CN109457691A - 深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置及其控制方法。该监控装置包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒，以及设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的成孔成桩监测机构；所述成孔成桩监测机构包括竖向设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的多个加强筋结构，设于所述加强筋结构中的检测结构主体，以及与所述检测结构主体连接的监测控制结构，所述监测控制结构设于所述深水钻孔灌注桩护筒外；所述检测结构主体设置为超声波发射与接收设备、或雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置。本发明提供的技术方案，可对深水钻孔灌注桩的成孔和成桩的施工过程进行有效监控，确保深水桩基础施工质量。

Description

深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及桥梁建设技术领域，特别是涉及一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置及其控制方法。

背景技术

湖北是全国水库最多的省份，拥有水库6275座，其中特大型水库如三峡水库、丹江口水库，大(一)型水库8座，大(二)型水库61座，中型水库280座；库区容量占全国总量的12.％。水库国家经济建设的发展做出了巨大的贡献，随着国家经济建设的发展，库区的桥梁建设也随之越来越多，然而，库区建桥面临着比一般河湖建桥更多的困难和风险，水深且地质条件复杂就是桥梁桩基础建设的最大的风险隐患，大江大河桥梁建设基础工程是重要的关键工程，特别是深水桩基础的施工安全，更是重中之重。

随着我国桥梁建设的能力提高，大型复杂的桥梁越建越多，桥梁的桩基础是桥梁的重要部位，大江大河桥梁建设基础工程是重要的关键工程，往往在复杂的水文地质条件下进行，再加上其本身建设周期长、结构复杂、技术难度大、大型桥梁建设质量的控制方面存在着大量的不确定的施工风险，特别是深水桩基础的施工质量控制，存在较大质量风险，以至于经常检查发现在成孔后有缺陷孔(如孔径不满足要求的缩孔、孔垂直度不满足要求、孔底深度不足和沉渣超标)和缺陷桩(如桩身混凝土离析、强度不够、桩身直径不足的缩桩、桩身夹砂夹泥)，甚至断桩问题。

在传统技术中，钻孔灌注桩的成孔成桩检查方法如下。其中，深水钻孔灌注桩的成孔检测方法如下：在钻孔完成后用锤重吊测绳检查钻孔深度；用孔径大小的钢圈用绳索系吊检测孔径大小；或是单独采用声测仪检测成孔形状等。但是，对于这三种检测方法，前两种都存在费工费时，劳动量大，精确性低的问题；第三种检测方式较好，但是深水深孔检测不确定性因素较多，单独声测仪器检测缺少对仪器的保护，也会出现仪器掉入孔井的事件，风险较高。另外，深水钻孔灌注桩的成桩检测方法如下：a.声测管检查；b.小应变仪检查；c.大应变检测；d.桩基试验。但是，这四种检测方式都属于事后检测方式，无法检测成桩过程质量，对事后检测出的问题桩处理难度大成本高。而且，以上检测方式，成孔检测和成桩检测各自独立，检测程序多，检测设施设备仪器多，检测人员多，检测效率较低，检测成本高。

而且，一旦发现质量缺陷桩或断桩问题，已经是钻孔灌注桩施工完毕，水下混凝土已经硬化具有足够的强度，要处理质量缺陷桩将是一件十分困难的事。如果质量缺陷桩问题不大，如小范围的缩孔、夹泥等，可采用钻芯，高压冲洗，高压压注高标号水泥浆等方式处理。但是，如果出现大规模夹泥、大规模缩孔等严重质量问题，就得按断桩处理。对于断桩的处理方式，一般是断一根桩，补两根桩的挑扁担梁的处理方式；并且，在有限的承台范围的群桩内，也很难找到合适的满足规范要求的桩位来进行断一补二的补桩处理；而且，无论是造价还是工期，损失巨大。

发明内容

基于此，本发明提供一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置及其控制方法，可对深水钻孔灌注桩的成孔和成桩的施工过程进行有效监控，确保深水桩基础施工质量。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒，以及设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的成孔成桩监测机构；

所述成孔成桩监测机构包括竖向设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的多个加强筋结构，设于所述加强筋结构中的检测结构主体，以及与所述检测结构主体连接的监测控制结构，所述监测控制结构设于所述深水钻孔灌注桩护筒外；

