CN111021359A - 一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及方法 - Google Patents

一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及方法，包括：桩侧注浆装置、桩端注浆装置和智能化测试装置。本发明的有益效果是：本发明的微型土压力计、位移计配合桩身轴力测试装置组成桩侧注浆智能化测试系统；该智能化测试系统将桩侧注浆时的外部土压力、活塞位移及桩身轴力进行综合测试，系统判断桩侧注浆对桩周土体及桩身的影响，实现合理注浆，避免了注浆不足或注浆过量的问题；本发明可以设定桩侧最小出浆压力及最大出浆压力，可通过调节注浆机的出浆压力来调节桩侧的出浆压力；桩侧注浆可根据桩侧压力及桩身轴力变化实现最优注浆量，并可通过位移计数据了解桩侧出浆情况。

Description

一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及 方法
技术领域
本发明属于岩土工程施工领域，尤其涉及一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及方法。
背景技术
我国沿海地区使用的工程桩多为钻孔灌注桩，由于软弱地层分布较多，桩基承载力往往无法达到要求。根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的要求，对于桩长超过15m且承载力增幅要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆。所以通过桩端及桩侧后注浆来提高桩基承载力就很有必要。桩底及桩侧后注浆是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预埋的注浆通道用一定的压力把水泥浆压入桩底及桩侧，使浆液对桩底及桩侧附近的桩周土层起到渗透、填充、压密等作用，消除虚土与泥皮，改变桩与岩、土之间的边界条件，从而提高桩的承载力并减少沉降量。现有的桩端及桩侧注浆装置及施工工艺有如下几个缺陷：
第一、现在常用的桩侧及桩端注浆装置缺少压力控制系统，很多注浆机采用的是脉冲式注浆，其注浆机上显示的压力与实际浆液压力有很大偏差。同时浆液经过不同口径的注浆管路，其浆液压力会有非常大损耗，所以注浆终端的浆液压力很难得到控制：当压力过小时，注浆效果会很差；当压力过大时，浆液非但不能改良桩土边界状况，反而会严重破坏地层结构。所以控制注浆装置的终端出浆压力就非常重要。另外，有些注浆装置还缺少浆液逆止功能，当注浆施工出现故障时候，已经喷出的浆液容易回流到注浆管，进而堵塞注浆管。
第二、根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的要求，单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，并根据经验公式进行估算。由于钻孔灌注桩施工质量偏差很大，而且地层分布及性状也有很大差异，所以凭借经验公式确定注浆量有很大的盲目性。考虑到桩侧及桩端注浆改良的是桩基的桩周摩阻力及桩端阻力，所以注浆期间测试桩身内力及桩端压力可以确定最优注浆量。
第三、常规的桩端注浆采用两根注浆管。先对其中一根进行注浆施工，待浆液注完一半后再对另一根注浆管进行注浆。由于注浆管安装在钻孔桩钢筋笼的边缘，注浆时的浆液压力会对桩身产生很大的偏应力，这种偏应力对桩体产生很大的弯矩，过大的弯矩会对养护期的桩身结构造成一定的破坏。
第四、根据地层注浆的相关理论，当注浆管布置在边缘时，其喷射出的浆液会沿着地层软弱面运动，一般情况下桩侧土体比桩底土体要弱，所以在钢筋笼边缘进行注浆时，浆液会大量的流动到桩周并沿着桩周土体的软弱面向上流动，而不是聚集在桩的底部。所以将注浆管布置在钢筋笼边缘进行桩端注浆，其效果较差。
申请号为201120543643.2的《桩端后注浆管阀》，该装置涉及一种灌注桩后注浆作业注浆管，具体为一种桩端后注浆管阀。解决注浆管施工中存在的注浆不顺畅、开塞困难的情况，一种桩端后注浆管阀，在管体的上部三分之二的范围内设有若干花管孔，在花管孔区域外层设有包膜，管体的下出口连接有胶管。与现有的结构相比，该发明采取了将花管孔合理分布，把封闭的底管口改为可开启式，增加了出浆通道，由管侧出浆变为管侧、管底同时出浆。水泥浆在压力作用下打开花管包膜与底管口胶套，经花管孔区与底管孔都可注入桩端土体的技术措施。
申请号为201520205684.9的《一种钻孔灌注桩桩底压力注浆装置》，该装置提供的钻孔灌注桩桩底压力注浆装置的优点是：通过该装置注入水泥砂浆后可使桩底沉渣与投入的石子固结，成为桩身的延伸，并且通过压力注浆可使水泥砂浆渗入桩端处的土体中，使土体发生固结，因此可提高桩端土的强度，从而提高桩的承载能力。
申请号为201520538871.9的《桩端注浆装置》，该装置包括开设有注浆孔的注浆管、封闭连接于所述注浆管管底的底塞以及套设于所述注浆管的弹性密封圈，所述弹性密封圈的内壁紧贴于所述注浆孔。该装置在注浆管外套设弹性密封圈，高压注浆时，浆液从注浆孔位置冲击弹性密封圈进入管外，当注浆停止时，由于管外压力大于管内压力，使得弹性密封圈紧贴注浆管体，浆液沉积在弹性密封圈外侧不能回流，从而达到保浆的目的，进而解决了后注浆浆液在高压注浆结束时回流进入注浆管等问题。
申请号为201611077706.3的《一种灌注桩桩端补注浆装置和方法》，该装置包括用作于补注浆通道的声测管或钢管、用于将所述声测管或钢管的底部击穿的探头、用于将所述探头传输至所述灌注桩的桩端处的探杆；以及一用于驱动所述探头的静力触探仪的反力装置。该装置选取预埋在需补注浆的灌注桩内的声测管或钢管作为补注浆通道；然后将探头安装在探杆一端的端部，接着将探杆另一端的端部与静力触探仪连接，并通过所述探杆将所述探头输送至声测管或钢管的底部；启动静力触探仪的反力装置通过给探头施加压力将声测管或钢管的底部击穿；最后将注浆管路系统放入补注浆通道的底部进行灌注桩的桩端补注浆施工。
申请号为201811295941.7的《一种压力可控式注浆设备及其方法》，该装置提供了一种压力可控式注浆设备及其方法。其中，一种压力可控式注浆设备，包括：注浆泵，其用于实现注浆料的远距离输送；注浆管，其与注浆泵相连；所述注浆管包括相互连通的注浆软管和深部间隔膜袋注浆花管；所述深部间隔膜袋注浆花管上安装有不同压力的压力阀，通过配置不同注浆压力，以开启不同的压力阀，实现不同深度的注浆。
综上所述，发明一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及方法就显得十分重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置及方法。
这种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置，包括桩侧注浆装置、桩端注浆装置和智能化测试装置；桩侧注浆装置分布在钻孔桩钢筋笼上，桩侧注浆头设置在钻孔桩钢筋笼内侧，桩侧注浆软管设置在钻孔桩钢筋笼周围，桩侧注浆头连接桩身注浆钢管；桩端注浆装置设置在钻孔桩钢筋笼底端，桩端注浆装置连接桩身注浆钢管；桩身注浆钢管分布在钻孔桩钢筋笼上，每个桩身注浆钢管顶部设置注浆阀门，桩身注浆钢管顶端连接注浆机；每个桩身轴力测试断面埋设钢筋应力计，钢筋应力计两端设置钢筋应力计连接杆，钢筋应力计连接杆焊接在钻孔桩钢筋笼上；智能化测试装置主要由桩侧及桩端的活塞位移计、桩侧及桩端的土压力计和桩身的钢筋应力计组成；钢筋应力计和桩侧及桩端的传感器通过传感器数据线连接至数据采集仪，数据采集仪连接至电脑。
作为优选：桩侧注浆装置主要由桩身注浆钢管、桩侧注浆头和桩侧注浆软管组成，桩侧注浆头两侧通过桩侧注浆软管连接口连接桩侧注浆软管形成环绕状结构，桩侧注浆头上端通过桩侧注浆钢管连接头连接桩身注浆钢管。
作为优选：桩端注浆装置主要由桩端注浆防撞保护装置、桩端注浆逆止阀、桩端注浆头和桩端注浆头破土尖锥组成，桩端注浆防撞保护装置下方设置桩端注浆逆止阀，桩端注浆逆止阀下方设置桩端注浆头，桩端注浆头下方设置桩端注浆头破土尖锥。
这种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的安装方法，包括以下步骤：
1)桩侧及桩端注浆装置的安装
1.1)桩侧注浆装置的安装
1.1.1)根据桩侧注浆深度，在对应的钻孔桩钢筋笼位置用铁丝将桩侧注浆头捆绑在钻孔桩钢筋笼的内侧；待捆绑有桩侧注浆头的钻孔桩钢筋笼从桩机开始下孔时，用铁丝将桩侧注浆软管围绕钻孔桩钢筋笼进行绑扎，将桩侧注浆软管端头绕进钻孔桩钢筋笼内与桩侧注浆头连接固定；
1.1.2)根据桩身长度将用于接长的传感器数据线准备好，并将接长线缆与桩侧注浆装置的位移计及微型土压力计的传感器数据线连接；将位移计接长线缆及微型土压力计接长线缆用防水胶布黏贴在一起；桩侧注浆软管捆绑完后继续下放钻孔桩钢筋笼，在桩侧注浆头的桩侧注浆钢管连接头浸没在孔内泥浆之前把桩身注浆钢管安装上，随着钻孔桩钢筋笼的逐节下放，桩身注浆钢管及传感器数据线也逐节安装捆绑在钻孔桩钢筋笼上；
1.1.3)当钻孔桩钢筋笼全部下放完成后，在桩身注浆钢管顶部安装注浆阀门，将传感器数据线露出地面的部分用不同颜色的油漆标记；至此完成桩侧注浆装置的安装；
1.2)桩端注浆装置的安装
