一种用于钢板表面应变测试桥路保护的装置及安装方法与流程

本发明属于桩基工程测试技术领域，尤其涉及一种用于钢板表面应变测试桥路保护的装置及安装方法。

背景技术：

钢管桩、钢板桩是工程中常用的桩基础形式，其一般通过冲击、振动或者静压的方式打入土层中。掌握打桩动力荷载或上部结构荷载作用下桩周土阻力的发挥规律是分析桩承载能力、进行桩基设计计算、预测沉桩可行性的关键。土阻力的发挥规律十分复杂，实际工程中一般通过沿桩身多点安装应变传感器获得桩受荷工况下的桩身应变分布数据，从而间接计算相邻应变传感器之间桩段受到的土阻力作用。对于钢管桩、钢板桩这类打入桩，安装于钢板表面的应变传感器除了要承受打桩过程的桩身应力，还要承受水压力和土层的冲击力，因此，必须对应变传感器采取保护措施，隔离水压力和土层冲击力，并耐受打桩动应力。目前，常规的振弦式应变计、电阻式应变计能够通过传感器本身的封装承受一定水压力，但仍需采用外部防护抵抗土层冲击力，而由于封装好的应变计体积较大，其安装支座及外部防护尺寸也相应较大，对应力测点的应力产生一定程度干扰，且整体耐受打桩动应力的能力较差，实际工程应用时往往成活率偏低，同时，能够满足打桩冲击动态响应测试要求的应变计价格昂贵，多点测试一次性投入成本较高。

表贴应变测试桥路是钢板自由表面进行动、静态应变测试的常用方法。表贴应变测试桥路体积较小、桥路方式可自由选择、成本相对低廉，但为封装的表贴应变测试桥路无法承受水压力和土层冲击力，将其应用于打入桩桩身应变测试仍需采用合适的保护装饰以及合理的保护方法。现有在钢板表面安装应变测试桥路常用的方式是在钢板表面的应变测点位置铣槽，然后在槽内安装应变测试桥路并用灌封胶灌封，铣槽方式对应变测点应力状态扰动较大，特别是对于一般钢板桩、钢管桩等桩壁厚度较小的工况尤为显著，而且现场环境下无法使用机床，铣槽难度大，耗时耗力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于钢板表面应变测试桥路保护的装置及安装方法，旨在解决现有在钢板表面安装应变测试桥路方式的不足。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于钢板表面应变测试桥路保护的装置，包括两个半框架，每个半框架的一端设有凸起，另一端设有凹槽，通过任一半框架的凸起与另一半框架的凹槽插接，使得两个半框架连接成框架组件，框架组件用于安装在待测钢板表面，在框架组件安装在待测钢板表面后，两个半框架在待测钢板表面上围成用于安装应变测试桥路的安装空间，安装空间内填充有第一密封层和包覆在第一密封层外侧的第二密封层，两个半框架中的一个半框架上开设有连通安装空间与外部的第一线槽，第一线槽内填充有第二密封层。

进一步地，任一半框架靠近待测钢板一侧的内壁上设有第一剖口。

进一步地，任一半框架与待测钢板表面剖口焊接。

进一步地，任一半框架靠近待测钢板一侧的局部外壁上设有第二剖口，第二剖口与待测钢板之间通过焊接材料填充。

进一步地，凹槽的底部设有橡胶条。

进一步地，橡胶条的长度等于凹槽的长度，其宽度和高度均等于凹槽的宽度。

进一步地，两个半框架两端之间分别设有用于密封凹槽与相应凸起之间缝隙的柔性密封层。

进一步地，第二密封层为环氧灌封胶层，和/或，第一密封层和柔性密封层为硅橡胶层。

本发明还提供了上述任意一项所述的用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的安装方法，包括以下步骤：

以预设应变测点为中心对待测钢板表面处理，露出平整的待测钢板表面，处理面积不小于框架组件的面积；

将框架组件安装在待测钢板表面，使其中心与预设应变测点重合，且任一半框架的长度方向与所测试应变方向垂直，两个半框架在待测钢板表面上围成安装空间，清理位于安装空间内的异物；