所述检测结构主体设置为超声波发射与接收设备、或雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置。

可选地，所述加强筋结构设为钢管，或槽钢，或角钢。

可选地，所述成孔成桩监测机构包括均匀设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上内壁上的三个或四个所述加强筋结构。

可选地，部分或所有的所述加强筋结构上均设置有所述检测结构主体，所有的所述检测结构主体均与所述监测控制结构连接。

可选地，还包括设于所述深水钻孔灌注桩护筒上的护筒环向刚度补偿机构；

所述护筒环向刚度补偿机构包括设于多个所述加强筋结构上的护筒环向内衬刚性垫圈结构，设于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构上、用于感应所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面的护筒泥浆层面感应装置，以及与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接的升降装置，所述护筒泥浆层面感应传感装置与所述升降装置连接。

此外，本发明还提出一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，包括如下步骤：

围设深水钻孔灌注桩护筒于预备设置深水钻孔灌注桩的位置周围，竖直设置多个加强筋结构于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，设置检测结构主体于所述加强筋结构上；

钻设深水钻孔灌注桩的基础孔，所述检测结构主体对钻孔成孔过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

浇注深水钻孔灌注桩，所述检测结构主体对成桩过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构。

可选地，在设置所述加强筋结构和所述检测结构主体时，还包括如下步骤：

竖直设置三个或四个所述加强筋结构于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，部分或全部所述加强筋结构上设置有所述检测结构主体，每个所述检测结构主体均与所述监测控制结构连接。

可选地，所述检测结构主体对钻孔成孔过程进行实时监测时，还包括如下步骤：

在钻孔过程中，所述检测结构主体对护壁泥浆的浓度、比重进行监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

在成孔过程中，所述检测结构主体对孔壁地层变化进行监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

成孔后，所述检测结构主体对成孔质量进行检测评定，并将监测结果传输给监测控制结构。

可选地，在浇注深水钻孔灌注桩时，还包括如下步骤：

钻出深水钻孔灌注桩的基础孔后，在基础孔处下放安设桩基础钢筋笼，所述检测结构主体对钢筋笼的下放过程进行实时监测、并对钢筋笼的安装质量进行评定，并将监测结果传输给监测控制结构。

可选地，在浇注深水钻孔灌注桩时，还包括如下步骤：

在成桩过程中，所述检测结构主体对深水钻孔灌注桩基础水下混凝土浇筑全过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

成桩后，所述检测结构主体对深水钻孔灌注桩的质量进行检测评定，并将监测结果传输给监测控制结构。

本发明提出的技术方案中，竖向设置在护筒内壁的加强筋结构，不仅形成了深水钻孔灌注桩护筒的纵向加筋肋，可以增加深水长大护筒的纵横向刚度，起到了较好的增强长大护筒稳定性作用，还可方便将检测结构主体等监测机构设置在加强筋结构上。此外，竖向设置的加强筋结构还可作为钻孔灌注桩成孔后钢筋笼安放的重要导向装置，使钻孔灌注桩钢筋笼得以方便下放，精准定位。通过设置可对深水钻孔灌注桩的成孔和成桩的施工过程进行有效监控，实现了桥梁深水钻孔灌注桩成孔质量的实时监控，还实现了桥梁深水钻孔灌注桩成桩质量的实时监控，确保成孔质量和成桩质量，从而确保深水桩基础施工质量。此外，还可部分实现智能化施工和施工控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置的横截面结构示意简图；

图2为本发明实施例所述深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置的俯视结构示意简图；

图3为为图2的局部A的局部放大结构示意简图；

图4为本发明实施例所述深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法的步骤示意框图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图2所示，本发明提出一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒100，以及设于该深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的成孔成桩监测机构。通过设置成孔成桩监测机构，可对深水钻孔灌注桩的成孔(成孔是钻机钻孔施工形成桩孔的过程)和成桩(成桩是在形成的桩孔位下放钢筋笼和灌注水下混凝土，形成桩基础的过程)的施工过程进行有效监控，确保深水桩基础施工质量。

