水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，該測試裝置與樁管連接，包括：與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀連接的光纖光柵土壓力傳感器和多組光纖光柵應(yīng)變計(jì)，與振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀連接的兩組加速度傳感器。光纖光柵土壓力傳感器、光纖光柵應(yīng)變計(jì)、加速度傳感器的線纜外均設(shè)置有線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)。光纖光柵土壓力傳感器固定裝設(shè)于樁管的端板上；各組光纖光柵應(yīng)變計(jì)沿樁管從上至下分布，固定裝設(shè)于樁管的外側(cè)壁上；兩組加速度傳感器分別裝設(shè)于靠近樁管的樁頂和樁底的外側(cè)壁上。本實(shí)用新型提供的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置不易受環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)條件的影響和限制，并能夠保證測試精度，更適于水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種測量裝置，特別是涉及一種水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試 裝直。 水下擠密砂粧成粧過程動(dòng)態(tài)測試裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟(jì)與集裝箱運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，海港碼頭向離岸、開敞、深水海域發(fā)展 已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢，伴隨著外海筑港，人工島的建設(shè)也向深水區(qū)推進(jìn)，地基加固已成 為外海筑港建設(shè)中必不可少的施工技術(shù)。水下擠密砂樁與傳統(tǒng)地基處理方法相比具有獨(dú)特 的優(yōu)勢--加固效果明顯，可以快速提高地基承載力，因而可以快速推進(jìn)施工進(jìn)程，縮短工 期，為在軟弱地基上建造重力式結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件。
[0003] 做為一種地基加固新技術(shù)，水下擠密砂樁能夠增加地基強(qiáng)度，加快地基固結(jié)，減少 結(jié)構(gòu)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、明顯，工序可控性好 等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于對砂性土、粘性土、有機(jī)質(zhì)土等幾乎所有土質(zhì)的地基加固處理。非常 適用于外海人工島、防波堤、護(hù)岸、碼頭等工程的地基基礎(chǔ)加固。
[0004] 與傳統(tǒng)的普通砂樁不同，擠密砂樁是利用振動(dòng)荷載將特殊鋼樁管打入水下軟基 中，在樁管中灌砂，通過振動(dòng)設(shè)備和管腔增壓等裝置，經(jīng)過有規(guī)律的反復(fù)提升和回打樁管， 使砂樁擴(kuò)徑，形成更大直徑的擠密砂樁。原地基被砂強(qiáng)制置換，密實(shí)的砂樁與軟土共同作用 構(gòu)成復(fù)合地基，達(dá)到改善地基整體穩(wěn)定性、提升地基整體抗滑與抗剪能力、加快地基固結(jié)等 效果。與普通砂樁相比，水下擠密砂樁樁體的密實(shí)性高，加固的置換率可達(dá)60%?70%。
[0005] 通過對水下擠密砂樁的成樁條件與設(shè)備適應(yīng)能力的研究，可以指導(dǎo)水下擠密砂樁 的設(shè)計(jì)施工，保證施工質(zhì)量，提高施工效率。因而亟需根據(jù)水下擠密砂樁成樁特點(diǎn)，利用從 水下擠密砂樁成樁過程的現(xiàn)場實(shí)際動(dòng)態(tài)測試中獲取的數(shù)據(jù)對其成樁條件與設(shè)備適應(yīng)能力 進(jìn)行深入研究。針對擠密砂樁成樁的動(dòng)態(tài)測試過程包括：剛?cè)胪岭A段、沉管至一定深度階 段、沉管至極限階段和擠密擴(kuò)徑極限階段的測試。各階段的動(dòng)態(tài)測試中都涉及到對動(dòng)端阻 力和側(cè)壁摩阻力的測試。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中對砂樁成樁過程采用的動(dòng)態(tài)測試裝置中測量動(dòng)端阻力用到的傳感器 主要有電阻式傳感器、鋼弦式傳感器等。電阻式傳感器是應(yīng)用電阻應(yīng)變片在土壓力的作用 下發(fā)生形變而導(dǎo)致電阻值變化這一原理制作的，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但是它受 環(huán)境條件影響較大，有分辨率不高等不足之處。鋼弦式傳感器利用鋼弦在不同的張力作用 下具有不同的固定頻率這一原理實(shí)現(xiàn)力的測量，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、效果明顯，缺點(diǎn)是易受結(jié) 構(gòu)影響，適應(yīng)頻帶比較窄。而對水下擠密砂樁成樁過程的動(dòng)態(tài)測試是在潮濕和酸堿鹽等腐 蝕性環(huán)境中進(jìn)行的，電阻式傳感器和鋼弦式傳感器耐腐蝕能力差，壽命短，不能長期可靠 工作。