本實用新型涉及樁基施工領域，具體是一種可以監(jiān)測灌注樁混凝土澆筑高度的水下鉆孔灌注樁施工監(jiān)測裝置。

背景技術：

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，水下混凝土灌注樁的使用也逐漸增大，比如一些高層建筑物基礎、地下洞室、地下隧道、橋梁、港口、碼頭基礎等，特別是一些高層建筑的基礎設計，為充分利用城市地下空間，幾乎大部分高層與超高層建筑均設計有1-3層地下室，往往采用鉆孔灌注樁進行水下混凝土灌注。

目前水下混凝土灌注采用較多的方法是導管法和泵壓法，其中導管法使用最為廣泛，具體是將密封連接的鋼管(或強度較高的硬質非金屬管)作為水下混凝土的灌注通道，其底部以適當的深度埋在灌入的混凝土攪拌物內，在一定的落差壓力作用下，形成連續(xù)密實的混凝土樁身。一般地下混凝土灌注樁樁頂的設計標高往往在底面以下3-20m左右，混凝土灌注過程中因泥漿混合物的存在，混凝土面的真實標高很難正確定位控制。在進行混凝土澆灌時沒有灌注樁澆灌停漿監(jiān)測手段，經常會造成灌注樁普遍超高1-5米，甚致超過5米，造成了大量的建筑材料的浪費。而且在基坑開挖時還需要截樁，既增加了施工難度，又消耗了大量的人工成本，同時制造了大量的建筑垃圾。

技術實現要素：

本實用新型根據現有技術的不足提供一種能實時監(jiān)測樁頂是否到達預定標高的監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置可以確保樁頂標高在規(guī)定的合理超高范圍內，避免因為灌注樁超高而導致的材料浪費和人工成本。

本實用新型提供的技術方案：所述一種水下鉆孔灌注樁施工監(jiān)測裝置，其特征在于：所述監(jiān)測裝置包括監(jiān)測探頭和顯示器，所述監(jiān)測探頭從至下依次包括測量記錄密封艙、浮力球滑動艙和浮力球，所述浮力球滑動艙與測量記錄密封艙通過絲扣密封連接，浮力球通過導向桿嵌入浮力球滑動艙內，并可在浮力球滑動艙內上下移動；在浮力球與浮力球滑動艙之間的導向桿上設有浮力球的浮力傳感器，在測量記錄密封艙的上端設有第一壓力傳感器，在浮力球滑動艙的下端設有第二壓力傳感器；在測量記錄密封艙內設有測量電路和供電電池，所述力傳感器、第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的信號輸出端均通過信號線與測量電路的信號輸入端連接，測量電路的信號輸出端與顯示器的信號輸入端連接。

本實用新型進一步的技術方案：所述測量記錄密封艙采用外徑55-60mm、長550-600mm的不銹鋼管制成，頂端采用可拆裝式密封帽密封，在密封帽的中央位置設有直徑為6-8mm的高壓尼龍管密封接頭，不銹鋼管的底面直接焊封，并在其密封端面上設有浮力傳感器信號線穿孔和第二壓力傳感器信號線穿孔A，浮力傳感器的信號線和第二壓力傳感器的信號線分別從對應的信號線穿孔伸入測量記錄密封艙內，并在穿入之后，信號線的外緣與信號線穿孔之間呈密封狀；在測量記錄密封艙的下端設有與浮力球滑動艙剛性聯(lián)接的絲扣。

本實用新型進一步的技術方案：所述浮力球滑動艙采用長550-600mm的雙層同心不銹鋼管制作,外管的外徑為55-60mm,內管的內徑為18-25mm；所述內、外管的之間的間隙在兩端密封,形成密封腔，外管上端通過鋼性絲扣與測量記錄密封艙剛性聯(lián)接，在密封腔靠近測量記錄密封艙的端面上開設有第二壓力傳感器信號線穿孔B；所述導向桿上端通過滑動導向裝置安裝在內管內，并在滑動導向裝置的作用下沿著內管上下自由滑動，其滑動的高度為0.3m。

本實用新型較優(yōu)的技術方案：所述浮力球采用硬質工程塑料制作的直徑不大于70mm的空心球或空心圓柱，導向桿設在浮力球的一端，所述導向桿采用不銹鋼制作，其直徑15-20mm，長550-600mm。

本實用新型較優(yōu)的技術方案：所述浮力傳感器為高精度小量程拉壓力傳感器，浮力傳感器與浮力球之間的間距為30-50mm,兩端與導向桿剛性聯(lián)接。

本實用新型較優(yōu)的技術方案：所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器之間的間距為1000mm。

