CN110230327B - 一种砂桩施工质量的实时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂桩施工质量的实时监测系统及方法，本方案基于砂桩电阻测量组件和电阻采集分析仪实现，其中，砂桩电阻测量组件与砂桩配合设置，实时监测砂桩施工过程中桩身的电阻，并传至电阻采集分析仪；电阻采集分析仪与砂桩电阻测量组件连接，根据砂桩电阻测量组件采集的砂桩施工过程中桩身的实时电阻值，确定砂桩施工过程中砂桩的实时密实度。本发明提供的方案能够实现在砂桩施工过程中对砂桩质量进行实时的动态监控，能够将砂桩质量控制提至施工阶段，有效保证每根砂桩的施工质量。

Description

一种砂桩施工质量的实时监测系统及方法

技术领域

本发明涉及砂桩的施工方案，具体涉及砂桩施工质量的实时监测控制方案。

背景技术

砂桩也称为挤密砂桩，是一种有效的地基加固技术，砂桩能够显著增加地基承载力，加快地基固结，减小结构物沉降。与传统地基加固方法相比，砂桩具有成桩周期短，加固效果直接等优点。砂桩地基处理在高速公路软土地基以及深水港口码头地基处理中有着广泛的使用。

目前对于砂桩质量控制多为事后检测，即待砂桩施工完成后，对砂桩进行抽样检测。此类方法虽可保证检测砂桩的质量满足设计标准，但不合格砂桩返工处理影响了施工工期，而且事后检测只是抽样检测，无法完全覆盖所有砂桩。

现有砂桩施工主要依靠经验进行，根据每根桩的需砂量进行施工。然而砂桩长度较大，可达十几米至二十多米，经验法无法保证整根砂桩从上至下密实度均匀。现场监管人员也无法精确记录和监督桩身施工质量。此外受地质条件影响，每根砂桩所处地质环境不同，无法保证每根砂桩的需砂量一致，如遇含水量大的软弱地层，可能存在需砂量超过设计需砂量的情况。

故而本领域亟需一套适用于砂桩施工过程中砂桩质量动态监控的测试方案，以能够将砂桩质量控制提至施工阶段，有效保证每根砂桩的施工质量。

发明内容

针对现有砂桩施工过程中砂桩质量控制方案所存在的问题，需要一种适用于砂桩施工过程中砂桩质量动态监控的监测方案。

为此，本发明的目的在于提供一种砂桩施工质量的实时监测系统，并据此提供一种砂桩施工质量的实时监测方法。该方案能够将砂桩质量控制提至施工阶段，有效保证每根砂桩的施工质量，避免事后返工，节约工期。

为了达到上述目的，本发明所提供的砂桩施工质量的实时监测系统，包括：

砂桩电阻测量组件，所述砂桩电阻测量组件与砂桩配合设置，实时监测砂桩施工过程中桩身的电阻，并传至电阻采集分析仪；

电阻采集分析仪，所述电阻采集分析仪与砂桩电阻测量组件连接，根据砂桩电阻测量组件采集的砂桩施工过程中桩身的实时电阻值，确定砂桩施工过程中砂桩的实时密实度。

进一步的，所述砂桩电阻测量组件包括一对电阻测杆和一对电阻测杆套管，电阻测杆套管固定在砂桩沉管上，并位于砂桩沉管直径方向的两侧，构成电阻测杆的行走通道；电阻测杆上设置有若干电阻探头，与电阻采集分析仪通信连接，并通过测杆套管下放至砂桩孔内。

进一步的，所述电阻测杆的若干电阻探头等距设置。

进一步的，所述一对电阻测杆中的第一电阻测杆接收电阻采集分析仪的电信号，形成电流从砂桩桩身内穿过，第二电阻测杆探测从砂桩桩身内穿过的电流，形成相应的电信号，并传至电阻采集分析仪。

为了达到上述目的，本发明所提供的砂桩施工质量的实时监测方法，所述实时监测方法通过实时监测砂桩施工过程中桩身的电阻，并根据砂桩施工过程中桩身电阻值的实时变化，确定砂桩施工过程中砂桩的实时密实度。

进一步的，所述实时监测方法在监测之前，还包括通过试验，确定不同含水率、颗粒级配下砂样密实度与电阻对应关系的步骤。

进一步的，所述实时监测方法首先将电流从砂桩桩身内穿过，并采集穿过砂桩桩身的电流形成相应的电信号；

接着，根据采集到的电信号确定砂桩桩身内的电阻；

最后，根据电阻与砂桩密实度之间的对应关系，确定砂桩桩身实时密实度。

本发明提供的方案能够实现在砂桩施工过程中对砂桩质量进行实时的动态监控，能够将砂桩质量控制提至施工阶段，有效保证每根砂桩的施工质量。

同时，本方案整体构成简单，易于实现，并且监测精度高，具有极高的实用性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1所示为本发明实例中提供的沉桩砂桩成桩过程中砂桩密实度桩身电阻监测系统的组成示意图；