在预设应变测点粘贴应变测试桥路，将应变测试桥路的电缆从第一线槽穿出至安装空间的外侧；

在应变测试桥路上覆盖第一密封层，安装空间内除第一密封层外的其余空间用第二密封层填充，并在第一线槽内填充第二密封层。

进一步地，待测钢板表面设有保护角钢，保护角钢的下端设有锥形封口，在将框架组件安装在待测钢板表面的步骤之前，安装方法还包括：

将框架组件置于待测钢板表面，使其中心与预设应变测点重合，且任一半框架的长度方向与所测试应变方向垂直，在待测钢板表面对应第一线槽的位置进行标记；

将框架组件移开，根据标记对待测钢板表面进行切割，形成第二线槽，并将第二线槽远离预设应变测点的一端切割至保护角钢的位置；

在将应变测试桥路的电缆从第一线槽穿出至安装空间的外侧的步骤之后，安装方法还包括：

将第二线槽远离应变测点的一端切割至保护角钢的位置；

将应变测试桥路的电缆沿着第二线槽引入保护角钢内，并沿保护角钢引出至桩顶；

在第二线槽内填充第二密封层，在保护角钢内填充发泡剂。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：适用于工程现场，安装方便，应变测试桥路设置在第一密封层内，采用安装框架组件结合第一密封层和第二密封层形成较大刚度的保护外壳，使得应变测试桥路能够抵抗土层冲击力、水压力和耐受打桩动应力；在要求测试应变的方向，两个半框架以两端凹凸嵌套的方式组合成框架组件，两个半框架在应变测试方向以及与应变测试方向的垂直方向的相对位移并未限制，可以大大减小框架组件对其中间应变测点应变状态的干扰，有效解决现有的钢管桩、钢板桩沉桩过程中水下和泥面以下应变测试桥路无法有效保护的问题，并且提高钢管桩和钢板桩等桩身动、静态应变测试测点的成活率以及测试数据的准确性。

附图说明

图1为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的内部布置应变测试桥路的俯视示意图；

图2为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的右视剖视图；

图3为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的前视剖视图；

图4为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置中框架组件的结构示意图；

图5为图4的a1-a1剖面图；

图6为图4的a2-a2剖面图；

图7为图4的a3-a3剖面图；

图8为图4的a4-a4剖面图；

图9为图4的b1-b1剖面图；

图10为图4的b2-b2剖面图；

图11为图4的b3-b3剖面图；

图12为图4的b4-b4剖面图；

图13为图4的b5-b5剖面图；

图14为图4的b6-b6剖面图；

图15为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的安装方法中的示意图。

图中，1-半框架，11-凸起，12-凹槽，13-第一线槽，14-第一剖口，15-第二剖口，2-第一密封层，3-第二密封层，4-焊接材料，5-橡胶条，6-待测钢板，7-应变测试桥路，71-电缆，8-保护角钢。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图3，图1为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的内部布置应变测试桥路的俯视示意图，未显示第一密封层、第二密封层和柔性密封层，图2为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的右视剖视图，图3为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的前视剖视图。一种用于钢板表面应变测试桥路保护的装置，包括两个半框架1连接成的框架组件以及设置在框架组件内的第一密封层2和第二密封层3，框架组件围设在应变测试桥路7外侧，第一密封层2用于包覆应变测试桥路7，第二密封层3用于包覆第一密封层2，采用安装框架组件结合第一密封层2和第二密封层3形成较大刚度的保护外壳，使得应变测试桥路7能够抵抗土层冲击力、水压力和耐受打桩动应力。

