桩土压力监测系统及监测方法与流程

1.本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种桩土压力监测系统及监测方法。


背景技术：

2.因技术研究、工程设计需要，常在钻孔灌注桩布设测试元件，测试作用于其上的土压力，分析其工作状态。现在常用的土测试元件厚度为20mm～50mm，刚度大，且只能单面感应土压力；而对于存在地下水或空间不足等因素致使人员无法下至指定位置布设测试元件的情况，上述土测试元件适应性较差。另外，目前常用的钻孔灌注桩上土测试元件埋设方法是挂布法、伸缩杆法等，这些方法操作复杂，而且给施工带来许多困难和不便。测试元件及埋设方法的不合理，致使作用于钻孔灌注桩上的土压力难以测试或测试效果不佳。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种桩土压力监测系统，解决现有技术中测试元件埋设操作复杂、埋设困难不便、埋设效果差的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提供一种桩土压力监测系统，用于探测钻孔灌注桩桩侧土压力，所述钻孔灌注桩包括桩体和钢筋笼，其特征在于，所述桩土压力监测系统包括测试元件和递送件，所述递送件包括连接部和外接部，所述测试元件连接在所述外接部外侧，所述递送件通过所述连接部与所述钢筋笼机械连接；所述递送件至少具有第一形态和第二形态，当所述递送件处于第一形态时，所述测试元件靠近所述钢筋笼外侧，当所述递送件由所述第一形态转变为所述第二形态时，所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动，当所述递送件处于第二形态时，所述测试元件外侧贴合于所述桩侧土。
5.本发明还提供一种利用所述桩土压力监测系统的桩侧土压力监测方法，包括以下步骤：
6.步骤1，下放所述钢筋笼进钻孔中，保持所述递送件在所述钢筋笼下放过程中处于所述第一形态；
7.步骤2，所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动，直至所述递送件处于所述第二形态；
8.步骤3，浇筑混凝土，待形成强度，所述测试元件两侧分别贴合所述钻孔灌注桩和所述桩侧土；
9.步骤4，收集所述测试元件感应的桩侧土压力数据。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的桩土压力监测系统，可有效适用于存在地下水或空间不足等因素致使人员无法下至指定位置布设测试元件的情况，传感器布设效果好，可很好地感应作用于钻孔灌注桩的土压力，显著提高数据采集的真实性，并为现场施工及土压力测试操作提供便利。
11.优选的，还包括形变发生装置，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述递送件维持在所述第一形态，所述递送件具有使所述外接部向外侧方向运动的势能，当所述形
变发生装置对所述外接部的作用消除时，所述递送件能够自主从所述第一形态转变到所述第二形态。
12.优选的，还包括形变控制装置，所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述形变控制装置控制所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述外接部相对于所述连接部发生向外侧方向运动。
13.优选的，还包括形变发生装置和形变控制装置；所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动；所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述形变控制装置控制所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述外接部相对于所述连接部发生或停止向外侧方向运动。
14.优选的，所述递送件由所述第一形态经弹性变形转变为所述第二形态，所述递送件始终处于弹性变形范围内。
15.优选的，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置，所述步骤1中，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述递送件维持在所述第一形态，所述递送件具有使所述外接部向外侧方向运动的势能，当所述形变发生装置对所述外接部的作用消除时，所述递送件能够自主从所述第一形态转变到所述第二形态。
16.优选的，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置，所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述步骤2中，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动。
