一种碎石基床注浆饱满性检测传感器及检测系统的制作方法

本实用新型涉及土建工程领域，特别涉及一种碎石基床注浆饱满性检测系统。

背景技术：

基床是土建工程中的基础受力承载层，碎石基床更是广泛的应用在铁路基建或者沉管隧道建设等工程中，基床注浆饱满性是评价注浆基床完整性的主要指标之一。基床注浆饱满性对注浆基床的承载力的影响尤其突出，影响基床承载物的结构安全。为控制好基床注浆的饱满性，碎石基床注浆饱满性检测方法应运而生。碎石基床注浆饱满性检测方法可以准确监控注浆饱满性，指导注浆施工。现阶段后注浆饱满性控制一般采用观察法来判断是否注浆饱满，即观察出浆口是否连续流出性能良好的浆体。或者采用用量估算法，即提前估算注浆的浆体用量。现有的后注浆观察法，虽能够判断后注浆施工是否完成，但由于复杂的施工环境和水流的影响，在注浆过程中无法保证基床注浆饱满性，且会造成注浆材料浪费和环境污染。现有后注浆检测用量估算法，虽能够控制好浆体总用量，但是不够精准，且会因为复杂的施工环境导致浆体外流，达不到注浆饱满性的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的测量注浆饱满性精度不够，进而容易导致材料浪费或者环境污染的问题，提供一种可以精确检测碎石基床注浆饱满性的注浆饱满性检测传感器。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种碎石基床注浆饱满性检测传感器，包括，信号采集器及与该信号采集器连接的平板电容；

所述信号采集器包括介电常数测量仪，所述介电常数测量仪通过测量平板电容两个极板间的介电常数变化判断是否有注浆到达该平板电容所在位置。

进一步的，所述检测传感器还包括温度传感器，所述温度传感器与所述信号采集器连接。

进一步的，所述平板电容的两个极板为外包环氧铜极板。

进一步的，所述平板电容两个极板间的间距大于注浆骨料最大粒径的1.5倍。

进一步的，所述平板电容极板面积为极板间距平方的1到4倍。

本实用新型同时提供一种碎石基床注浆饱满性检测系统，包括，

传感器阵列，由至少一个信号采集器及多个设置在碎石基床中平板电容构成，所述信号采集器包括介电常数测量仪，所述介电常数测量仪通过测量各个平板电容两个极板间的介电常数变化判断是否有注浆到达该平板电容所在位置；

信号发射器，与信号采集器连接，用于将信号采集器处理后的信号通过无线方式发射出去；

信号处理器，与一信号接收器连接，用于将信号采集器传送来的各传感器信号处理分析。

进一步的，所述平板电容处还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述信号采集器连接。

进一步的，所述信号处理器中存储有各种组分注浆的温度与强度变化对比，其通过温度传感器采集到的注浆温度判断该注浆的强度变化。

进一步的，所述平板电容的两个极板为外包环氧铜极板。

进一步的，所述平板电容两个极板间的间距大于注浆骨料最大粒径的1.5倍。

进一步的，所述平板电容极板面积为极板间距平方的1到4倍。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型通过在基床注浆施工中的基床中设置一个或多个平板电容，采用感应平板电容介电常数变化的方式感应各个平板电容处是否有注浆，从而达到感应基床中注浆是否饱满的目的；同时在一些实施方式中，本实用新型还通过在平板电容处同时设置温度传感器，根据感测到的基床中相应位置的温度判断基床注浆的强度变化，进而根据基床注浆强度的变化规划下一步的工程施工；本实用新型不仅保证了后注浆基床的饱满度，而且能够监控注浆工艺的施工顺序，有效减少浆体的浪费和对环境的污染。

附图说明：

图1为本实用新型实施例1中提供的注浆饱满性检测传感器的原理框图。

图2为本实用新型实施例2中平板电容具体实施例的正视图。

图3为图2中平板电容的侧视图。

图4为图3中平板电容的俯视图。

图5是本实用新型提供实施例3中的注浆饱满性检测系统原理框图。

图6是本实用新型实施例3中注浆饱满性检测系统传感器分布示例图。

图7是本实用新型实施例3中注浆饱满性检测系统具体应用示例图。

图8是某种组分注浆的温度与强度变化关系图。

图中标记：1-平板电容，11-极板，12-温度传感器，13-硬质绝缘板，2-信号采集器，3-信号发射器，4-信号接收器，5-信号处理器，6-碎石基床，7-沉管。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1：如图1所示，本实施例提供一种碎石基床6注浆饱满性检测传感器，包括，信号采集器2及与该信号采集器2连接的平板电容1；

