CN109695261A - 水下混凝土灌注界面压差监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下混凝土灌注界面压差监测装置，它的第一压力传感器和第二压力传感器的感应端具有预设的高度差，第一压力传感器和第二压力传感器的信号输出端分别接入压差测量模块的两个检测信号输入端，压差测量模块的信号输出端连接处理器的压差值信号输入端，姿态传感器的信号输出端连接处理器的姿态信号输入端，处理器的数字化压差值及姿态信号通信端连接地面报警主机信号输入端。本发明可对水下混凝土灌注工程中有效监测并控制混凝土在水下的灌注界面，达到工程设计灌注界面的要求。
Description
技术领域
本发明涉及水下工程混凝土灌注技术领域，具体涉及一种水下混凝土灌注界面压差监测装置及方法。
背景技术
随着我国工程建设事业的蓬勃发展，水下基础工程在高层建筑、桥梁、港口码头、海上采油平台、以及核电站等大型工程中广泛采用，已成为工程建设中最重要的一种基础工程形式。特别在桥梁、港口、码头和高层建筑的基础都采用水下混凝土灌注。在工程实际中如何判断混凝土灌注的界面、准确确定混凝土灌注的深度成为迫切需要解决的重要工程问题。
由于混凝土灌注面以上存在泥浆的混合物因而浇注中的混凝土面的真实标高较难正确定位控制，在以往的工程施工中往往采用估测的方法，为保证灌注量的可靠性，往往造成混凝土灌注量的增加。一方面造成混凝土资源的严重浪费，同时增加了基础开挖的难度，另一方面增加了项目的施工成本和项目建设成本，且带来了如何掩埋处理多余混凝土弃块的环境污染问题。如果估测不足，则造成混凝土灌注界面不够，影响基础工程质量。
水下工程混凝土灌注如何控制好混凝土在水下的灌注界面，达到设计灌注界面的要求，在国内还没有很好相应的监测方法，也没有实用的监测仪器和设备，采用估测的方法，准确性极差，浪费大或质量不能保证；在国际上也没有实用的监测仪器或设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下工程混凝土灌注界面压差监测装置及方法，通过该装置和方法，可对水下混凝土灌注工程中有效监测并控制混凝土在水下的灌注界面，达到工程设计灌注界面的要求。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种水下混凝土灌注界面压差监测装置，它包括地面报警主机、测量探头、设置在测量探头底部的第一压力传感器和第二压力传感器，所述测量探头包括电子腔内的压差测量模块、处理器和姿态传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器的感应端具有预设的高度差，所述第一压力传感器和第二压力传感器的信号输出端分别接入压差测量模块的两个检测信号输入端，压差测量模块的信号输出端连接处理器的压差值信号输入端，姿态传感器的信号输出端连接处理器的姿态信号输入端，处理器的数字化压差值及姿态信号通信端连接地面报警主机信号输入端。
一种基于上述装置的水下混凝土灌注界面压差监测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在测试桶中灌入待灌注的混凝土，将测量探头的第一压力传感器和第二压力传感器浸没在测试桶的混凝土中，此时，压差测量模块根据第一压力传感器和第二压力传感器传输过来的压力值，得到测试桶中混凝土的压差值，并将该压差值传输到地面报警主机中进行显示，此时地面报警主机显示的压差值作为判定水下的混凝土灌注是否达到设计灌注目标位置的压差阈值；
步骤2：在水下的混凝土灌注之前，将测量探头安置在水下的混凝土灌注处，并将第一压力传感器定位于混凝土灌注所设计的混凝土灌注目标位置；
步骤3：开始向水下灌注混凝土，水下混凝土灌注面不断升高，此时压差测量模块实时测量第一压力传感器与第二压力传感器之间的压差值，当实时的压差值达到步骤1中确定的压差阈值的设定百分比范围内时，停止灌注混凝土，此时第一压力传感器和第二压力传感器完全浸没在水下的混凝土中，水下的混凝土灌注达到灌注目标位置。
本发明的有益效果为：
(1)在基础工程水下混凝土灌注过程中，采用本发明能有效监测和控制水下混凝土灌注的位置，并达到设计灌注界面的要求，避免造成混凝土资源的浪费，降低项目的施工成本和项目建设成本，并有效解决了多余混凝土弃块的环境污染问题。
(2)采用本发明能将水下混凝土准确灌注到设计的位置，避免造成水下混凝土灌注没达到设计界面而影响基础工程质量。
(3)本发明还设置有报警器，当地面报警主机显示的压力差值达到阈值压力差值的96％～104％范围内时地面报警主机会发出灯光或语音报警，即可停止灌福，操作简单方便，且及时、准确。
(4)本发明的装置简单易操作，方便携带；且体积小，不影响整个施工过程。
附图说明
图1为本发明的工作状态结构示意图；
图2为本发明的结构框图。
其中1—地面报警主机、2—测量探头、2.1—压差测量模块、2.2—信号放大器、2.3—处理器、2.4—姿态传感器、3—第一压力传感器、4—第二压力传感器、5—电缆、6—混凝土。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明主要用于高层建筑、桥梁、港口码头、海上釆油平台、以及核电站等大型基础工程中的水下混凝土灌注过程中混凝土界面的监测。