本實用新型較優(yōu)的技術方案：所述傳感器的信號線均通過密封的高壓尼龍管連接到測量記錄密封艙內的測量電路上。

本實用新型較優(yōu)的技術方案：所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均設有測壓保護裝置，所述測壓保護裝置為微型壓力轉換模塊，在轉換模塊內充滿純水，通過彈性膜與泥漿接觸，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別聯(lián)接在對應的轉換模塊壓力腔內。

本實用新型較優(yōu)的技術方案：所述顯示器為顯示屏、智能手機或平板電腦，置于地面，所述測量電路的數字信號通過密封在高壓尼龍管內的信號線送到地面與顯示器連接，并將信號在顯示器上顯示出來，在高壓尼龍管上設有刻度值。

本實用新型的工作原理：鉆孔灌注樁在澆注前，鉆孔中均注滿了護壁泥漿，澆注時是用導管將混凝土從孔底向上澆注，并排除泥漿。監(jiān)測裝置的第一、第二壓力傳感器是用來測量監(jiān)測點深度，浮力球及與其相連的浮力傳感器是用來測量監(jiān)測點的泥漿密度。

本實用新型結構簡單、操作方便、監(jiān)控準確，并可以重復利用，能夠有效的監(jiān)測水下灌注樁的澆筑過程，并能通過監(jiān)測判斷出混凝土澆筑高度，避免混凝土澆筑超高，有效降低建設項目生產成本，可獲得了良好的經濟效益。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的測量記錄密封艙的結構示意圖；

圖3是本實用新型的浮力球滑動艙的結構示意圖；

圖4是本實用新型的使用狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示的一種水下鉆孔灌注樁施工監(jiān)測裝置，其特征在于：所述監(jiān)測裝置包括監(jiān)測探頭1和顯示器2，所述監(jiān)測探頭1從至下依次包括測量記錄密封艙3、浮力球滑動艙4和浮力球5。所述浮力球滑動艙4與測量記錄密封艙3通過絲扣密封連接，浮力球5通過導向桿6嵌入浮力球滑動艙4內，并可在浮力球滑動艙4內上下移動；所述浮力球5采用硬質工程塑料制作的直徑不大于70mm的空心球或空心圓柱，導向桿6設在浮力球5的一端，所述導向桿6采用不銹鋼制作，其直徑15-20mm，長550-600mm。

如圖1所示，在浮力球5與浮力球滑動艙4之間的導向桿6上設有浮力球的浮力傳感器7，所述浮力傳感器7為高精度小量程拉壓力傳感器，浮力傳感器7與浮力球5之間的間距為30-50mm,兩端與導向桿6剛性聯(lián)接。在測量記錄密封艙3的上端設有第一壓力傳感器8，在浮力球滑動艙4的下端設有第二壓力傳感器9，所述第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9之間的間距為1000mm。在測量記錄密封艙3內設有測量電路10和供電電池11，所述力傳感器7、第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9的信號輸出端均通過信號線12與測量電路10的信號輸入端連接，測量電路10的信號輸出端與顯示器2的信號輸入端連接。所述傳感器的信號線12均通過密封的高壓尼龍管連接到測量記錄密封艙3內的測量電路10上。

如圖2所示，所述測量記錄密封艙3采用外徑55-60mm、長550-600mm的不銹鋼管制成，頂端采用可拆裝式密封帽3-1密封，在密封帽3-1的中央位置設有直徑為6-8mm的高壓尼龍管密封接頭3-2，不銹鋼管的底面直接焊封，并在其密封端面上設有浮力傳感器信號線穿孔3-3和第二壓力傳感器信號線穿孔A，在測量記錄密封艙3的下端設有與浮力球滑動艙4剛性聯(lián)接的絲扣3-4。如圖3所示，所述浮力球滑動艙4采用長550-600mm的雙層同心不銹鋼管制作,外管4-1的外徑為55-60mm,內管4-2的內徑為18-25mm；所述內、外管4-2、4-1的之間的間隙在兩端密封,形成密封腔4-3，外管4-1上端通過鋼性絲扣與測量記錄密封艙3剛性聯(lián)接，在密封腔4-3靠近測量記錄密封艙3的端面上開設有第二壓力傳感器信號線穿孔B；所述導向桿6上端通過滑動導向裝置13安裝在內管4-2內，并在滑動導向裝置13的作用下沿著內管4-2上下自由滑動。所述滑動導向裝置13可以是普通的軸承導向裝置，也可以是在內管4-1內壁的兩側對稱開設有滑槽，在導向桿6上設有滑塊，滑塊嵌入滑槽內，并可在推力的作用下向上滑動，其滑動的高度為0.3m。所述浮力傳感器的信號線和第二壓力傳感器的信號線分別從對應的信號線穿孔伸入測量記錄密封艙3內，并在穿入之后，信號線的外緣與信號線穿孔之間呈密封狀。