而且，在本实施例中，上述深水钻孔灌注桩护筒100宜采用钢板卷制，其内径应大于桩径至少200mm，壁厚应能使护筒保持圆筒状态且不变形，具体指标应根据护筒平面、垂直度偏差要求及长度等因素确定；对参与结构受力的护筒，其内径、壁厚和长度应符合设计要求；而且，深水钻孔灌注桩护筒100的中心与深水钻孔灌注桩的桩中心平面位置的偏差应不大于50mm，该护筒竖直方向的倾斜度应不大于1％；对深水基础中的护筒，平面位置的偏差可适当放宽，但不应大于80mm；在水中沉设护筒时，宜采用导向架定位；深水钻孔灌注桩护筒100顶部宜高于水面1-2m，并应在施工期间采取稳定孔内水头措施；深水钻孔灌注桩护筒100的埋置深度，在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文、地质情况经计算确定；对于有冲刷影响的河流，宜沉入施工期局部冲刷线以下1-1.5m，且宜采取防冲刷措施。

具体地，上述成孔成桩监测机构可包括竖向设于上述深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的多个加强筋结构200，设于该加强筋结构200上的检测结构主体400，以及与该检测结构主体400连接的监测控制结构，该监测控制结构设于该深水钻孔灌注桩护筒100外。通过在护筒内壁设置竖向的加强筋结构200，不仅可以对护筒的纵向刚度进行强化，还能够为检测结构主体400提供安装基础。而且，通过在护筒内侧的加强筋结构200上设置检测结构主体400，可实现深水钻孔灌注桩基础施工成孔成桩过程监控，还可实现对钻孔灌注桩钢筋笼下放过程的实时监控，还可实现对钻孔灌注桩水下混凝土灌注的实时监控，并可将监测信息传递给监测控制结构，查看监测信息是否正常。此外，监测控制结构还可对检测结构主体400的开启和关闭进行控制，使其正常工作。上述检测结构主体可设置为超声波发射与接收设备，利用超声波检测原理对成孔成桩过程进行监控。此外，还可使用微型雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置替换超声波发射与接收设备，对成孔和成桩的施工过程进行有效监控。此外，上述监测控制结构可设置于水上钻孔平台(或水上施工平台)上，也可以设置于远程控制区域(主要指远离施工现场的位置处)。

此外，在本实施例中，可竖向设置三个或四个加强筋结构200于上述深水钻孔灌注桩护筒100内壁上，而且这三个加强筋结构200均匀分布于护筒内壁周向上，即可使得相邻的两个加强筋结构200之间的圆心夹角为120°或90°。此外，也可根据需要，在护筒内壁上设置五个、六个上述的加强筋结构200，也可设置更多个的加强筋结构200。此外，在本实施例中，上述加强筋结构200可设置为角钢、或槽钢、或钢管(如圆管钢、或方管钢)等刚性结构，也可设置为其他的刚性结构。在本实施例中，可将加强筋结构200设置为无缝钢管。而且，将加强筋结构200设置为无缝钢管时，可将检测结构主体400(超声波发射与接收设备、或雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置)设置于无缝钢管内，由提升绳索牵引可上下跟踪检测。此外，水下混凝土灌注时会产生水化热，此时采用热成像、或红外线装置进行检测更好。此外，可在深水钻孔灌注桩护筒100设置好以后，再将这些加强筋结构200设置在护筒内壁上；而且，也可先将这些加强筋结构200设置好后，再将深水钻孔灌注桩护筒100套设在这些加强筋结构200的周围，此时可利用加强筋结构200为护筒的安设提供导向作用，即竖向型加强筋结构200还将是护筒下沉过程中的很好导向装置。

此外，上述深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置还包括设于该深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的护筒环向刚度补偿机构。通过在深水钻孔灌注桩护筒100内壁上设置护筒环向刚度补偿机构，可以对该深水钻孔灌注桩护筒100的环向刚度进行补偿。这样，在钻孔施工过程中，如果遇到穿越砂卵石层或是其他不良地质条件，导致深水钻孔灌注桩护筒100内水头突然下降时，可利用护筒环向刚度补偿机构对该护筒的环向刚度进行强化，可避免在深水基础施工与不良地质条件的耦合作用下造成钻孔护筒失稳、甚至垮塌而造成重大安全事故。