所述信号采集器2包括介电常数测量仪，所述介电常数测量仪通过测量平板电容1两个极板11间的介电常数变化判断是否有注浆到达该平板电容1所在位置。因为注浆的介电常数通常与随时基床所设置环境的主要介质的介电常数不同，比如，设置在陆地上的碎石基床6，其环境介质为空气，其介电常数通常为1左右，而设置在海底用于沉管7隧道的碎石基床6，其环境介质为海水，其介电常数通常在81左右，而注浆（主要组分为混凝土，其具体组分根据需要不同而不同）的介电常数通常在8左右；这样，将本实施例提供的注浆饱满性检测传感器均匀或随机的设置随时基床的各个位置，通过测量传感器所在位置的介电常数的变化来判断注浆是否到达该传感器所在位置，由于，该注浆饱满性检测传感器在使用时是均匀或随机设置在整个碎石基床6中的，因此其设置的数量越多，则测量结果越精确，理论上，所有的传感器位置均反馈其介电常数为注浆的8时（该介电常数会由于注浆具体组分的不同而稍有变化，具体值可通过提前测量获取），认为碎石基床6注浆饱满。

优选的，本实施例中，所述平板电容1的两个极板11为外包环氧铜极板11。同时，优选的，所述平板电容1两个极板11间的间距大于注浆骨料最大粒径的1.5倍，以保证注浆中最大粒径的谷粒也能进入极板11之间，从而顺利完成测量；所述平板电容1极板11面积为极板11间距平方的1到4倍，本实施例中，所述极板11为正方形（当然该极板11也可以根据需要设置为圆形、菱形、正方形、六边形或其他任何和应用场景匹配的形状），即，该正方形极板11的边长为两个极板11间距的1到2倍，此时，本实施例提供的注浆饱满性检测传感器的测量效果最佳。

实施例2：如图2至图4所示，本实施例同样提供一种碎石基床6注浆饱满性检测传感器，与实施例1不同点在于，本实施例中，所述检测传感器还包括温度传感器12，所述温度传感器12与所述信号采集器2连接；具体的，本实施例中，所述平板电容1的两个极板11可选的竖直设置在一硬质绝缘板13上，所述温度传感器12同样设置在所述硬质绝缘板13上，一些实施例中，所述温度传感器12同样设置在该硬质绝缘板13上，优选的，如图3、图4所示，该温度传感器12设置在所述硬质绝缘板13位于极板11之间的位置上，这样可以将平板电容1和温度传感器12集成为一体，同时尽可能的减小它的体积。

众所周知的是，在同一环境条件下（同一环境条件是指同一环境介质空气、淡水、海水，同一温度、同一压力等）中，固定组分的注浆固化过程中时间-强度变化关系是固定的，但是当环境条件发生变化时，其强度-时间的关系就会发生变化，因此我们不容易简单的根据时间判断注浆的强度，但是对于工程施工来说，需要经过注浆的随时基床到达一定强度才能进行下一步施工；因此准确判断注浆的强度变化对施工流程非常重要；如图8所示，我们发现对于固定组分的注浆来说，其固化过程中的温度-强度变化关系受环境条件影响较小，因此我们通过在检测传感器中设置温度传感器12，进而在注浆完成后检测基床中各个位置注浆温度的变化来判断注浆强度的变化；图8是某种组分注浆的温度-强度关系图，从中我们可以看出，在注浆升温过程中，注浆强度随温度的提升而加强，直至注浆达到最高温度后，注浆强度进一步增强；通过提前实验获取固定组分注浆固化过程中温度与强度的关系图，并在注浆实际使用时获得其各个部分的实时温度，我们可以规范施工流程，判断何时进入下一施工流程（如某种组分的注浆，我们一般认为在其达到最高温度后三天，其强度可满足下一步的施工要求），既保证了施工安全，也最大程度的节约了施工时间。

实施例3：如图5至图7所示，本实施例提供一种碎石基床6注浆饱满性检测系统，包括，

传感器阵列，由至少一个信号采集器2及多个设置在碎石基床6中平板电容1构成，所述信号采集器2包括介电常数测量仪，所述介电常数测量仪通过测量各个平板电容1两个极板11间的介电常数变化判断是否有注浆到达该平板电容1所在位置；

