一种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。由于传统的水下挤密砂桩桩端阻力监测装置不具备长效性保护，导致端阻力传感器在使用中成活率低。而且在外海复杂的地质条件下，传统的水下挤密砂桩桩端阻力监测装置中的端阻力传感器的尺寸过大，导致单个的桩端阻力传感器难以同时满足高精度条件下低量程的监测要求和低精度条件下高量程的监测要求。

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水下挤密砂桩端阻力监测装置，它能提高端阻力动态监测设备的长效性和存活率，满足各种情况下的端阻力动态监测，同时满足高精度条件下低量程的监测要求和低精度条件下高量程的监测要求，确保桩端阻力的有效监测数量。

本实用新型的目的是这样实现的：一种水下挤密砂桩端阻力监测装置，包括底部具有扩大头的桩管、传感器安装板、两个端阻力传感器、两根光纤导线和光纤导线保护系统；所述桩管的扩大头的内腔通过十字筋板连接一个厚度为50mm的端板；其中，

所述扩大头的位于端板的上方并在一块十字筋板的两侧外壁上分别开设一个导线穿孔；所述端板上在一块十字筋板的两侧分别开设一个小通孔；

所述传感器安装板为直径与所述扩大头上的端板的直径相同且厚度为30cm的圆形钢板，该传感器安装板的顶面与所述端板的底面通过满焊连接，该传感器安装板上开设两个与所述端板上的两个小通孔一一同轴的大通孔；

两个端阻力传感器均为光栅光纤式传感器并包括内部设有光栅且灌满油的直径为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，两个端阻力传感器以其钢制盒的顶面朝上、底面与所述传感器安装板的底面齐平并且光栅尾纤一一对应地从端板的两个小通孔中穿出的方式嵌置在传感器安装板的两个大通孔中，每个所述钢制盒的外周面与对应的大通孔的内周面通过满焊连接；

两根所述光纤导线均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；两根扩大头内的光纤导线段与所述端板平行且内端一一对应地与两根光栅尾纤的外端连接，两根扩大头内的光纤导线段的外端从扩大头的两个导线穿孔中穿出；两根桩管外的光纤导线段在扩大头与桩管的交界处一一对应地与两根扩大头内的光纤导线段连接，再沿着桩管的轴向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两套表层保护结构、扩大头内保护结构、桩管外保护结构；

每套所述表层保护结构包括包裹在一根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，该保护槽由一块位于两个导线穿孔之间的十字筋板和两块平行地位于该十字筋板两侧的钢板构成一具有两个凹槽的山字形槽，使两根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一一对应地被夹持在保护槽的两个凹槽内；

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两根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两根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。

上述的水下挤密砂桩端阻力监测装置，其中，两个端阻力传感器的量程和精度相同，或者一个端阻力传感器为低量程、高精度，另一个端阻力传感器为高量程、低精度。

上述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。

本实用新型的水下挤密砂桩端阻力监测装置具有以下特点：采用在扩大头的端板底面通过传感器安装板安装两个端阻力传感器，该两个端阻力传感器的采用相同的量程和精度，其中一个起备用作用，增加动态测量设备的长效性和存活率，确保桩端阻力的有效监测数量，还能减少更换端阻力传感器的次数，有效缩短工期；或者采用一个端阻力传感器为低量程、高精度，另一个端阻力传感器为高量程、低精度，两个端阻力传感器同时使用，就能实现同时满足高精度条件下低量程的监测要求和低精度条件下高量程的监测要求的目的，从而满足各种条件下的桩端阻力动态监测。

附图说明

图1是本实用新型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；

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，本实用新型的水下挤密砂桩端阻力监测装置，包括底部具有扩大头2的桩管1、传感器安装板3、两个端阻力传感器、两根光纤导线5和光纤导线保护系统。

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，该端板20上开设两个小通孔；扩大头2的位于端板20的上方并在一块十字筋板21的两侧外壁上分别开设一个导线穿孔。

传感器安装板3为直径与端板20的直径相同且厚度为30cm的圆形钢板，该传感器安装板3的顶面与端板20的底面通过满焊连接，该传感器安装板3上开设两个与端板20上的两个小通孔一一同轴的大通孔。

两个端阻力传感器均为光栅光纤式传感器并包括内部设有光栅且灌满油的直径为118cm、厚度为30cm的封闭钢制盒40和从钢制盒40的顶面中央引出的直径为18cm、长度为50cm的光栅尾纤41，当端阻力传感器的钢制盒40受到桩端阻力后，钢制盒40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；两个端阻力传感器以其钢制盒40的顶面朝上、底面与传感器安装板3的底面齐平并且光栅尾纤41一一对应地插在端板20的两个小通孔中的方式嵌置在传感器安装板3的两个大通孔中，每个钢制盒40的外周面与对应的大通孔的内周面通过满焊连接；两个端阻力传感器的量程和精度相同，或者一个端阻力传感器为低量程、高精度，另一个端阻力传感器为高量程、低精度。

