CN212674935U - 一种水下灌浆质量检测试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下灌浆质量检测试验装置，该装置包括模型系统、进浆系统和检测系统；本实用新型的一种水下灌浆质量检测试验装置，操作方便、试验过程简单明了，可实时直观清晰的验证水下灌浆料的流动性和充填密实性，可定量精准的评价灌浆料的水下抗分散性、收缩膨胀性，可实时有效的监测灌浆前后桩基结构的应力应变特性，能对水下灌浆料的性能、水下灌浆工艺进行有效的评价和验证，便于指导工程实践；亦可通过在环形空间内安置循环水泵控制水体流速，能够模拟不同流速水体下的灌浆场景，适用范围广泛。

Description

一种水下灌浆质量检测试验装置

技术领域

本实用新型属于灌浆质量检测试验装置，特别涉及一种水下灌浆质量检测试验装置，该试验装置能够模拟水下灌浆工况，实时直观的检测灌浆料的流动面形状、扩展状态及充填状态，检验灌浆料的水下充盈性、抗分散性和水下硬化后的密实性、膨胀性，判断灌浆料的浇筑质量，验证水下灌浆工艺及效率。

背景技术

海上风电场的建设，环境复杂、技术要求高、施工难度大。我国起步较晚，目前处于探索发展阶段，在海上风电结构的设计、施工、检/监测和质量控制等方面没有成熟经验，需要解决一系列关键技术，其中风机的桩基础结构的水下灌浆是急需解决的关键技术之一。

海上风电桩基结构的水下灌浆，主要针对钢管桩体与岩石层钻孔侧壁间的环形空间及淤泥层桩体外壁与护筒内壁间的环形空间灌浆、导管架腿柱与钢管桩之间的环形空间灌浆。由于海上风、浪、流等环境条件复杂，可操作性差，导致水下灌浆施工难度大。又由于钢管桩体与岩石层钻孔侧壁间的环形空间及淤泥层桩体外壁与护筒内壁间的环形空间位于海底泥面以下具有隐蔽性，导管架腿柱与钢管桩之间的环形空间位于海水中具有封闭性，导致灌浆过程中无法实时有效的监测灌浆料的流动充填状态，环形空间灌浆后的实体质量也无法有效确认。

为有效确保工程实体的水下灌浆质量，需开展水下灌浆试验以验证水下灌浆料的性能、灌浆工艺和灌浆质量。现有技术中，开展的水下灌浆试验主要为导管架水下灌浆原型试验和深水导管架水下灌浆模拟试验，仅是简单的验证导管架水下灌浆结束后的充填性和浆体硬化后的外观质量，试验功能单一，无法实时直观清晰的记录整个灌浆过程中灌浆料的流动面形状、扩展状态及充填状态，无法定量的评价灌浆料的水下抗分散性，不能对灌浆料实体的收缩膨胀状态进行有效检测，不能对灌浆前后桩基结构的应力应变状态进行有效监测。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术中，水下灌浆质量无法有效精准的进行试验检测和验证，水下灌浆模拟试验装置功能单一、检测参数少且验证灌浆过程不够实时直观清晰的问题，提供了一种水下灌浆质量检测试验装置。该装置操作方便、试验过程简单明了，可实时直观清晰的验证水下灌浆料的流动性和充填密实性，可定量精准的评价灌浆料的水下抗分散性、收缩膨胀性，可实时有效的监测灌浆前后桩基结构的应力应变特性，能对水下灌浆料的性能、水下灌浆工艺进行有效的评价和验证。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种水下灌浆质量检测试验装置，包括模型系统、进浆系统和检测系统；

所述模型系统包括底板、内圆筒和外圆筒，所述底板上同心设置有内圆筒和外圆筒，内圆筒和外圆筒之间形成用于灌浆的环形空间，所述外圆筒筒壁开设有注浆口和排水口，所述外圆筒上设置有透明刻度尺；

