一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置的制作方法

本实用新型属于土建监测与评估技术领域，具体的说，是一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置。

背景技术：

在长套筒泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩的施工过程中，若套筒下方存在复杂的地质状况，则该部位很可能发生扩孔、塌孔等影响成桩质量的情况。实际上，钻孔灌注桩大部分施工过程都在水下进行，施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。特别是在地下水位以下的流砂层、卵砾石层、易塌孔缩孔的淤泥层等复杂地层中，施工中存在的各种问题都会对桩的质量造成重大影响，形成巨大的安全隐患。

目前普遍用于钻孔灌注桩质量监测的技术是超声波法。该技术通过预埋数根声测管，再以声测管管平面为基准，往声测管中下放探头，探头可以发射超声脉冲，穿过被测桩体，并被另一个探头接收，仪器显示超声脉冲穿过被测介质时的各种物理量，通过物理量的变化对成桩质量进行判断。规范规定超声波法粗测时每次探头下放的距离为50cm或40cm，探头下放必须缓慢，并且检测人员应注意波形的变化，遇到异常随时记录在案，以便随后细测。细测更是要在异常部位进行加密平测、交叉斜测和交叉控测。由此可知，该方法存在以下局限性：对于长度偏大的灌注桩，需从桩顶测到桩底，测试工序繁琐，费时费力；超声探头长度有限，声波能达到的声场有限，很可能出现漏测部分；进行斜测时，需控制两个探头处于不同的高度，该高度差通过控制两个探头下放的距离控制，极可能存在误差。

对于成桩质量的监测，压电陶瓷智能骨料既可作为驱动器亦可作为传感器，目前的压电陶瓷智能骨料列阵波动分析技术能更加准确判定损伤位置及损伤程度。故可在复杂地层处的桩基部位预埋压电陶瓷智能骨料三维阵列，发明一种能对复杂地层中桩基部位质量进行快速且准确的平测、垂直测与交叉斜测的装置。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的不足，提出了一种能对复杂地层中的桩基部位进行快速且准确的平测、垂直测与交叉斜测的装置。

本实用新型的技术方案为：一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，包括压电陶瓷智能骨料，压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列，信号发射与采集系统，传输电缆，压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列由若干个压电陶瓷智能骨料在空间的有序排列形成，压电陶瓷智能骨料通过传输电缆连接至信号发射与采集系统，信号发射与采集系统通过传输电缆驱动压电陶瓷智能骨料发射应力波，应力波穿过被测桩基由位于同一水平面与相邻水平面的压电陶瓷智能骨料接收并通过传输电缆将信号传递至信号发射与采集系统。

所述灌注桩为长套筒泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩。

所述压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列由不同高度水平面的压电陶瓷智能骨料二维阵列组成，压电陶瓷智能骨料二维阵列的垂直间距为1～10米。

所述压电陶瓷智能骨料二维阵列为正多边形，并且其中一层压电陶瓷智能骨料二维阵列设置在长套筒下边缘处。

所述的压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列设置区域覆盖复杂地层段的灌注桩部位，压电陶瓷智能骨料绑扎在对应位置的钢筋笼上。

所述压电陶瓷智能骨料之间可进行平测、垂直测与交叉斜测，同一水平面的压电陶瓷智能骨料之间可进行平测，不同高度平面的压电陶瓷智能骨料之间可进行垂直测与斜测，通过这三种监测方式可对处于相邻两层压电陶瓷智能骨料二维阵列之间的桩基主要部分进行快速准确的评估。该监测装置是一种能对复杂地层中的桩基部位进行快速且准确的平测、垂直测、交叉斜测的装置。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)该监测装置的压电陶瓷智能骨料阵列为三维阵列，可通过平测、垂直测与交叉斜测这三种监测方式对复杂地层段的桩基部位进行近乎覆盖式的监测，更加准确。

(2)该监测装置中不同标高的压电陶瓷智能骨料二维阵列之间的垂直间距可根据复杂地层的厚度进行对应的调整，使间距处于合理范围内，达到经济实用的目的。

(3)该监测装置通过预埋压电陶瓷智能骨料的方式，避免了后期人工下放探头的繁琐工序，相较于常用的超声波法更加快速准确。

(4)该监测装置能对桩基混凝土的质量以及内部缺陷的性质、大小、位置进行准确判断与评估，并可进行长期监测。

附图说明

图1为压电陶瓷智能骨料结构示意图。

图2为本实用新型实施例的压电陶瓷智能骨料三维阵列结构图。

图3为本实用新型实施例的压电陶瓷智能骨料三维阵列的设置区域示意图。

图4为本实用新型实施例复杂地层位置示意图。

图中标号说明：1-压电陶瓷智能骨料；101-压电陶瓷片；102-混凝土立方体；2-压电陶瓷智能骨料三维阵列；3-信号发射与采集系统；4-传输电缆；5-长套筒；6-灌注桩；7-复杂地层；a-a′-复杂地层上界面；b-b′-复杂地层下界面；