1.2.1)在钻孔桩钢筋笼的底笼下端焊接桩端注浆防撞保护装置，将桩端注浆头与桩端注浆防撞保护装置下方的桩端注浆逆止阀焊接起来；根据桩身长度将用于接长的传感器数据线准备好，并将接长线缆与桩端注浆装置的位移计及振弦式土压力计的传感器数据线连接；将位移计接长线缆及振弦式土压力计接长线缆用防水胶布黏贴在一起；将传感器数据线全部沿着桩侧主筋进行绑扎；
1.2.2)后续钢筋笼逐节下放，桩身注浆钢管及传感器数据线也逐节捆绑；当钢筋笼全部下放完成后，在桩身注浆钢管顶部安装好注浆阀门，将传感器数据线露出地面的部分用不同颜色的油漆标记；至此完成桩端注浆装置的安装；
2)桩身轴力测试装置的安装
根据地质勘察报告，在不同地层的分界面上设置桩身轴力测试断面，每个断面埋设若干个钢筋应力计；首先将每个钢筋应力计两端旋上钢筋应力计连接杆，然后将钢筋应力计连接杆焊接在钻孔桩钢筋笼上，传感器数据线沿着钻孔桩钢筋笼主钢筋进行绑扎，当钻孔桩钢筋笼全部下放完成后，将传感器数据线露出地面的部分用不同颜色的油漆标记。
作为优选：步骤1.1.2)中，所述微型土压力计量程范围为0～1.0MPa，分辨率为≤0.05％FS。
作为优选：步骤1.2.1)中，所述位移计量程为5～10cm，外形直径为20～30mm，分辨率小于0.1mm，工作温度-30°～85°。
作为优选：步骤1.2.1)中，所述振弦式土压力计量程范围为0.02～1.0MPa，外形尺寸:直径12cm，厚度3.5cm；振弦式土压力计传感器计算公式：
Figure BDA0002336098170000041
式中：ft为土压力；kt为土压力计传感器率定参数；ft1为土压力计的当次测试频率；ft0为土压力计的初始频率。
作为优选：步骤2)中，所述钢筋应力计分辨率为≤0.05％FS，测量范围0～260Mpa，钢筋应力计连接杆的尺寸与钻孔桩钢筋笼主筋尺寸一致；钢筋应力计传感器计算公式：
Figure BDA0002336098170000051
式中：fs为测得的主钢筋拉力或压力；ks为钢筋应力计传感器率定参数；fs1为钢筋应力计传感器的当次测试频率；fs0为钢筋应力计传感器的初始频率。
这种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的控制方法，包括桩侧智能化注浆控制和桩端智能化注浆控制，具体如下：
1)桩侧智能化注浆控制
桩侧注浆时，当桩身轴力接近最大值或桩身轴力逐渐增大至稳定时，则停止注浆；
桩侧注浆时，当桩侧微型土压力计的压力达到最大值或微型土压力计的压力逐渐增大至稳定时，则停止注浆；
桩侧注浆时，桩侧注浆控制阀内的活塞在浆液压力的作用下发生滑动，根据胡克定律，推动活塞的压力与弹簧的变形成正比，由活塞底部的位移计测得的位移可计算出推动活塞的浆液压力，即P1＝ku，P1为出浆口浆液压力，k为弹簧的弹性系数，u为活塞的位移；由伯努利定理可知
Figure BDA0002336098170000052
设注浆机出浆口的浆液压力为P0，注浆机单位时间的出浆量为q，注浆机出浆口的截面面积为A1，注浆机出浆口至桩侧注浆控制阀出浆口的高程差为h，浆液密度为ρ，注浆系统管路的压力损耗为一定值Ps，桩侧注浆控制阀出浆口的截面面积之和为A2，A2的大小与活塞的行程有关，表示为A2(u)，A2(u)的表达式与活塞出浆口的形状有关；由此建立注浆机出浆口压力P0与活塞行程u的关系式：
Figure BDA0002336098170000053
上式中只有Ps是未知量，通过试注浆得到式中的其他参数值，进而算出Ps的值；得到上式的具体数值表达式后，根据想要的出浆口的开口度计算出注浆机的注浆压力，进而实现注浆可控；
调节弹簧的长度及弹性系数实现注浆阈值的调节，即调节桩侧注浆的起始出浆压力及最大出浆压力；
最小桩侧出浆压力的表达式为Pmin＝kΔs1，Pmin为最小出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs1为活塞出浆口最低点与控制阀外壁出浆口最高点的距离；
最大桩侧出浆压力表达式为Pmax＝kΔs2，Pmax为最大出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs2为活塞出浆口最高点与控制阀外壁出浆口最低点的距离；
外壁出浆口的形状与活塞出浆口的形状一致，设外壁出浆口的最高点至控制阀底部的距离为h1，最低点至控制阀底部的距离为h2，活塞出浆口的最低点到活塞底部的距离为h3，为实现最小及最大出浆压力，则调整弹簧的长度及弹性系数，弹簧长度及弹性系数的要求如下式所示：
Figure BDA0002336098170000061
Figure BDA0002336098170000062
根据以上两式得出弹簧的长度及弹性系数；通过这两个参数配置的弹簧就能控制最大及最小出浆压力；
配置合适的桩侧注浆控制阀弹簧，实现最大及最小出浆压力，根据现场实测的桩侧压力及桩身轴力，实现桩侧注浆量的最优化；当控制阀出浆量或出浆压力需要调整时，则根据已有的公式计算得到注浆机出浆口需要的压力，通过调整注浆机的注浆压力实现桩侧出浆状况的可控；
2)桩端智能化注浆控制
桩端注浆时，当桩身的轴力逐渐增大并趋于稳定时，则停止注浆；
桩端注浆时，当桩端振弦式土压力计的压力达到最大值或振弦式土压力计的压力逐渐增大至稳定时，则停止注浆；
桩端注浆时，桩端注浆控制阀内的活塞在浆液压力的作用下发生滑动，根据胡克定律，推动活塞的压力与弹簧的变形成正比，由活塞底部的位移计测得的位移计算出推动活塞的浆液压力,即P1＝ku，P1为出浆口浆液压力，k为弹簧的弹性系数，u为活塞的位移；由伯努利定理可知
Figure BDA0002336098170000063
设注浆机出浆口的浆液压力为P0，注浆机单位时间的出浆量为q，注浆机出浆口的截面面积为A1，注浆机出浆口至桩端注浆控制阀出浆口的高程差为h，浆液密度为ρ，注浆系统管路的压力损耗为一定值Ps，桩端注浆控制阀出浆口的截面面积之和为A2，A2的大小与活塞的行程有关，表示为A2(u)，A2(u)的表达式与活塞出浆口的形状有关；由此建立注浆机出浆口压力P0与活塞行程u的关系式：
Figure BDA0002336098170000071
上式中只有Ps是未知量，通过试注浆得到式中的其他参数值，进而算出Ps的值；得到上式的具体数值表达式后，根据想要的出浆口的开口度计算出注浆机的注浆压力，进而实现注浆可控；
调节弹簧的长度及弹性系数实现注浆阈值的调节，即调节桩端注浆的起始出浆压力及最大出浆压力；
最小桩端出浆压力的表达式为Pmin＝kΔs1，Pmin为最小出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs1为活塞出浆口最低点与控制阀外壁出浆口最高点的距离；
最大桩端出浆压力为表达式为Pmax＝kΔs2，Pmax为最大出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs2为活塞出浆口最高点与控制阀外壁出浆口最低点的距离；
外壁出浆口的形状与活塞出浆口的形状一致，设外壁出浆口的最高点至控制阀底部的距离为h1，最低点至控制阀底部的距离为h2，活塞出浆口最低点到活塞底部的距离为h3，为实现最小及最大出浆压力，则调整弹簧的长度及弹性系数，弹簧长度及弹性系数的要求如下式所示：
Figure BDA0002336098170000072
Figure BDA0002336098170000073
根据以上两式得出弹簧的长度及弹性系数；通过这两个参数配置的弹簧就能控制最大及最小出浆压力；
配置合适的桩端注浆控制阀弹簧，实现最大及最小出浆压力，根据现场实测的桩端压力及桩身轴力，实现桩端注浆量的最优化；当控制阀出浆量或出浆压力需要调整时，则根据已有的公式计算得到注浆机出浆口需要的压力，通过调整注浆机的注浆压力实现桩端出浆状况的可控。
这种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的注浆测试方法：各装置安装完成后，进行现场注浆及测试实施；将位移计和微型土压力计的传感器数据线接到数据采集仪，数据采集仪的数据线连到电脑上；振弦式土压力计的数据采集用频率仪进行人工测试；准备好注浆的水及水泥；注浆机的注浆管与注浆阀门连接，首先进行桩侧注浆，再进行桩端注浆；现场测试时，汇总计算各项测试数据，根据测得的位移计及土压力数据调整注浆压力及注浆时间；桩侧注浆时，随着浆液从桩侧的喷出，桩身轴力及桩侧土压力增大，当桩身轴力及桩侧土压力逐渐增大至稳定时停止注浆；桩端注浆时，随着浆液从桩端的喷出，桩身轴力及桩端土压力增大，当桩身轴力及桩端土压力逐渐增大至稳定时停止注浆。
本发明的有益效果是：
1、本发明的微型土压力计、位移计配合桩身轴力测试装置组成桩侧注浆智能化测试系统。该智能化测试系统将桩侧注浆时的外部土压力、活塞位移及桩身轴力进行综合测试，系统判断桩侧注浆对桩周土体及桩身的影响，实现合理注浆，避免了注浆不足或注浆过量的问题。
2、本发明可以设定桩侧最小出浆压力及最大出浆压力，可通过调节注浆机的出浆压力来调节桩侧的出浆压力；桩侧注浆可根据桩侧压力及桩身轴力变化实现最优注浆量，并可通过位移计数据了解桩侧出浆情况。