所述进浆系统包括灌浆平台、拌合灌浆一体机、灌浆管和灌浆阀门，所述拌合灌浆一体机设置于灌浆平台上方，所述拌合灌浆一体机通过灌浆管连接所述模型系统的注浆口，所述灌浆管上设置有灌浆阀门；

所述测试装置包括应变片、pH电极、浊度传感器；所述应变片设置于外圆筒筒壁中部环向三等分处，所述pH电极和浊度传感器设置于模型系统的排水口处。

在上述技术方案中，所述注浆口和排水口相对设置于外圆筒外筒壁上，所述注浆口位于外圆筒下部，所述排水口位于外圆筒上部。

在上述技术方案中，所述灌浆平台由贝雷架拼装搭建，高度为3-5m，长度为3-5m，宽度为3-5m。

在上述技术方案中，所述拌合灌浆一体机具有搅拌、制浆、储浆、压力灌浆功能，其灌浆压力和流量可自动记录存储和打印，其最大灌浆压力为8MPa。

在上述技术方案中，所述底板、内圆筒和外圆筒均使用透明有机玻璃材料，以便实时直观的检查灌浆料的流动面形状、扩展状态及充填状态，判断灌浆料的浇筑质量。

在上述技术方案中，所述底板为850mm*850mm*10mm的有机玻璃平板，所述内圆筒为外径600mm壁厚6mm高2300mm的有机玻璃亚克力管，所述外圆筒为外径800mm壁厚8mm高2200mm的有机玻璃亚克力管；内圆筒、外圆筒与底板通过有机玻璃焊条进行密封焊接，使内圆筒、外圆筒之间的环形空间宽度固定为92mm。

在上述技术方案中，所述环形空间内可选放置小型循环水泵，用来控制环形空间内水体的流速。

在上述技术方案中，所述注浆口为内径为32mm的有机玻璃管，注浆口距离底板50mm，注浆口与外圆筒通过有机玻璃焊条进行密封焊接。

在上述技术方案中，所述排水口为内径为50mm的有机玻璃管，排水口距离外圆筒管顶100mm，排水口与外圆筒通过有机玻璃焊条进行密封焊接。

在上述技术方案中，所述透明刻度尺为0.1mm刻度的菲林尺，透明刻度尺应垂直对称的粘贴在注浆口和排水口。根据灌浆后灌浆顶面垂直高度的变化，评判水下灌浆时灌浆料的竖向膨胀性。

在上述技术方案中，所述应变片为免焊型高精度电阻式应变片，与应变仪连接。根据应变值大小的变化，评判水下灌浆时灌浆料的环向膨胀性。

在上述技术方案中，所述pH电极与在线pH控制器连接，自动记录、存储试验过程中水体的pH值。根据pH值的大小，评判水下灌浆时灌浆料的抗水分散性。

在上述技术方案中，所述悬浊度传感器与在线浊度仪表连接，实时检测、记录、存储试验过程中水体的浊度值。根据浊度值的大小，评判水下灌浆时灌浆料的抗水分散性。

一种水下灌浆质量检测试验装置的使用方法，包括以下步骤：

1)往模型系统的环形空间内注满清水，并检测水体的初始pH值和悬浊物含量。

2)将干粉灌浆料和拌合水加入拌合灌浆一体机，启动拌合灌浆一体机，灌浆料拌制5min后，打开灌浆阀门，经灌浆管和注浆口压入环形空间，灌浆过程中及时向拌合灌浆一体机中补加灌浆料，确保灌浆的连续性。灌浆高度达到2000mm时，停止灌浆。

3)灌浆开始时，观察记录灌浆料的入水状态，灌浆料附近水体的浑浊程度。

4)灌浆过程中，打开应变仪、在线pH控制器和在线浊度仪，自动监测记录模型的环向应变值、环形空间中水体的pH值和浊度值。分析浆体凝结硬化前后，环向应变的变化，评定灌浆料的环向膨胀性。环向膨胀性应满足环向应变≥100με。分析环形空间中水体的pH值和浊度值的变化，评定灌浆料的水下抗分散性。水下抗分散性应满足pH＜12或浊度值＜150mg/L。