请结合参阅图4至图14，图4为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置中框架组件的结构示意图，未显示柔性密封层，图5为图4的a1-a1剖面图，图6为图4的a2-a2剖面图，图7为图4的a3-a3剖面图，图8为图4的a4-a4剖面图，图9为图4的b1-b1剖面图，图10为图4的b2-b2剖面图，图11为图4的b3-b3剖面图，图12为图4的b4-b4剖面图，图13为图4的b5-b5剖面图，图14为图4的b6-b6剖面图。具体地，每个半框架1的一端设有凸起11，另一端设有凹槽12，通过任一半框架1的凸起11与另一半框架1的凹槽12插接，使得两个半框架1连接成框架组件，框架组件用于安装在待测钢板6表面，在框架组件安装在待测钢板6表面后，两个半框架1在待测钢板6表面上围成用于安装应变测试桥路7的安装空间。两个半框架1均呈u型，两个半框架1相互通过凸起11与相应的凹槽12插接形成一个矩形的框架组件，由于两个半框架1以两端凹凸嵌套的方式组合成框架组件，两个半框架1之间是活动连接，在安装待测钢板6桩表面后，两个半框架1在应变测试方向以及与应变测试方向的垂直方向的相对位移并未限制，可以大大减小框架组件对其中间应变测点应变状态的干扰。具体地，在一实施例中，任一半框架1与待测钢板6表面剖口焊接。具体地，任一半框架1靠近待测钢板6一侧的局部外壁上设有第二剖口15，第二剖口15与待测钢板6之间通过焊接材料4填充。第二剖口15沿半框架1外壁设置，呈u型，且第二剖口15的u型两侧壁的长度小于半框架1的u型两侧壁的长度，在凸起11和凹槽12对应的位置不与待测钢板6焊接，减小对应变测点应变状态的干扰。第二剖口15的斜面由远离待测钢板6的一侧向靠近待测钢板6的一侧向内倾斜。由焊接材料4填充形成的焊缝，通过所述焊缝实现任一半框架1与待测钢板6焊接相连。而为避免在沉桩过程，两个半框架1受力发生直接接触而损坏半框架1，在一实施例中，凹槽12的底部设有橡胶条5。优选地，橡胶条5的长度等于凹槽12的长度，其宽度和高度均等于凹槽12的宽度。两个半框架1插接时，凸起11与橡胶条5接触，橡胶条5的设置使得两个半框架1之间留有活动空间，保证两个半框架1之间是活动连接状态，并橡胶条5起到缓冲的作用，避免两个半框架1直接接触。优选地，两个半框架1两端之间分别设有用于密封凹槽12与相应凸起11之间缝隙的柔性密封层，通过柔性密封层填充凹槽12与相应凸起11之间的缝隙，确保框架组件安装在待测钢板6表面后的侧向密封性。

具体地，安装空间内填充有第一密封层2和包覆在第一密封层2外侧的第二密封层3，两个半框架1中的一个半框架1上开设有连通安装空间与外部的第一线槽13，第一线槽13内填充有第二密封层3。在应变测试桥路7安装在待测钢板6表面后，第一密封层2用于包覆在应变测试桥路7外侧，第二密封层3用于包覆在第一密封层2外侧，形成对应变测试桥路7的保护层。在一实施例中，任一半框架1靠近待测钢板6一侧的内壁上设有第一剖口14。第一剖口14的斜面由远离待测钢板6的一侧向靠近待测钢板6的一侧向外倾斜，该设计使得第二密封层3部分在半框架1与待测钢板6表面之间，确保第二密封层3能够稳固的填充在安装空间内以及更好的起到密封防水的作用。优选地，柔性密封层和第一密封层2为硅橡胶层。第二密封层3为环氧灌封胶层。

请结合参阅图15，图15为本发明用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的安装方法中的示意图。本发明还提供了上述任意一项所述的用于钢板表面应变测试桥路保护的装置的安装方法，包括以下步骤：

s1、以预设应变测点为中心对待测钢板6表面处理，露出平整的待测钢板6表面，处理面积不小于框架组件的面积；

s2、将框架组件安装在待测钢板6表面，使其中心与预设应变测点重合，且任一半框架1的长度方向与所测试应变方向垂直，两个半框架1在待测钢板6表面上围成安装空间，清理位于安装空间内的异物；

s3、在预设应变测点粘贴应变测试桥路7，将应变测试桥路7的电缆71从第一线槽13穿出至安装空间的外侧；

s4、在应变测试桥路7上覆盖第一密封层2，安装空间内除第一密封层2外的其余空间用第二密封层3填充，并在第一线槽13内填充第二密封层3。

在上述步骤s1中，在钢管桩、钢板桩等待测钢板6表面沿桩身预设多个预设应变测点，对于每个预设应变测点，以预设应变测点为中心对待测钢板6表面进行处理，且处理面积要大于框架组件的面积，使得该面积范围内露出平整、新鲜的钢板表面。