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案、目的和优点更加清楚明了，下面结合实施例，并配合附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型具体实施例仅用于解释本新型，并不作为对本新型的限定。

一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，本实施例的灌注桩为长套筒泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩。

本实施例中用于监测复杂地层处长套筒泥浆护壁钻孔灌注桩成桩质量的装置具体的使用步骤如下：

(1)压电陶瓷智能骨料1由经过防水处理的压电陶瓷片101、凝土立方体102和传输电缆4浇筑成形；

(2)在桩基6浇筑前，预先在已下沉长套筒5下边缘处对应的钢筋笼位置上绑扎若干个监测所需的压电陶瓷智能骨料1，形成同一水平面的压电陶瓷智能骨料二维阵列，压电陶瓷智能骨料1通过传输电缆4连接至信号发射与采集系统3；

(3)以长套筒下边缘处的压电陶瓷智能骨料二维阵列为基准，在其上方与下方分别以5米间距设置数层压电陶瓷智能骨料二维阵列，直到覆盖复杂地层7的区域，从而形成监测所需的压电陶瓷智能骨料三维阵列；

(4)下放钢筋笼并进行混凝土灌注，形成桩基6；

(5)对桩基6进行长期实时监测，将一个压电陶瓷智能骨料1作为驱动器发射应力波在桩基6内传递，若同一水平面的其他压电陶瓷智能骨料1作为传感器，则可对桩基6进行平测，若是相邻水平面的其他压电陶瓷智能骨料1作为传感器，则可对桩基6进行垂直测与交叉斜测，通过平测、垂直测与交叉斜测三种监测方式对复杂地层7桩基部位进行全面的监测。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，其特征在于：包括压电陶瓷智能骨料(1)，压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列(2)，信号发射与采集系统(3)，传输电缆(4)，压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列(2)通过若干个压电陶瓷智能骨料(1)在空间的有序排列形成，压电陶瓷智能骨料(1)通过传输电缆(4)连接至信号发射与采集系统(3)，信号发射与采集系统(3)通过传输电缆(4)驱动压电陶瓷智能骨料(1)发射应力波，应力波穿过被测桩基由位于同一水平面与相邻水平面的压电陶瓷智能骨料(1)接收并通过传输电缆(4)将信号传递至信号发射与采集系统(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，其特征在于：所述的灌注桩为长套筒泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，其特征在于：所述的压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列(2)由不同水平面压电陶瓷智能骨料二维阵列组成，压电陶瓷智能骨料二维阵列的垂直间距为1～10米。

4.根据权利要求3所述的一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，其特征在于：所述的压电陶瓷智能骨料二维阵列为正多边形，并且其中一层压电陶瓷智能骨料二维阵列设置在长套筒下边缘处。

5.根据权利要求1所述的一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，其特征在于：所述的压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列(2)设置区域覆盖复杂地层段的灌注桩部位。

6.根据权利要求1所述的一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，其特征在于：所述的压电陶瓷智能骨料(1)之间可进行平测、垂直测与交叉斜测。

技术总结
本实用新型公开了一种用于监测复杂地层处灌注桩成桩质量的装置，属于土建监测与评估技术领域，适用于长套筒泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩复杂地层段成桩质量的长期监测。本监测装置包括压电陶瓷智能骨料，压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列，信号发射与采集系统，传输电缆。压电陶瓷智能骨料形成的三维阵列由若干个压电陶瓷智能骨料在空间的有序排列形成，其设置区域覆盖复杂地层段的灌注桩部位。同一水平面的压电陶瓷智能骨料之间可进行平测，不同高度平面的压电陶瓷智能骨料之间可进行垂直测与交叉斜测，通过这三种监测方式可对处于相邻两层压电陶瓷智能骨料二维阵列之间的桩基主要部分进行快速准确的评估。本新型实现了对灌注桩成桩质量的长期监测。

技术研发人员：王顺生;吴晔晖;陈伟强;郑云雷;唐振兴;张准;孙鹏;杨文显;李上雄
受保护的技术使用者：中铁建华南建设有限公司;广州地铁集团有限公司;中铁十九局集团有限公司;中铁十九局集团广州工程有限公司
技术研发日：2020.07.16
技术公布日：2021.04.02