两根光纤导线5均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51和桩管外的光纤导线段52；桩管外的光纤导线段52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；两根扩大头内的光纤导线段51与端板20平行且内端一一对应地与两根光栅尾纤41的外端连接，两根扩大头内的光纤导线段51的外端从扩大头2的导线穿孔中穿出；两根桩管外的光纤导线段52在扩大头2与桩管1的交界处一一对应地与两根扩大头内的光纤导线段连接，再沿着桩管1的轴向紧贴桩管1的外壁一路直上后固定在桩管1的顶部，然后与光纤光栅调解仪连接。

光纤导线保护系统包括两套表层保护结构、扩大头内保护结构、桩管外保护结构；其中，

每套表层保护结构包括包裹在一根光纤导线5外的内层陶瓷纤维布61、套在内层陶瓷纤维布61外的植入钢丝的橡皮管62、多根间隔50cm地扎紧在橡皮管62外的内绑扎带63、包裹在橡皮管62外和内绑扎带63外的外层陶瓷纤维布64和多根间隔30cm地扎紧在外层陶瓷纤维布64外的外绑扎带65；

本实用新型的表层保护结构采用陶瓷纤维布61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62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两根光栅尾纤41和两根带有表层保护结构的扩大头内的光纤导线段51，该扩大头内保护结构为焊接在端板20的顶面上的保护槽70，该保护槽70由一块位于两个导线穿孔之间的十字筋板和两块平行地位于该十字筋板两侧的钢板构成一具有两个凹槽的山字形槽，使两根光栅尾纤41和两根带有表层保护结构的扩大头内的光纤导线段51一一对应地被夹持在保护槽70的两个凹槽内；

桩管外保护结构用于保护两根带有表层保护结构的桩管外的光纤导线段52，该桩管外保护结构包括一根直径为8mm的牵引钢丝绳81、多根绑扎绳和一根槽钢83；牵引钢丝绳81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82之间；多根牵引绑扎绳间隔30cm地将两根带有表层保护结构的桩管外的光纤导线段52与牵引钢丝绳81绑扎在一起；槽钢83沿桩管1的轴向焊接在桩管的入土部分的外壁上并将两根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81和螺帽82整体罩住。

本实用新型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)先在传感器安装板3上开设两个与钢制盒40的直径适配的大通孔，将两个端阻力传感器的钢制盒40一一对应地放置在两个大通孔中，并将两个钢制盒40与传感器安装板3满焊在一起并打磨平整，这样，一方面解决了钢制盒40突出传感器安装板3的底面可能产生的应力集中，也避免钢制盒40被巨大的土压力挤的脱离传感器安装板3。由于焊接会产生局部高温，钢制盒40耐不住焊接的高温，所以在焊接过程中，用湿布保护钢制盒40，必要时浇水，防止端阻力传感器因焊接温度过高而损坏；

2)将扩大头2从桩管1上截下，接着在扩大头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两根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；在传感器安装板3上焊接一根传力钢条，通过传力钢条将带有两个端阻力传感器的传感器安装板3送进扩大头2的端板20处，再将传感器安装板3和端板20焊接为一体。在整个过程中，保护好两个端阻力传感器的光栅尾纤41处不受力；焊接完成后，割除传力钢条；

3)先将两根扩大头内的光纤导线段51一一对应地与两根光栅尾纤41连接，接着对两根扩大头内的光纤导线段51做表层保护结构，再在端板20上对两根做好表层保护结构的扩大头内的光纤导线段51做扩大头内保护结构，即制作保护槽70，防止桩管1内的落砂破坏两个端阻力传感器，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两根扩大头内的光纤导线段51的出线端，最后将扩大头2重新焊接在桩管1的底端；

4)先将两根做好表层保护结构的桩管外的光纤导线段52在扩大头2的外壁上一一对应地与两根扩大头内的光纤导线段51的出线端对接；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，因此需要进行保护，以保证光纤的密闭性，并防止拉扯，并避免发生弯折；先将两根桩管外的光纤导线段52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81上，由牵引钢丝绳81在桩管1的外壁上牵引两根桩管外的光纤导线段52一路直上，接着将多个m8螺帽82套在牵引钢丝绳81上，并将多个螺帽82间隔50cm地焊接与桩管1上，使得两根桩管外的光纤导线段52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83将两根桩管入土部分的光纤导线段、牵引钢丝绳81及螺帽82整体罩住并焊接在桩管1的外壁上，以防止两根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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