3、本发明可以设定桩端最小出浆压力及最大出浆压力，可通过调节注浆机的出浆压力来调节桩端的出浆压力；桩端注浆可根据桩端压力及桩身轴力变化实现最优注浆量，并可通过位移计数据了解桩端出浆情况；本发明设置了桩端注浆逆止阀，桩端注浆具有浆液逆止功能；本发明的桩端出浆口位于桩端中心位置，可以让浆液充分的填满桩端沉渣缝隙，避免了桩端中心区域出现空腔；本发明的桩端注浆头位于桩端中心位置，避免了注浆时单侧注浆对桩身造成过大的弯矩。
附图说明
图1是压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置整体示意图；
图2是桩侧注浆装置示意图；
图3是桩侧注浆头零件图；
图4-图5是桩端注浆装置零件图。
附图标记说明：1-注浆机；2-电脑；3-数据采集仪；4-传感器数据线；5-钻孔桩钢筋笼；6-桩端注浆装置；7-注浆阀门；8-桩身注浆钢管；9-桩侧注浆装置；10-钢筋应力计；11-钢筋应力计连接杆；12-桩侧注浆软管；13-桩侧注浆软管喷浆口；14-桩侧注浆头；15-桩侧注浆钢管连接头；16-桩侧注浆控制阀；17-桩侧注浆活塞定位梢保护盖；18-桩侧注浆土压力计保护盒；19-微型土压力计；20-桩侧注浆土压力计线缆出线口；21-桩侧注浆软管连接口；22-桩侧注浆活塞定位缺口；23-桩侧注浆活塞定位梢；24-桩侧注浆活塞出浆口；25-桩侧注浆活塞；26-桩侧注浆压力控制弹簧；27-位移计；28-位移计触头；29-桩侧注浆控制阀竖向钢管；30-桩侧注浆控制阀横向钢管；31-桩侧注浆控制阀侧壁出浆口；32-铁片中心圆孔；33-桩侧控制阀外壁底铁片；34-桩端注浆土压力计数据线引线孔；35-桩端注浆穿管孔；36-桩端注浆土压力计数据线引线槽；37-桩端注浆防撞保护装置；38-桩端注浆防撞保护装置短槽钢；39-桩端注浆防撞保护装置长槽钢；40-桩端注浆竖向注浆管；41-桩端注浆钢管连接口；42-桩端注浆横向注浆管两头封堵片；43-桩端注浆横向注浆管；44-桩端注浆横向注浆管与竖向注浆管连接口；46-桩端注浆头破土尖锥；47-破土尖锥底座圆铁板；48-破土尖锥三角铁板；49-桩端注浆头；50-桩端土压力测试装置；51-桩端土压力计保护套；52-振弦式土压力计；53-桩端注浆活塞定位梢保护盖；54-桩端注浆逆止阀顶盖；55-桩端注浆逆止阀进浆口；56-桩端注浆逆止阀限位梢；57-桩端注浆逆止阀套管；58-桩端注浆逆止阀浆液隔板；59-桩端注浆逆止阀；60-桩端注浆逆止阀浆液逆止构件；61-桩端注浆逆止阀弹簧连接点；62-桩端注浆逆止阀弹簧；63-桩端注浆逆止阀翻板；64-桩端注浆逆止阀转轴；65-桩端注浆头外部穿线孔；66-桩端注浆逆止阀下部连接口；67-桩端注浆截面变化过渡套筒；68-桩端注浆头抗变形支撑部件；69-穿线孔；70-抗变形支撑部件中心穿线管；71-抗变形支撑部件外部套管；72-支撑板；73-桩端注浆外部套筒；74-桩端注浆外部套筒出浆孔；75-桩端注浆活塞定位缺口；76-桩端注浆套筒排气孔；77-海绵垫；78-桩端注浆活塞轴承；79-桩端注浆活塞轴承连接杆(兼位移计穿线管)；80-橡胶垫圈；81-桩端注浆活塞轴承套筒；82-位移计固定端；83-桩端注浆压力控制弹簧；84-桩端注浆活塞；85-桩端注浆活塞定位梢；86-桩端注浆活塞出浆孔；87-桩端注浆活塞浆液压力作用面；88-桩端注浆活塞轴承安装孔；89-桩端注浆活塞轴承套筒顶部铁片；90-桩端注浆活塞轴承套筒顶部穿线孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
所述压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置，包括桩侧注浆装置9、桩端注浆装置6、智能化测试装置。
1)桩侧注浆装置9
所述桩侧注浆装置9，包括桩身注浆钢管8、桩侧注浆控制阀16和桩侧注浆软管12；桩身注浆钢管8通过桩侧注浆钢管连接头15连接桩侧注浆控制阀16，桩侧注浆控制阀16通过桩侧注浆软管连接口21连接桩侧注浆软管12；所述桩侧注浆控制阀16主要由桩侧注浆压力控制弹簧26、桩侧注浆活塞25、桩侧注浆控制阀竖向钢管29和桩侧注浆控制阀横向钢管30组成，桩侧注浆控制阀竖向钢管29两侧对称设有桩侧注浆控制阀横向钢管30，桩侧注浆控制阀竖向钢管29内设有桩侧注浆活塞25，桩侧注浆活塞25下方设有桩侧注浆压力控制弹簧26和位移计27，桩侧注浆控制阀竖向钢管29外壁设有微型土压力计19，桩侧注浆活塞25外壁上的桩侧注浆活塞定位梢23与桩侧注浆控制阀竖向钢管29上的桩侧注浆活塞定位缺口22相配合，桩侧注浆活塞出浆口24与桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31相对应。
桩侧注浆软管12上均匀分布有桩侧注浆软管喷浆口13。
桩侧注浆控制阀竖向钢管29的外壁上设有桩侧注浆活塞定位缺口22和桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31，桩侧注浆活塞定位缺口22外部设有桩侧注浆活塞定位梢保护盖17，在桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31处连接有桩侧注浆控制阀横向钢管30，桩侧注浆控制阀横向钢管30外端设有桩侧注浆软管连接口21；桩侧注浆控制阀竖向钢管29底部设有桩侧控制阀外壁底铁片33，桩侧控制阀外壁底铁片33中心设有铁片中心圆孔32；桩侧注浆活塞出浆口24与桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31直径相等。
微型土压力计19外部设有桩侧注浆土压力计保护盒18，桩侧注浆土压力计保护盒18下部设有桩侧注浆土压力计线缆出线口20用于穿过微型土压力计19的传感器数据线4。
位移计27主要由位移计触头28、位移计固定端82和传感器数据线4组成，位移计固定端82上下部分别为位移计触头28和传感器数据线4，位移计触头28顶住桩侧注浆活塞25的底面，通过测试活塞底面的位移了解活塞的行程，位移计27的传感器数据线4穿过桩侧控制阀外壁底铁片33中心的铁片中心圆孔32。
桩身注浆钢管8和桩侧注浆控制阀16组成桩侧注浆头14。
桩侧注浆活塞25下方空腔要足够长，防止活塞挤压下部空气产生额外的气压影响活塞移动。
所述的位移计27量程范围为5～10cm，外形直径为20～30mm，位移计固定端82长度为10～12cm，位移计触头28的长度为7～12cm。分辨率小于0.1mm，工作温度为-30°～85°。
桩侧注浆通过桩顶的注浆阀门将浆液注入桩身注浆钢管8，桩身注浆钢管8与桩侧注浆控制阀16连接，浆液进入桩侧注浆控制阀16，并在浆液压力作用下推动桩侧注浆活塞25。当浆液没有注入或浆液压力较小时，桩侧注浆活塞出浆口24被桩侧注浆控制阀16的侧壁封堵，浆液无法流入与桩侧注浆控制阀16相连的桩侧注浆软管12；当浆液压力达到设定的最低压力时，桩侧注浆活塞出浆口24与桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31联通，浆液可以流入桩侧注浆软管12；当浆液压力达到设定的最高压力时，桩侧注浆活塞25在压力作用下继续向下推进，进而使桩侧注浆活塞出浆口24又被桩侧注浆控制阀16的侧壁封堵。以上设计实现了桩侧注浆压力的可控：当浆液压力较低或较高时，浆液均无法从桩侧注出；当浆液压力在设定范围时，浆液才能从桩侧注浆控制阀16流出。活塞移动量的大小决定了桩侧注浆活塞出浆口24与桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31能否联通，这样就能实现通过浆液压力大小控制出浆的目的。桩侧后注浆装置可以控制最小及最大注浆压力。为了确保桩侧注浆活塞出浆口24方向与桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31方向一致，在桩侧注浆活塞25外部安装有桩侧注浆活塞定位梢23，该定位梢只能沿着桩侧注浆活塞定位缺口22滑动。由于桩侧注浆控制阀16在钢筋笼下孔口后会被混凝土包裹，所以控制阀不具备排气条件。为了确保桩侧注浆控制阀16内的桩侧注浆活塞25在下移过程中活塞下部空气不会因为压缩太大产生明显的气压增大，控制阀内的活塞下部空腔要足够的大。桩侧注浆活塞25下方安装有位移计27，用于测量活塞在浆液压力作用下的位移。桩侧注浆控制阀16的外壁安装有微型土压力计19，用于测量桩侧注浆时侧壁的压力变化。桩侧注浆活塞25的移动由位移计27测试得到。位移计27安装在桩侧注浆控制阀16的活塞下部空腔内。桩侧注浆控制阀16的活塞下部空间要尽量长一些，防止活塞下移时，活塞下部空间的空气压缩对活塞产生过大的额外气压。位移计触头28顶住桩侧注浆活塞25下部。由于位移计触头28直接顶住活塞下部，当桩侧注浆活塞25在浆液压力作用下向下移动时，位移计27能准确的测出活塞的位移量，进而了解桩侧注浆控制阀的运行状况，如浆液是否已经进入桩侧注浆软管12，浆液从桩侧注浆活塞出浆口24流过的截面面积，浆液是否因为压力过大而致使活塞移动超过最大值。弹簧变形量取决于浆液压力的大小，活塞移动量取决于浆液的压力。
2)桩端注浆装置6
所述桩端注浆装置6包括桩端注浆防撞保护装置37、桩端注浆逆止阀59、桩端注浆头49、桩端注浆头破土尖锥46。
2.1)桩端注浆防撞保护装置37
