一种工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置的制作方法

本实用新型涉及一种工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置。

背景技术：

作为一种地基加固新技术，水下挤密砂桩能够增加地基强度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力，具有施工周期短，加固效果直接、明显，工序可控性好等优点。可广泛应用于对砂性土、粘性土、有机质土等几乎所有土质的地基加固处理。非常适用于外海人工岛、防波堤、护岸、码头等工程的地基基础加固。与普通砂桩相比，水下挤密砂桩桩体的密实性高，加固的置换率可达60％～70％。

随着我国外海人工岛和海上风电的发展，外海工程中地基基础加固需求的增加，水下挤密砂桩的需求加大。由于海上施工受风浪影响大，施工时间窗口短。然而传统的水下挤密砂桩端阻力的动态测量装置的安装工艺，需要在施工船在打桩现场将端阻力传感器的盒体与桩管的端板进行焊接及保护，再将桩管的端板与扩大头焊接，导致施工船上安装难度大，焊接操作空间小，所需工人技术水平要求高，占用施工时间长，焊接后端阻力传感器的标定难度大，使端阻力传感器的存活率不高。因此在外海工程中，水下挤密砂桩端阻力的动态监测设备安装工艺问题一直是困扰工程界的技术难题。

传统的水下挤密砂桩端阻力的动态监测设备安装工艺，围绕两个方面来展开，一是对工人进行现场端阻力传感器焊接安装及导线保护的技术培训，缩短工期，二是增加端阻力传感器的备用量和更换次数，保证桩端阻力的有效监测数量。然而这些方式都没有很好的解决外海工程中水下挤密砂桩端阻力的动态监测设备安装工艺问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力的监测装置，它能方便直接更换扩大头和端阻力传感器，并具有结构简化，减少现场安装的工作量，有效缩短工期的特点。

本实用新型的目的是这样实现的：一种工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置，包括桩管、扩大头、端阻力传感器、光纤导线和光纤导线保护系统；其中，

所述扩大头可拆卸地安装在桩管的底端，该扩大头的内腔中央通过十字筋板连接一个厚度为50mm的端板；所述扩大头的位于端板的上方并错开十字筋板的外壁上开设一个导线穿孔，所述端板上开设一个通孔；

所述端阻力传感器为光栅光纤式传感器并包括内部设有光栅和灌满油的直径为118cm、厚度为30cm的封闭钢制盒和从钢制盒的顶面中央引出的直径为18cm、长度为50cm的光栅尾纤，该端阻力传感器以其钢制盒的顶面朝上、底面与端板的底面齐平的方式嵌置在所述端板的通孔中，所述钢制盒的外周面与通孔的内周面通过满焊连接；

所述光纤导线包括相互连接的扩大头内的光纤导线段和桩管外的光纤导线段；桩管外的光纤导线段由桩管入土部分的光纤导线段和桩管入水部分的光纤导线段构成；扩大头内的光纤导线段与所述端板平行且内端与所述光栅尾纤的外端连接，扩大头内的光纤导线段的外端从扩大头的导线穿孔中穿出；所述桩管外的光纤导线段在扩大头与桩管的连接处与扩大头内的光纤导线段连接，再沿着桩管的轴向并紧贴桩管的外壁一路直上后固定在桩管的顶部；

所述光纤导线保护系统包括表层保护结构、扩大头内保护结构、桩管外保护结构；

所述表层保护结构包括包裹在光纤导线外的内层陶瓷纤维布、套在内层陶瓷纤维布外的植入钢丝的橡皮管、多根间隔地扎紧在橡皮管外的内绑扎带、包裹在橡皮管外和内绑扎带外的外层陶瓷纤维布和多根间隔地扎紧在外层陶瓷纤维布外的外绑扎带；

所述扩大头内保护结构为焊接在所述端板的顶面上的保护槽，该保护槽由一块靠近与所述导线穿孔的十字筋板和一块平行地位于该十字筋板一旁的钢板构成，使所述光栅尾纤和两根带有表层保护结构的扩大头内的光纤导线段被夹持在保护槽内；

