專利名稱：水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及土木工程施工器具，特別是對水下砼樁基等澆筑工程中進行 施工控制的儀器。
背景技術：
在土木工程的施工中，常會涉及到水下澆筑砼的施工，如大壩，橋梁中的樁 基，房屋建設中的沖、挖孔樁基等。傳統(tǒng)的水下澆筑砼的方法是將澆筑砼的導 管置于水下，距基底一定的高度內，澆筑的砼由上而下沿導管排水擠壓至基底， 使?jié)仓Ч苊芊庥谝褲驳捻胖?，后續(xù)的砼則由基底向上翻升的澆筑。當澆筑的砼 由下至上排水上升到一定的高度時，由于導管中砼的壓力，不能再將基礎中己澆 的砼向上翻升時，則此時需要向上提升導管至一定的高度，使砼能繼續(xù)澆筑。提 升導管到什么位置，是一個關鍵性的技術工作，它必須要保證以下要求。
在提升導管高度時，必須保證導管不得提升出已澆砼的頂面，同時又要盡可 能的提高。這是因為如導管提出了己澆砼的面，則導管周圍的水，借助自身的 壓力將會進入到導管內，使后續(xù)的砼產生離析而無法澆筑。如重新排水澆筑，必 將在這里出現(xiàn)夾層或斷樁，這是不許可的。因此，在整個水下砼的澆筑過程中， 自始至終都要求砼澆筑的導管必須埋置于砼中，使基礎中的水泥漿等雜質不得進 入導管內。
在滿足水下澆筑砼中，導管始終不離開已澆砼面的同時，又要盡量地將導管 提得高一點，這是因為 一是能充分的加大澆筑導管內的壓力與導管外的壓力差， 使后續(xù)澆筑的水下砼更加順利，也不易阻管。二是在水下澆筑砼時，每提升一次 澆筑導管，都是一項有風險性的工作，如每次都能提升到最佳的位置，則能減少 整個基礎澆筑的提升次數(shù)，從而減少風險度。三是在水下澆筑砼施工時，是一個 連續(xù)的過程，中途不得中斷，如果遇到澆筑的方量較大，有時要連續(xù)幾天幾夜不 停的作業(yè)，而每次提升導管，拆卸導管又是一個十分繁瑣的工作，既要增加工人 的勞動強度，又要過多地動用其它機械，因此能盡量減少導管的提升次數(shù)，對于 縮短澆筑時間，減少工人連續(xù)、疲勞施工的時間，減少其它輔助機械的使用，均有非常積極的作用。
如何能保證在看不見又摸不著的水下澆筑砼的施工中，澆筑砼的導管確保始 終不提出已澆筑砼的面，同時又能保證達到最佳的高度，從而杜絕澆筑水下砼的 失敗，減少拆換導管的次數(shù)，減少風險，節(jié)約時間，降低成本，并且操作簡便呢？ 這就是本設計儀器要解決的問題。
1、 傳統(tǒng)提升導管的控制方法
傳統(tǒng)的水下澆筑砼提升導管的控制方法是當水下澆筑的砼到一定高度時， 出現(xiàn)砼澆筑不下去了，或理論計算需要提升導管了，此時便開始提升。但要提高 多少？ 一是根據(jù)理論的計算；二是根據(jù)現(xiàn)場的實測來決定。
理論計算的方法是依據(jù)每次向導管內澆筑入了多少方量的砼，再根據(jù)要澆 筑的樁孔直徑或坑基等的幾何尺寸，計算出已澆筑的水下砼有多高，從而計算出 本次需要提升導管的高度。
現(xiàn)場實測的方法是當出現(xiàn)前面所述需要提高澆筑砼導管時，在水下澆筑砼 的施工平臺上，由工人隨時將拴有垂球的軟尺，垂到正在澆筑的水下砼的基孔或 基坑中，以測得已澆砼的頂面高度，從而計算出需要提升導管的高度。
2、 傳統(tǒng)方法存在的問題
理論計算存在的主要問題。理論計算取決于 一是計算已澆入砼的方量要準 確；二是要澆筑的基孔、基坑等的幾何尺寸要規(guī)矩。而在現(xiàn)實的施工中，這兩條 都是很難達到的。
在連續(xù)不斷的砼澆筑過程中，每攪的一罐砼，每運送的一車砼，都是有差別 的。由于連續(xù)澆筑往往因時間長，受氣候、環(huán)境等因素的影響也大，前后輸送的 砼也有差別。因此，理論計算澆入的砼方量只能是一個大概的數(shù)。
在樁基成孔，或其它基坑成形時，往往也不可能使幾何尺寸十分的規(guī)矩，特 別是對沒有護壁跟進的基孔或基坑的成形，其幾何尺寸更是復雜多變。因此，對 計算基孔或基坑的實際體積，理論的計算數(shù)據(jù)與實際的數(shù)據(jù)也存在著一定的差別， 有時還很大。從而導致理論計算出來的巳澆水下砼的頂面高也只是一個大概數(shù)。