5)灌浆结束后，静置5min，随后读取灌浆处的浆体初始高度H1和灌浆处对称的浆体初始高度H2，精确到0.1mm。3h后、24h后、28d后再次读取浆体高度H1和H2。比较灌浆结束后H1和H2的高度差，评定灌浆料的流动性。(H1-H2)的高度差应小于5mm。比较H1(H2)的初始高度与3h后、24h后和28d后的高度，评定灌浆料的竖向膨胀性。灌浆料的竖向膨胀率应满足3h的竖向膨胀率为0.01％～1.0％，24h与3h的竖向膨胀率之差为0.01％～0.2％。

6)浆体硬化后，观察环形空间内浆体的表面状态(气泡的有无和大小、浆体质色是否均一有无分离)，评定浆体的充填程度和密实程度。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型的一种水下灌浆质量检测试验装置，操作方便、试验过程简单明了，可实时直观清晰的验证水下灌浆料的流动性和充填密实性，可定量精准的评价灌浆料的水下抗分散性、收缩膨胀性，可实时有效的监测灌浆前后桩基结构的应力应变特性，能对水下灌浆料的性能、水下灌浆工艺进行有效的评价和验证，便于指导工程实践。

本实用新型的一种水下灌浆质量检测试验装置，亦可通过在环形空间内安置循环水泵控制水体流速，能够模拟不同流速水体下的灌浆场景，适用范围广泛。

附图说明

图1为本实用新型一种水下灌浆质量检测试验装置的结构示意图(一)。

图2为本实用新型一种水下灌浆质量检测试验装置的结构示意图(二)。

其中，1为灌浆平台，2为拌合灌浆一体机，3为灌浆阀门，4为灌浆管，5为注浆口，6为应变片，7为透明刻度尺，8为内圆筒，9为外圆筒，10为底板，11为pH电极，12为浊度传感器，13为排水口，14为清水，15为灌浆料。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

一种水下灌浆试验装置，见图1和图2，由灌浆平台、拌合灌浆一体机、模型系统和检测系统组成。

所述的灌浆平台由贝雷架拼装搭建，高度为3m、长3.52m、宽3.00m，上面放置拌合灌浆一体机。

所述的拌合灌浆一体机为焦作昊力机械设备有限公司生产的拌合灌浆一体机，具有搅拌、制浆、储浆、压力灌浆的功能，其灌浆压力和流量可自动记录存储和打印，其最大灌浆压力为8MPa，其出浆口装有全通径球型阀门，通过灌浆管与模型系统的注浆口连接。

所述的模型系统包含底板、内圆筒、外圆筒、注浆口、排水口。所述的模型系统的底板用于模拟钻孔桩的桩底。内圆筒用于模拟钢管桩体外壁。外圆筒用于模拟岩石层钻孔侧壁或淤泥层护筒内壁。内、外圆筒之间的环形空间用于模拟钢管桩体与岩石层钻孔侧壁间的环形空间及淤泥层桩体外壁与护筒内壁间的环形空间。所述的模型系统的底板、内圆筒、外圆筒均使用透明的有机玻璃材料，以便实时直观的检查灌浆料的流动面形状、扩展状态及充填状态，判断灌浆料的浇筑质量。底板为850mm*850mm*10mm的有机玻璃平板，内圆筒为外径600mm壁厚6mm高2300mm的有机玻璃亚克力管，外圆筒为外径800mm壁厚8mm高2200mm的有机玻璃亚克力管。内、外圆筒与底板通过有机玻璃焊条进行密封焊接，使内、外圆筒之间的环形空间宽度固定为92mm。环形空间内可选放置小型循环水泵，用来控制环形空间内水体的流速。外圆筒的底部装有内径为32mm的有机玻璃管注浆口，注浆口距离底板50mm，注浆口与外圆筒通过有机玻璃焊条进行密封焊接。外圆筒顶部装有内径50mm有机玻璃管排水口，排水口距离外圆筒管顶100mm，排水口与外圆筒通过有机玻璃焊条进行密封焊接。排水口和注浆口应对称布置。