具体地，上述护筒环向刚度补偿机构可包括竖直设于上述深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的多个上述加强筋结构200，设于该加强筋结构200上、并位于该深水钻孔灌注桩护筒100环向的护筒环向内衬刚性垫圈结构300(即环形圈状结构，可对护筒的环向刚度进行强化)，以及与该护筒环向内衬刚性垫圈结构300连接的升降装置，该升降装置可设于该深水钻孔灌注桩护筒100顶部或外侧。通过在深水钻孔灌注桩护筒100内壁上设置多个加强筋结构200，不仅可以作为护筒的竖向加强筋，还可以作为护筒环向内衬刚性垫圈结构300的升降轨道，使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300在升降装置的驱动下沿着加强筋结构200上下滑动，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300定位在需要增加护筒环向刚度的位置处。即通过设置上述加强筋结构200，可使得设置在护筒内壁的竖向型加强筋结构200本身就是深水桩基施工时护筒的纵向加筋肋，同时增加了深水长大护筒的纵横向刚度，起到了较好的增强长大护筒稳定性作用；还可以悬挂环向设置的护筒环向内衬刚性垫圈结构300于护筒内壁；还可以使护筒环向内衬刚性垫圈结构300随着护筒内的水头水位上下移动，使其定位在需要增加护筒环向刚度的位置处。此外，上述加强筋结构200还可用作深水钻孔灌注桩成孔后钢筋笼安放的重要导向装置，上述护筒环向内衬刚性垫圈结构也可用作钢筋笼悬挂和下放的辅助和助力装置，使深水钻孔灌注桩的钢筋笼得以方便下放，精准定位；在水下混凝土浇筑时，上述竖向加强筋结构200和护筒环向内衬刚性垫圈结构300还可用作水下混凝土导管的良好的辅助定位装置和助力装置。

此外，如图3所示，上述护筒环向刚度补偿机构还可包括设于上述护筒环向内衬刚性垫圈结构300上、用于感应上述深水钻孔灌注桩护筒100内的泥浆层面的护筒泥浆层面感应装置500，该护筒泥浆层面感应传感装置500与上述升降装置连接。该护筒泥浆层面感应装置500可以感应到护筒内的泥浆层面的高度位置，而上述升降装置可以根据泥浆层面的高度位置对护筒环向内衬刚性垫圈结构300的高度位置进行调整，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300的高度位置与泥浆层面的高度位置保持一致。在泥浆层面的高度位置处，特别是在泥浆陡然失水水头下降的深水处，由于内外水头差产生的强大压力下，护筒受到的环向压力最大，使得护筒容易在该位置处产生失效(弹性失稳)，因此需要对该位置进行强化。

可知，深水钻孔灌注桩护筒100的力学模型为薄壁回转壳体，发生弹性失稳时，筒壁的压缩应力通常低于材料的比例极限。根据理想圆柱壳小挠度理论，钢质护筒失稳的临界压力P_cr的计算公式如下：

其中，E表示弹性模量，L表示壳体的计算长度，t表示壳体的厚度，D表示壳体的直径。由上述公式可知，护筒的失稳临界压力P_cr与护筒计算长度L成反比，当筒环向刚性垫圈结构由护筒底部调整到泥浆层面高度位置时，护筒的计算长度由护筒全长减小至泥浆层面到护筒顶的长度，可显著提高护筒失稳的临界压力。

从而使得，在钻孔施工过程中，如果遇到穿越砂卵石层或是其他不良地质条件，可能导致护筒内泥浆水头突然下降(或上升)，而护筒泥浆层面感应装置500可感应到护筒内泥浆水头的下降(或上升)，并使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300随着泥浆水头的下降(或上升)而下降(或上升)，从而使得筒环向内衬刚性垫圈结构300保持在泥浆水头所在的层面位置处(可能因泥浆水头陡然下降而可能出现塌孔、缩孔，甚至挤瘪钢护筒的地方)，对护筒的该位置处的环向刚度进行强化，避免护筒失效。即当护筒泥浆层面感应装置500探测到深水钻孔灌注桩护筒100中的钻孔孔井内部有水头陡降，内压突然倍增时，护筒环向内衬刚性垫圈结构300将移动至此，以防止护筒被挤瘪或孔井发生塌孔、缩颈的严重安全事故。