图2所示为本发明实例中电阻测杆结构示意图。

图示标号说明：

100—监测系统；110—砂桩沉管；120—电阻测杆套管；

130—砂桩孔；140—电阻测杆；150—砂桩桩身；

160—电阻测杆出线；170—地表面；180—电阻探头；

190—电阻采集仪。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例针对现有砂桩质量控制方案所存在的问题，提供可在砂桩施工过程中实时监控砂桩密实程度的监管方案。该方案利用桩身电阻与桩身密实度存在对应关系的原理，通过监测砂桩实施过程中桩身电阻值的变化，由此来精确确定砂桩密实度实时情况。

本方案在监测之前，可先通过试验，确定不同含水率、颗粒级配下砂样密实度与电阻对应关系，作为现场施工电阻监测依据。

该方案将砂桩质量控制提至施工阶段，且可适用于不同地质环境、结构形式的砂桩施工，并能保证监测精度，以及每根砂桩的施工质量。

参见图1和图2，其所示为本实例基于上述原理构成的砂桩密实度桩身电阻监测系统的组成结构示意图。该监测系统能够在砂桩成桩过程中对砂桩质量进行实时监控和控制。

由图可知，该监控系统100主要由电阻采集仪190，一对电阻测杆套管120，一对电阻测杆140相配合构成。

其中，一对电阻测杆套管120安置在砂桩孔130内，并分别固定在砂桩沉管110直径方向的两侧，作为电阻测杆的行走通道，便于电阻测杆140的在砂桩沉管110施工时的安装设置。对于该电阻测杆套管120的具体结构形式，可根据实际需求而定，此处不加以赘述。

再者，一对电阻测杆140作为直接测量的组件，分布通过电阻测杆套管120下放至砂桩孔130内，继而分布在砂桩沉管110直径方向的两侧。同时该一对电阻测杆140的顶端通过出线160分布连接至电阻采集仪190。由此设置的一对电阻测杆140，一个电阻测杆140作为信号发送端，另一电阻测杆140作为信号采集端，由此来完成相关信号的传输和采集。

参见图2，本实例中的每个电阻测杆140上分别设置有若干的电阻探头180，这些电阻探头180采用等距的方式固定在电阻测杆140上，由此能够实现对砂桩桩身不同深度的电阻值进行监测。

对于每根电阻测杆140可按照砂桩深度和施工需求进行设置，其上的电阻探头180的间距和数量亦可按照施工需求进行调整。

电阻采集仪190作为整个系统的控制和信号处理中心，可完成控制信号的发送，采集信号的接收，并根据接收到的信号进行分析，以给出实时的电阻值。

该电阻采集仪190还可通过自主学习确定不同含水率、颗粒级配下砂样密实度与电阻对应关系，由此作为后续电阻值分析确定的依据，以保证结果的精度。该电阻采集仪190在具体实现时，可采用相应的PLC或PC机来实现，但并不限于此。

由此构成的电阻采集仪190在工作采集时，首先给出一个电信号，从发射端进入与其连接的电阻测杆140中，该电阻测杆140上与砂桩桩身150接触的电阻探头将会将接收到的电信号向砂桩桩身150发出，使得电流从砂桩桩身内穿过；此时与电阻采集仪190接收端连接的电阻测杆140，其上与砂桩桩身150接触的电阻探头将能够从砂桩桩身150中接收电流，并形成相应的接受电信号；该接收端的电阻测杆140将接收到的信号通过采集仪接收端输入电阻采集仪190；电阻采集仪190根据接收的信号，通过分析确定桩身内电阻值，并基于之前学习到的电阻与砂桩密实度之间的对应关系，评判砂桩桩身实时密实度。

以下说明一下，本砂桩密实度桩身电阻监测系统方案的具体实施方式。

本砂桩密实度桩身电阻监测系统在具体实施时，首先将一对电阻测杆套管120沿着砂桩沉管110直径方向，对称固定在砂桩沉管110外侧面，在砂桩沉管110沉入地面170时，电阻测杆套管也同时沉入地面170以下。

接着，将一对电阻测杆140分别放置在电阻测杆套管120内，随着沉管沉入砂桩孔130内，当沉管成孔达到设计深度后，放松电阻测杆140，将其留在砂桩孔130内。砂桩沉管110沉至设计深度后，会从下料口下砂(或碎石等)，并边振动边上提，随后进行上提——下砂——反插等相应作业。

此时，由电阻采集仪190发出电流信号，从发射端进入与其连接的电阻测杆140中，该电阻测杆140上与砂桩桩身150接触的电阻探头将会将接收到的电信号向砂桩桩身150发出，使得电流从砂桩桩身内穿过；此时与电阻采集仪190接收端连接的电阻测杆140，其上与砂桩桩身150接触的电阻探头将能够从砂桩桩身150中接收电流，并形成相应的接受电信号；该接收端的电阻测杆140将接收到的信号通过采集仪接收端输入电阻采集仪190；电阻采集仪190根据接收的信号，通过分析确定桩身内电阻值，并基于之前试验获得的电阻与砂桩密实度之间的对应关系，评判砂桩桩身实时密实度。