本发明通过对水下工程混凝土灌注过程中混凝土、泥浆、水等介质的比重测量方法、水下压差测量探头及水下混凝土灌注标高定位的测试方法和测试仪器的研究，提出了水下工程混凝土灌注标高界面测试方法并研制了水下工程混凝土灌注界面监测装置。该装置的关键技术原理是水下混凝土灌注过程中，水、泥浆的比重和混凝土的比重具有明显的差别，通过测量这种差别实现水下混凝土灌注界面(或深度)的定位。
本发明的一种水下混凝土灌注界面压差监测装置，如图1和2所示，它包括地面报警主机1、测量探头2、设置在测量探头2底部的第一压力传感器3和第二压力传感器4，所述测量探头2包括电子腔内的压差测量模块2.1、信号放大器2.2、处理器2.3和姿态传感器2.4，所述第一压力传感器3和第二压力传感器4的感应端具有预设的高度差，所述第一压力传感器3和第二压力传感器4的信号输出端分别通过导线接入压差测量模块2.1的两个检测信号输入端，压差测量模块2.1的信号输出端连接信号放大器2.2的信号输入端，信号放大器2.2的信号输出端连接处理器2.3的压差值信号输入端，姿态传感器2.4的信号输出端连接处理器2.3的姿态信号输入端，处理器2.3的数字化压差值及姿态信号通信端通过电缆5连接地面报警主机1信号输入端。
上述技术方案中，所述第一压力传感器3的感应端与第二压力传感器4的感应端之间的高度差范围为50～100毫米(根据压力传感器的灵敏度和设备使用方便来设定)。
上述技术方案中，所述压差测量模块2.1用于根据第一压力传感器3和第二压力传感器4输出的压力信号计算第一压力传感器3与第二压力传感器4之间的压力差。
上述技术方案中，所述处理器2.3用于将信号放大后的压力差信号转换成对应的数字化压差值。
上述技术方案中，所述第一压力传感器3和第二压力传感器4均垂直于水平面(因混凝土灌注面都是水平面，只有探测探头是垂直的才能准确测量)，有利于灌注目标位置的准确定位。
上述技术方案中，所述姿态传感器2.4实时感应测量探头2的姿态，并将姿态数据传输给地面报警主机1，当姿态数据显示第一压力传感器3和第二压力传感器4没有垂直于水平面时，发出报警信号。
上述技术方案中，所述第一压力传感器3的感应端位于第二压力传感器4的感应端上方。第一压力传感器3和第二压力传感器4均通过连接件固定在测量探头2的外壳上。
一种基于上述装置的水下混凝土灌注界面压差监测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在测试桶中灌入待灌注的混凝土6，将测量探头2的第一压力传感器3和第二压力传感器4浸没在测试桶的混凝土6中，此时，压差测量模块2.1根据第一压力传感器3和第二压力传感器4传输过来的压力值，得到测试桶中混凝土6的压差值，并将该压差值传输到地面报警主机1中进行显示，此时地面报警主机1显示的压差值作为判定水下的混凝土6灌注是否达到设计灌注目标位置的压差阈值；
步骤2：在水下的混凝土6灌注之前，将测量探头2安置在水下的混凝土6灌注处，并将第一压力传感器3定位于混凝土灌注所设计的混凝土灌注目标位置；
步骤3：开始向水下灌注混凝土6，水下混凝土灌注面不断升高，此时压差测量模块2.1实时测量第一压力传感器3与第二压力传感器4之间的压差值，当实时的压差值达到步骤1中确定的压差阈值的设定百分比范围内时，停止灌注混凝土6，此时第一压力传感器3和第二压力传感器4完全浸没在水下的混凝土6中，水下的混凝土6灌注达到灌注目标位置。
上述技术方案的步骤3中，当实时的压差值达到步骤1中确定的阈值电阻值的96～104％(考虑任何测试都有正负误差，正负误差越小，测试结果越可靠)范围内时，停止灌注混凝土6，地面报警主机1通过灯光或语音进行报警，使操作人员停止混凝土6灌注。
上述技术方案的步骤1～3中，所述姿态传感器2.4实时感应测量探头2的姿态，并将姿态数据传输给地面报警主机1，当姿态数据显示第一压力传感器3和第二压力传感器4没有垂直于水平面时，发出报警信号。
本发明的关键技术是水下工程混凝土灌注过程中，水、泥浆的比重和混凝土的比重具有明显的差别，通过测量这种差别实现混凝土灌注界面(或深度)的定位，Δp＝r*Δh。
式中：Δp为第一压力传感器和第二压力传感器之间的压力差；Δh为第一压力传感器和第二压力传感器之间的高差；r为水、泥浆、混凝土比重。
该方法通过测量水下混凝土灌注过程中介质的比重变化来确定水下混凝土灌注的界面或深度位置，依据水下混凝土灌注过程中混凝土、泥浆等介质的比重差别，采用监测探头的二个压力传感器监测水下混凝土灌注过程中混凝土、泥浆等介质的比重的变化，当变化达到阈值时地面报警主机进行报警，此时说明水下混凝土灌注达到预设的界面位置。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：它包括地面报警主机(1)、测量探头(2)、设置在测量探头(2)底部的第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)，所述测量探头(2)包括电子腔内的压差测量模块(2.1)和处理器(2.3)，所述第一压力传感器(3)与第二压力传感器(4)的感应端之间具有预设的高度差，所述第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)的信号输出端分别接入压差测量模块(2.1)的两个检测信号输入端，压差测量模块(2.1)的信号输出端连接处理器(2.3)的压差值信号输入端，处理器(2.3)的数字化压差值通信端连接地面报警主机(1)信号输入端。