进一步地，上述护筒泥浆层面感应装置500可包括设于上述护筒环向内衬刚性垫圈结构300底部的多个泥浆水头感应传感器，该泥浆水头感应传感器用于感应上述深水钻孔灌注桩护筒100内的泥浆层面，每个泥浆水头感应传感器均与升降装置连接。通过在护筒环向内衬刚性垫圈结构300上设置多个泥浆水头感应传感器，可以从多个位置对护筒内的泥浆层面进行检测，检测更加准确可靠。而且，可将多个泥浆水头感应传感器均匀设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300上，只有部分或所有泥浆水头感应传感器同时感应到泥浆层面时，才会确定泥浆层面的高度位置，并根据该高度位置对护筒环向内衬刚性垫圈结构300进行升降调节，这样检测会更加精准，护筒环向内衬刚性垫圈结构300的调整也更加准确可靠。而且，通过将泥浆水头感应传感器设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300的底部，使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300的底部与护筒内的泥浆层面接触时，泥浆水头感应传感器就可感应到泥浆层面的位置，感应更加迅速。此外，也可将泥浆水头感应传感器设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300的顶部或中部外侧，便于与泥浆层面接触感应。此外，也可将泥浆水头感应传感器设置为非接触式感应传感器，可通过非接触的方式对泥浆层面进行感应。

而且，上述升降装置可包括升降控制器，以及与该升降控制器连接的卷扬机。通过该升降控制器，可以控制卷扬机工作。而且，上述护筒泥浆层面感应装置500的泥浆水头感应传感器与该升降控制器连接，该卷扬机与护筒环向内衬刚性垫圈结构300连接。这样，泥浆水头感应传感器可将感应到的护筒内的泥浆层面的高度位置信息传输给升降控制器，当检测到的泥浆层面的高度位置发生变化时，升降控制器就会控制卷扬机工作，使卷扬机驱动护筒环向内衬刚性垫圈结构300沿着加强筋结构上下移动，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300的高度位置与护筒内的泥浆层面的高度位置保持一致。即通过护筒泥浆层面感应装置500反馈信号控制护筒环向内衬刚性垫圈结构300上下行走，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300保持在钻孔护筒的泥浆层面，并能快速的随着泥浆水头的升降而升降，起到增加护筒环向刚度抵抗偶然环向压力的作用。而护筒环向内衬刚性垫圈结构300的上下行走，可以通过升降控制器控制下的卷扬机或其他提升设备实现，真正起到智能施工控制作用。此外，上述卷扬机和升降控制器可设置于护筒的顶部，也可设置于护筒顶部上方的钻孔平台上。

进一步地，上述护筒环向内衬刚性垫圈结构300仅仅可包括设于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的移动环形内衬垫圈，该移动环形内衬垫圈与升降装置的卷扬机连接、并滑动设置于加强筋结构上，可在卷扬机的驱动下沿加强筋结构上下滑动，使得该移动环形内衬垫圈与护筒内的泥浆层面对应。此外，上述护筒环向内衬刚性垫圈结构还可包括设于深水钻孔灌注桩护筒底部的固定环向内衬垫圈、以及设于该固定环向内衬垫圈顶部上方的移动环形内衬垫圈，该移动环形内衬垫圈与升降装置的卷扬机连接、并滑动设置于加强筋结构上，可在卷扬机的驱动下沿加强筋结构上下滑动，使得该移动环形内衬垫圈与护筒内的泥浆层面对应。而且，上述固定环向内衬垫圈可设置多个，分别环设在护筒内壁的多个位置处，对护筒多个位置处的环向刚度进行强化。而移动环形内衬垫圈与护筒内的泥浆层面对应，其高度可随着泥浆层面的变化而变化，可对护筒在泥浆层面高度位置处的环向刚度进行强化。此外，在本实施例中，移动环形内衬垫圈和固定环向内衬垫圈都可设置为钢圈、或其他高强度合金圈。

此外，如图4所示，本发明还提出一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，包括如下步骤：

S100、围设深水钻孔灌注桩护筒100于预备设置深水钻孔灌注桩的位置周围，竖直设置多个加强筋结构200于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上，设置检测结构主体400于加强筋结构200上；

S200、钻设深水钻孔灌注桩的基础孔，检测结构主体400对钻孔成孔过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

S300、浇注深水钻孔灌注桩，检测结构主体400对成桩过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构。

进一步地，在步骤S100中，在设置深水钻孔灌注桩护筒100时，还包括如下步骤：

宜采用钢板卷制深水钻孔灌注桩护筒100，使其内径应大于桩径至少200mm，壁厚应能使护筒保持圆筒状态且不变形，具体指标应根据护筒平面、垂直度偏差要求及长度等因素确定；对参与结构受力的护筒，其内径、壁厚和长度应符合设计要求；而且，深水钻孔灌注桩护筒100的中心与深水钻孔灌注桩的桩中心平面位置的偏差应不大于50mm，护筒竖直方向的倾斜度应不大于1％；对深水基础中的护筒，平面位置的偏差可适当放宽，但不应大于80mm；在水中沉设护筒时，宜采用导向架定位；深水钻孔灌注桩护筒顶部宜高于水面1-2m，并应在施工期间采取稳定孔内水头措施；深水钻孔灌注桩护筒的埋置深度，在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文、地质情况经计算确定；对于有冲刷影响的河流，宜沉入施工期局部冲刷线以下1-1.5m，且宜采取防冲刷措施。