所述桩端注浆防撞保护装置37由两个桩端注浆防撞保护装置短槽钢38和一个桩端注浆防撞保护装置长槽钢39焊接而成，长槽钢的长度为钢筋笼的内径，短槽钢的长度为长槽钢的长度减去槽钢宽度后的一半。槽钢的侧壁高度必须高于横向注浆管的直径。桩端注浆防撞保护装置37与钻孔桩钢筋笼焊接在一起，该保护装置可防止钻孔桩混凝土浇筑时注浆管伸到桩底时砸坏桩端注浆头。为了不影响钻孔桩混凝土浇筑，保护装置的焊接位置要低于混凝土注浆管的最低点。桩端注浆防撞保护装置短槽钢38下部安装有两个振弦式土压力计52，用于测试桩端注浆时浆液对周边地层的压力。桩端注浆防撞保护装置长槽钢39中间固定有桩端注浆横向注浆管43，该横向注浆管通过两端的桩端注浆横向注浆管与竖向注浆管连接口44与桩端注浆竖向注浆管40连接。桩端注浆防撞保护装置长槽钢39中心的桩端注浆穿管孔35用于安装桩端注浆逆止阀59。桩端注浆头49及桩端注浆逆止阀59安装在桩端注浆防撞保护装置37的中心位置是为了确保注浆浆液能充分的对桩端区域进行加固，避免桩端侧部区域出浆使得桩端中心区域出现没有浆液加固的空腔区。桩端注浆防撞保护装置短槽钢38上设有桩端注浆土压力计数据线引线孔34，桩端注浆防撞保护装置长槽钢39的侧边中间位置设有桩端注浆土压力计数据线引线槽36。桩端注浆横向注浆管43两端设有桩端注浆横向注浆管两头封堵片42。桩端注浆竖向注浆管40上端设有桩端注浆钢管连接口41。保护装置选用槽钢作为材料既可以保证装置具有较强的抗弯能力，又能将注浆管安装在槽内，防止注浆管被砸到。
2.2)桩端注浆逆止阀59
桩端注浆逆止阀59与桩端注浆横向注浆管43连接。桩端注浆逆止阀59包括桩端注浆逆止阀限位梢56、桩端注浆逆止阀套管57、桩端注浆逆止阀浆液隔板58、桩端注浆逆止阀翻板63、桩端注浆逆止阀弹簧62。浆液从桩身的注浆钢管流入横向注浆管后再进入桩端注浆逆止阀59。桩端注浆逆止阀59的功能是防止浆液逆流：当浆液向下流动时，桩端注浆逆止阀翻板63被推开(向下翻动)，浆液顺利流过(弹簧的弹性系数很弱，不会对桩端注浆逆止阀翻板的向下翻动造成阻力)；当浆液向上回流时，桩端注浆逆止阀翻板63被桩端注浆逆止阀限位梢56顶住，无法向上翻动，从而阻止了浆液的逆流。桩端注浆逆止阀翻板63被一根弹性较差的桩端注浆逆止阀弹簧62拉住，该弹簧的作用是确保有浆液回流时能让桩端注浆逆止阀翻板63封住逆止阀。逆止阀的下方安装有桩端注浆头49，由于桩端注浆头49的截面尺寸大于逆止阀的截面尺寸，需要用桩端注浆截面变化过渡套筒67进行过渡。过渡套筒的下方安装有桩端注浆头抗变形支撑部件68，该部件的功能是防止桩端注浆头在钻孔桩钢筋笼下放及桩端注浆期间发生较大的变形而导致装置的失效。为了便于下部位移计的线头引出，桩端注浆头抗变形支撑部件68的中心设有穿线孔69，位移计的线缆经过穿线孔后从桩端注浆头外部穿线孔65引出，及时用玻璃胶将穿线孔进行封堵。桩端注浆逆止阀套管57顶部对称设有桩端注浆逆止阀进浆口55，桩端注浆逆止阀套管57内设有桩端注浆逆止阀浆液隔板58，桩端注浆逆止阀浆液隔板58上设有两个对称的桩端注浆逆止阀弹簧连接点61和两个对称的桩端注浆逆止阀转轴64，桩端注浆逆止阀翻板63焊接在桩端注浆逆止阀转轴64上，桩端注浆逆止阀翻板63通过桩端注浆逆止阀弹簧62连接桩端注浆逆止阀弹簧连接点61，两个桩端注浆逆止阀限位梢56对称焊接在桩端注浆逆止阀进浆口55的内侧下端并分别与两个桩端注浆逆止阀翻板63对应，桩端注浆逆止阀顶盖54设置在桩端注浆逆止阀套管57顶部。桩端注浆头抗变形支撑部件68包括穿线孔69、抗变形支撑部件中心穿线管70、抗变形支撑部件外部套管71、支撑板72，抗变形支撑部件外部套管71内设有抗变形支撑部件中心穿线管70和支撑板72，支撑板72呈放射状均匀分布在抗变形支撑部件中心穿线管70周围，抗变形支撑部件中心穿线管70中心设有穿线孔69。
2.3)桩端注浆头49
桩端注浆头抗变形支撑部件68下方设有桩端注浆头49。桩端注浆头49包括桩端注浆外部套筒73、桩端注浆活塞84及桩端注浆活塞轴承78。当浆液流入桩端注浆头49时，在浆液压力的作用下，桩端注浆活塞84向下推动。当浆液压力达到设定的最低压力时，桩端注浆活塞84上的桩端注浆活塞出浆孔86与桩端注浆外部套筒73的桩端注浆外部套筒出浆孔74相联通，进而浆液从桩端注出；当浆液压力达到设定的最高压力时，活塞在压力作用下继续向下推进，进而使桩端注浆活塞出浆孔86又被桩端注浆外部套筒73的侧壁封堵。以上设计实现了桩端注浆压力的可控：当浆液压力较低或较高时，浆液均无法从桩端注出；当浆液压力在设定范围时，浆液才能从桩端注浆头49流出。桩端注浆活塞84沿着桩端注浆活塞轴承78滑动。桩端注浆活塞轴承78外部安装有橡胶垫圈80，防止浆液流进活塞轴承。桩端注浆活塞轴承78内安装有位移计27，用于测试桩端注浆活塞在浆液压力作用下的位移。桩端注浆外部套筒73的桩端注浆套筒排气孔76，用于活塞下移时下部空气可以排出。桩端注浆外部套筒73的底部安装有一定厚度的海绵垫77，防止钢筋笼混凝土浇筑时浆液流入活塞底部进而堵住活塞。桩端注浆外部套筒73的侧壁中部和底部分别设有桩端注浆外部套筒出浆孔74和桩端注浆套筒排气孔76，两者之间设有桩端注浆活塞定位缺口75，桩端注浆外部套筒73底部设有海绵垫77。桩端注浆外部套筒73内设有桩端注浆活塞84，桩端注浆活塞84顶部设有桩端注浆活塞出浆孔86，桩端注浆活塞84内部设有桩端注浆活塞浆液压力作用面87，桩端注浆活塞浆液压力作用面87下方设有桩端注浆活塞轴承安装孔88，桩端注浆活塞84外壁设有桩端注浆活塞定位梢85并与桩端注浆活塞定位缺口75相对应。桩端注浆活塞轴承安装孔88内安装有桩端注浆活塞轴承78，桩端注浆活塞轴承78包括桩端注浆活塞轴承套筒81、桩端注浆活塞轴承连接杆79、桩端注浆压力控制弹簧83(用于控制活塞的位移)，桩端注浆活塞轴承套筒81顶部中心设有桩端注浆活塞轴承套筒顶部穿线孔90，桩端注浆活塞轴承套筒顶部穿线孔90连接桩端注浆活塞轴承连接杆79，桩端注浆活塞轴承套筒81内设有位移计27和桩端注浆压力控制弹簧83，桩端注浆活塞轴承套筒81外壁设有橡胶垫圈80。出浆孔均为长方形的小格子，便于根据活塞位移计算出浆孔截面面积。桩端注浆头49设置的桩端中心位置，可保证桩端注浆时，浆液充分的填满桩端缝隙。弹簧变形量取决于浆液压力的大小，所以活塞的移动量取决于浆液的压力。活塞移动量的大小决定了桩端注浆活塞出浆孔86与桩端注浆外部套筒出浆孔能否联通，这样就实现了通过浆液压力大小控制出浆的目的。
2.4)桩端注浆头破土尖锥46：
桩端注浆头破土尖锥46的作用是使得桩端注浆装置能顺利插土桩端沉渣，并保护桩端注浆装置不受沉渣的挤压而破坏。四块方向正交的破土尖锥三角铁板48焊接并固定在破土尖锥底座圆铁板47上组成桩端注浆头破土尖锥46。完成后将该装置焊接在桩端注浆装置的底部。
3)智能化测试装置
智能化测试装置由桩身轴力测试装置、桩侧注浆压力和活塞位移测试装置、桩端注浆压力和活塞位移测试装置、数据采集系统组成。
3.1)桩身轴力测试装置
桩身轴力测试通过测试钢筋笼内的主钢筋应力换算得到，主钢筋应力通过焊接在主钢筋上的振弦式钢筋应力计测试得到，桩身轴力的计算公式如下：
Figure BDA0002336098170000141
式中F为桩身轴力，AC、AS分别为桩身混凝土及单根主筋的截面面积，EC、ES分别为混凝土及钢筋的弹性模量，n为桩身主筋数量，fs为钢筋应力计测得的主钢筋拉(压)力。
3.2)桩侧注浆压力测试装置
由于孔隙水压力计的滤水石极易被水泥浆液封堵，所以用土压力计测试桩侧注浆压力。又由于钻孔灌注桩的钢筋笼与孔壁的间距较小，振弦式土压力计体积较大，不便于在桩侧埋设。故而采用埋设在桩侧注浆控制阀16外侧的微型土压力计19测试桩侧注浆压力。
当浆液从桩侧喷出时，浆液压力作用于桩体的侧壁。微型土压力计能测出从侧壁传递到土压力计表面的应力，进而掌握桩侧浆液压力的变化情况。微型土压力计是一种电阻应变式传感器，其电阻变化信号通过传感器数据线4传递至地面的数据采集仪3，通过数据采集仪再将信号数据汇总至电脑2进行处理分析，最终由软件计算出测得的应力。
3.3)桩端注浆压力测试装置
由于钢筋笼下孔后，孔底沉渣较多，环境复杂，微型土压力计的压力面较小且其传感器线缆较细，不适用于桩端复杂条件下进行测试。故而采用体积较大且数据线较粗的振弦式土压力计52。该土压力计安装在桩端注浆防撞保护装置37的槽钢底部，且外部套有保护套，保护套侧壁上设有引数据线用的槽口。当浆液从桩端喷出时，浆液沿着桩端沉渣孔隙流动，此时的浆液压力可由埋设在桩端的土压力计测试得到。
3.4)桩侧活塞位移测试装置
桩侧活塞的移动由位移计27测试得到。位移计安装在桩侧注浆控制阀的活塞下部空腔内。位移计触头28顶住活塞的下部，位移计的数据线从注浆控制阀的下端孔洞引出，位移计的数据线沿着钢筋笼侧壁引至地面与专用的数据采集器连接，再将数据采集器连接电脑，由电脑通过软件计算出位移计的位移。由于位移计触头直接顶住活塞下部，当活塞在浆液压力作用下向下移动时，位移计能准确的测出活塞的位移量，进而了解桩侧注浆控制阀的运行状况，如浆液是否已经进入桩侧注浆软管，浆液从活塞出浆口流过的截面面积，浆液是否因为压力过大而致使活塞移动超过最大值。
3.5)桩端活塞位移测试装置
桩端活塞的位移由位移计测试得到。位移计安装在活塞轴承内，位移计触头顶住活塞的下部，位移计的数据线从活塞轴承连接杆引出，位移计的数据线沿着桩端注浆防撞保护装置的槽钢到钢筋笼主筋，再沿着钢筋笼侧壁引至地面，用频率仪进行测试。由于位移计触头直接顶住活塞下部，当活塞在浆液压力作用下向下移动时，位移计能准确的测出活塞的位移量，进而了解桩端注浆控制阀的运行状况，如浆液是否已经从桩端注浆外部套筒的出浆孔喷出，浆液从套筒出浆孔流过的截面面积，浆液是否因为压力过大而致使活塞移动超过最大值。
