[发明专利]一种管桩内土芯高度监测装置及监测方法

说明书

一种管桩内土芯高度监测装置及监测方法，其中装置包括第一滑轮、第二滑轮、卷筒集成、同心电缆、电阻测试仪、卷筒控制一体机、计算机和重球，第一滑轮和第二滑轮的设置高度相同；卷筒集成包括卷筒、力矩传感器、驱动装置；卷筒控制一体机与力矩传感器和驱动装置电连接；重球与同心电缆相连；同心电缆依次绕过第一滑轮、第二滑轮后与卷筒连接；同心电缆包括第三电缆和金属软管；金属软管与第一滑轮之间绝缘，与第二滑轮之间电连接；第二滑轮通过第一电缆与电阻测试仪电连接；第三电缆另一端通过第二电缆与电阻测试仪电连接；计算机与卷筒控制一体机和电阻测试仪连接。本发明解决现有土芯高度测量装置及方法难以采集土芯高度、安全风险高等问题。

技术领域

本发明属于海洋岩土工程以及桩基工程技术领域，尤其涉及一种管桩内土芯高度监测装置及监测方法。

背景技术

钢管桩、预应力混凝土管桩等预制管桩是建筑、桥梁、港口码头、海洋风电工程常用的桩基类型。预制管桩通常采用冲击、振动、静压的方式沉入地基土层中。预制管桩桩尖一般为开口或半闭口的形式，贯入土层的过程中，管桩内部将被土芯填充。由于土芯与管桩内壁存在摩擦阻力以及土拱效应等的影响，沉桩过程管桩可能发生闭塞而土芯高度将不继续随桩贯入土层深度的增加而增加，沉桩后管桩桩端的承载特性基本等同于闭口桩。如果沉桩结束时土芯高度仍在增加，沉桩后桩端的承载特性与沉桩结束时土芯的发展高度、发展速率等密切相关。因此，有必要在沉桩过程监测管桩内部土芯高度的发展趋势，为后续管桩桩端的承载特性分析、承载力计算以及研究管桩内土芯对沉桩过程的影响提供数据。

目前现有的管桩内部土芯高度实测方法主要分为两种：第一种是在沉桩结束后，在桩顶直接测量土芯顶面的深度，该方法无法获得沉桩过程土芯高度随时间发展的数据；第二种是在管桩侧壁开孔，用绳连接设置于管桩内、外的一对重球，内侧重球放置于管桩内土芯顶面，外侧重球自由悬挂，间接通过测量外侧重球的高度来获得内侧重球及土芯顶面的高度，这种方法的外侧重球在动力打桩过程中随着外侧绳长度的增加易受振动荷载不利影响，且外侧重球位置的测量需要靠近管桩和人工实现，安全风险大，难以实现自动化采集，实际上也很难获得沉桩过程土芯高度随时间发展的实时数据。

随着钢管桩、预应力混凝土管桩等预制管桩特别是大直径、超长管桩在工程中越来越多的应用，管桩内土芯的发展规律及其对管桩承载特性、沉桩过程影响等问题的研究愈发必要和关键，亟需提出一种可适用于复杂工程环境、简单便捷易操作，可实时自动监测管桩内土芯高度的管桩内土芯高度监测装置及监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管桩内土芯高度监测装置及监测方法，可适用于复杂工程环境、简单便捷易操作，可实时自动监测管桩内土芯高度，以解决现有土芯高度测量装置及方法难以采集土芯高度、安全风险高等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种管桩内土芯高度监测装置，包括第一滑轮、第二滑轮、卷筒集成、同心电缆、电阻测试仪、卷筒控制一体机、计算机和重球，第一滑轮和第二滑轮分别设置于待测管桩的预留孔孔壁的内侧和外侧，且两者设置高度相同；

卷筒集成包括卷筒、力矩传感器、驱动装置，驱动装置通过力矩传感器与卷筒驱动连接；

卷筒控制一体机分别与力矩传感器和驱动装置电连接；

重球在待测管桩的桩孔内自然垂放至管内泥面，且其与同心电缆相连；

同心电缆依次绕过第一滑轮、第二滑轮后与卷筒连接；

同心电缆包括第三电缆和套设于第三电缆外侧的金属软管，第三电缆和重球连接的一端与金属软管和重球连接的一端电连接；

金属软管与第一滑轮之间绝缘，与第二滑轮之间电连接；

第二滑轮通过第一电缆与电阻测试仪电连接；

第三电缆远离重球的一端通过第二电缆与电阻测试仪电连接；