所述桩管外保护结构包括一根牵引钢丝绳、多根绑扎绳和一根槽钢；所述牵引钢丝绳穿设在多个沿桩管的轴向并间隔地焊接在桩管的外壁上的螺帽之间；多根牵引绑扎绳间隔地将带有表层保护结构的桩管外的光纤导线段与牵引钢丝绳绑扎在一起；所述槽钢沿桩管的轴向焊接在桩管的入土部分的外壁上并将带有表层保护结构的桩管入土部分的光纤导线段、牵引钢丝绳和螺帽整体罩住。

上述的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置，其中，所述表层保护结构中的内绑扎带的间隔距离均为50cm，所述外绑扎带的间隔距离均为30cm。

上述的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置，其中，所述桩管外保护结构中的螺帽的间隔距离为50cm，所述牵引绑扎绳的间隔距离均为30cm。

本实用新型的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置具有以下特点：采用在工厂进行桩端阻力监测装置的安装，并将易损坏的扩大头和桩管采用可拆卸连接结构，还将桩端阻力监测装置安装在扩大头上，便于直接更换扩大头和端阻力传感器，具有结构简化，方便更换，不用现场标定的特点，不仅增加了动态监测设备的存活率，而且制作工艺更简单，减少现场安装的工作量，有效缩短工期。

附图说明

图1是本实用新型的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置的结构示意图；

图2是图1中的a-a向视图(顺时针转90°)；

图3是本实用新型的水下挤密砂桩端阻力监测装置中的表层保护结构的示意图；

图4是本实用新型的水下挤密砂桩端阻力的监测装置中的扩大头内保护结构的示意图；

图5是本实用新型的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置中的桩管外部分保护结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图5，本实用新型的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置，包括桩管1、扩大头2、端阻力传感器3、光纤导线4和光纤导线保护系统；

扩大头2可拆卸地连接在桩管1的底端，该扩大头2的内腔中央通过十字筋板21连接一个厚度为50mm的端板20，端板20上开设一个通孔，扩大头2的位于端板20的上方并错开十字筋板21的外壁上开设一个导线穿孔。

端阻力传感器为光栅光纤式传感器并包括内部设有光栅和灌满油的直径为118cm、厚度为30cm的封闭钢制盒30和从钢制盒30的顶面中央引出的直径为18cm、长度为50cm的光栅尾纤31；当端阻力传感器的钢制盒30受到桩端阻力后，钢制盒30内的油压发生变化，油压的变化导致光栅耦合波长发生变化，通过光纤光栅调解仪的计算得到端阻力信息；该端阻力传感器以其钢制盒30的顶面朝上、底面与端板20的底面齐平的方式嵌置在端板20的通孔中，钢制盒30的外周面与通孔的内周面通过满焊连接。

光纤导线4为铠装光纤导线并包括相互连接的扩大头内的光纤导线段41和桩管外的光纤导线段42；桩管外的光纤导线段42由桩管入土部分的光纤导线段和桩管入水部分的光纤导线段构成；扩大头内的光纤导线段41与端板20平行且内端与光栅尾纤31的外端连接，扩大头内的光纤导线段41的外端从扩大头2的导线穿孔中穿出；桩管外的光纤导线段42在扩大头2与桩管1的连接处与扩大头内的光纤导线段41连接，再沿着桩管1的轴向并紧贴桩管1的外壁一路直上后固定在桩管1的顶部，并与光纤光栅调解仪连接；

光纤导线保护系统包括表层保护结构、扩大头内保护结构、桩管外保护结构；其中，

表层保护结构包括包裹在光纤导线4外的内层陶瓷纤维布51、套在内层陶瓷纤维布51外的植入钢丝的橡皮管52、多根间隔50cm地扎紧在橡皮管52外的内绑扎带53、包裹在橡皮管52外和内绑扎带53外的外层陶瓷纤维布54和多根间隔30cm地扎紧在外层陶瓷纤维布54外的外绑扎带55；

本实用新型的表层保护结构采用陶瓷纤维布51替换传统的石棉布来包裹铠装光纤导线，既能满足包裹铠装光纤导线的需求，又能防止焊接时火星对光纤导线的灼烧，起到隔火隔热的要求，这种石棉布如果被安装工人吸入，将对工人的肺腑造成有永久性伤害；另外采用植入钢丝的橡皮管52来替换传统的橡皮管来保护铠装光纤导线，增加了铠装光纤导线的抗拉强度，防止光纤导线被扯断；