3.6)智能化控制
3.6.1)桩侧智能化注浆控制
桩侧注浆时，浆液在桩周的流动会降低桩侧摩阻力，由于摩阻力的降低，桩身轴力会出现增大；然而当浆液填满桩周缝隙时，桩周土体在浆液的挤压下，桩周摩阻力会开始增大，随着桩周摩阻力的增大，桩身的轴力会出现减小；当桩周缝隙被浆液填满时，如果继续进行高压注浆，则浆液会将桩周地层破坏，甚至引起地表冒浆，这时桩周摩阻力又会减小，桩身轴力会重新增大。以上分析可见，当桩身轴力接近最大值或桩身轴力逐渐增大至稳定时候就是最理想的注浆停止时机。
桩侧注浆时，浆液在桩周的流动会对桩侧的微型土压力计产生一定的压力。根据流体力学知识，相同水头压力的流体，其流动时的压力要小于静止时的压力，所以当浆液逐渐填满桩周土体缝隙时，浆液的流动会慢慢减弱，浆液作用在微型土压力计的压力也会慢慢增大。继续注浆时，浆液破坏地层，浆液又会出现流动，浆液作用在微型土压力计的压力会出现下降。以上分析可见，当桩侧微型土压力计的压力达到最大值或土压力计的压力逐渐增大至稳定时候就是最理想的注浆停止时机。
桩侧注浆时，桩侧注浆控制阀内的活塞在浆液压力的作用下发生滑动，根据胡克定律，推动活塞的压力与弹簧的变形成正比，如此由活塞底部的位移计测得的位移可计算出推动活塞的浆液压力,即P1＝ku，P1为出浆口浆液压力，k为弹簧的弹性系数，u为活塞的位移。由伯努利定理可知
Figure BDA0002336098170000162
设注浆机出浆口的浆液压力为P0(kPa)，注浆机单位时间的出浆量为q(m3/s)，注浆机出浆口的截面面积为A1，注浆机出浆口至桩侧注浆控制阀出浆口的高程差为h，浆液密度为ρ，注浆系统管路的压力损耗为一定值，可表示为Ps，桩侧注浆控制阀出浆口的截面面积之和为A2，A2的大小与活塞的行程有关，可以表示为A2(u)，A2(u)的表达式与活塞出浆口的形状有关。由此可以建立注浆机出浆口压力P0与活塞行程u的关系式：
Figure BDA0002336098170000161
上式中只有Ps是未知量，可以通过试注浆得到式中的其他参数值，进而算出Ps的值。得到上式的具体数值表达式后，可以根据想要的出浆口的开口度计算出注浆机的注浆压力，进而实现注浆可控。
调节弹簧的长度及弹性系数可以实现注浆阈值的调节，即调节桩侧注浆的起始出浆压力及最大出浆压力。
最小桩侧出浆压力的表达式为Pmin＝kΔs1，Pmin为最小出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs1为活塞出浆口最低点与控制阀外壁出浆口最高点的距离。
最大桩侧出浆压力表达式为Pmax＝kΔs2，Pmax为最大出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs2为活塞出浆口最高点与控制阀外壁出浆口最低点的距离。
外壁出浆口的形状与活塞出浆口的形状是一样的，设外壁出浆口的最高点至控制阀底部的距离为h1，最低点至控制阀底部的距离为h2，活塞出浆口最低点到活塞底部的距离为h3，想要实现最小及最大出浆压力，只要调整弹簧的长度及弹性系数就行，弹簧长度及弹性系数的要求如下式所示：
Figure BDA0002336098170000171
Figure BDA0002336098170000172
根据以上两式就能知道弹簧的长度及弹性系数。跟着这两个参数配置的弹簧就能控制最大及最小出浆压力。
综上，只要配置好合适的桩侧注浆控制阀弹簧，就能实现最大及最小出浆压力，根据现场实测的桩侧压力及桩身轴力，就能做到桩侧注浆量的最优化。当控制阀出浆量或出浆压力需要调整时，可以根据已有的公式计算得到注浆机出浆口需要的压力，这样只要调整注浆机的注浆压力就能实现桩侧出浆状况的可控。
3.6.2)桩端智能化注浆控制
桩端注浆时，浆液在桩端流动时会对桩身产生向上的推力，在这个推力的作用下，桩身的轴力会逐渐的增大，当浆液填满桩端的孔隙时，浆液对桩身的推力达到最大。如果浆液在填满桩端孔隙后继续注入，则有可能会将桩端地层破坏，继续降低地层的桩端承载力，桩身的轴力也会下降。所以当桩身的轴力逐渐增大并趋于稳定时，就可以停止注浆。
桩端注浆时，浆液在桩端的流动会对桩端的振弦土压力计产生一定的压力。根据流体力学知识，相同水头压力的流体，其流动时的压力要小于静止时的压力，所以当浆液逐渐填满桩端土体缝隙时，浆液的流动会慢慢减弱，浆液作用在振弦式土压力计的压力也会慢慢增大。继续注浆时，浆液破坏地层，浆液又会出现流动，浆液作用在振弦式土压力计的压力会出现下降。以上分析可见，当桩端振弦式土压力计的压力达到最大值或振弦式土压力计的压力逐渐增大至稳定时候就是最理想的注浆停止时机。
桩端注浆时，桩端注浆控制阀内的活塞在浆液压力的作用下发生滑动，根据胡克定律，推动活塞的压力与弹簧的变形成正比，如此由活塞底部的位移计测得的位移可计算出推动活塞的浆液压力,即P1＝ku，P1为出浆口浆液压力，k为弹簧的弹性系数，u为活塞的位移。由伯努利定理可知
Figure BDA0002336098170000181
设注浆机出浆口的浆液压力为P0(kPa)，注浆机单位时间的出浆量为q(m3/s)，注浆机出浆口的截面面积为A1，注浆机出浆口至桩端注浆控制阀出浆口的高程差为h，浆液密度为ρ，注浆系统管路的压力损耗为一定值，可表示为Ps，桩端注浆控制阀出浆口的截面面积之和为A2，A2的大小与活塞的行程有关，可以表示为A2(u)，A2(u)的表达式与活塞出浆口的形状有关。由此可以建立注浆机出浆口压力P0与活塞行程u的关系式：
Figure BDA0002336098170000182
上式中只有Ps是未知量，可以通过试注浆得到式中的其他参数值，进而算出Ps的值。得到上式的具体数值表达式后，可以根据想要的出浆口的开口度计算出注浆机的注浆压力，进而实现注浆可控。
调节弹簧的长度及弹性系数可以实现注浆阈值的调节，即调节桩端注浆的起始出浆压力及最大出浆压力。
最小桩端出浆压力的表达式为Pmin＝kΔs1，Pmin为最小出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs1为活塞出浆口最低点与控制阀外壁出浆口最高点的距离。
最大桩端出浆压力为表达式为Pmax＝kΔs2，Pmax为最大出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs2为活塞出浆口最高点与控制阀外壁出浆口最低点的距离。
外壁出浆口的形状与活塞出浆口的形状是一样的，设外壁出浆口的最高点至控制阀底部的距离为h1，最低点至控制阀底部的距离为h2，活塞出浆口最低点到活塞底部的距离为h3想要实现最小及最大出浆压力，只要调整弹簧的长度及弹性系数就行，弹簧长度及弹性系数的要求如下式所示：
Figure BDA0002336098170000191
Figure BDA0002336098170000192
根据以上两式就能知道弹簧的长度及弹性系数。跟着这两个参数配置的弹簧就能控制最大及最小出浆压力。
综上，只要配置好合适的桩端注浆控制阀弹簧，就能实现最大及最小出浆压力，根据现场实测的桩端压力及桩身轴力，就能做到桩端注浆量的最优化。当控制阀出浆量或出浆压力需要调整时，可以根据已有的公式计算得到注浆机出浆口需要的压力，这样只要调整注浆机的注浆压力就能实现桩端出浆状况的可控。
所述钢筋应力计分辨率为≤0.05％FS，测量范围0～260Mpa，钢筋应力计连接杆的尺寸与钻孔桩钢筋笼主筋尺寸一致。
所述振弦式土压力计量程范围为0.02～1.0MPa，准确度级别(级)为:0.2，输出灵敏系数S(με/MPa)为1000-30，外形尺寸:直径12cm，厚度3.5cm。
所述微型土压力计量程范围为0～1.0MPa，分辨率为≤0.05％FS，外形直径35mm，厚8mm。
所述位移计量程为5～10cm，外形直径为20～30mm，位移计固定端长度为10～12cm，位移计触头的长度为7～12cm。分辨率小于0.1mm，工作温度-30°～85°。
所述振弦式土压力计传感器计算公式：
Figure BDA0002336098170000193
式中：ft为土压力；kt为土压力计传感器率定参数；ft1为土压力计的当次测试频率；ft0为土压力计的初始频率。
所述钢筋应力计传感器计算公式：
Figure BDA0002336098170000194
式中：fs为测得的主钢筋拉(压)力；ks为钢筋应力计传感器率定参数；fs1为钢筋应力计传感器的当次测试频率；fs0为钢筋应力计传感器的初始频率。
所述压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的制作安装方法，包括以下步骤：
1)某工程钻孔桩钢筋笼5直径为800mm，桩长72m，每节钢筋笼长度9m，共拼装8节钢筋笼。该工程桩底沉降较厚需进行桩端注浆处理，12m深度的地层较差，施工时存在塌孔，需进行桩侧注浆处理。采购一定数量的壁厚2mm，外径35mm的钢管作为桩身注浆钢管8，该钢管每根长度9m，并配备相应的连接头。桩侧注浆时还需要根据桩侧注浆的具体深度专门配置一段非标长度的钢管。每根桩身注浆钢管8在桩顶配备一个注浆阀门7。
2)桩侧注浆装置9的制作：