17.优选的，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置和形变控制装置；所述步骤1中，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动；所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述步骤2中，所述形变控制装置控制所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述外接部相对于所述连接部发生或停止向外侧方向运动。
18.优选的，所述步骤2中，所述递送件由所述第一形态经弹性变形转变为所述第二形态，所述递送件始终处于弹性变形范围内。
附图说明
19.图1a为钻孔灌注桩和土压力测试系统的整体示意图；
20.图1b为钢筋笼和土压力测试系统的整体示意图；
21.图1c为钢筋笼和土压力测试系统的局部放大示意图；
22.图1d为钻孔灌注桩俯视图；
23.图2a至图2c依次为测试元件未牢固连接于所述外接部时，递送件由所述第一形态转变至所述第二形态的状态变化过程示意图；
24.图3a至图3c依次为测试元件牢固连接于所述外接部时，递送件由所述第一形态转变至所述第二形态的状态变化过程示意图；
25.图4a和图4b为卡扣维持所述递送件处于所述第一形态的示意图；
26.图5a和图5b为卡扣脱离所述递送件后，所述递送件由所述第一形态转变至所述第二形态的状态变化示意图；
27.图6为多个卡扣串联示意图；
28.图7为电磁保持机构示意图；
29.图8为发热装置和双金属片示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
31.在以下描述中，外侧是指朝向桩侧土的一侧，内侧是指朝向所述桩体轴线的一侧；外侧方向是指由桩体轴线指向桩侧土的方向，内侧方向是指由桩侧土指向桩体轴线的方向；“上”、“下”、“顶”、“底”等方向仅是相对于附图中所示钢筋笼的定向而言的，并且随钢筋笼的实际方向而变化。
32.如图1a至图1d所示桩土压力监测系统，用于探测钻孔灌注桩桩侧土压力，钻孔灌注桩1包括桩体11和钢筋笼12，所述桩土压力监测系统包括测试元件21和递送件22，所述递送件22包括连接部221和外接部222，所述递送件22通过所述连接部221与所述钢筋笼12机械连接，所述外接部222位于所述递送件22的游离端，所述测试元件21连接在所述外接部222外侧；所述递送件22至少具有第一形态和第二形态，当所述递送件22处于第一形态时，所述测试元件21靠近所述钢筋笼12外侧，当所述递送件22由第一形态转变为第二形态时，所述测试元件21随所述外接部222相对于所述连接部221向外侧方向运动，当所述递送件22处于第二形态时，所述测试元件21外侧贴合于所述桩侧土3。
33.所述钢筋笼12包括主筋121和箍筋122，所述主筋121可选用直径较大的竖向螺纹钢筋，其长度与钻孔灌注桩1桩长相近，其数量按钻孔灌注桩1设计指标确定，多根主筋121呈圆形环绕布置；所述箍筋122为相比主筋121直径较小的钢筋，呈圆环形螺旋状围绕主筋121，采用扎丝等将箍筋122与主筋121垂直固定，并利用加强箍筋122形成中空的圆柱形笼状结构，共同构成钢筋笼；钻孔灌注桩1的桩孔形成后，将钢筋笼12下放至桩孔内，随后浇筑混凝土，待混凝土形成强度后，形成钻孔灌注桩结构。
34.所述连接部221可通过焊接、铰接等常规固定方式连接在所述钢筋笼12上；所述连接部221和外接部222可以为一体成型或分体连接。一体成型结构的所述递送件22允许自身产生一定的弯曲形变，满足其在所述递送件22处于所述第一形态时、处于所述第二形态时或完成由所述第一形态至所述第二形态的转变过程中，不会发生诸如分离、断裂等损坏；分体连接结构的所述递送件22允许所述外接部222相对于所述连接部221向外侧方向运动，完成由所述第一形态至所述第二形态的转变。
35.可通过临时粘合等方法，例如使用热塑性粘接剂或交联粘接剂等常规临时粘合材料，将所述外接部222临时固定在例如所述连接部221或所述钢筋笼12上，使所述递送件22在一定时间内维持在所述第一形态，而后通过例如升温或浸水等方式破坏临时粘合、通过外力拉开临时粘合或依靠所述递送件22自身势能逐渐拉开临时粘合，使所述外接部222脱离临时固定位置，在所述递送件22自身足够的能使所述外接部222向外侧移动的势能或外力的作用下相对于所述连接部221向外侧方向运动，完成由所述第一形态至所述第二形态的转变。
36.当所述递送件22处于所述第一形态时，所述测试元件21随所述递送件22靠近所述钢筋笼12外侧，从而减小所述钢筋笼12及桩土压力监测系统整体径向宽度。通常钢筋笼12
径向尺寸略小于钻孔径向宽度，钢筋笼12下放进钻孔中后，所述递送件22位于所述钢筋笼12和桩侧土3之间的空间内。
37.所述钢筋笼12外侧和桩侧土3内侧之间保持合适的间距。所述间距不能过小，防止在所述钢筋笼12下放过程中，即便令所述递送件22处于第一形态，仍由于所述递送件22和测试元件21与桩侧土3过度接触造成装置意外形变甚至损坏。所述间距不能过大，保证当所述递送件22处于第二形态时，所述测试元件21外侧能够贴合到所述桩侧土3上。
