利于应力波发生接收装置2的稳定工作。设置左水道71和右水道72后，击锤3下移时水能从左水道71和右水道72向外流，不会在击锤3下方形成高水阻。弹簧73在击锤3下移时被压缩，能积攒一定的势能，在击锤3回弹时辅助击锤3回位，如图2所示。击锤3打击桩顶后弹回的时候，抽气机82运作，高压注气机81停止，抽气机82迅速将橡胶体31a与推压腔7a顶部的空气抽走，通过负压将击锤3的锤柄31吸在推压腔7a的高处，阻止击锤3再次落下，在击锤3上移时水能从左水道71和右水道72向内流，不会在击锤3上方形成高水阻，如图3所示。在击锤3敲击桩顶后，应力波接收探头4会接收到从桩内传来的应力波震动曲线，并将该曲线传递到数据处理器1中，数据处理器1对波形进行显示、分析和存档。如此反复敲击三次。在取得足够多的应力波曲线后，将应力波发生接收装置2提起回收。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。