[发明专利]一种用于砂桩质量实时控制的超声波监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及砂桩的施工方案，具体涉及砂桩质量的实时监控与评估的测试方案。

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。砂桩适用于挤密松散砂土、粉土以及淤泥质土层等地基加固。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，即待一片区域砂桩施工完成后，对砂桩进行抽样检测，采用标准贯入试验或静力触探等方法进行检测，若存在不合格砂桩须返工处理直至检测合格。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。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，避免事后返工，节约工期。

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用于砂桩质量实时控制的超声波测试系统及方法，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，本发明提供的用于砂桩质量实时控制的超声波监测系统，包括超声波监测装置以及砂桩沉管钢套管，所述超声波测试装置实时监测砂桩沉管钢套管下端管内砂柱的声波传播速度。

进一步的，所述超声波监测装置主要包括：声波测试仪，声波发射探头以及声波接收探头，所述声波发射探头与声波接收探头对称的安置在砂桩沉管钢套管下部内侧，所述声波测试仪分别与声波发射探头和声波接收探头数据连接。

进一步的，所述超声波测试装置还包括探头密封套管，所述探头密封套管固定密封声波发射探头和/或声波接收探头，且探头密封套管内充满水。

进一步的，所述探头密封套管为可开口密封结构。

进一步的，所述声波测试仪通过电缆线连接声波发射探头以及声波接收探头。

进一步的，所述砂桩沉管钢套管在对应于声波发射探头以及声波接收探头的位置开缆线孔，用于从砂桩沉管钢套管外侧将声波发射探头和声波接收探头的电缆线从砂桩沉管钢套管内侧引出。

进一步的，所述电缆线通过电缆线保护套管引至砂桩沉管钢套管桩头并与声波测试仪连接。

进一步的，砂桩沉管钢套管对应于缆线孔位置设置密封件。

为了达到上述目的，本发明提供的用于砂桩质量实时控制的超声波监测方法，所述监测方法通过实时监测砂桩沉管钢套管下端管内砂柱的声波传播速度，并根据声波传播速度评判砂桩的密实度。

进一步的，所述超声波监测方法还包括通过对不同密实度砂柱进行声波测试，获得不同密实度下的声波传播速度，在对密实度和声波传播速度进行数据拟合，确定出声波传播速度与砂柱密实度间的对应关系步骤。

进一步的，所述超声波监测方法包括：

发射声波，并接受穿过砂桩沉管钢套管内砂土的声波；

根据接收到的声波，计算获得最终声波穿过砂桩沉管钢套管内砂土的传输速度；

根据声波传播速度与砂柱密实度之间的对应关系，评判砂桩沉管钢套管内砂土的密实度；

通过实时监控砂桩施工过程中波速变化情况，指导砂桩后续施工。

本发明提供的砂桩质量控制超声波监测方案不受地下水土环境影响，具有优良的信号抗干扰能力，超声波监测可实现砂桩施工过程中对每根砂桩声速实时监控，监控砂桩实时密实度，将砂桩质量控制提至施工阶段，确保每根砂桩成型质量，避免砂桩返工问题，节约工期。

再者，本方案可适用于不同地质环境、结构形式的砂桩施工，并能保证测试精度，以及砂桩的施工质量。

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超声波监测系统的组成示意图；

图2所示为本发明实例中砂桩沉管钢套管的剖面结构示意图。