打設(shè)砂樁所用的樁管較長，因而也要求測試過程中與傳感器連接的導(dǎo)線具有很長的 長度，導(dǎo)線本身具有電阻，在測試信號的傳輸過程中會(huì)造成信號的損失，從而降低了測試結(jié) 果的精度。此外，由于電阻式和鋼弦式等類型的傳感器不能進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，在測試現(xiàn)場還需 要具有一定規(guī)模的信號傳輸設(shè)備和監(jiān)測室，增加了工作成本?，F(xiàn)有技術(shù)中的動(dòng)態(tài)測試裝置 尚未考慮到水下應(yīng)用環(huán)境、測試深度、樁管長度、風(fēng)浪流等因素的影響，因而并不適于水下 擠密砂樁的測試。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種適于 對水下擠密砂樁進(jìn)行現(xiàn)場測試，不易受環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)條件的影響和限制，并能夠保證測試 精度的樁管動(dòng)態(tài)測試裝置。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種水下擠密砂樁成樁過程動(dòng) 態(tài)測試裝置，與樁管連接，所述樁管堅(jiān)直放置且為徑向截面為圓形的中空腔體，所述樁管包 括構(gòu)成所述樁管主體的樁身、位于所述樁身頂部的樁頂、位于所述樁身下部的樁端，所述樁 端的底部為所述樁管的樁底；所述樁端的內(nèi)徑大于所述樁身的內(nèi)徑，所述樁端內(nèi)設(shè)置有平 行于所述樁管的徑向截面的端板；所述水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置包括：
[0009] 光纖光柵土壓力傳感器，固定裝設(shè)于所述端板上；多組光纖光柵應(yīng)變計(jì)，各組所述 光纖光柵應(yīng)變計(jì)沿所述樁管從上至下分布，固定裝設(shè)于所述樁管的外側(cè)壁上；每組包括兩 個(gè)所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)，所述兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)相對于所述樁管的中心軸線彼此對稱； 兩組加速度傳感器，分別裝設(shè)于靠近所述樁管的樁頂和樁底的外側(cè)壁上；每組包括兩個(gè)所 述加速度傳感器，兩個(gè)所述加速度傳感器相對于所述樁管的中心軸線彼此對稱；
[0010] 所述光纖光柵土壓力傳感器、光纖光柵應(yīng)變計(jì)與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀連接，所述 加速度傳感器與振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀連接，所述動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀和振動(dòng)及動(dòng)態(tài) 信號采集分析儀均連接于控制處理器。
[0011] 優(yōu)選地，所述光纖光柵土壓力傳感器的線纜外設(shè)置有光纖光柵土壓力傳感器線纜 保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜外設(shè)置有光纖光柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述加速 度傳感器的線纜外設(shè)置有加速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選地，所述光纖光柵土壓力傳感器包括本體和線纜引出部，所述本體的外圈固 定連接有鋼板并通過所述鋼板固定連接在所述端板的底部，所述光纖光柵土壓力傳感器的 線纜從所述線纜引出部引出；所述端板上開設(shè)有與所述線纜引出部相對應(yīng)的端板通孔，所 述線纜引出部穿過所述端板通孔向上伸出；所述樁管的管壁上開設(shè)有管壁通孔，所述光纖 光柵土壓力傳感器的線纜穿過所述管壁通孔向所述樁管外穿出。
[0013] 優(yōu)選地，所述光纖光柵土壓力傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括橡膠管和鋼管；所述光纖 光柵土壓力傳感器的線纜外包覆有所述橡膠管，所述橡膠管位于所述樁管內(nèi)部的部分套設(shè) 有所述鋼管。
[0014] 優(yōu)選地，每個(gè)所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)具有四個(gè)焊接角，四個(gè)所述焊接角焊接在所述 樁管的外側(cè)壁上。
[0015] 優(yōu)選地，所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括石棉布、槽鋼和橡膠管；所述樁管 的外側(cè)壁上固定有沿所述樁管的軸向延伸的鋼筋；所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜外包覆有所 述石棉布并綁縛于所述鋼筋上；包覆有所述石棉布的所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜和所述鋼 筋外罩設(shè)有所述槽鋼，所述槽鋼由下向上延伸至距樁底為所述樁管總長的3/4處且固定連 接于所述樁管的外側(cè)壁；綁縛有所述石棉布的所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜伸出所述槽鋼的 部分包覆有橡膠管。
[0016] 優(yōu)選地，所述樁管的外側(cè)壁上固定裝設(shè)有加速度傳感器安裝座，所述加速度傳感 器固定安裝在所述加速度傳感器安裝座上；所述加速度傳感器和加速度傳感器安裝座外罩 設(shè)有封閉保護(hù)殼，所述封閉保護(hù)殼上設(shè)有供所述加速度傳感器的線纜引出的線纜引出孔， 所述封閉保護(hù)殼與所述樁管固定連接。