為保護側壓傳感器，所述第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9均設有測壓保護裝置，所述測壓保護裝置為微型壓力轉換模塊，在轉換模塊內充滿純水，通過彈性膜與泥漿接觸，第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9分別聯(lián)接在對應的轉換模塊壓力腔內。

本實用新型的顯示器2為顯示屏、智能手機或平板電腦，置于地面，所述測量電路10的數字信號通過密封在高壓尼龍管內的信號線送到地面與顯示器2連接，并將信號在顯示器上顯示出來，在高壓尼龍管上設有刻度值，可以確定探頭下方的深度。

本實用新型使用時，所述第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9根據最大測試深度選用合適量程的0.1級壓力傳感器；浮力傳感器7選用0-5kg0.1級拉壓傳感器。使用前，應分別對三支傳感器進行標定，側壓感器通道標定為壓力單位kpa，浮力傳感器7通道采用不同密度的流體標定為流體密度單位g/cm³。

本實用新型具體監(jiān)測時，如圖4所示，將本實用新型的檢測探頭置于灌注樁孔內，按照連接探頭與地面顯示終端的高壓尼龍管上標識的刻度使探頭浮力球5底端處在距設計的樁頂標高0.3m處，顯示器2置于灌注樁孔外，此時通過顯示器觀察浮力球5所在深度的泥漿14密度及深度，同時測量記錄密封艙3中采集電路按預先設置的要求記錄動態(tài)數據。當通過導管澆灌混凝土時，隨著混凝土15頂面的升高，監(jiān)測到的泥漿14密度逐漸增大，當達到某一設定值ρ時(ρ值按工程經驗確定),地面終端發(fā)出語音提示樁頂浮漿到達預定深度，此時可根據工程類比經驗估算尚需的混凝土方量。當混凝土面接觸到浮力球5時，浮力球5開始有向上運動趨勢，此時地面終端第二次發(fā)出語音提示，樁頂距設計標高還有0.3m。當浮力球5滑動到上限位時，地面終端第三次發(fā)出語音提示，樁頂到達設計標高。此時應及時提起探頭，結束澆灌。

本實用新型的浮力傳感器7應采用高精度小量程拉壓傳感器,當孔內泥漿密度發(fā)變化時，浮力球所受浮力發(fā)生改變，浮力傳感器7感受到的力亦發(fā)生改變，采用直接配制密度分別為1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5的標準流體進行率定，使在顯示終端讀數為實際的泥漿密度。浮力傳感器7及其以上導向桿的總質量要略大于浮力球5在純水中2倍的浮力。

本實用新型液面深度測量過程如下：

假設:第一壓力傳感器8距孔內泥漿液面高度為h₁、側壓值為σ₁，第二壓力傳感器9距孔內泥漿液面高度為h₂、側壓值為σ₂，浮力球5 中心距第而壓力傳感器9孔口中心距離為L，浮力球5中心位置距離孔內泥漿液面高度為h。

則有:Δσ＝σ₂-σ₁ ①

Δh＝h₂-h₁＝1000(mm) ②

h＝1/2(h1+h2)+500+L(mm) ③

σ₁＝γ×h₁ ④

σ2＝γ×h₂ ⑤

上述公式中σ₁、σ2為均為測點處液體的實際壓力，壓力＝ρgh；

γ為相應測點處液體的平均重力密度，γ＝ρg；

由上述公式④可以直接推導出：h₁＝σ₁/γ ⑥

由上述公式⑤可以直接推導出：h₂＝σ₂/γ ⑦

將公式④、⑤和②代入公式①可以得到：

Δσ＝σ₂-σ₁＝γ×h₂-γ×h₁

Δσ＝γ(h₂-h₁)＝γ1000

γ＝Δσ/1000 ⑧

將公式⑧分別代入公式⑥和公式⑦得到：

h₁＝σ₁*(1000/Δσ) ⑨

h₂＝σ₂*(1000/Δσ) ⑩

最后將公式⑨和公式⑩代入公式3得到以下結果：

h＝1/2(1000σ₁/Δσ+1000σ₂/Δσ)+500+L

即得到以下公式：h＝500(σ₁+σ₂)/(σ₂-σ₁)+500+L(mm)；

將第一壓力傳感器8測的壓力值σ₁和第二壓力傳感器9測的壓力值σ₂，浮力球5中心距第而壓力傳感器9孔口中心距離為L代入最后推導的公式中便可以計算出浮力球5中心位置距離孔內泥漿液面高度為h，并能準確判斷浮力球5所在液面深度。