信号发射器3，与信号采集器2连接，用于将信号采集器2处理后的信号通过无线方式发射出去；

信号处理器5，与一信号接收器4连接，用于将信号采集器2传送来的各传感器信号处理分析。

因为注浆的介电常数通常与随时基床所设置环境的主要介质的介电常数不同，比如，设置在陆地上的碎石基床6，其环境介质为空气，其介电常数通常为1左右，而设置在海底用于沉管7隧道的碎石基床6，其环境介质为海水，其介电常数通常在81左右，而注浆（主要组分为混凝土，其具体组分根据需要不同而不同）的介电常数通常在8左右；具体的，如图5所示，本实施例中，传感器阵列中的平板电容1均匀的设置随时基床的各个位置（也可随机非均匀的设置），通过测量各个平板电容1所在位置的介电常数的变化来判断注浆是否到达该位置，由于，各个平板电容1是均匀设置在整个碎石基床6中的，因此其设置的数量越多，则测量结果越精确，理论上，所有的传感器位置均反馈其介电常数为注浆的8时（该介电常数会由于注浆具体组分的不同而稍有变化，具体值可通过提前测量获取），认为碎石基床6注浆饱满达到要求。

优选的，本实施例中，所述平板电容1的两个极板11为外包环氧铜极板11。同时，优选的，所述平板电容1两个极板11间的间距大于注浆骨料最大粒径的1.5倍，以保证注浆中最大粒径的谷粒也能进入极板11之间，从而顺利完成测量；所述平板电容1极板11面积为极板11间距平方的1到4倍，本实施例中，所述极板11为正方形（当然该极板11也可以根据需要设置为圆形、菱形、正方形、六边形或其他任何和应用场景匹配的形状），即，该正方形极板11的边长为两个极板11间距的1到2倍，此时，本实施例提供的注浆饱满性检测传感器的测量效果最佳。

具体的，一些应用场景中，如图6所示的海底沉管7隧道工程中，碎石基床6设置在海底，并作为后续沉管7的基床，将传感器阵列中的各个平板电容1均匀的设置在海底碎石基床6的各个位置，并在碎石基床6的某一位置上设置一信号采集器2，该信号采集器2负责与各个平板电容1有线连接（个别实施例中，如果可以为每个平板电容1设置单独的电源和无线发射装置，也可以实现信号采集器2与各平板电容1的无线连接），信号采集器2负责不断采集各个平板电容1的电容值，以检测每个平板电容1间的介电常数变化，信号采集器2还负责将各个平板电容1传来的模拟电容值转化为数字信号，并通过无线信号发射器3将其传出；同样的，在远处，如海面船上或沉管7上某位置，可设置带有无线信号接收器4的信号处理器5，信号处理器5中存储有特定组分注浆的介电常数值或与该介电常数对应的其他参数值，信号处理器5通过将从各个平板电容1处获取的数值与预存值进行比较后，利用一显示装置或者采用其他方式向用户直接展示注浆结果，展示方式如可以是，列表，列表中标注各个平板电容1编号及其实时介电常数值，也可以是图像，图形为基床2D或3D图像，并在图像中显示各个平板电容1位置，采用不同颜色表示注浆效果，如红色表示注浆未到达相应位置，绿色表示注浆已到达相应位置。

实施例4：与实施例3不同点在于，本实施例中所述检测传感器还包括温度传感器12，所述温度传感器12与所述信号采集器2连接。

具体的，本实施例中，所述平板电容1的两个极板11可选的竖直设置在一硬质绝缘板13上，所述温度传感器12同样设置在所述硬质绝缘板13上，一些实施例中，所述温度传感器12同样设置在该硬质绝缘板13上，优选的，如图3、图4所示，该温度传感器12设置在所述硬质绝缘板13位于极板11之间的位置上，这样可以将平板电容1和温度传感器12集成为一体，同时尽可能的减小它的体积。

众所周知的是，在同一环境条件下（同一环境条件是指同一环境介质空气、淡水、海水，同一温度、同一压力等）中，固定组分的注浆固化过程中时间-强度变化关系是固定的，但是当环境条件发生变化时，其强度-时间的关系就会发生变化，因此我们不容易简单的根据时间判断注浆的强度，但是对于工程施工来说，需要经过注浆的随时基床到达一定强度才能进行下一步施工；因此准确判断注浆的强度变化对施工流程非常重要；如图8所示，我们发现对于固定组分的注浆来说，其固化过程中的温度-强度变化关系受环境条件影响较小，因此我们通过在检测传感器中设置温度传感器12，进而在注浆完成后检测基床中各个位置注浆温度的变化来判断注浆强度的变化；图8是某种组分注浆的温度-强度关系图，从中我们可以看出，在注浆升温过程中，注浆强度随温度的提升而加强，直至注浆达到最高温度后，注浆强度进一步增强；通过提前实验获取固定组分注浆固化过程中温度与强度的关系图，并在注浆实际使用时获得其各个部分的实时温度，我们可以规范施工流程，判断何时进入下一施工流程（如某种组分的注浆，我们一般认为在其达到最高温度后三天，其强度可满足下一步的施工要求），既保证了施工安全，也最大程度的节约了施工时间。