在理論的計算中，另外還有一個數(shù)字是計算不準的，那就是澆筑導管內的殘 余砼是多少。因為在實際的施工中，澆筑的導管頂，往往與漏頭相連， 一般均沒 有用其它的方法去測導管內的殘余砼的高度，對于澆筑導管內的殘余量也就只能是一個估計數(shù)，或根本就未計算它。
由于理論計算中存在以上三個主要問題，從而導致在實際的水下澆筑砼的施 工中，每次提升導管高度的計算基準點均只是一個大概的數(shù)據(jù)，從而導致在現(xiàn)實 的施工中導管提升不能到達最佳的位置，更為嚴重的是，有時會出現(xiàn)澆筑導管拔 離出已澆砼頂面的情況。
現(xiàn)場實測方法存在的主要問題現(xiàn)場實測主要是由人工來完成，除了人的責 任心，熟練操作繩測的程度等影響因素外，主要存在以下問題。 一是在澆筑的水 下構筑物中，所成形的孔或基坑一般不會很大，而往往很深，有的達幾十米，在 這里面常常是布滿了鋼筋及檢查管之類的物件，加之砼導管也直通到底，因而對 下放繩測的垂球存在較大的影響， 一旦下放過程中受阻，則往往直接影響測量的 準確性。二是在下放繩測的垂球中，何時真正的到達了新澆砼的頂面，這也是一 個憑手感的技術活，因新澆的砼下去以后，也是一個流質體，稍有不注意，垂球 就有可能陷入到砼中，從而導致測量的數(shù)據(jù)不準確。三是由于在澆筑水下砼的施 工中，是一個動態(tài)的過程，要測量新澆砼的頂面高度，必須在停止?jié)仓倪^程中 進行，測量完以后，還需經計算才能確定其拔管的高度。由于這是澆筑水下砼的 一個非常關鍵的工作，不可缺少。因而對整體澆筑水下砼的施工進度是有很大的 影響。四是由于澆筑水下砼的施工作業(yè)平臺十分的擁擠，狹小、人員多、機器雜、 現(xiàn)場泥濘、溜滑，緊沿平臺邊又是十幾米至幾十米盛滿水和砼的基坑，十分不安 全。而繩測人員要隨時的將繩尺垂于基坑之中，即對現(xiàn)場施工有較大的干擾，又 是常常發(fā)生安全事故的重要地點。由于現(xiàn)場實測方法中存在以上四點主要問題， 從而導致在實際的作業(yè)中也住往出現(xiàn)不準確，干擾施工、增大安全隱患等問題。

實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀，以在提升導 管高度時，必須保證導管不得提升出已澆砼的頂面，同時又要盡可能的提高。
本新型的目的是這樣實現(xiàn)的 一種水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀，壓力傳 感器經導線與地面顯示儀連接，還具有水下澆筑施工壓力傳感裝置受壓板經彈 簧傾斜地設置在密封罩內，且其上端經轉軸與密封罩鉸接，前后開口的密封罩固 定在砼澆筑導管上；壓力傳感器設置在受壓板底面上。
鑒于以上傳統(tǒng)提升導管的方法所存在的問題，長期以來一直困繞著水下澆筑砼的施工作業(yè)，使施工中出現(xiàn)斷樁、斷層，頸縮、廢樁的情況時有發(fā)生。 一旦出 現(xiàn)這些問題，處理起來是非常頭痛之事，不但要大大地增加水下施工的投資，延 長水下作業(yè)的時間，有時一個枯水期不能完成，則要等到下一個枯水期再全部重 新搭建施工作業(yè)平臺重新施工。還有的因無法處理而更改設計或移位重新施工的 情況也存在。
由于水下澆筑砼施工往往是在水下十幾米至幾十米，據(jù)査有的已達百米以上。 而水下澆筑砼的頂面又是一個動態(tài)的過程，即看不見、又摸不著，傳統(tǒng)的方法費 時費力，干擾大，投資大又不安全，且只能得到一個估計的已澆砼的高度數(shù)據(jù)， 常因此引起重大的施工質量事故。有什么辦法來更好地解決這些存在的問題呢？ 這就是"水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀(以下簡稱管深儀)"所要解決的問題。
本新型的有益效果是-