38.在所述递送件22由所述第一形态转变至所述第二形态的过程中，所述测试元件21随所述外接部222向外侧移动。如图2a至图2c所示，一些实施例中，所述测试元件21并非牢固连接于所述外接部222上，当所述递送件22即将转变至第二形态时，不再具有足够的能使所述外接部222向外侧移动的势能，所述测试元件21由于惯性作用继续向外侧移动，因此与所述外接部222分离，所述测试元件21向外侧移动直至贴合嵌入桩侧土3上。如图3a至图3c所示，一些优选的实施例中，所述测试元件21通过焊接等常规方式牢固固定在递送件22上，当所述递送件22处于第二形态时，所述测试元件21仍然固定连接在所述外接部222上，此时所述测试元件21稳定夹在所述外接部222和桩侧土3之间；一些更优选的实施例中，当所述测试元件21夹在所述外接部222和桩侧土3之间时，所述递送件22仍然具有使所述外接部222进一步向外侧移动的势能，使得所述测试元件21外侧能够紧密贴合于所述桩侧土3上感测土压力，因此可有效适用于存在地下水或空间不足等因素致使人员无法下至指定位置布设测试元件的情况，可很好地感应作用于钻孔灌注桩的土压力，显著提高数据采集的真实性，并为现场施工及土压力监测提供便利。
39.测试元件21可采用振弦式土中土压力盒，所述振弦式土中土压力盒包括感应部分，所述感应部分贴合于桩侧土3上感测土压力；测试元件21将监测到的数据通过有线或无线方式传输到数据采集分析系统中。在如图1所示的一个实施例中，测试元件21通过数据线4与数据采集分析系统连接，数据线4外优选设置有保护套管41，对数据线进行保护。
40.本发明实施例中，固定于钢筋笼上的所述递送件数量可以为一个或多个；可将多个递送件设置于钢筋笼轴向不同位置处，用以递送测试元件至桩侧土不同深度处，以同时获取不同深度处土压力数据。
41.一些优选的实施例中，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置23，所述形变发生装置23作用于所述外接部222，使所述递送件22维持在所述第一形态，所述递送件22为一体结构，具有使所述外接部222向外侧方向运动的弹性势能，当所述形变发生装置23对所述外接部222的作用消除时，所述递送件22能够自主从所述第一形态转变到所述第二形态。
42.所述递送件22具体形式不限于弹簧、弹性橡胶或金属片等；所述形变发生装置23对所述外接部222的作用不限于牵拉、夹持、吸附等具体形式。
43.具体可采用多种方式使所述递送件22具有使所述外接部222向外侧方向运动的弹性势能。例如，在一些实施例中，选用递送件22在无外力施加下的自然状态为外接部222向外侧翘起的弯曲形态，在形变发生装置23作用于所述外接部222之下，所述递送件22处于较为平直的形态。在另一些实施例中，选用递送件22在无外力施加下的自然状态为平直形态，设置枕棍24横跨两根所述主筋121并固定于所述两根所述主筋121上，所述连接部221固定于所述箍筋122上，所述枕棍24紧邻固定有所述连接部221的所述箍筋122的下方，所述递送件22垫放于所述枕棍24上，在形变发生装置23作用于所述外接部222之下，所述递送件22处
于其中部向外侧拱起的弯曲形态；所述枕棍24为棍状构件，材质不限于金属、木材等常用材料。
44.一些实施例中，所述形变发生装置23为线，所述线一端连接所述钢筋笼12上部以便于下放钢筋笼之后操作所述线，另一端连接所述外接部222，所述线的刚度足够大，以致所述外接部222受到所述线的牵拉作用下，所述递送件22能够维持在所述第一形态；断开所述线与所述钢筋笼12上部的连接后，所述递送件22失去所述线对其的牵拉作用，在自身弹性势能作用下从所述第一形态转变到所述第二形态。
45.另一些实施例中，如图4a、图4b所示，所述形变发生装置23为卡扣，所述卡扣一端为夹持部231，另一端为外延部232，所述外延部232可以为固定连接于所述卡扣的所述另一端上的线；所述外延部232向上延伸至所述钢筋笼12上部，以便于在钢筋笼12下放至钻孔中后牵拉所述延伸部，所述夹持部231将所述递送件22夹持在所述钢筋笼12外侧，形成维持所述递送件22处于所述第一形态的约束作用；如图5a、图5b所示，牵拉所述延伸部，使所述夹持部231脱离所述递送件22，所述递送件22失去所述卡扣对其的夹持作用，在自身弹性势能作用下从所述第一形态转变到所述第二形态。
46.当递送件存在多个时，可将多个递送件串联一同控制。如图6所示，三组卡扣通过各自外延部232相互串联，向上拉扯外延部232可使三组卡扣一并脱离递送件；其它形式的形变发生装置亦可根据实际情况进行串联机械连接、串联电连接等设置。
47.如图7所示，另一实施例中，所述形变发生装置23为电磁保持机构，所述外接部222内侧与所述钢筋笼12外侧均由铁磁性物质构成；电磁保持机构存储电量充足或外部通电时，所述外接部222内侧与所述钢筋笼12外侧之间通过所述电磁保持机构吸附在一起，所述递送件22维持在所述第一形态；电磁保持机构存储电量耗尽或断电后，所述递送件22失去所述电磁保持机构的电磁吸附作用，在自身弹性势能作用下从所述第一形态转变到所述第二形态。
48.优选的，所述桩土压力监测系统还包括形变控制装置，所述形变控制装置与所述形变发生装置23连接，所述形变控制装置控制所述形变发生装置23作用于所述外接部222，使所述外接部222相对于所述连接部221发生向外侧方向的位移。