在上述步骤s2中，沿两个半框架1的局部外壁剖口焊接，将两个半框架1焊接在待测钢板6表面，第二剖口15外侧的焊接材料4的高度和宽度与框架组件的厚度基本一致，将高出框架组件厚度的焊接材料4打磨至与框架组件远离待测钢板6的侧面齐平，此时两个半框架1组成的框架组件的中心与应变测点重合，框架组件的中心与应变测点的连线垂直于待测钢板6表面，而两个半框架1的长度方向即其u型底部，两个半框架1的u形底部与所测试应变方向垂直，如测量桩身长度方向的应变，则两个半框架1的u形底部与桩身长度方向垂直。然后将框架组件内的异物清理干净。

在上述步骤s3中，在安装空间内的预设应变测点上粘贴应变片、端子并焊接形成应变测试桥路7，应变测试桥路7的结构为现有技术，在此不再赘述。并将应变测试桥路7的电缆71从第一线槽13穿过，将应变测试桥路7的电缆71引出至安装空间的外侧，然后在第一线槽13内填充环氧灌封胶形成第二密封层3。

进一步地，待测钢板6表面设有保护角钢8，保护角钢8的下端设有锥形封口，在步骤s2之前，安装方法还包括：

s21、将框架组件置于待测钢板6表面，使其中心与预设应变测点重合，且任一半框架1的长度方向与所测试应变方向垂直，在待测钢板6表面对应第一线槽13的位置进行标记；

s22、将框架组件移开，根据标记对待测钢板6表面进行切割，形成第二线槽，并将第二线槽远离预设应变测点的一端切割至保护角钢8的位置；

在步骤s3之后，安装方法还包括：

s31、将应变测试桥路7的电缆71沿着第二线槽引入保护角钢8内，并沿保护角钢8引出至桩顶；

s32、在第二线槽内填充第二密封层3，在保护角钢8内填充发泡剂。

具体地，保护角钢8外沿间隔一定距离与待测钢板6表面焊接固定，应变测点附近保护角钢8与待测钢板6表面保持脱开。锥形封口与待测钢板6表面焊接固定。

在上述步骤s21至步骤s22中，框架组件的放置待测钢板6表面上时，框架组件的中心与应变测点的连线垂直于待测钢板6表面，两个半框架1的u形底部与所测试应变方向垂直。然后在在待测钢板6表面对应第一线槽13的位置进行标记，并在标记的位置切割第二线槽，切割的第二线槽的方向、宽度和深度与第一线槽13一致，第二线槽的一端位于对应第一线槽13中心的位置，另一端位于保护角钢8覆盖范围内。

在上述步骤s31和步骤s32中，应变测试桥路7的电缆71从第一线槽13和第二线槽之间引出安装空间外侧之后，继续沿着第二线槽引入保护角钢8内，然后沿着保护角钢8向上引出至桩顶。然后在第二线槽内填充环氧灌封胶形成第二密封层3，在保护角钢8内填充发泡剂，通过第二密封层3和保护角钢8对应变测点桥路的电缆71进行保护，避免应变测试桥路7的电缆71在沉桩过程中断裂。

在上述步骤s4中，将硅橡胶涂抹覆盖框架组件内的应变测试桥路7上，硅橡胶硬化后形成第一密封层2，然后用环氧灌封胶填充安装空间内除第一密封层2之外的剩余空间，直至与框架组件远离待测钢板6表面的一侧齐平，形成第二密封层3。应变测试桥路7与第一线槽13之间的空间同样填充环氧灌封胶形成第二密封层3。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：适用于工程现场，安装方便，应变测试桥路7设置在第一密封层2内，采用安装框架组件结合第一密封层2和第二密封层3形成较大刚度的保护外壳，使得应变测试桥路7能够抵抗土层冲击力、水压力和耐受打桩动应力；在要求测试应变的方向，两个半框架1以两端凹凸嵌套的方式组合成框架组件，两个半框架1在应变测试方向以及与应变测试方向的垂直方向的相对位移并未限制，可以大大减小框架组件对其中间应变测点应变状态的干扰，有效解决现有的钢管桩、钢板桩沉桩过程中水下和泥面以下应变测试桥路7无法有效保护的问题，并且提高钢管桩和钢板桩等桩身动、静态应变测试测点的成活率以及测试数据的准确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。