而且，在步骤S100中，在设置加强筋结构200时，还包括如下步骤：

预先竖向设置多个加强筋结构200于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围，然后设置深水钻孔灌注桩护筒100于多个加强筋结构200周围；而且，在下沉设置深水钻孔灌注桩护筒100的过程中，可以利用加强筋结构200进行导向；

进一步地，可根据深水钻孔灌注桩护筒100的内径，先竖向设置两个或三个加强筋结构200于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围，再下沉深水钻孔灌注桩护筒100、并使加强筋结构200紧靠深水钻孔灌注桩护筒100的内壁，然后再竖向设置一个或多个加强筋结构200于深水钻孔灌注桩护筒100内壁侧、并与深水钻孔灌注桩护筒100内壁紧密接触；此外，还可将加强筋结构200焊接固定于深水钻孔灌注桩护筒100上，使加强筋结构200成为深水钻孔灌注桩护筒100的竖向加强筋，还可成为护筒环向内衬刚性垫圈结构300的上下滑动的轨道；

或者，预先设置深水钻孔灌注桩护筒100于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围，然后竖向设置多个加强筋结构200于深水钻孔灌注桩护筒100的内壁上；

或者，预先将多个加强筋结构200竖向固设于深水钻孔灌注桩护筒100的内壁上，然后将深水钻孔灌注桩护筒100及加强筋结构200同时下沉设置于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围。

而且，在步骤S100中，在设置所述加强筋结构和所述检测结构主体300时，还包括如下步骤：

将三个或四个加强筋结构200均匀环形布设于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上，护筒环向内衬刚性垫圈结构300四周分别滑动设于三个或四个加强筋结构200上。即竖直设置三个或四个加强筋结构200于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上，部分或全部加强筋结构200上设置有检测结构主体400，每个检测结构主体400均与监测控制结构连接。此外，也可设置五个、或其他个数的加强筋结构200于护筒内壁上。

而且，上述检测结构主体400可设置为超声波发射与接收设备、或雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置，并可设置于设为无缝钢管的加强筋结构200内，由提升绳索牵引可上下跟踪检测。此外，水下混凝土灌注时会产生水化热，此时采用热成像设备、或红外线装置进行检测更好。

此外，在步骤S200中，检测结构主体400(如超声波发射与接收设备)对钻孔成孔过程进行实时监测时，还包括如下步骤：

在钻孔过程中，检测结构主体400(如超声波发射与接收设备)对护壁泥浆的浓度、比重进行监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

在成孔过程中，检测结构主体400(如微型雷达设备)对孔壁地层变化进行监测，如有无缩孔、坍塌等，并将监测结果传输给监测控制结构；

成孔后，检测结构主体400(如超声波发射与接收设备、或微型雷达设备)对成孔质量进行检测评定，如孔径、孔深、孔的垂直度、有无扩孔、缩孔、坍塌等，孔底沉渣厚度，清孔后的泥浆浓度、比重等，并将监测结果传输给监测控制结构。

从而可实现深水钻孔灌注桩基础施工成孔过程监控，可以实时监测钻孔孔壁的成孔质量，监测钻孔水头水位和钻孔泥浆护壁的浓度，监测可能出现的地层地质的变化情况和可能出现的地质灾害现象(如缩孔、坍塌等)，可以避免钻孔施工过程中可能造成的因钻孔水头的突然下降造成的钢护筒失稳，甚至垮塌，或是孔壁坍塌造成的缩孔、甚至塌孔、埋钻等施工事故，预防钻孔事故，确保成孔质量。

此外，在步骤S300中，在浇注深水钻孔灌注桩时，还包括如下步骤：

钻出深水钻孔灌注桩的基础孔后，在基础孔处下放安设桩基础钢筋笼，检测结构主体400(如超声波发射与接收设备)对钢筋笼的下放过程进行实时监测、并对钢筋笼的安装质量进行评定，并将监测结果传输给监测控制结构。实现对深水钻孔灌注桩钢筋笼下放过程的实时监控，预防施工事故，确保钢筋笼下放准确定位。