[0017] 優(yōu)選地，所述加速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括橡膠管和角鋼，所述加速度傳感器 的線纜包覆有所述橡膠管并從所述線纜引出孔中穿出所述封閉保護(hù)殼，所述加速度傳感 器的線纜外露于所述封閉保護(hù)殼以外的部分罩設(shè)有所述角鋼，所述角鋼與所述樁管固定連 接。
[0018] 優(yōu)選地，所述樁管的總長為64. 5m，從樁頂至樁底布置有1#?7#共7個(gè)測試截面； 所述測試截面為所述樁管的徑向截面且彼此平行；所述1#測試截面位于距樁底62. 5m處； 2#測試截面位于距樁底52. 5m處；3#測試截面位于距樁底22. 5m處；4#測試截面位于距樁 底12. 5m處；5#測試截面位于距樁底6. 5m處；6#測試截面位于距樁底2. 5m處；7#測試截 面位于距樁底0. 25m處；所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)有七組，依次布設(shè)于所述1#測試截面至7#測 試截面處；兩組所述加速度傳感器分別布設(shè)于所述1#測試截面和6#測試截面處。
[0019] 優(yōu)選地，所述加速度傳感器為電流式傳感器；所述動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀的動(dòng)態(tài)測 試頻率為256Hz。
[0020] 如上所述，本實(shí)用新型提供的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置用光纖光柵土 壓力傳感器和光纖光柵應(yīng)變計(jì)用于對樁管底部土體壓力和樁管軸應(yīng)力的測量，取代了傳統(tǒng) 的砂樁成樁過程測試裝置中采用的電阻式傳感器或鋼弦式傳感器，光纖光柵傳感器更適于 在海水中等較惡劣環(huán)境下使用，而且信號傳輸損耗小，可實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)程傳輸。加速度傳感 器通過線纜與振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀連接，光纖光柵土壓力傳感器和光纖光柵應(yīng)變計(jì) 通過線纜與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀連接，在連接前，光纖光柵土壓力傳感器的線纜外設(shè)置有 光纖光柵土壓力傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜外設(shè)置有光纖光柵應(yīng)變計(jì)線 纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，加速度傳感器的線纜外設(shè)置有加速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)。這些線纜保護(hù)結(jié) 構(gòu)防止線纜在使用過程中受到損傷，耐腐蝕抗干擾，保證了測試信號的精度。本實(shí)用新型提 供的動(dòng)態(tài)測試裝置不易受環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)條件的影響和限制，更適于水下擠密砂樁成樁過 程的動(dòng)態(tài)測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1顯示為本實(shí)用新型的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置的樁管結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0022] 圖2顯示為本實(shí)用新型的樁管的樁端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3顯示為圖2沿A-A線的徑向截面示意圖。
[0024] 圖4顯示為本實(shí)用新型的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖5顯示為圖1中1#測試截面示意圖。
[0026] 圖6顯不為圖1中2# -5#測試截面不意圖。
[0027] 圖7顯示為圖1中6#測試截面示意圖。
[0028] 圖8顯示為圖1中7#測試截面示意圖。
[0029] 元件標(biāo)號說明
[0030] 1 樁管
[0031] 11 1#測試截面
[0032] 12 2#測試截面
[0033] 13 3#測試截面
[0034] 14 4#測試截面
[0035] 15 5#測試截面
[0036] 16 6#測試截面
[0037] 17 7#測試截面
[0038] 181 樁頂
[0039] 182 樁身
[0040] 183 樁端
[0041] 184 端板
[0042] 185 十字筋板
[0043] 186 樁底
[0044] 2 光纖光柵應(yīng)變計(jì)
[0045] 3 加速度傳感器
[0046] 4 光纖光柵土壓力傳感器
[0047] 5 動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀
[0048] 6 振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀
[0049] 7 控制處理器

【具體實(shí)施方式】