所述检测系统包含透明刻度尺、应变片、pH电极、浊度传感器。所述的检测系统的透明刻度尺为0.1mm刻度的菲林尺，透明刻度尺应垂直对称的粘贴在注浆口和排水口。根据灌浆后灌浆顶面垂直高度的变化，评判水下灌浆时灌浆料的竖向膨胀性。所述的检测系统的应变片为免焊型高精度电阻式应变片(BX120-100AA)，应变片应水平粘贴在外圆筒的中部环向三等分处，并与应变仪连接。根据应变值大小的变化，评判水下灌浆时灌浆料的环向膨胀性。所述的检测系统的pH电极，安装在模型系统的排水口处，与在线pH控制器连接，自动记录、存储试验过程中水体的pH值。根据pH值的大小，评判水下灌浆时灌浆料的抗水分散性。所述的检测系统的浊度传感器为流通式浊度传感器，安装在模型系统的排水口处，与在线浊度仪表连接，实时检测、记录、存储试验过程中水体的浊度值。根据浊度值的大小，评判水下灌浆时灌浆料的抗水分散性。

水下灌浆试验装置的使用方法，包括以下步骤：

1)往灌浆试验装置的环形空间内注满清水，并检测水体的初始pH值和悬浊物含量。

2)干粉灌浆料和拌合水加入拌合灌浆一体机，启动拌合灌浆一体机，拌制5min后，打开灌浆阀门，灌浆料经灌浆管和注浆口压入环形空间，灌浆过程中及时向拌合灌浆一体机中补加灌浆料，确保灌浆的连续性。灌浆高度达到2000mm时，停止灌浆。

3)灌浆开始时，观察灌浆料的入水状态，记录灌浆料附近水体的浑浊程度。

4)灌浆过程中，打开应变仪、在线pH控制器和在线浊度仪，自动监测记录模型的环向应变值、环形空间中水体的pH值和浊度值。分析浆体凝结硬化前后，环向应变的变化，评定灌浆料的环向膨胀性。环向膨胀性应满足环向应变≥100με。分析环形空间中水体的pH值和浊度值的变化，评定灌浆料的水下抗分散性。水下抗分散性应满足pH＜12或浊度值＜150mg/L。

5)灌浆结束后，静置5min，随后读取灌浆处的浆体初始高度H1和灌浆处对称的浆体初始高度H2，精确到0.1mm。3h后、24h后、28d后再次读取浆体高度H1和H2。比较灌浆结束后H1和H2的高度差，评定灌浆料的流动性。(H1-H2)的高度差应小于5mm。比较H1(H2)的初始高度与3h后、24h后和28d后的高度，评定灌浆料的竖向膨胀性。灌浆料的竖向膨胀率应满足3h的竖向膨胀率为0.01％～1.0％，3h与24h的竖向膨胀率之差为0.01％～0.2％。

6)浆体硬化后，观察环形空间内浆体的表面状态(气泡的有无和大小、浆体质色是否均一有无分离)，评定浆体的充填程度和密实程度。

进一步的，水下灌浆试验装置的使用实例如下：

1)往灌浆试验装置的环形空间内注满自来水，检测水体的初始pH为7.14，悬浊物含量为0.16mg/L。

2)将TPEI-100干粉灌浆料和拌合水(水料比0.090)加入拌合灌浆一体机，拌制5min后，移浆至储浆灌(灌浆料初始流动度305mm)、启动压力灌浆泵，打开灌浆阀门，灌浆料经灌浆管和注浆口压入环形空间，灌浆过程中及时向拌合灌浆一体机中补加灌浆料，确保灌浆的连续性。灌浆高度达到2000mm时，停止灌浆。