1、 儀器體積小、重量輕、造價低；
2、 操作簡單、使用方便、經久耐用、便于維護；
3、 能準確定位砼澆筑導管的理想埋置深度，導管始終不離開已澆筑砼面的同 時，又能盡量將導管提升得高一些，從而保證施工質量、縮短施工時間、降低風 險、節(jié)省投資。
將在具體實施方式
的部分中對本發(fā)明的有益效果作進一步的闡述。


圖l是本新型的結構示意圖2圖3圖4圖5分別是本新型從初次下管、澆筑水下砼于基坑、拔管過程、 拔管到理想高度等工作流程情況示意圖6是本新型管深儀的設置位置示意圖。
具體實施方式
圖1示出，壓力傳感器5經導線6與地面顯示儀7連接，還具有水下澆筑砼 施工壓力傳感裝置受壓板3經彈簧傾斜地設置在密封罩內，其上端經轉軸4與 密封罩2鉸接，前后開口的密封罩固定在砼澆筑導管1上；壓力傳感器5設置在 受壓板3底面上。
管深儀是一個附著安裝在水下澆筑砼導管上的一個小的儀器，其工 作的原理主要依據(jù)兩個機理； 一是依據(jù)水的比重與流質砼的比重存在
6較大的差值，設定為P (P = P松(砼的壓力)-P水(水的壓力))，從而 來顯示砼與水的界面；二是依據(jù)在上拔砼導管時，作用于管深儀受壓板表
面的摩擦壓力，在流質砼中與在水中有較大的差值，其差值設定為F (F:Fft(砼中
的摩擦力)-FJ水中的摩擦力))。從而確定新澆砼的頂面高度。
1、 管深儀的構造圖及主要部件的功能
管深儀構造如圖1。
受壓板3:主要反應因水和砼不同質體之間的壓力差P的情況，以及在向上拔 管的過程中，砼與水在受壓板上所產生的摩擦壓力差F，從而推動受壓板沿轉軸旋 轉，使自身產生機械位移。用以反應出新澆砼與水的界面。
壓力傳感器(現(xiàn)有技術)主要將受壓板的機械位移的變化，轉化為電流的變 化，沿導線6將信息傳輸?shù)降孛骘@示儀。
地面顯示儀7 (屬現(xiàn)有技術)將水下的電流變化信息轉化為電鈴聲、紅色指 示燈及數(shù)據(jù)，給地面一個停止拔導管的指令。也可直接將信息作用于制動提升導 管的巻揚機，從而自動的停止拔管工作。
密封罩2:由質軟，密封，耐摩擦特性的材料制作，主要是阻隔管深儀外的水 及雜質進入儀器內部，同時保證受壓板的靈活運動。
轉軸4:主要是讓受壓板在受到外力P與F時能沿自身旋轉自如的活動。
彈簧(圖中未示出，可以拉簧或壓簧方式固定在密封罩與受壓板之間)主要 是使受壓板在水中時，能使其處于極限的張開程度而在上拔提升導管時，在P 與F的合力下，能壓縮到最小的極限程度。設彈簧的張力為G。
砼澆筑導管l:密封罩固定其上。
2. 管深儀的工作流程情況說明(圖2 圖6中，如圖5所示，8、(基坑中)砼；
9、(基坑中)水；10、管深儀(本實用新型的密封罩及壓板等水下部件)。 初次下管的情況如圖2
將砼澆筑導管下到施工要求的高度，此時基孔或基坑等沒有砼，全為水，受
壓板只受到水的壓力P水；P=0-P*=-P7k。由于彈簧的張力G，大于水壓力P水，則 受壓板處于極限的張開程度。地面顯示儀指示紅燈亮，電鈴開關如開啟則電鈴也 會響。此情況可用于測試管深儀是否處于工作狀態(tài)。 一切正常后，可將電鈴開關 關閉，進入下一步程序。
澆筑水下砼于基坑如圖3
7當新澆入的砼頂面淹沒管深儀時，受壓板開始受到砼的測壓力P^隨著流質 砼的增加，砼頂面的升高而P值也隨之加大，壓動受壓板，推動壓力傳感器，改 變電流，并將信息傳致地面的顯示儀，指示燈滅，此時可將電鈴開關打開，電鈴 不會響；顯示儀表將隨電流的變化而變化，并標注為已澆砼的高度。當水下砼澆 筑不下去時，此時P值為最大，但F值仍為零。
拔管過程如圖4
在澆筑砼的過程中，當砼澆筑導管內的壓力，不足以克服導管內的摩擦力， 以及導管外巳澆砼壓力的合力時，此時便到了拔管提升的過程。在拔管的過程中， 已澆砼將對壓板產生運動摩擦阻力，F(xiàn)e，使受壓板再次壓縮。此時地面顯示儀的 紅燈不亮，儀表指示數(shù)據(jù)有反應。P值與F值均達到最大值。受壓板處于極限壓縮 狀態(tài)。
拔管到理想高度如圖5