[0050] 以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說 明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過另 外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng) 用，在沒有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0051] 請參閱圖1至圖8。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本實(shí)用新型的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本實(shí)用新型中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí) 的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改 變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0052] 本實(shí)用新型提供的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置與樁管1連接，用于對水 下擠密砂樁的成樁過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試。圖1至圖3顯示了樁管1的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1至圖 3所示，樁管1為中空的腔體，徑向截面為圓形，樁管1堅(jiān)直放置，包括構(gòu)成樁管1主體的樁 身182、位于樁身182頂部的樁頂181、位于樁身182下部的樁端183,樁端183的底部為樁 底186。于實(shí)施例中，樁管1的樁身182直徑一般在800mm-1000mm，厚度為20mm，樁身182 與樁端183之間采用焊接。樁端183的內(nèi)徑大于樁身182的內(nèi)徑，樁端183的空腔內(nèi)固定 裝設(shè)有十字筋板185,十字筋板185連接于樁端183的內(nèi)管壁且平行于樁管1的徑向截面。 十字筋板185上固定裝設(shè)有端板184,端板184為圓形或環(huán)形，用以提高樁端183結(jié)構(gòu)的剛 度和耐久性。
[0053] 圖4所示為本實(shí)用新型的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置的構(gòu)成圖。本實(shí)用 新型提供的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置包括1個(gè)光纖光柵土壓力傳感器4、多組 光纖光柵應(yīng)變計(jì)2和兩組加速度傳感器3。與傳統(tǒng)的砂樁成樁過程測試裝置中采用的電阻 式傳感器或鋼弦式傳感器不同，光纖光柵傳感器的抗電磁干擾能力強(qiáng)、電絕緣性能好、耐腐 蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定，適宜在海水中等較惡劣環(huán)境下使用；而且光纖光柵傳感器的信號傳輸損 耗小，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙控監(jiān)測，因此更適于水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試。
[0054] 在水下擠密砂樁的成樁過程中，光纖光柵土壓力傳感器4用于實(shí)時(shí)測試端板184 受到的壓力，以獲得下部土體傳遞到樁端183的動(dòng)端阻力值。光纖光柵應(yīng)變計(jì)2用于測試 樁管1的軸應(yīng)力變化即樁管1受到的動(dòng)側(cè)壁摩阻力。加速度傳感器3用于實(shí)時(shí)測量樁管1 的加速度，采用對加速度傳感器3進(jìn)行電路積分的形式實(shí)時(shí)測量樁管1的振幅。于實(shí)施例 中，加速度傳感器3為電流式傳感器。
[0055] 光纖光柵土壓力傳感器4、光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀5連 接。動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀5的動(dòng)態(tài)測試頻率為256Hz。加速度傳感器3與振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號 采集分析儀6連接。動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀5和振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀6均連接于控制 處理器7。動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀5、振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀6和控制處理器7位于監(jiān)控 船的控制室內(nèi)?？刂铺幚砥?對各個(gè)傳感器采集到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析處理，可以為 一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化 智能電子設(shè)備，其硬件包括但不限于微處理器、FPGA、DSP、嵌入式設(shè)備等。
