[发明专利]沉桩过程管桩土塞高度监测装置及监测方法

说明书

本发明提供了一种沉桩过程管桩土塞高度监测装置及监测方法，其包括：第一带编码器定滑轮、第二带编码器定滑轮、第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、编码器采集及卷扬机控制一体机、计算机、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第一定滑轮、第二定滑轮、第一支架、第二支架及重球，第一带编码器定滑轮及第二带编码器定滑轮记录自身转动的圈数并将数据信息传送至编码器采集及卷扬机控制一体机，编码器采集及卷扬机控制一体机将转动的圈数采集并传输至计算机换算成钢丝绳收放长度，并控制第一电动卷扬机及第二电动卷扬机根据换算得到的长度收放钢丝绳。本发明的装置和方法解决了现有土塞高度测量装置及方法难以适用于海上沉桩工况、安全风险高等问题。

技术领域

本发明涉及海洋岩土工程以及桩基工程技术领域，尤其涉及一种用于沉桩过程管桩土塞高度实时监测的装置及方法。

背景技术

钢管桩、混凝土管桩是一种常用的桩基础形式，在开口、部分开口管桩沉桩过程中，一部分桩端土进入桩内，形成土塞。管桩由于土塞引起的闭塞效应对于其沉桩过程影响显著，对于沉桩后管桩的承载性能同样起着关键作用。因此，研究管桩内土塞的形成过程(土塞高度随桩入土深度变化规律)对于管桩沉桩可行性预测、沉桩参数选择以及承载特性分析具有重要意义。

已有的土塞高度实测方法可分为两种：一种是打桩中止后，在管桩口直接量测土塞深度以计算土塞高度；另一种是在管桩侧壁开孔，通过放置测绳直接量测土塞深度以计算土塞高度。由于沉桩过程一般是连续的，第一种方法无法获得沉桩过程中的土塞高度变化情况，第二种方法原则上可以用于监测沉桩过程中的土塞高度变化，但在侧壁开孔附近量测和读数需预先架设平台，自动化程度低，同时安全风险较高，在海上打桩，特别是采用吊锤施打时难以操作。

随着海洋资源的不断开发利用，超长、大管桩在海洋工程中将被更多的应用，针对管桩土塞问题的研究将愈发必要，一种可适用于海上管桩沉桩过程土塞高度实时监测的装置及方法亟需提出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可应用于工程现场、简单便捷易操作的实时监测土塞高度的装置及方法，以有效解决现有土塞高度测量装置及方法难以适用于海上沉桩工况、安全风险高等问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种沉桩过程管桩土塞高度监测装置，其包括：第一带编码器定滑轮、第二带编码器定滑轮、第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、编码器采集及卷扬机控制一体机、计算机、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第一定滑轮、第二定滑轮、第一支架、第二支架及重球，

第一带编码器定滑轮、第二带编码器定滑轮架设在待测管桩同一外侧的监测平台的同一竖直面内且架设高度相同；第一定滑轮及第二定滑轮分别设置于待测管桩的预留孔孔壁内、外侧且设置高度相同；重球在待测管桩的桩孔内自然垂放至管内泥面，重球与第一钢丝绳及第二钢丝绳相连；第一钢丝绳依次绕过第一定滑轮、第二定滑轮、第一带编码器定滑轮后与第一电动卷扬机连接；第二钢丝绳依次绕过第一定滑轮、第二定滑轮、第二带编码器定滑轮后与第二电动卷扬机连接；第一带编码器定滑轮、第二带编码器定滑轮、第一电动卷扬机、第二电动卷扬机均电路连接至编码器采集及卷扬机控制一体机，编码器采集及卷扬机控制一体机与计算机连接，第一带编码器定滑轮及第二带编码器定滑轮记录自身转动的圈数并将数据信息传送至编码器采集及卷扬机控制一体机，编码器采集及卷扬机控制一体机将转动的圈数采集并传输至计算机换算成钢丝绳收放长度，并控制第一电动卷扬机及第二电动卷扬机根据换算得到的长度收放钢丝绳。

具体地来说，所述第一定滑轮、第二定滑轮分别通过第一支架及第二支架安装固定于待测管桩预留孔孔壁。

作为优选方式，第一电动卷扬机、第二电动卷扬机、编码器采集及卷扬机控制一体机、计算机均安置于所述监测平台上。

本发明的另一目的在于提供一种监测沉桩过程管桩土塞高度的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种沉桩过程管桩土塞高度监测方法，其包括以下步骤：