CN109457742B - 一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置，由传感单元(100)和与传感单元信息连接的显示控制单元(200)构成；所述传感单元总体为箱型结构，由铰轴悬挂的隔离片及其上作用于测力传感器的球形顶头构成一可传递隔离片摆动受力的杠杆传力机构。隔离片的上半部分开有网状孔，隔离片的下半部分不开孔。本发明装置用来提供水下混凝土灌注桩作业时浮浆和塑性混凝土到达超高位置的信息，为施工作业提供指导，保障桩头质量，同时避免施工过程中出现混凝土超灌的状况，节约混凝土使用量并减少后续去桩头及垃圾处理工作量。

Description

一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置

技术领域

本发明涉及水下混凝土灌注桩的施工技术领域，具体涉及一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置。

背景技术

在水下灌注混凝土桩的施工过程中，最先灌注的桩底部的混凝土被后续通过导管压入的混凝土逐渐顶升到桩头部位。因此桩头部位的混凝土总是最先灌注的那部分。受桩底沉渣、护壁泥浆的影响，灌注中会出现轻的浮浆在上面，重的混凝土在下面的情况，浮浆为水、泥土、沙的混合物，不能成为桩体的部分，浇筑后需要去掉。同时受孔壁形状、钢筋笼和桩长的影响，需要足够的混凝土超灌高度才能保证桩头部分混凝土的质量，因此，保证稳定和足够的超灌高度对于确保桩头部位混凝土强度是必要的。(“建筑桩基技术规范”规定水下混凝土灌注桩超灌高度宜为800—1000mm)。

但是，由于缺乏适合的混凝土识别装置，一些工程的超灌高度控制的很差，出现超灌高度过高和不足的情况，如果低于超灌高度，可能造成桩头质量不合格的后果，如果超灌高度过分超高，则既浪费混凝土，又增加了后续打掉多余桩头和处理垃圾的工作量。目前的灌注施工过程中，常采用人工观测的方式识别混凝土；用绳子吊重锤不断地检测观察。存在的问题的是：控制灌注的操作人员获取的信息不足，只能依靠经验和全程高度认真负责观察来控制超灌高度。

针对现有问题，本发明提出了一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置，能够自动识别浮浆和塑性混凝土是否到达超高位置，为混凝土浇筑施工作业提供指导。

将传感器安装至水下灌注桩施工作业中的超高位置(绑定在钢筋笼上)，当浮浆和混凝土到达时，装置中的测力传感器的输出值会发生变化，通过线缆传输到显示控制单元部分，显示控制单元分析并输出显示，指导施工作业。

发明内容

鉴于现有技术的缺点，本发明的目的是设计一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置，使之克服现有技术的缺点。

本发明的目的是通过如下手段实现的。固定在水下灌注桩现浇施工中钢筋笼的超高位置以获取做抬升运动的浮浆和塑性混凝土到达的超高位置的信息，由传感单元100和与传感单元信息连接的显示控制单元200构成。传感单元总体为箱型结构，由箱体110、隔离片111、铰轴组件115、设置在箱体中部的测力传感器120、设置在箱体下部的斜槽113组成；隔离片111呈垂向布置，通过铰轴组件115悬挂在箱体上，可绕传感单元的铰轴组件115进行转动；隔离片的上半部分开有网状孔116，用于阻挡隔离混凝土中粗骨料部分，隔离片的下半部分不开孔117，用于阻挡浮浆，隔离片，隔离片中部设置有可将隔离片所受的力传递给传感单元内的测力传感器120的球形顶头112；箱体下部的置有用于将流入其中的浮浆的重力转化为对隔离片推力的斜槽113；测力传感器通过线缆130将测量值传输到通过分析测量值的大小和变化量而识别出浮浆和混凝土从而控制和指导施工作业的显示控制单元200。

传感单元和显示控制单元通过线缆和接头联结。显示控制单元由电源模块、数据分析模块、显示模块、通讯模块、输入接口、输出控制接口组成。

使用时，传感单元安装在超高位置，在灌注桩施工过程中，混凝土和浮浆由下而上做抬升运动，轻的浮浆在上，重的混凝土在下，最先到达传感器处的是浮浆，浮浆流入斜槽113后，与隔离片的下部未开孔部分117接触，浮浆重力由斜槽作用转化出对隔离片111的推力，推力使隔离片111受力而绕铰接组件115旋动，隔离片上的球形顶头112作用于测力传感器120，测力传感器获得一较小的压力值(由于隔离片上半部分开孔，浮浆会通过网孔，无法作用于隔离片，所以此时压力值较小)，通过线缆输出到显示控制单元中。当后续混凝土到达传感器位置时，混凝土中的粗骨料即石子会被隔离片上半部分116阻挡，在重力作用下，石子使隔离片111受力而绕铰接组件115旋动，隔离片上的球形顶头112作用于测力传感器120，测力传感器获得一较大的压力值，通过线缆输出到显示控制单元200中。

当测量值由极低或无变为较低的浮浆压力值时，可判断浮浆到达超高位置，当测量值由较低的浮浆压力值变为较高的石子压力值时，可判断混凝土到达超高位置。显示控制单元通过数据分析模块分析测量值的大小、变化情况，进而控制其显示模块的指示灯的亮灭，指导灌注施工。