而且，在步骤S300中，在浇注深水钻孔灌注桩时，还包括如下步骤：

在成桩过程中，检测结构主体400(如热成像设备)对深水钻孔灌注桩基础水下混凝土浇筑全过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；防控在水下混凝土浇筑过程中出现的离析、缩孔、塌方、甚至断桩等严重质量问题；

成桩后，检测结构主体400(如超声波发射与接收设备)对深水钻孔灌注桩的质量进行检测评定，并将监测结果传输给监测控制结构。不需要再进行凿除桩头后的声测管检测、大小应变检测。

从而可实现对深水钻孔灌注桩水下混凝土灌注的实时监控，可以及时的发现水下混凝土的离析、缩孔、甚至断桩问题。在混凝土尚未凝固之前的水下混凝土浇筑过程中发现问题，可以及时容易方便的处理，避免水泥混凝土凝固后的艰难处理。如实时监控发现水下混凝土的离析、缩孔、甚至断桩问题，可以立即采用钻机和高压真空泵吸出未凝固的水下混凝土，再重新灌注。损失小，处治成本低，成桩质量高。

此外，在上述步骤S100中，还可包括如下步骤：

设置护筒环向内衬刚性垫圈结构300于多个加强筋结构200之间，并使护筒环向内衬刚性垫圈结构300环设于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上；

进一步地，在设置护筒环向内衬刚性垫圈结构300时，可仅仅设置一个移动环形内衬垫圈，上述步骤包括：该移动环形内衬垫圈可沿着加强筋结构200上下滑动，使其位于深水钻孔灌注桩护筒100需要进行环向刚度强化的位置处；

或者，不仅设置一个移动环形内衬垫圈于深水钻孔灌注桩护筒100需要进行环向刚度强化的位置处(可能因泥浆水头陡然下降而出现塌孔、缩孔，甚至挤瘪护筒的地方)，还设置至少一个固定环形内衬垫圈于移动环形内衬垫圈下方，对深水钻孔灌注桩护筒100进行固定强化；

而且，护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈可根据所述深水钻孔灌注桩护筒100的内径尺寸，以及在突然大量失水后最不利情况下护筒内外水头差产生的最大环向压力进行设计，使得移动环形内衬垫圈的外径尺寸与深水钻孔灌注桩护筒100的内径尺寸对应，并使得移动环形内衬垫圈可承受该最大环向压力。

此外，在上述步骤S100中，还可包括如下步骤：

设置护筒泥浆层面感应传感装置500于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构300上，当深水钻孔灌注桩护筒100中的泥浆层面上升或下降时，护筒泥浆层面感应传感装置500感应获取泥浆层面的高度位置；

进一步地，上述步骤包括：设置多个泥浆水头感应传感器于护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈上，还可使多个泥浆水头感应传感器均匀布置于移动环形内衬垫圈的底部、中部、或顶部；

多个泥浆水头感应传感器均用于感应深水钻孔灌注桩护筒100中的泥浆层面的位置，当深水钻孔灌注桩护筒100中的泥浆层面上升或下降时，泥浆层面的高度会高于泥浆水头感应传感器的高度或低于泥浆水头感应传感器的高度，此时泥浆水头感应传感器会获取泥浆层面的实际高度信息，并将该泥浆层面的实际高度信息传输给升降装置的升降控制器。

此外，在上述步骤S200和步骤S300中，还可包括如下步骤：

护筒环向内衬刚性垫圈结构300根据获取的泥浆层面的高度位置信息，沿着加强筋结构200上下移动，与泥浆层面的高度位置保持一致。

进一步地，护筒环向内衬刚性垫圈结构300沿着加强筋结构200上下移动时，还包括如下步骤：

护筒泥浆层面感应传感装置500设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300底部的多个泥浆水头感应传感器，感应到深水钻孔灌注桩护筒100内的泥浆层面的高度位置后，输送泥浆层面的高度位置信息于升降控制器，升降控制器控制升降装置的卷扬器工作，升降装置的卷扬器驱动护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈沿着加强筋结构200上升或下降，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈保持在泥浆层面的高度位置处，起到增加护筒环向刚度抵抗偶然环向压力的作用。