當拔管到澆筑砼的導管下口底至新澆砼頂面的理想的埋置深度時，管深儀剛 好離開新澆的砼頂面，此時作用在管深儀受壓板上的兩個力P與F同時釋放為P水 與F^，改變電流的變化，并傳至地面顯示器。此時警示燈紅燈閃爍，電鈴響動， 也可作用于巻場機停止工作，自動佇止拔管過程。
重新開始新一輪砼的澆筑，循環(huán)以上過程，直到完成水下砼的全部澆筑工作。 管深儀的設置位置如圖6，密封罩2固定在砼澆筑導管1上的高度等于工程 中砼的塌落高度以及砼澆筑導管1在提升時地面顯示儀7滯后反應所對應高度的 二者之和。
管深儀的設置位置是指管深儀與水下澆筑砼導管底端的距離H。它主要由兩 個因素確定； 一是導管在新澆砼中的理想埋置深度hl。 二是管深儀中P^與Fa釋 放后，人和機械制動過程中導管的提升時滯后反應高度h2。則總的設置高度為 H二hl+h2，其中hl根據(jù)工程中砼的坍落高度而自行設置。
該管深儀的設計理念是建立在適應實際施工現(xiàn)場的操作出發(fā)。著力于研究 在野外氣候變化大，施工現(xiàn)場復雜，場地狹小，泥濘等復雜的惡劣環(huán)境。確保該 管深儀的操作簡單，靈活可靠，構件牢固，經久耐用，結構簡明，便于維護方便 設置、清洗、收藏等。在此理念下，該管深儀只涉及機械運動原理與有線電的常 用元器件，因而工作流程清哳，簡明。儀器體積小，重量輕，環(huán)保性好，造價低。目前乃至今后，在國內外的土木工程中，涉及水下澆筑砼的情況很多，在水 下澆筑砼的施工中，往往因看不見，摸不著而只能依靠其傳統(tǒng)的方法來掌握，與 土建工程中的其它工序相比，更顯復雜和難以駕馭。但往往它又是整個工程中的 基礎工作，而尤顯重要。在土木工程的施工中，常常難以準確確定施工工期的， 往住也是這一部份。同時，水下澆筑的砼樁、墻或基礎等其它構筑物其造價往往 很大， 一根水下澆筑的砼樁， 一般都在幾十萬，幾百萬的也有，而其它大型的水 下澆筑砼及群樁澆筑的砼有的要上千萬或幾千萬的都有。這對于一個小小的管深 儀，只有幾千元的儀器，就能使這些構筑物在水下澆筑砼的施工中，能準確的定 位澆筑導管的理想埋置深度，減小施工難度，避免計算，從而積極的保證施工質 量，縮短施工時間，降低各類風險，節(jié)約投資都具有十分明顯的作用。因此，可 預計，該管深儀如一經問世，必將對促進世界工程技術的進步起到一個微薄的貢 獻。就該儀器所能帶來的經濟效益而言，當前，乃至今后都是十分可觀的。
權利要求1、一種水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀，包括，壓力傳感器(5)，經導線(6)與壓力傳感器(5)連接的地面顯示儀(7)，其特征是還具有水下澆筑砼施工壓力傳感裝置受壓板(3)經彈簧傾斜地設置在密封罩內，其上端經轉軸(4)與密封罩(2)鉸接，前后開口的密封罩固定在砼澆筑導管(1)上；所述可變傳感器(5)設置在受壓板(3)底面上。
2、 根據(jù)權利要求1所述水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀，其特征是所述密封罩(2)固定在砼澆筑導管(1)上的高度等于工程中砼的塌落高度以及砼澆 筑導管(1)在提升時地面顯示儀(7)滯后反應所對應高度的二者之和。
專利摘要一種水下澆筑砼導管埋置深度顯示儀，屬對水下砼樁基等澆筑工程中進行施工控制的儀器。壓力傳感器經導線與地面顯示儀連接，還具有水下澆筑施工壓力傳感裝置受壓板經彈簧傾斜地設置在密封罩內，其上端經轉軸與密封罩鉸接，前后開口的密封罩固定在砼澆筑導管上；壓力傳感器設置在受壓板底面上。它體積小、重量輕、造價低、使用方便、能準確定位砼澆筑導管的理想埋置深度，保證導管始終不離開已澆砼面的同時，又能盡量將導管提得高一些，有效地保證了施工質量。
文檔編號G01B13/00GK201344794SQ200920079088
公開日2009年11月11日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權日2009年2月18日
發(fā)明者樓衛(wèi)剛 申請人:樓衛(wèi)剛