采购壁厚2mm外径40mm长度40cm的钢管作为桩侧注浆控制阀竖向钢管29，在距离钢管顶部10cm的地方对称钻出两个直径25mm的圆孔作为桩侧注浆控制阀侧壁出浆口31，在距离钢管顶部2cm的地方沿管子轴线方向开一个宽为12mm，长为70mm的长条形槽作为桩侧注浆活塞定位缺口22。切割一个直径40mm，厚5mm的铁片当做桩侧控制阀外壁底铁片33，并在铁片的圆心位置钻一个直径4mm的孔当做位移计穿线孔。将位移计27的传感器数据线4从铁片中心圆孔32穿过，并将位移计固定端82用金属胶粘在桩侧控制阀外壁底铁片33上。将固定有位移计27的桩侧控制阀外壁底铁片33焊接在竖向钢管的底端。采购壁厚3mm，外径30mm，长度约10cm的两根钢管用作桩侧注浆控制阀横向钢管30，将横向钢管的一头用车床加工3圈牙纹作为桩侧注浆软管连接口21，将另一头加工成圆弧状与竖向钢管焊接在一起。根据桩侧注浆要求采购相应规格的弹簧用作桩侧注浆压力控制弹簧26，将弹簧放进竖向钢管内。采购外径35mm，长10cm的钢柱，车床将钢柱磨出一个壁厚2mm，底部厚5mm的空腔当做桩侧注浆活塞25，在距离活塞底部3cm处对称钻出直径25mm的圆孔当做桩侧注浆活塞出浆口24，宜在活塞外表面抹一层黄油。将桩侧注浆活塞25放入竖向钢管，向下挤压活塞，位移计触头28要顶到活塞底部。将一个10mm直径，长约8mm的小铁块用氩弧焊焊接在距活塞上端2cm处用作活桩侧注浆活塞定位梢23，焊接时要注意两点：1、铁块的法线方向要与桩侧注浆活塞定位缺口22一致；2、焊接铁块时不要与桩侧注浆控制阀16外壁一起焊住。采购长90mm，宽16mm，高10mm的铁棒，用车床将铁棒磨出一个长80mm，宽12mm，深8mm的槽，加工完成的铁棒就是桩侧注浆活塞定位梢保护盖17。将保护盖焊接在桩侧注浆控制阀16的外壁，要求保护盖完全封住桩侧注浆活塞定位缺口22。制作一个壁厚4mm，内径37mm，高10mm的圆环用作桩侧注浆土压力计保护盒18，在圆环的侧面钻一个直径4mm的圆孔当做桩侧注浆土压力计线缆出线口20。将桩侧注浆土压力计保护盒18焊接在桩侧注浆活塞定位梢保护盖17的下方，桩侧注浆土压力计线缆出线口20要在正下方。将微型土压力计19用金属较粘在桩侧注浆土压力计保护盒18内。采购一段长5cm，壁厚3mm，外径33mm的钢管当做桩侧注浆钢管连接头15。将桩侧注浆钢管连接头15的一头用车床磨出牙纹，牙纹要与桩身注浆钢管8的安装牙纹一致。然后将桩侧注浆钢管连接头15焊接在桩侧注浆控制阀竖向钢管29上。采购内径30mm的内置铁环的橡胶软管用作桩侧注浆软管12，防止注浆软管被混凝土压扁，软管长度2.5m。在桩侧注浆软管12上等间距的钻出三个直径6mm的洞用作桩侧注浆软管喷浆口13，用一层薄的止水胶布临时将三个喷浆口封住，防止软管喷浆口被混凝土堵塞。至此完成了桩侧注浆装置9的制作工作。
3)桩端注浆装置6的制作
3.1)桩端注浆逆止阀59的制作
采购壁厚2mm，内径60mm，长12cm的钢管作为桩端注浆逆止阀套管57，在距离桩端注浆逆止阀套管57顶部4cm处对称钻两个直径4cm的孔作为桩端注浆逆止阀进浆口55。切割一块长12cm厚5mm宽58mm的铁板作为桩端注浆逆止阀浆液隔板58，定制两个长度58mm，直径4mm的转轴作为桩端注浆逆止阀转轴64，将两个桩端注浆逆止阀转轴64对称焊接在距离桩端注浆逆止阀浆液隔板58顶部5cm处，切割一块厚度为2mm，直径为58mm的圆形铁板，在圆形铁板中间画出8mm*58mm的方框，割去方框两边的半圆作为桩端注浆逆止阀翻板63，将两块桩端注浆逆止阀翻板63分别焊接在两个桩端注浆逆止阀转轴64上。采购一个直径1cm的圆形铁环，将铁环对半切开作为两个桩端注浆逆止阀弹簧连接点61，将这两个桩端注浆逆止阀弹簧连接点61对称焊接在桩端注浆逆止阀浆液隔板58顶部。采购两根自然长度6mm，直径4mm的弹性系数很弱的弹簧作为桩端注浆逆止阀弹簧62，将桩端注浆逆止阀弹簧62的一端焊接在桩端注浆逆止阀翻板63的端部，另一端勾在桩端注浆逆止阀弹簧连接点61上。这样就做好了桩端注浆逆止阀浆液逆止构件60。加工两个长宽高均为5mm的小铁块作为桩端注浆逆止阀限位梢56，将两个桩端注浆逆止阀限位梢56对称焊接在桩端注浆逆止阀进浆口55的内侧下端。将安装有桩端注浆逆止阀浆液逆止构件60的桩端注浆逆止阀浆液隔板58塞进桩端注浆逆止阀套管57，并进行焊接固定。加工直径60mm，厚度5mm的钢板作为桩端注浆逆止阀顶盖54，用桩端注浆逆止阀顶盖54封住桩端注浆逆止阀套管57顶部并焊接固定。这样就完成了桩端注浆逆止阀59的制作。
3.2)桩端注浆防撞保护装置37的制作
根据钻孔桩钢筋笼尺寸采购两节长度为340mm的桩端注浆防撞保护装置短槽钢38和一节长度为800mm的桩端注浆防撞保护装置长槽钢39，槽钢的宽度均为12cm，将两节桩端注浆防撞保护装置短槽钢38垂直焊接在桩端注浆防撞保护装置长槽钢39的两侧中间。在距离短槽钢端部10cm处钻一个直径1.5cm的孔当做桩端注浆土压力计数据线引线孔34。在长槽钢的正中心开一个直径9cm的孔作为桩端注浆穿管孔35，在长槽钢的侧边钢板的中心位置开一个宽2cm，深3cm的槽当做桩端注浆土压力计数据线引线槽36。采购内径35mm，长5cm，厚3mm的钢管当做桩端注浆钢管连接口41，将桩端注浆钢管连接口41的一端内侧用车床磨出与桩身注浆钢管连接头一样的牙纹。采购长7cm，壁厚2mm，外径35mm钢管用作桩端注浆竖向注浆管40，将桩端注浆竖向注浆管40的一头与桩端注浆钢管连接口41焊接起来，另一头加工成圆弧状。采购壁厚2mm，长度780mm，外径40mm的钢管用作桩端注浆横向注浆管43。加工两块直径40mm，厚5mm的铁片用作桩端注浆横向注浆管两头封堵片42。在距离桩端注浆横向注浆管两端3cm处各钻一个直径35mm的孔用作桩端注浆横向注浆管与竖向注浆管连接口44。将两根桩端注浆竖向注浆管40与桩端注浆横向注浆管与竖向注浆管连接口44焊接在一起。将桩端注浆横向注浆管43从中间切割开，分成两段，将切口加工成圆弧状。将桩端注浆逆止阀进浆口55与桩端注浆横向注浆管43焊接在一起，再将桩端注浆横向注浆管43焊接在桩端注浆防撞保护装置长槽钢39的中间位置。加工两个壁厚5mm，内径13cm，高4cm的圆环，在圆环侧壁开一个宽2cm，深3cm的槽，这样制成桩端土压力计保护套51。将振弦式土压力计52放进桩端土压力计保护套51，振弦式土压力计52的传感器数据线4从保护套槽口引出，这样就组成了桩端土压力测试装置50。将桩端土压力计保护套51焊接在桩端注浆防撞保护装置短槽钢38靠近桩端注浆防撞保护装置长槽钢39的下部，用金属胶将振弦式土压力计52与桩端注浆防撞保护装置短槽钢38粘贴起来，将振弦式土压力计52的传感器数据线4从桩端注浆防撞保护装置短槽钢38的桩端注浆土压力计数据线引线孔34穿出，再将线缆从桩端注浆土压力计数据线引线槽36穿过。
3.3)桩端注浆头14的制作
加工一个壁厚3mm、外径60mm、长40mm的钢管作为桩端注浆逆止阀下部连接口66，采购一个壁厚3mm，底面直径大于12cm的圆锥，截取直径略小于60mm的截面进行切割，截取直径略大于11cm的截面进行切割，留下两个截面的中间圆台部分作为桩端注浆截面变化过渡套筒67，将桩端注浆截面变化过渡套筒67焊接在桩端注浆逆止阀下部连接口66下方。加工壁厚4mm，外径11cm，高5cm的圆筒作为抗变形支撑部件外部套管71。采购一根直径1cm，长5cm的铁棒作为抗变形支撑部件中心穿线管70，将铁棒中心钻出直径4mm的圆孔作为穿线孔69。加工厚3mm，宽45mm，长50mm的铁板六块作为支撑板72，将六块支撑板72均匀地与抗变形支撑部件中心穿线管70焊在一起，再用抗变形支撑部件外部套管71套住并焊接，这样就完成了桩端注浆头抗变形支撑部件68的制作。将桩端注浆头抗变形支撑部件68焊接在桩端注浆截面变化过渡套筒67下方。在桩端注浆截面变化过渡套筒67与桩端注浆头抗变形支撑部件68的连接处钻一个直径4mm的小孔作为桩端注浆头外部穿线孔65。采购壁厚3mm，长40cm，外径11cm的圆筒作为桩端注浆外部套筒73，加工厚5mm，直径11cm的圆板封住桩端注浆外部套筒73的一端。距离桩端注浆外部套筒73顶部13cm及底部1cm处采用激光切割，割出高25mm，宽10mm，间隔3mm的若干孔洞，上侧的孔洞用作桩端注浆外部套筒出浆孔74，下侧的孔洞用作桩端注浆套筒排气孔76。在距离桩端注浆外部套筒73顶部17cm处切割一个宽12mm，长12cm的槽用作桩端注浆活塞定位缺口75。切割外径10cm高4cm的圆柱状海绵作为海绵垫77，将海绵垫77放到桩端注浆外部套筒73底部。采购外径102mm，长25cm的PVC柱用于桩端注浆活塞84制作，避免活塞自重作用下弹簧拉伸过大，用车床钻出直径92mm，深12cm的孔形成桩端注浆活塞浆液压力作用面87，再钻出直径48mm，深12cm的孔形成桩端注浆活塞轴承安装孔88，距离桩端注浆活塞84顶部5mm采用激光切割，割出高25mm，宽10mm，间隔3mm的若干孔洞用作桩端注浆活塞出浆孔86，宜在活塞外表面抹一层黄油。采购壁厚3mm，外径46mm，长13cm的铁管用作桩端注浆活塞轴承套筒81。加工5mm厚，直径46mm的圆铁片用作桩端注浆活塞轴承套筒顶部铁片89。在铁片中心钻一个直径6mm的孔用作桩端注浆活塞轴承套筒顶部穿线孔90。将钻好孔的桩端注浆活塞轴承套筒顶部铁片89焊接在桩端注浆活塞轴承套筒81的一端。