本发明提出的技术方案中，通过在深水钻孔灌注桩护筒内壁竖向增设的加强筋结构，本身可作为护筒的纵向加筋肋，可增加深水长大护筒的纵横向刚度，可起到较好的增强长大护筒稳定性作用，还可方便将超声波发射与接收设备等监测机构设置在加强筋结构上；通过在深水钻孔灌注桩护筒环向增设可移动的护筒环向内衬刚性垫圈结构，可增加护筒的环向刚度，使之足以抵抗深水钻孔与不良地质条件耦合的偶然破坏荷载的作用，确保护筒稳定，确保钻孔施工平台的稳定，确保安全施工；竖向设置的加强筋结构还可作为深水钻孔灌注桩成孔后钢筋笼安放的重要导向装置，增设的护筒环向内衬刚性垫圈结构也可作为钢筋笼悬挂和下放的辅助和助力装置，使钻孔灌注桩钢筋笼得以方便下放，精准定位。而且，通过设置可对深水钻孔灌注桩的成孔和成桩的施工过程进行有效监控，实现了桥梁深水钻孔灌注桩成孔质量的实时监控，还实现了桥梁深水钻孔灌注桩成桩质量的实时监控，确保成孔质量和成桩质量，从而确保深水桩基础施工质量。此外，还可部分实现智能化施工和施工控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，其特征在于，包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒，以及设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的成孔成桩监测机构；

所述成孔成桩监测机构包括竖向设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的多个加强筋结构，设于所述加强筋结构中的检测结构主体，以及与所述检测结构主体连接的监测控制结构，所述监测控制结构设于所述深水钻孔灌注桩护筒外；

所述检测结构主体设置为超声波发射与接收设备、或雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置。

2.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，其特征在于，所述加强筋结构设为钢管，或槽钢，或角钢。

3.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，其特征在于，所述成孔成桩监测机构包括均匀设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上内壁上的三个或四个所述加强筋结构。

4.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，其特征在于，部分或所有的所述加强筋结构上均设置有所述检测结构主体，所有的所述检测结构主体均与所述监测控制结构连接。

5.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控装置，其特征在于，还包括设于所述深水钻孔灌注桩护筒上的护筒环向刚度补偿机构；

所述护筒环向刚度补偿机构包括设于多个所述加强筋结构上的护筒环向内衬刚性垫圈结构，设于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构上、用于感应所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面的护筒泥浆层面感应装置，以及与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接的升降装置，所述护筒泥浆层面感应传感装置与所述升降装置连接。

6.一种深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

围设深水钻孔灌注桩护筒于预备设置深水钻孔灌注桩的位置周围，竖直设置多个加强筋结构于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，设置检测结构主体于所述加强筋结构上；

钻设深水钻孔灌注桩的基础孔，所述检测结构主体对钻孔成孔过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

浇注深水钻孔灌注桩，所述检测结构主体对成桩过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构。

7.根据权利要求6所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，其特征在于，在设置所述加强筋结构和所述检测结构主体时，还包括如下步骤：

竖直设置三个或四个所述加强筋结构于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，部分或全部所述加强筋结构上设置有所述检测结构主体，每个所述检测结构主体均与所述监测控制结构连接。

8.根据权利要求6所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，其特征在于，所述检测结构主体对钻孔成孔过程进行实时监测时，还包括如下步骤：

在钻孔过程中，所述检测结构主体对护壁泥浆的浓度、比重进行监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

在成孔过程中，所述检测结构主体对孔壁地层变化进行监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

成孔后，所述检测结构主体对成孔质量进行检测评定，并将监测结果传输给监测控制结构。

9.根据权利要求6所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，其特征在于，在浇注深水钻孔灌注桩时，还包括如下步骤：

钻出深水钻孔灌注桩的基础孔后，在基础孔处下放安设桩基础钢筋笼，所述检测结构主体对钢筋笼的下放过程进行实时监测、并对钢筋笼的安装质量进行评定，并将监测结果传输给监测控制结构。

10.根据权利要求9所述的深水钻孔灌注桩成孔成桩一体化监控控制方法，其特征在于，在浇注深水钻孔灌注桩时，还包括如下步骤：

在成桩过程中，所述检测结构主体对深水钻孔灌注桩基础水下混凝土浇筑全过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；

成桩后，所述检测结构主体对深水钻孔灌注桩的质量进行检测评定，并将监测结果传输给监测控制结构。