[发明专利]一种水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制装置及方法

权利要求书

1.一种水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制方法，其特征在于，使用水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制装置；所述控制装置包括伸缩杆和设置于所述伸缩杆一端的固定盒，所述固定盒上水平滑动安装有第一支臂和第二支臂，所述第一支臂和所述第二支臂对称且共轴设置；所述第一支臂的一端设有与数据采集仪通讯连接的弧形土压力监测盒，所述第二支臂的一端设有弧形侧壁顶片，所述弧形土压力监测盒和所述弧形侧壁顶片的半径均等于预设值a；所述固定盒内设有用于驱动所述第一支臂和所述第二支臂相背或相对运动的动力机构，所述固定盒的底部设有固定插杆；所述控制方法包括：

S1、在灌注桩钻孔的周边钻取一半径为所述预设值a的钻孔A，所述钻孔A与所述灌注桩钻孔的孔间距为b，所述钻孔A的底部到超灌混凝土土面高程的距离为h；其中，300mm≤b≤500mm，h≥5.0m；

S2、在所述钻孔A的底部进行土体取样，并对获取的土体样本进行三轴压缩试验，获得土体样本的有效摩擦角φ；依据土压力系数表达式k₀＝1-sinφ，得到所述钻孔A底部土层的侧压力系数k₁，k₁＝k₀；

S3、利用所述伸缩杆将所述固定盒放入到所述钻孔A的底部，同时，所述固定插杆嵌入到所述钻孔A的底部土层中以对所述固定盒进行定位；

S4、利用所述动力机构驱动所述第一支臂和所述第二支臂相背运动，使所述弧形土压力监测盒和所述弧形侧壁顶片顶靠在所述钻孔A的底部的侧壁上；其中，所述弧形土压力监测盒朝向所述灌注桩钻孔；

S5、通过所述数据采集仪将所述弧形土压力监测盒产生的初始压力值归零；

S6、借助混凝土导管将混凝土倒入到所述灌注桩钻孔中，当所述数据采集仪采集到的压力值大于等于预设的压力报警阈值时，所述数据采集仪发出报警提示，此时混凝土土面高程达到所述超灌混凝土土面高程；

所述压力报警阈值＝(ρ-ρ’)·g·h·k₁，其中，ρ表示灌注桩混凝土的密度；ρ’表示灌注桩中水泥浆的密度，g表示重力常数。

2.根据权利要求1所述的水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制方法，其特征在于，所述动力机构包括转动设置在所述固定盒内的传动齿轮及滑动设置在所述固定盒内的第一齿条结构、第二齿条结构；

所述传动齿轮与所述伸缩杆固定连接，所述第一齿条结构和所述第二齿条结构位于所述传动齿轮的相对两侧且均与所述传动齿轮啮合；

所述第一齿条结构借助第一连接杆与所述第一支臂固定连接，所述第一齿条结构与所述第一支臂平行；所述第二齿条结构借助第二连接杆与所述第二支臂固定连接，所述第二齿条结构与所述第二支臂平行。

3.根据权利要求2所述的水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制方法，其特征在于，所述固定盒的两相对内侧壁上分别设有水平延伸的导向滑槽，所述第一齿条结构和第二齿条结构分别设有与对应所述导向滑槽相适配的导向凸起；

或者，所述固定盒的两相对内侧壁上分别设有水平延伸的导向凸起，所述第一齿条结构和第二齿条结构分别设有与对应所述导向凸起相适配的导向滑槽。

4.根据权利要求1所述的水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制方法，其特征在于，所述动力机构包括第一电动推杆和第二电动推杆；

所述第一电动推杆的动力端与所述第一支臂固定连接，所述第二电动推杆的动力端与所述第二支臂固定连接；所述第一电动推杆和所述第二电动推杆均与所述数据采集仪电连接。

5.根据权利要求1所述的水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制方法，其特征在于，所述伸缩杆包括多个依次插装的套筒，相邻两个所述套筒之间设置有用于防止调节后回缩的锁止结构；所述锁止结构包括轴向间隔设置在所述套筒上的多个调节孔和锁止螺栓；或者，所述伸缩杆为电动伸缩杆。

6.根据权利要求5所述的水下钻孔灌注桩混凝土超灌高度控制方法，其特征在于，所述弧形土压力监测盒的数据传输线依次穿过所述第一支臂的内腔、所述固定盒和所述伸缩杆的内腔与所述数据采集仪有线通讯连接。