将位移计27的传感器数据线4从桩端注浆活塞轴承套筒顶部铁片89中心穿过，将位移计固定端82用金属胶固定在桩端注浆活塞轴承套筒顶部铁片89上。根据桩端注浆要求采购相应规格的弹簧用作桩端注浆压力控制弹簧83，将桩端注浆压力控制弹簧83一端焊接在桩端注浆活塞轴承安装孔88的底部。采购两个截面直径1mm，圆环直径42mm的橡胶圈用作橡胶垫圈80，将橡胶垫圈80套入桩端注浆活塞轴承套筒81外壁，并用万能胶涂抹固定，在桩端注浆活塞轴承套筒81外壁上涂抹一层黄油。采购一根10cm长，壁厚3mm，外径10mm的圆管作为桩端注浆活塞轴承连接杆79。将位移计的传感器数据线4从桩端注浆活塞轴承连接杆79中心穿出，将桩端注浆活塞轴承连接杆79焊接固定在桩端注浆活塞轴承套筒顶部铁片89。在桩端注浆活塞轴承78内侧顶部涂抹一层金属胶，将固定有桩端注浆压力控制弹簧83的桩端注浆活塞84套入桩端注浆活塞轴承78，桩端注浆压力控制弹簧83顶部嵌入金属胶，待金属胶凝固后桩端注浆压力控制弹簧83顶部与桩端注浆活塞轴承78顶部牢固连接。将位移计的传感器数据线4从桩端注浆头抗变形支撑部件68的穿线孔69中穿出，再从桩端注浆头外部穿线孔65穿出。将桩端注浆活塞轴承连接杆79的顶部与抗变形支撑部件中心穿线管70进行焊接。将桩端注浆外部套筒73套入桩端注浆活塞84。制作一段直径10mm，长10mm的PVC块用作桩端注浆活塞定位梢85，用万能胶将桩端注浆活塞定位梢85固定在距离桩端注浆活塞84顶部5cm处，粘贴时需要防止万能胶粘到桩端注浆活塞定位缺口75。采购长14cm，宽16mm，高14mm的铁棒，用车床将铁棒磨出一个长13cm，宽13mm，深12mm的槽，加工完成的铁棒就是桩端注浆活塞定位梢保护盖53。将桩端注浆活塞定位梢保护盖53焊接在桩端注浆外部套筒73的外壁，要求桩端注浆活塞定位梢保护盖53完全封住桩端注浆活塞定位缺口75。切割四块1cm厚、直角边长分别为5cm及15cm的三角形铁块用作破土尖锥三角铁板48，将四块破土尖锥三角铁板48正交焊接在一起。加工厚5mm，直径11cm的圆板用作破土尖锥底座圆铁板47，将上述四块破土尖锥三角铁板48焊接在破土尖锥底座圆铁板47上制成桩端注浆头破土尖锥46。将桩端注浆头破土尖锥46焊接在桩端注浆外部套筒73的底部。至此，完成了桩端注浆头49的制作。
4)桩侧及桩端注浆装置的安装
4.1)桩侧注浆装置9的安装
根据设计确定的桩侧注浆深度，在对应的钻孔桩钢筋笼5位置用铁丝将桩侧注浆头14捆绑在钻孔桩钢筋笼5的内侧。待捆绑有桩侧注浆头14的钻孔桩钢筋笼5从桩机开始下孔时，用铁丝将桩侧注浆软管12绕着钻孔桩钢筋笼5进行绑扎，将桩侧注浆软管12端头绕进钻孔桩钢筋笼5内并插在桩侧注浆软管连接口21上，用卡箍将桩侧注浆软管12与桩侧注浆软管连接口21箍牢。根据桩身长度将用于接长的传感器数据线4准备好，并将接长线缆与位移计27及微型土压力计19的传感器数据线4连接。将位移计接长线缆及微型土压力计接长线缆用防水胶布黏贴在一起。桩侧注浆软管12捆绑完后继续下放钻孔桩钢筋笼5，在桩侧注浆头14的桩侧注浆钢管连接头15浸没在孔内泥浆之前把桩身注浆钢管8安装上，随着钻孔桩钢筋笼5的逐节下放，桩身注浆钢管8及传感器数据线4也逐节安装捆绑在钻孔桩钢筋笼5上，桩身注浆钢管8捆绑在钢筋笼内侧，但桩侧注浆软管12捆绑在钢筋笼外侧，其捆绑在钢筋笼外侧可防止喷浆口外部覆盖太厚混凝土。由于桩侧注浆软管12易弯曲，桩侧注浆软管12的连接头可以绕进钢筋笼与桩侧注浆控制阀16的连接头相连接。当钻孔桩钢筋笼5全部下放完成后，在桩身注浆钢管8顶部安装好注浆阀门7，将传感器数据线4露出地面的部分用不同颜色的油漆标记。至此，完成桩侧注浆装置9的安装。
4.2)桩端注浆装置6的安装
在钻孔桩钢筋笼5的底笼下端焊接桩端注浆防撞保护装置37，将桩端注浆头49与桩端注浆防撞保护装置37的桩端注浆逆止阀59焊接起来。根据桩身长度将用于接长的传感器数据线4准备好，并将接长线缆与位移计27及振弦式土压力计52的传感器数据线4连接。将位移计接长线缆及振弦式土压力计接长线缆用防水胶布黏贴在一起。将传感器数据线4全部沿着桩侧主筋进行绑扎，钢筋笼底笼多余的传感器数据线4整理打包好便于后续钢筋笼的捆绑。后续钢筋笼逐节下放，桩身注浆钢管8及传感器数据线4也逐节捆绑。当钢筋笼全部下放完成后，在桩身注浆钢管8顶部安装好注浆阀门7，将传感器数据线4露出地面的部分用不同颜色的油漆标记。至此，完成桩端注浆装置6的安装。
5)桩身轴力测试装置的安装
根据地质勘察报告，在不同地层的分界面上设置桩身轴力测试断面，每个断面埋设四个钢筋应力计10。首先将每个钢筋应力计10两端旋上钢筋应力计连接杆11，然后将钢筋应力计连接杆11焊接在钻孔桩钢筋笼5上，传感器数据线4沿着钻孔桩钢筋笼5主钢筋进行绑扎，当钻孔桩钢筋笼5全部下放完成后，将传感器数据线4露出地面的部分用不同颜色的油漆标记。
各装置安装完成后，进行现场注浆及测试实施：
将位移计27、微型土压力计19的传感器数据线4接到数据采集仪3，数据采集仪3的数据线连到电脑2上。振弦式土压力计52的数据采集用频率仪进行人工测试。准备好注浆的水及水泥，注浆机1停放的位置不宜远离注浆点10m。注浆机1的注浆管与注浆阀门7连接，首先进行桩侧注浆，再进行桩端注浆。现场测试时，及时汇总计算各项测试数据，根据测得的位移计及土压力数据调整注浆压力及注浆时间。
桩侧注浆时，随着浆液从桩侧的喷出，桩身轴力及桩侧土压力会出现增大，当桩身轴力及桩侧土压力逐渐增大至稳定时便可停止注浆。
桩端注浆时，随着浆液从桩端的喷出，桩身轴力及桩端土压力会出现增大，当桩身轴力及桩端土压力逐渐增大至稳定时便可停止注浆。

Claims (10)

1.一种压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置，其特征在于：包括桩侧注浆装置(9)、桩端注浆装置(6)和智能化测试装置；桩侧注浆装置(9)分布在钻孔桩钢筋笼(5)上，桩侧注浆头(14)设置在钻孔桩钢筋笼(5)内侧，桩侧注浆软管(12)设置在钻孔桩钢筋笼(5)周围，桩侧注浆头(14)连接桩身注浆钢管(8)；桩端注浆装置(6)设置在钻孔桩钢筋笼(5)底端，桩端注浆装置(6)连接桩身注浆钢管(8)；桩身注浆钢管(8)分布在钻孔桩钢筋笼(5)上，每个桩身注浆钢管(8)顶部设置注浆阀门(7)，桩身注浆钢管(8)顶端连接注浆机(1)；每个桩身轴力测试断面埋设钢筋应力计(10)，钢筋应力计(10)两端设置钢筋应力计连接杆(11)，钢筋应力计连接杆(11)焊接在钻孔桩钢筋笼(5)上；智能化测试装置主要由桩侧及桩端的活塞位移计、桩侧及桩端的土压力计和桩身的钢筋应力计组成；钢筋应力计(10)和桩侧及桩端的传感器通过传感器数据线(4)连接至数据采集仪(3)，数据采集仪(3)连接至电脑(2)。
2.根据权利要求1所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置，其特征在于：桩侧注浆装置(9)主要由桩身注浆钢管(8)、桩侧注浆头(14)和桩侧注浆软管(12)组成，桩侧注浆头(14)两侧通过桩侧注浆软管连接口(21)连接桩侧注浆软管(12)形成环绕状结构，桩侧注浆头(14)上端通过桩侧注浆钢管连接头(15)连接桩身注浆钢管(8)。
3.根据权利要求1所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置，其特征在于：桩端注浆装置(6)主要由桩端注浆防撞保护装置(37)、桩端注浆逆止阀(59)、桩端注浆头(49)和桩端注浆头破土尖锥(46)组成，桩端注浆防撞保护装置(37)下方设置桩端注浆逆止阀(59)，桩端注浆逆止阀(59)下方设置桩端注浆头(49)，桩端注浆头(49)下方设置桩端注浆头破土尖锥(46)。
4.一种如权利要求1所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)桩侧及桩端注浆装置的安装
1.1)桩侧注浆装置(9)的安装
1.1.1)根据桩侧注浆深度，在对应的钻孔桩钢筋笼(5)位置用铁丝将桩侧注浆头(14)捆绑在钻孔桩钢筋笼(5)的内侧；待捆绑有桩侧注浆头(14)的钻孔桩钢筋笼(5)从桩机开始下孔时，用铁丝将桩侧注浆软管(12)围绕钻孔桩钢筋笼(5)进行绑扎，将桩侧注浆软管(12)端头绕进钻孔桩钢筋笼(5)内与桩侧注浆头(14)连接固定；
1.1.2)根据桩身长度将用于接长的传感器数据线(4)准备好，并将接长线缆与桩侧注浆装置(9)的位移计(27)及微型土压力计(19)的传感器数据线(4)连接；将位移计接长线缆及微型土压力计接长线缆用防水胶布黏贴在一起；桩侧注浆软管(12)捆绑完后继续下放钻孔桩钢筋笼(5)，在桩侧注浆头(14)的桩侧注浆钢管连接头(15)浸没在孔内泥浆之前把桩身注浆钢管(8)安装上，随着钻孔桩钢筋笼(5)的逐节下放，桩身注浆钢管(8)及传感器数据线(4)也逐节安装捆绑在钻孔桩钢筋笼(5)上；
1.1.3)当钻孔桩钢筋笼(5)全部下放完成后，在桩身注浆钢管(8)顶部安装注浆阀门(7)，将传感器数据线(4)露出地面的部分用不同颜色的油漆标记；至此完成桩侧注浆装置(9)的安装；
1.2)桩端注浆装置(6)的安装