3)灌浆开始时，观察记录灌浆料的入水状态及附近水体的浑浊程度(浆体遇水轻微分散，微浑)。

4)灌浆过程中，打开应变仪、在线pH控制器和在线浊度仪，自动监测记录模型的环向应变值、环形空间中水体的pH值和浊度值。分析浆体凝结硬化前后，环向应变的变化，评定灌浆料的环向膨胀性。灌浆后3h和24h的环向应变分别为136με和182με，满足环向膨胀性要求。分析环形空间中水体的pH值和浊度值的变化，评定灌浆料的水下抗分散性。灌浆结束后水体pH为11.86、悬浊度为146.52mg/L，满足水下抗分散性要求。

5)灌浆结束后，静置5min，随后读取灌浆处的浆体初始高度H1为2005.2mm和灌浆处对称的浆体初始高度H2为2004.1mm，灌浆结束后H1和H2的高度差1.1mm，满足灌浆料的流动性要求。3h后再次读取浆体高度H1为2005.8mm和H2为2004.9mm、24h后再次读取浆体高度H1为2006.2mm和H2为2005.2mm，灌浆料的3h竖向膨胀率为0.030％～0.040％、24h竖向膨胀率为0.050％～0.055％，3h与24h的竖向膨胀率之差为0.015％～0.20％，满足竖向膨胀率要求。

6)浆体硬化后，观察环形空间内浆体的表面状态，浆体与筒壁紧密结合，壁面光滑无气泡、质色均一无离析，浆体的充填程度和密实程度满足施工技术要求。

所述的水下灌浆试验装置，亦可通过在环形空间内安置循环水泵控制水体流速，能够模拟不同流速水体下的灌浆场景，适用范围广泛。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：包括模型系统、进浆系统和检测系统；

所述模型系统包括底板、内圆筒和外圆筒，所述底板上同心设置有内圆筒和外圆筒，内圆筒和外圆筒之间形成用于灌浆的环形空间，所述外圆筒筒壁相对开设有注浆口和排水口，所述注浆口位于外圆筒下部，所述排水口位于外圆筒上部，所述外圆筒上设置有透明刻度尺；

所述进浆系统包括灌浆平台、拌合灌浆一体机、灌浆管和灌浆阀门，所述拌合灌浆一体机设置于灌浆平台上方，所述拌合灌浆一体机通过灌浆管连接所述模型系统的注浆口，所述灌浆管上设置有灌浆阀门；

所述检测系统包括应变片、pH电极、浊度传感器；所述应变片设置于外圆筒筒壁中部环向三等分处，所述pH电极和浊度传感器设置于模型系统的排水口处。

2.根据权利要求1所述的一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：所述灌浆平台由贝雷架拼装搭建，高度为3-5m，长度为3-5m，宽度为3-5m。

3.根据权利要求1所述的一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：所述拌合灌浆一体机具有搅拌、制浆、储浆、压力灌浆功能，其灌浆压力和流量可自动记录存储和打印，其最大灌浆压力为8MPa。

4.根据权利要求1所述的一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：所述底板、内圆筒和外圆筒均使用透明有机玻璃材料；所述底板为850mm*850mm*10mm的有机玻璃平板，所述内圆筒为外径600mm壁厚6mm高2300mm的有机玻璃亚克力管，所述外圆筒为外径800mm壁厚8mm高2200mm的有机玻璃亚克力管；内圆筒、外圆筒与底板通过有机玻璃焊条进行密封焊接，使内圆筒、外圆筒之间的环形空间宽度固定为92mm；所述注浆口为内径为32mm的有机玻璃管，注浆口距离底板50mm，注浆口与外圆筒通过有机玻璃焊条进行密封焊接；所述排水口为内径为50mm的有机玻璃管，排水口距离外圆筒管顶100mm，排水口与外圆筒通过有机玻璃焊条进行密封焊接。

5.根据权利要求1所述的一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：所述环形空间内放置小型循环水泵。

6.根据权利要求1所述的一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：所述透明刻度尺为0.1mm刻度的菲林尺，透明刻度尺应垂直对称的粘贴在注浆口和排水口。

7.根据权利要求1所述的一种水下灌浆质量检测试验装置，其特征在于：所述应变片为免焊型高精度电阻式应变片，与应变仪连接。

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