[发明专利]水下挤密砂桩成桩过程动态测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是涉及一种水下挤密砂桩成桩过程动态测试装置。

背景技术

随着全球经济与集装箱运输业的高速发展，海港码头向离岸、开敞、深水海域发展已经成为必然的发展趋势，伴随着外海筑港，人工岛的建设也向深水区推进，地基加固已成为外海筑港建设中必不可少的施工技术。水下挤密砂桩与传统地基处理方法相比具有独特的优势——加固效果明显，可以快速提高地基承载力，因而可以快速推进施工进程，缩短工期，为在软弱地基上建造重力式结构创造了条件。

做为一种地基加固新技术，水下挤密砂桩能够增加地基强度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力，具有施工周期短，加固效果直接、明显，工序可控性好等优点。可广泛应用于对砂性土、粘性土、有机质土等几乎所有土质的地基加固处理。非常适用于外海人工岛、防波堤、护岸、码头等工程的地基基础加固。

与传统的普通砂桩不同，挤密砂桩是利用振动荷载将特殊钢桩管打入水下软基中，在桩管中灌砂，通过振动设备和管腔增压等装置，经过有规律的反复提升和回打桩管，使砂桩扩径，形成更大直径的挤密砂桩。原地基被砂强制置换，密实的砂桩与软土共同作用构成复合地基，达到改善地基整体稳定性、提升地基整体抗滑与抗剪能力、加快地基固结等效果。与普通砂桩相比，水下挤密砂桩桩体的密实性高，加固的置换率可达60％～70％。

通过对水下挤密砂桩的成桩条件与设备适应能力的研究，可以指导水下挤密砂桩的设计施工，保证施工质量，提高施工效率。因而亟需根据水下挤密砂桩成桩特点，利用从水下挤密砂桩成桩过程的现场实际动态测试中获取的数据对其成桩条件与设备适应能力进行深入研究。针对挤密砂桩成桩的动态测试过程包括：刚入土阶段、沉管至一定深度阶段、沉管至极限阶段和挤密扩径极限阶段的测试。各阶段的动态测试中都涉及到对动端阻力和侧壁摩阻力的测试。

现有技术中对砂桩成桩过程采用的动态测试装置中测量动端阻力用到的传感器主要有电阻式传感器、钢弦式传感器等。电阻式传感器是应用电阻应变片在土压力的作用下发生形变而导致电阻值变化这一原理制作的，具有结构简单、稳定性好等特点。但是它受环境条件影响较大，有分辨率不高等不足之处。钢弦式传感器利用钢弦在不同的张力作用下具有不同的固定频率这一原理实现力的测量，优点是结构简单、效果明显，缺点是易受结构影响，适应频带比较窄。而对水下挤密砂桩成桩过程的动态测试是在潮湿和酸碱盐等腐蚀性环境中进行的，电阻式传感器和钢弦式传感器耐腐蚀能力差，寿命短,不能长期可靠工作。打设砂桩所用的桩管较长，因而也要求测试过程中与传感器连接的导线具有很长的长度，导线本身具有电阻，在测试信号的传输过程中会造成信号的损失，从而降低了测试结果的精度。此外，由于电阻式和钢弦式等类型的传感器不能进行远程传输，在测试现场还需要具有一定规模的信号传输设备和监测室，增加了工作成本。现有技术中的动态测试装置尚未考虑到水下应用环境、测试深度、桩管长度、风浪流等因素的影响，因而并不适于水下挤密砂桩的测试。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种适于对水下挤密砂桩进行现场测试，不易受环境条件、结构条件的影响和限制，并能够保证测试精度的桩管动态测试装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水下挤密砂桩成桩过程动态测试装置，与桩管连接，所述桩管竖直放置且为径向截面为圆形的中空腔体，所述桩管包括构成所述桩管主体的桩身、位于所述桩身顶部的桩顶、位于所述桩身下部的桩端，所述桩端的底部为所述桩管的桩底；所述桩端的内径大于所述桩身的内径，所述桩端内设置有平行于所述桩管的径向截面的端板；所述水下挤密砂桩成桩过程动态测试装置包括：

光纤光栅土压力传感器，固定装设于所述端板上；多组光纤光栅应变计，各组所述光纤光栅应变计沿所述桩管从上至下分布，固定装设于所述桩管的外侧壁上；每组包括两个所述光纤光栅应变计，所述两个光纤光栅应变计相对于所述桩管的中心轴线彼此对称；两组加速度传感器，分别装设于靠近所述桩管的桩顶和桩底的外侧壁上；每组包括两个所述加速度传感器，两个所述加速度传感器相对于所述桩管的中心轴线彼此对称；

所述光纤光栅土压力传感器、光纤光栅应变计与动态光纤光栅解调仪连接，所述加速度传感器与振动及动态信号采集分析仪连接，所述动态光纤光栅解调仪和振动及动态信号采集分析仪均连接于控制处理器。