[0056] 針對水下擠密砂樁的沉管過程，控制處理器7利用光纖光柵土壓力傳感器4測試 采集的動(dòng)端阻力數(shù)據(jù)，光纖光柵應(yīng)變計(jì)2測試采集到的動(dòng)側(cè)壁摩阻力數(shù)據(jù)以及加速度傳感 器3測試采集到的振動(dòng)加速度值、振動(dòng)幅值進(jìn)行動(dòng)端阻力與靜端阻力的相關(guān)性分析、動(dòng)側(cè) 壁摩阻力與靜側(cè)壁摩阻力的相關(guān)性分析，從而獲得擠密砂樁成樁過程中動(dòng)、靜端阻力在粘 性土中的變化規(guī)律及動(dòng)側(cè)壁摩阻力折減系數(shù)，為水下擠密砂樁成樁過程中的可打性計(jì)算提 供參考依據(jù)。針對水下擠密砂樁的擠密擴(kuò)徑過程，控制處理器7分析動(dòng)端阻力值與沉管速 率的對應(yīng)關(guān)系，為擠密砂樁成樁過程中的停錘標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)支撐。
[0057] 光纖光柵土壓力傳感器4固定裝設(shè)于端板184上。請參閱圖1和圖5至圖8,如圖 所示，各組光纖光柵應(yīng)變計(jì)2沿樁管1從上至下分布，固定裝設(shè)于樁管1的外側(cè)壁上。光纖 光柵應(yīng)變計(jì)2的組數(shù)多少根據(jù)樁管1的長度而定。每組包括兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)2,這兩個(gè) 光纖光柵應(yīng)變計(jì)2相對于樁管1的中心軸線彼此對稱設(shè)置。兩組加速度傳感器3分別裝設(shè) 于樁管1靠近樁頂181和樁底186的外側(cè)壁上，每組包括兩個(gè)加速度傳感器3,這兩個(gè)加速 度傳感器3相對于樁管1的中心軸彼此對稱。
[0058] 如圖1和圖5至圖8所示，于實(shí)施例中，樁管1的總長為64. 5m，從樁頂181至樁底 186布置有1#?7#共7個(gè)測試截面。1#測試截面11靠近樁頂181處，位于距樁底62. 5m 處；2#測試截面12位于距樁底52. 5m處；3#測試截面13位于距樁底22. 5m處；4#測試截 面14位于距樁底12. 5m處；5#測試截面15位于距樁底6. 5m處；6#測試截面16靠近樁底， 位于距樁底2. 5m處；7#測試截面17位于距樁底0. 25m的樁端183上。光纖光柵應(yīng)變計(jì)2 共有七組，依次布置于1#測試截面11至7#測試截面17,每組的兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)2相 對于樁管1的中心軸線彼此對稱。兩組加速度傳感器3分別裝設(shè)于1#測試截面11和6# 測試截面16處。光纖光柵應(yīng)變計(jì)2與加速度傳感器3相鄰，便于線纜的保護(hù)和整理。
[0059] 為防止傳感器以及傳感器的線纜或?qū)Ь€在使用中受到損傷，保證測試信號的傳輸 及動(dòng)態(tài)測試結(jié)果的精度，在光纖光柵土壓力傳感器4的線纜外設(shè)置有光纖光柵土壓力傳感 器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜外設(shè)置有光纖光柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，加速 度傳感器3的線纜外設(shè)置有加速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0060] 光纖光柵土壓力傳感器4包括本體和線纜引出部。本體的外圈固定連接有鋼板， 本體的外圈與鋼板之間可通過焊接連接。光纖光柵土壓力傳感器4的線纜從線纜引出部引 出，本體和鋼板固定連接在端板184的底部。端板184上開設(shè)有與線纜引出部相對應(yīng)的端 板通孔，線纜引出部穿過端板通孔向上伸出。樁管1的管壁上開設(shè)有管壁通孔，光纖光柵土 壓力傳感器4的線纜穿過管壁通孔向樁管1外穿出。光纖光柵土壓力傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu) 包括橡膠管和鋼管，光纖光柵土壓力傳感器4的線纜外包覆有橡膠管。由于樁管1內(nèi)部在 擠密砂樁成樁過程中不但有土壓力的變化還有氣體壓力的變化，為進(jìn)一步保護(hù)光纖光柵土 壓力傳感器4的線纜，位于樁管1內(nèi)部的線纜除了包覆有橡膠管還在橡膠管外套設(shè)有鋼管。
[0061] 每個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)2具有四個(gè)焊接角，四個(gè)焊接角通過點(diǎn)焊的方式焊接在樁管 1的外側(cè)壁上，同時(shí)保持光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的垂直度。光纖光柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括 石棉布、槽鋼和橡膠管。光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜很長，需要固定在樁管1的外側(cè)壁上，因 此在樁管1的外側(cè)壁上固定有沿樁管1的軸向延伸布設(shè)的鋼筋，光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜 外包覆有石棉布并通過扎帶綁縛于鋼筋上。包覆有石棉布的光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜和鋼 筋外罩設(shè)有槽鋼。槽鋼焊接在樁管1的外側(cè)壁上，由下向上延伸至距樁底186為樁管1總 長的3/4處。于實(shí)施例中，槽鋼從樁底186焊接至距樁底48m高度的位置。在高出48m的 位置，綁縛有石棉布的光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜從槽鋼中伸出，伸出槽鋼的部分包覆有橡 膠管，以防止因振動(dòng)而導(dǎo)致線纜被槽鋼的邊緣磨損割斷。位于水面以上的光纖光柵應(yīng)變計(jì) 2的線纜仍需要用橡膠管包裹保護(hù)以免磨損。位于樁頂181處的光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜 應(yīng)注意固定保護(hù)，防止因線纜過重而折斷，或因樁管1振動(dòng)將線纜磨損。在安裝光纖光柵應(yīng) 變計(jì)2時(shí)，還應(yīng)同時(shí)對光纖光柵應(yīng)變計(jì)2進(jìn)行監(jiān)測，保證其在安裝過程中未被損壞。