2.根据权利要求1所述的水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：所述第一压力传感器(3)的感应端与第二压力传感器(4)的感应端之间的高度差范围为50～100毫米。
3.根据权利要求1所述的水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：所述压差测量模块(2.1)用于根据第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)输出的压力信号计算第一压力传感器(3)与第二压力传感器(4)之间的压力差。
4.根据权利要求3所述的水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：所述测量探头(2)还包括信号放大器(2.2)，所述压差测量模块(2.1)的信号输出端通过信号放大器(2.2)连接处理器(2.3)的压差值信号输入端；
所述处理器(2.3)用于将信号放大后的压力差信号转换成对应的数字化压差值。
5.根据权利要求1所述的水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：所述第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)均垂直于水平面。
6.根据权利要求5所述的水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：所述测量探头(2)还包括姿态传感器(2.4)，姿态传感器(2.4)的信号输出端连接处理器(2.3)的姿态信号输入端，处理器(2.3)的数字化压差值及姿态信号通信端连接地面报警主机(1)信号输入端；
所述姿态传感器(2.4)实时感应测量探头(2)的姿态，并将姿态数据传输给地面报警主机(1)，当姿态数据显示第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)没有垂直于水平面时，发出报警信号。
7.根据权利要求1所述的水下混凝土灌注界面压差监测装置，其特征在于：所述第一压力传感器(3)的感应端位于第二压力传感器(4)的感应端上方。
8.一种基于权利要求1所述装置的水下混凝土灌注界面压差监测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在测试桶中灌入待灌注的混凝土(6)，将测量探头(2)的第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)浸没在测试桶的混凝土(6)中，此时，压差测量模块(2.1)根据第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)传输过来的压力值，得到测试桶中混凝土(6)的压差值，并将该压差值传输到地面报警主机(1)中进行显示，此时地面报警主机(1)显示的压差值作为判定水下的混凝土(6)灌注是否达到设计灌注目标位置的压差阈值；
步骤2：在水下的混凝土(6)灌注之前，将测量探头(2)安置在水下的混凝土(6)灌注处，并将第一压力传感器(3)定位于混凝土灌注所设计的混凝土灌注目标位置；
步骤3：开始向水下灌注混凝土(6)，水下混凝土灌注面不断升高，此时压差测量模块(2.1)实时测量第一压力传感器(3)与第二压力传感器(4)之间的压差值，当实时的压差值达到步骤1中确定的压差阈值的设定百分比范围内时，停止灌注混凝土(6)，此时第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)完全浸没在水下的混凝土(6)中，水下的混凝土(6)灌注达到灌注目标位置。
9.根据权利要求8所述的水下混凝土灌注界面压差监测方法，其特征在于：所述步骤3中，当实时的压差值达到步骤1中确定的阈值电阻值的96～104％范围内时，停止灌注混凝土(6)，地面报警主机(1)通过灯光或语音进行报警，使操作人员停止混凝土(6)灌注。
10.根据权利要求8所述的水下混凝土灌注界面压差监测方法，其特征在于：所述步骤1～3中，所述姿态传感器(2.4)实时感应测量探头(2)的姿态，并将姿态数据传输给地面报警主机(1)，当姿态数据显示第一压力传感器(3)和第二压力传感器(4)没有垂直于水平面时，发出报警信号。
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