这样通过电阻测杆可测得整个桩身不同深度的电阻值，并根据电阻与密实度对应关系，获得砂桩施工过程中的密实情况。

以下通过一具体应用实例来说明本实例基于本砂桩密实度桩身电阻监测系统进行砂桩施工的过程。

整个施工过程主要包括施工前试验准备阶段，施工前准备阶段以及施工阶段。

施工前试验准备：

针对不同级配、含水量和密实度的砂桩所用砂子先进行砂样电阻标定试验，确定出砂样电阻与不同级配、含水量和密实度的对应关系。根据现场施工设计要求的密实度，参照砂样电阻与密实度的对应关系，确定出实际施工过程中，电阻的判断值，作为施工中砂桩质量监控标准。

施工前准备：

施工前需对常规砂桩沉桩机进行改造，增添桩身电阻监测装置。

将电阻测杆套管120沿着沉桩管110直径方法两侧固定，长度与沉桩深度相等。一对电测测杆140分别穿入电阻测杆套管120内，并在电阻测杆套管120入口处对电阻测杆进行固定，电阻测杆出线160与电阻采集仪190连接。

施工阶段：

1)定好打桩位置坐标，下砂桩沉管110，将砂桩沉管110在自重和上部桩锤的压力下沉入地表170，随后沉至设计标高。

2)利用进砂口装砂，控制每次装砂量，待砂子落入砂桩沉管110底部后，开启砂桩沉管110顶部离心振动锤，促使管内砂子振动密实。

3)边振动边提升砂桩沉管110，同时松开电阻测杆使之沉在桩孔底部。砂桩沉管110提至设计位置后进行反插，挤密下部砂桩。

4)触发电阻采集仪190，采集仪以固定的频率发出电信号，通过发射端进入一侧电阻测杆，并由该侧电阻测杆发出经由砂桩桩身进入另一侧电阻测杆，最后由电阻采集仪190接收端接收，通过电阻采集仪190内部计算，最终确定不同层位砂桩桩身电阻值，并实时显示、记录和保存。

5)砂桩沉桩管110继续下砂—振动提升—反插循环作业，直至该根砂桩完成。期间采集仪以固定的频率进行桩身电阻实时监测和反馈。监管人员即可通过采集仪实施反馈的电阻值对砂桩桩身质量进行评判。

由上实例可知，在施工过程中可对每个砂桩进行实时监控，监控每个砂桩实时密实度，指导砂桩后续施工，确保每个砂桩成型质量，避免砂桩返工问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种砂桩施工质量的实时监测系统，其特征在于，包括：

砂桩电阻测量组件，所述砂桩电阻测量组件与砂桩配合设置，实时监测砂桩施工过程中桩身的电阻，并传至电阻采集分析仪；所述砂桩电阻测量组件包括一对电阻测杆和一对电阻测杆套管，电阻测杆套管固定在砂桩沉管上，并位于砂桩沉管直径方向的两侧，构成电阻测杆的行走通道；电阻测杆上设置有若干电阻探头，与电阻采集分析仪通信连接，并通过测杆套管下放至砂桩孔内，如此设置的一对电阻测杆，一个电阻测杆作为信号发送端，另一电阻测杆作为信号采集端，由此来完成相关信号的传输和采集；

电阻采集分析仪，所述电阻采集分析仪通过自主学习确定不同含水率、颗粒级配下砂样密实度与电阻对应关系，以作为后续电阻值分析确定依据；所述电阻采集分析仪与砂桩电阻测量组件连接，直接将产生的电信号传至一个电阻测杆，使得电流从砂桩桩身内穿过；再直接从另一电阻测杆采集电信号；再直接根据采集到的电信号分析确定砂桩施工过程中桩身的实时电阻值，确定砂桩施工过程中砂桩的实时密实度。

2.根据权利要求1所述的实时监测系统，其特征在于，所述电阻测杆的若干电阻探头等距设置。

3.根据权利要求1所述的实时监测系统，其特征在于，所述一对电阻测杆中的第一电阻测杆接收电阻采集分析仪的电信号，形成电流从砂桩桩身内穿过，第二电阻测杆探测从砂桩桩身内穿过的电流，形成相应的电信号，并传至电阻采集分析仪。

4.一种砂桩施工质量的实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法直接将产生的电信号传至一个电阻测杆，使得电流从砂桩桩身内穿过；再直接从另一电阻测杆采集电信号；再直接根据采集到的电信号来实时监测砂桩施工过程中桩身的电阻，并根据砂桩施工过程中桩身电阻值的实时变化，确定砂桩施工过程中砂桩的实时密实度。

5.根据权利要求4所述的实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法在监测之前，还包括通过试验，确定不同含水率、颗粒级配下砂样密实度与电阻对应关系的步骤。

6.根据权利要求4所述的实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法首先将电流从砂桩桩身内穿过，并采集穿过砂桩桩身的电流形成相应的电信号；

接着，根据采集到的电信号确定砂桩桩身的内电阻；

最后，根据电阻与砂桩密实度之间的对应关系，确定砂桩桩身实时密实度。

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