[0062] 安裝完畢后，將光纖光柵土壓力傳感器4和光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的所有線纜歸為一 束，線纜每隔幾十厘米用扎帶綁扎，線纜與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀5連接并放至監(jiān)控船的控 制室內(nèi)。
[0063] 加速度傳感器3主要采用螺栓錨固的方式進(jìn)行安裝。樁管1的外側(cè)壁上固定裝設(shè) 有加速度傳感器安裝座，在加速度傳感器3的底面和螺栓螺紋處涂抹環(huán)氧樹脂，并用一根 大螺栓和一根小螺絲將加速度傳感器3固定安裝在加速度傳感器安裝座上，保證螺栓不會(huì) 由于樁管1在成樁過程時(shí)的振動(dòng)而松脫。加速度傳感器3和加速度傳感器安裝座外罩設(shè)有 封閉保護(hù)殼，封閉保護(hù)殼上設(shè)有供加速度傳感器3的線纜引出的線纜引出孔，封閉保護(hù)殼 與樁管1固定連接。
[0064] 加速度傳感器3的線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括橡膠管和角鋼，加速度傳感器3的線纜包覆 有橡膠管并從線纜引出孔中穿出，加速度傳感器3的線纜穿出線纜引出孔的部分罩設(shè)有角 鋼以防止線纜受到磨損和腐蝕，角鋼與樁管1固定連接。
[0065] 綜上所述，本實(shí)用新型提供的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置用光纖光柵土 壓力傳感器4和光纖光柵應(yīng)變計(jì)2用于對樁管1底部土體壓力和樁管1軸應(yīng)力的測量，取代 了傳統(tǒng)的砂樁成樁過程測試裝置中采用的電阻式傳感器或鋼弦式傳感器，光纖光柵傳感器 更適于在海水中等較惡劣環(huán)境下使用，而且信號傳輸損耗小，可實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)程傳輸。加速 度傳感器3通過線纜與振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀6連接，光纖光柵土壓力傳感器4和光 纖光柵應(yīng)變計(jì)2通過線纜與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀5連接。光纖光柵土壓力傳感器4的線纜 外設(shè)置有光纖光柵土壓力傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，光纖光柵應(yīng)變計(jì)2的線纜外設(shè)置有光纖光 柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，加速度傳感器3的線纜外設(shè)置有加速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)。這 些線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)防止線纜在使用過程中受到損傷，耐腐蝕抗干擾，保證了測試信號的精度。 本實(shí)用新型提供的動(dòng)態(tài)測試裝置不易受環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)條件的影響和限制，更適于水下擠 密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度 產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[〇〇66] 上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新 型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行 修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精 神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，與樁管連接，所述樁管堅(jiān)直放置且為徑 向截面為圓形的中空腔體，所述樁管包括構(gòu)成所述樁管主體的樁身、位于所述樁身頂部的 樁頂、位于所述樁身下部的樁端，所述樁端的底部為所述樁管的樁底；所述樁端的內(nèi)徑大于 所述樁身的內(nèi)徑，所述樁端內(nèi)設(shè)置有平行于所述樁管的徑向截面的端板；其特征在于，所述 水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置包括： 光纖光柵土壓力傳感器，固定裝設(shè)于所述端板上； 多組光纖光柵應(yīng)變計(jì)，各組所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)沿所述樁管從上至下分布，固定裝設(shè) 于所述樁管的外側(cè)壁上；每組包括兩個(gè)所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)，所述兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)相 對于所述樁管的中心軸線彼此對稱； 兩組加速度傳感器，兩組所述加速度傳感器分別裝設(shè)于靠近所述樁管的樁頂和樁底的 外側(cè)壁上；每組包括兩個(gè)所述加速度傳感器，兩個(gè)所述加速度傳感器相對于所述樁管的中 心軸線彼此對稱； 所述光纖光柵土壓力傳感器、光纖光柵應(yīng)變計(jì)與動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀連接，所述加速 