1.2.1)在钻孔桩钢筋笼(5)的底笼下端焊接桩端注浆防撞保护装置(37)，将桩端注浆头(49)与桩端注浆防撞保护装置(37)下方的桩端注浆逆止阀(59)焊接起来；根据桩身长度将用于接长的传感器数据线(4)准备好，并将接长线缆与桩端注浆装置(6)的位移计(27)及振弦式土压力计(52)的传感器数据线(4)连接；将位移计接长线缆及振弦式土压力计接长线缆用防水胶布黏贴在一起；将传感器数据线(4)全部沿着桩侧主筋进行绑扎；
1.2.2)后续钢筋笼逐节下放，桩身注浆钢管(8)及传感器数据线(4)也逐节捆绑；当钢筋笼全部下放完成后，在桩身注浆钢管(8)顶部安装好注浆阀门(7)，将传感器数据线(4)露出地面的部分用不同颜色的油漆标记；至此完成桩端注浆装置(6)的安装；
2)桩身轴力测试装置的安装
根据地质勘察报告，在不同地层的分界面上设置桩身轴力测试断面，每个断面埋设若干个钢筋应力计(10)；首先将每个钢筋应力计(10)两端旋上钢筋应力计连接杆(11)，然后将钢筋应力计连接杆(11)焊接在钻孔桩钢筋笼(5)上，传感器数据线(4)沿着钻孔桩钢筋笼(5)主钢筋进行绑扎，当钻孔桩钢筋笼(5)全部下放完成后，将传感器数据线(4)露出地面的部分用不同颜色的油漆标记。
5.根据权利要求4所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的安装方法，其特征在于：步骤1.1.2)中，所述微型土压力计(19)量程范围为0～1.0MPa，分辨率为≤0.05％FS。
6.根据权利要求4所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的安装方法，其特征在于：步骤1.2.1)中，所述位移计(27)量程为5～10cm，外形直径为20～30mm，分辨率小于0.1mm，工作温度-30°～85°。
7.根据权利要求4所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的安装方法，其特征在于：步骤1.2.1)中，所述振弦式土压力计(52)量程范围为0.02～1.0MPa，外形尺寸:直径12cm，厚度3.5cm；振弦式土压力计传感器计算公式：
Figure FDA0002336098160000031
式中：ft为土压力；kt为土压力计传感器率定参数；ft1为土压力计的当次测试频率；ft0为土压力计的初始频率。
8.根据权利要求4所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的安装方法，其特征在于：步骤2)中，所述钢筋应力计(10)分辨率为≤0.05％FS，测量范围0～260Mpa，钢筋应力计连接杆(11)的尺寸与钻孔桩钢筋笼主筋尺寸一致；钢筋应力计传感器计算公式：
Figure FDA0002336098160000032
式中：fs为测得的主钢筋拉力或压力；ks为钢筋应力计传感器率定参数；fs1为钢筋应力计传感器的当次测试频率；fs0为钢筋应力计传感器的初始频率。
9.一种如权利要求1所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的控制方法，其特征在于：
1)桩侧智能化注浆控制
桩侧注浆时，当桩身轴力接近最大值或桩身轴力逐渐增大至稳定时，则停止注浆；
桩侧注浆时，当桩侧微型土压力计的压力达到最大值或微型土压力计的压力逐渐增大至稳定时，则停止注浆；
桩侧注浆时，桩侧注浆控制阀内的活塞在浆液压力的作用下发生滑动，根据胡克定律，推动活塞的压力与弹簧的变形成正比，由活塞底部的位移计测得的位移可计算出推动活塞的浆液压力，即P1＝ku，P1为出浆口浆液压力，k为弹簧的弹性系数，u为活塞的位移；由伯努利定理可知
Figure FDA0002336098160000033
设注浆机出浆口的浆液压力为P0，注浆机单位时间的出浆量为q，注浆机出浆口的截面面积为A1，注浆机出浆口至桩侧注浆控制阀出浆口的高程差为h，浆液密度为ρ，注浆系统管路的压力损耗为一定值Ps，桩侧注浆控制阀出浆口的截面面积之和为A2，A2的大小与活塞的行程有关，表示为A2(u)，A2(u)的表达式与活塞出浆口的形状有关；由此建立注浆机出浆口压力P0与活塞行程u的关系式：
Figure FDA0002336098160000034
上式中只有Ps是未知量，通过试注浆得到式中的其他参数值，进而算出Ps的值；得到上式的具体数值表达式后，根据想要的出浆口的开口度计算出注浆机的注浆压力，进而实现注浆可控；
调节弹簧的长度及弹性系数实现注浆阈值的调节，即调节桩侧注浆的起始出浆压力及最大出浆压力；
最小桩侧出浆压力的表达式为Pmin＝kΔs1，Pmin为最小出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs1为活塞出浆口最低点与控制阀外壁出浆口最高点的距离；
最大桩侧出浆压力表达式为Pmax＝kΔs2，Pmax为最大出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs2为活塞出浆口最高点与控制阀外壁出浆口最低点的距离；
外壁出浆口的形状与活塞出浆口的形状一致，设外壁出浆口的最高点至控制阀底部的距离为h1，最低点至控制阀底部的距离为h2，活塞出浆口的最低点到活塞底部的距离为h3，为实现最小及最大出浆压力，则调整弹簧的长度及弹性系数，弹簧长度及弹性系数的要求如下式所示：
Figure FDA0002336098160000041
Figure FDA0002336098160000042
根据以上两式得出弹簧的长度及弹性系数；通过这两个参数配置的弹簧就能控制最大及最小出浆压力；
配置合适的桩侧注浆控制阀弹簧，实现最大及最小出浆压力，根据现场实测的桩侧压力及桩身轴力，实现桩侧注浆量的最优化；当控制阀出浆量或出浆压力需要调整时，则根据已有的公式计算得到注浆机出浆口需要的压力，通过调整注浆机的注浆压力实现桩侧出浆状况的可控；
2)桩端智能化注浆控制
桩端注浆时，当桩身的轴力逐渐增大并趋于稳定时，则停止注浆；
桩端注浆时，当桩端振弦式土压力计的压力达到最大值或振弦式土压力计的压力逐渐增大至稳定时，则停止注浆；
桩端注浆时，桩端注浆控制阀内的活塞在浆液压力的作用下发生滑动，根据胡克定律，推动活塞的压力与弹簧的变形成正比，由活塞底部的位移计测得的位移计算出推动活塞的浆液压力,即P1＝ku，P1为出浆口浆液压力，k为弹簧的弹性系数，u为活塞的位移；由伯努利定理可知
Figure FDA0002336098160000051
设注浆机出浆口的浆液压力为P0，注浆机单位时间的出浆量为q，注浆机出浆口的截面面积为A1，注浆机出浆口至桩端注浆控制阀出浆口的高程差为h，浆液密度为ρ，注浆系统管路的压力损耗为一定值Ps，桩端注浆控制阀出浆口的截面面积之和为A2，A2的大小与活塞的行程有关，表示为A2(u)，A2(u)的表达式与活塞出浆口的形状有关；由此建立注浆机出浆口压力P0与活塞行程u的关系式：
Figure FDA0002336098160000052
上式中只有Ps是未知量，通过试注浆得到式中的其他参数值，进而算出Ps的值；得到上式的具体数值表达式后，根据想要的出浆口的开口度计算出注浆机的注浆压力，进而实现注浆可控；
调节弹簧的长度及弹性系数实现注浆阈值的调节，即调节桩端注浆的起始出浆压力及最大出浆压力；
最小桩端出浆压力的表达式为Pmin＝kΔs1，Pmin为最小出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs1为活塞出浆口最低点与控制阀外壁出浆口最高点的距离；
最大桩端出浆压力为表达式为Pmax＝kΔs2，Pmax为最大出浆压力，k为弹簧弹性系数，Δs2为活塞出浆口最高点与控制阀外壁出浆口最低点的距离；
外壁出浆口的形状与活塞出浆口的形状一致，设外壁出浆口的最高点至控制阀底部的距离为h1，最低点至控制阀底部的距离为h2，活塞出浆口最低点到活塞底部的距离为h3，为实现最小及最大出浆压力，则调整弹簧的长度及弹性系数，弹簧长度及弹性系数的要求如下式所示：
Figure FDA0002336098160000053
Figure FDA0002336098160000054
根据以上两式得出弹簧的长度及弹性系数；通过这两个参数配置的弹簧就能控制最大及最小出浆压力；
配置合适的桩端注浆控制阀弹簧，实现最大及最小出浆压力，根据现场实测的桩端压力及桩身轴力，实现桩端注浆量的最优化；当控制阀出浆量或出浆压力需要调整时，则根据已有的公式计算得到注浆机出浆口需要的压力，通过调整注浆机的注浆压力实现桩端出浆状况的可控。
10.一种如权利要求1所述的压力可控的钻孔灌注桩桩端和桩侧智能化后注浆装置的注浆测试方法，其特征在于：各装置安装完成后，进行现场注浆及测试实施：将位移计(27)和微型土压力计(19)的传感器数据线(4)接到数据采集仪(3)，数据采集仪(3)的数据线连到电脑(2)上；振弦式土压力计(52)的数据采集用频率仪进行人工测试；准备好注浆的水及水泥；注浆机(1)的注浆管与注浆阀门(7)连接，首先进行桩侧注浆，再进行桩端注浆；现场测试时，汇总计算各项测试数据，根据测得的位移计及土压力数据调整注浆压力及注浆时间；桩侧注浆时，随着浆液从桩侧的喷出，桩身轴力及桩侧土压力增大，当桩身轴力及桩侧土压力逐渐增大至稳定时停止注浆；桩端注浆时，随着浆液从桩端的喷出，桩身轴力及桩端土压力增大，当桩身轴力及桩端土压力逐渐增大至稳定时停止注浆。
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