扩大头内保护结构用于保护光栅尾纤31和带有表层保护结构的扩大头内的光纤导线段41，该扩大头内保护结构为焊接在端板20的顶面上的保护槽60，该保护槽60由一块靠近与导线穿孔的十字筋板和一块平行地位于该十字筋板一旁的钢板构成，使光栅尾纤31和两根带有表层保护结构的扩大头内的光纤导线段41被夹持在保护槽60内；

桩管外保护结构用于保护带有表层保护结构的桩管外的光纤导线段42，该桩管外保护结构包括一根直径为8mm的牵引钢丝绳71、多根绑扎绳和一根槽钢73；牵引钢丝绳71穿设在多个沿桩管1的轴向并间隔50cm地焊接在桩管1的外壁上的螺帽72之间；多根牵引绑扎绳间隔30cm地将带有表层保护结构的桩管外的光纤导线段32与牵引钢丝绳71绑扎在一起；槽钢73沿桩管1的轴向焊接在桩管的入土部分的外壁上并将带有表层保护结构的桩管入土部分的光纤导线段、牵引钢丝绳71和螺帽72整体罩住。

本实用新型的工厂化制作的水下挤密砂桩端阻力监测装置，在制作时包括以下步骤：

1)先在扩大头2的位于端板20的上方并错开十字筋板21的外壁上切割出一个盖板以留出作业孔，并在该作业孔的孔壁上挖出一个能供做好表层保护结构的扩大头内的光纤导线段51出线的导线穿孔；接着在端板20上开设一个通孔，再将端阻力传感器的钢制盒30放置在端板20的通孔中，并将钢制盒30与端板20的通孔满焊在一起并打磨平整，这样，一方面解决了钢制盒30突出端板20的底面可能产生的应力集中，也避免钢制盒30被巨大的土压力挤的端板20。由于焊接会产生局部高温，钢制盒30耐不住焊接的高温，所以在焊接过程中，用湿布保护钢制盒30，必要时浇水，防止端阻力传感器因焊接温度过高而损坏；在整个过程中，保护好端阻力传感器的光栅尾纤31处不受力；

2)先将扩大头内的光纤导线段41与光栅尾纤31连接，接着对扩大头内的光纤导线段41做表层保护结构，再在端板20上对做好表层保护结构的扩大头内的光纤导线段41做扩大头内保护结构，即制作保护槽60，防止桩管1内的落砂破坏端阻力传感器，然后将扩大头2外壁上的盖板重新焊接在作业孔中并避开扩大头内的光纤导线段41的出线，最后将扩大头2连接在桩管1的底端；

3)先将做好表层保护结构的桩管外的光纤导线段42在扩大头2与桩管1的连接处与扩大头内的光纤导线段41的出线端对接；当扩大头2损坏时需要更换扩大头时，能方便地将扩大头2连同端阻力传感器及扩大头内的光纤导线段41一起拆下，同时也方便更换端阻力传感器；由于光纤导线本身不抗拉，使用环境为水中、振动条件，且部分要随着桩管1打入土体中，因此需要做保护，以保证光纤的密闭性，并防止拉扯，并避免发生弯折；先将桩管外的光纤导线段42通过多根间隔30cm的牵引绑扎绳固定在直径为8mm的牵引钢丝绳71上，由牵引钢丝绳71在桩管1的外壁上牵引桩管外的光纤导线段42一路直上，接着将多个m8螺帽72套在牵引钢丝绳71上，并将多个螺帽72间隔50cm地焊接与桩管1上，使得桩管外的光纤导线段42随桩管1入水和入土时，与桩管1贴合固定为一体，不会晃动。另外，针对桩管入土部分的光纤导线，还要用8号槽钢73将桩管入土部分的光纤导线段、牵引钢丝绳71及螺帽72整体罩住并焊接在桩管1的外壁上，以防止桩管入土部分的光纤导线段被土体挤压。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

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