度傳感器與振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號采集分析儀連接，所述動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀和振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號 采集分析儀均連接于控制處理器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述光 纖光柵土壓力傳感器的線纜外設(shè)置有光纖光柵土壓力傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述光纖光柵 應(yīng)變計(jì)的線纜外設(shè)置有光纖光柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述加速度傳感器的線纜外設(shè)置有 加速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述光 纖光柵土壓力傳感器包括本體和線纜引出部，所述本體的外圈固定連接有鋼板并通過所述 鋼板固定連接在所述端板的底部，所述光纖光柵土壓力傳感器的線纜從所述線纜引出部引 出；所述端板上開設(shè)有與所述線纜引出部相對應(yīng)的端板通孔，所述線纜引出部穿過所述端 板通孔向上伸出；所述樁管的管壁上開設(shè)有管壁通孔，所述光纖光柵土壓力傳感器的線纜 穿過所述管壁通孔向所述樁管外穿出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述光 纖光柵土壓力傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括橡膠管和鋼管；所述光纖光柵土壓力傳感器的線纜 外包覆有所述橡膠管，所述橡膠管位于所述樁管內(nèi)部的部分套設(shè)有所述鋼管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：每個(gè)所 述光纖光柵應(yīng)變計(jì)具有四個(gè)焊接角，四個(gè)所述焊接角焊接在所述樁管的外側(cè)壁上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述光 纖光柵應(yīng)變計(jì)線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括石棉布、槽鋼和橡膠管；所述樁管的外側(cè)壁上固定有沿所 述樁管的軸向延伸的鋼筋；所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜外包覆有所述石棉布并綁縛于所述 鋼筋上；包覆有所述石棉布的所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜和所述鋼筋外罩設(shè)有所述槽鋼， 所述槽鋼由下向上延伸至距樁底為所述樁管總長的3/4處且固定連接于所述樁管的外側(cè) 壁；綁縛有所述石棉布的所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)的線纜伸出所述槽鋼的部分包覆有橡膠管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述樁 管的外側(cè)壁上固定裝設(shè)有加速度傳感器安裝座，所述加速度傳感器固定安裝在所述加速度 傳感器安裝座上；所述加速度傳感器和加速度傳感器安裝座外罩設(shè)有封閉保護(hù)殼，所述封 閉保護(hù)殼上設(shè)有供所述加速度傳感器的線纜引出的線纜引出孔，所述封閉保護(hù)殼與所述樁 管固定連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述加 速度傳感器線纜保護(hù)結(jié)構(gòu)包括橡膠管和角鋼，所述加速度傳感器的線纜包覆有所述橡膠管 并從所述線纜引出孔中穿出所述封閉保護(hù)殼，所述加速度傳感器的線纜外露于所述封閉保 護(hù)殼以外的部分罩設(shè)有所述角鋼，所述角鋼與所述樁管固定連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述樁 管的總長為64. 5m，從樁頂至樁底布置有1#?7#共7個(gè)測試截面；所述測試截面為所述樁 管的徑向截面且彼此平行；所述1#測試截面位于距樁底62. 5m處；2#測試截面位于距樁底 52. 5m處；3#測試截面位于距樁底22. 5m處；4#測試截面位于距樁底12. 5m處；5#測試截 面位于距樁底6. 5m處；6#測試截面位于距樁底2. 5m處；7#測試截面位于距樁底0. 25m處； 所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)有七組，依次布設(shè)于所述1#測試截面至7#測試截面處；兩組所述加速 度傳感器分別布設(shè)于所述1#測試截面和6#測試截面處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下擠密砂樁成樁過程動(dòng)態(tài)測試裝置，其特征在于：所述加 速度傳感器為電流式傳感器；所述動(dòng)態(tài)光纖光柵解調(diào)儀的動(dòng)態(tài)測試頻率為256Hz。
【文檔編號】E02D13/06GK203891027SQ201420300697
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張曦, 周國然, 劉璐, 吳心怡, 時(shí)蓓玲, 熊文峰, 邱松, 盧益峰, 張海, 胡小波, 徐明賢 申請人:中交上海三航科學(xué)研究院有限公司, 中交第三航務(wù)工程局有限公司, 中交三航局工程船舶有限公司