采用本发明的结构，可以在水下混凝土灌注桩的作业过程中，有效指导现场操作人员完成作业，起到保障质量和节约成本的作用。

附图说明

附图1是本发明的整体结构示意图。

附图2是本发明实施例传感单元结构立体图。

附图3是本发明的隔离片结构示意图。

附图4是本发明具体实施方式中传感单元在不同工作环境的示意图：图4a，在水中；图4b，在浮浆中；图4c，在混凝土中。

附图5是本发明具体实施方式中双传感器安装方式示意图。

附图6是本发明具体实施方式中显示控制单元的界面和接口示意图。

具体实施方式

本发明具体实施例为一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置，用于辅助指导水下灌注桩的施工。

由图1可见，本发明由传感单元100和与传感单元信息连接的显示控制单元200构成。传感单元总体为箱型结构，由箱体110、隔离片111、铰轴组件115、测力传感器120、斜槽113组成。隔离片111呈垂向布置，隔离片的上半部分开有网状孔116，用于阻挡隔离混凝土中粗骨料部分，隔离片的下半部分不开孔117，用于阻挡浮浆，隔离片可绕传感单元的铰轴组件115进行转动，位于隔离片中部位置的球形顶头112，可以将隔离片所受的力传递给传感单元内的测力传感器120，位于传感单元下部的斜槽113用于将流入其中的浮浆的重力转化为对隔离片的推力，测力传感器通过通信线缆将测量值传输到通过分析测量值的大小和变化量而识别出浮浆和混凝土从而控制和指导施工作业的显示控制单元200。传感单元和显示控制单元通过线缆130连接。其中显示控制单元200由电源模块201、数据分析模块202、显示模块203、通讯模块204、输入接口205、输出控制接口206组成。

实施例1：传感单元100采用图2结构：在箱体110上安装铰轴组件115，隔离片111安装在铰轴组件上，隔离片上半部分116的网孔按8mm设计(考虑到混凝土中石块尺寸在10mm-60mm)，隔离片下半部分117不开孔(如图3所示)，球形顶头112安装在隔离片上，其圆心与测力传感器120中心在一条线上，斜槽113安装在箱体下部。

实际使用时，将两个传感单元固定在超高位置处(绑定在钢筋笼上)，见图5，两个传感单元通过线缆和接头接入显示控制单元200的输入接口205，显示控制单元的输入接口205为4路，见附图6，最先到达传感器处的是浮浆，浮浆作用时，此时显示控制单元200接收到的压力值较小，接着到达传感器处的是混凝土，此时显示控制单元200接收到的压力值较大。见附图4。

当传感单元送到显示控制单元的压力值为较小时，显示控制单元的浮浆指示灯亮，当传感单元送到显示控制单元的压力值为较大时，显示控制单元的混凝土指示灯亮，当两个传感单元送到显示控制单元的压力值均为较大时，说明此时两个位置处混凝土均到位，此时，显示控制单元的停灌指示灯亮，指导实施停灌作业。见附图6。

实际使用中可以采用多种类型的测力传感器，在我们的实验装置中采用薄膜电阻器作为测力传感器(压力值越大对应的电阻值越小)，在2米深坑中安装好传感器，并分别加入水、泥浆、混凝土做测试，结果如下表：

介质	输出电阻值(kΩ)
		水	∞(无穷大)
泥浆	775.3
		混凝土	113.5

当显示控制单元采集到的电阻值为1500kΩ～∞时，可判断传感器探头处于水环境中；当显示控制单元采集到的电阻值为400kΩ～1500kΩ时，可判断传感器探头处于泥浆环境中；当显示控制单元采集到的电阻值为0Ω～400kΩ时，可判断传感器探头处于混凝土环境中，由此可以识别出浮浆和混凝土。

综上所述，本发明用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置是可行的。可以识别出浮浆和混凝土，并指导灌注施工作业。

上述针对较佳实施例的具体描述，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置，固定在水下灌注桩现浇施工中钢筋笼的超高位置以获取做抬升运动的浮浆和塑性混凝土到达超高位置的信息，其特征在于，由传感单元(100)和与传感单元信息连接的显示控制单元(200)构成；传感单元总体为箱型结构，由箱体(110)、隔离片(111)、铰轴组件(115)、设置在箱体中部的测力传感器(120)、设置在箱体下部的斜槽(113)组成；隔离片(111)呈垂向布置，通过铰轴组件(115)悬挂在箱体上，可绕传感单元的铰轴组件(115)进行转动；隔离片的上半部分开有网状孔(116)，用于阻挡隔离混凝土中粗骨料部分，隔离片的下半部分不开孔(117)，用于阻挡浮浆，隔离片，隔离片中部设置有可将隔离片所受的力传递给传感单元内的测力传感器(120)的球形顶头(112)；箱体下部的置有用于将流入其中的浮浆的重力转化为对隔离片推力的斜槽(113)；测力传感器通过线缆(130)将测量值传输到通过分析测量值的大小和变化量而识别出浮浆和混凝土从而控制和指导施工作业的显示控制单元(200)；所述显示控制单元(200)由电源模块(201)、数据分析模块(202)、显示模块(203)、通讯模块(204)、输入接口(205)和输出控制接口(206)组成。

2.根据权利要求1所述的用于识别浮浆和混凝土的隔离测力传感器装置，其特征在于，所述隔离片上半部分的网状孔(116)的开孔可以为矩形或圆弧形，并且开孔尺度小于现场实际塑性混凝土所用粗骨料石子的个体尺度。