49.所述形变控制装置与所述形变发生装置23连接方式包括有线连接或无线连接。一个实施例中，继续如图7所示，所述形变发生装置23为电磁保持机构，电磁保持机构固定在钢筋笼12上，电磁保持机构中包含控制电路，所述形变控制装置为设置在控制电路上的通电开关624。当闭合通电开关624时，电磁保持机构通电产生磁力能够吸附住所述递送件22，使其维持在所述第一形态；当断开通电开关624时，电磁保持机构断电不再产生磁力，所述递送件22失去磁力吸附约束，利用其自身弹性势能从所述第一形态转变到所述第二形态。在另一个实施例中，与前例不同的是，所述形变控制装置为信号发射装置，所述信号发射装置与所述通电开关624无线通信连接并控制通电开关624的闭合和断开，进而控制所述递送件22形态转变的发生。每一个电磁保持机构控制一个递送件，当递送件为多个时，可单独控制每一个电磁保持机构，或者将多个电磁保持机构进行串联一同控制。
50.另一些优选的实施例中，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置和形变控制装置；所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动；所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述形变控制装置控
制所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述外接部相对于所述连接部发生或停止向外侧方向运动。
51.所述形变发生装置对所述外接部的作用不限于支撑、热传递等具体形式。一个实施例中，如图8a和图8b所示，所述形变发生装置823为发热装置，所述递送件822为双金属片，所述双金属片由两层热膨胀系数不同的金属片组成，热膨胀系数较小的一层8222靠近桩侧土3一侧，其上固定有测试元件21，热膨胀系数较大的一层8221靠近所述钢筋笼12一侧并固定于所述钢筋笼12上；所述发热装置靠近所述双金属片，当所述发热装置启动时，使所述双金属片升温从而使其朝向桩侧土3一侧弯曲突出，测试元件21逐渐靠近并贴合桩侧土3，所述双金属片完成自所述第一形态至所述第二形态的转变。所述形变控制装置与所述发热装置通过无线通信连接，控制所述发热装置的启动和关闭。本实施例通过控制所述发热装置维持所述递送件822的温度升高、恒定或降低来控制所述递送件822由第一形态转变至第二形态、维持第二形态和由第二形态回复至第一形态，实现下放钢筋笼后，测试元件的递送位置仍可以进行更适合的调整。在其它实施例中，所述形变控制装置与所述发热装置仍可通过有线连接进行通信。
52.一些优选的实施例中，所述递送件由所述第一形态经弹性变形转变为所述第二形态，所述递送件始终处于弹性变形范围内，可更精确的根据递送件形态变化的位移量计算所需递送件的材料和尺寸，确保测试元件更良好的贴合于桩侧土上。
53.本发明还提供了一种利用所述桩土压力监测系统的桩侧土压力监测方法，包括以下步骤：
54.步骤1，下放所述钢筋笼进钻孔中，保持所述递送件在所述钢筋笼下放过程中处于所述第一形态；
55.步骤2，所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动，直至所述递送件处于所述第二形态；
56.步骤3，浇筑混凝土，待形成强度，所述测试元件两侧分别贴合所述钻孔灌注桩和所述桩侧土；
57.步骤4，收集所述测试元件感应的桩侧土压力数据。
58.一些优选的实施例中，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置，所述步骤1中，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述递送件维持在所述第一形态，所述递送件具有使所述外接部向外侧方向运动的势能，当所述形变发生装置对所述外接部的作用消除时，所述递送件能够自主从所述第一形态转变到所述第二形态。
59.具体的，所述桩土压力监测系统还包括形变控制装置，所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述步骤2中，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动。
60.一些优选的实施例中，所述桩土压力监测系统还包括形变发生装置和形变控制装置；所述步骤1中，所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述测试元件随所述外接部相对于所述连接部向外侧方向运动；所述形变控制装置与所述形变发生装置连接，所述步骤2中，所述形变控制装置控制所述形变发生装置作用于所述外接部，使所述外接部相对于所述连接部发生或停止向外侧方向运动。
61.一些优选的实施例中，所述步骤2中，所述递送件由所述第一形态经弹性变形转变
为所述第二形态，所述递送件始终处于弹性变形范围内。
62.显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。