一种智能螺旋钢桩制造技术

本实用新型专利技术公开了一种智能螺旋钢桩，涉及交通岩土工程技术领域，解决无法排挤碎块石，无法实时精确监测智能螺旋钢桩安装扭矩及其服役状态的技术问题，包括中心钢轴，中心钢轴的下端外壁设置有一个清障叶片组，清障叶片组包括多个第一螺旋叶片，多个第一螺旋叶片的直径从下到上依次增大，所述中心钢轴的内壁设置有光纤光栅传感器组件，光纤光栅传感器组件包括至少一个光纤光栅应变传感器、分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器；可极大地减小安装扭矩与安装力；实时监测智能螺旋钢桩安装承载力，实时监测智能螺旋钢桩服役时的应变大小，实时监测加固体的温度变化情况，为智能螺旋钢桩加固体的稳定性分析提供可靠的数据基础。基础。基础。

An intelligent spiral steel pile

【技术实现步骤摘要】
一种智能螺旋钢桩


[0001]本技术涉及交通岩土工程
，更具体的是涉及铁路路基边坡加固及智能监测领域。

技术介绍

[0002]螺旋钢桩在冻土路基、桥梁基础及现有交通基础修复中均有应用。目前针对螺旋钢桩的技术与应用，集中于螺旋钢桩的普通形式，即单叶片螺旋钢桩与螺旋叶片为统一直径且等间距分布的多叶片螺旋钢桩，如CN106284306A（一种拼接式无弃土的自旋加强钢桩）。在施工作业中，当螺旋钢桩的螺旋叶片为统一直径时，在螺旋钢桩旋进线程内，若存在碎石块，会对螺旋钢桩施工造成困难。
[0003]螺旋钢桩安装参数（安装力与安装扭矩）对螺旋钢桩施工具有指导性作用。一方面，螺旋钢桩安装扭矩越大时安装力越大，则需施工设备功率更大的机具进行施工，造成在一些空间受限场地无法高效施工，施工设备成本更高，因此，实时监测中心钢轴安装扭矩，可对螺旋钢桩的施工设备实时备择，并优化地形局限性下的螺旋钢桩施工工艺，减少设备成本费用。另一方面，通过螺旋钢桩安装扭矩大小可依据经验公式反衍螺旋钢桩轴向承载力大小（压缩承载力和上拔承载力），螺旋钢桩施工扭矩越大，其轴向承载力越大，依据螺旋钢桩轴向承载力可在设计要求内实时调整螺旋钢桩设计参数。螺旋钢桩安装力及安装扭矩大小主要根据理论模型和原位测试结果来进行计算评估。如国外学者Ghaly和Hanna提出砂土中螺旋钢桩的安装扭矩和安装力计算模型，Al Baghdadi参考旋转压入闭口钢桩的安装扭矩和安装力计算方法提出螺旋钢桩安装力和安装扭矩计算方法。这些计算模型主要基于土压力理论、传力螺丝模型和能量守恒定律。通过计算模型得到的螺旋钢桩安装力与安装扭矩存在诸多理想化条件假定，计算结果不精确。
[0004]螺旋钢桩加固体的稳定性监测一般采用监测元器件直接对加固体进行监测，采用此种监测方案，当加固体突然失稳时无法对加固体的稳定性进行提前预警。然而，通过监测螺旋钢桩服役状态来判断加固体稳定性的方式，可以有效突破现有技术监测加固体稳定性时突然失稳而无法预警的技术障碍。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于：为了解决上述无法排挤碎块石，无法实时精确监测螺旋钢桩安装扭矩及其服役状态的技术问题，本技术提供一种智能螺旋钢桩。
[0006]本技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种智能螺旋钢桩，包括中心钢轴，所述中心钢轴的下端外壁设置有一个清障叶片组，所述清障叶片组包括多个第一螺旋叶片，多个第一螺旋叶片的直径从下到上依次增大，所述中心钢轴的内壁设置有光纤光栅传感器组件，所述光纤光栅传感器组件包括至少一个光纤光栅应变传感器、分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器。
[0008]进一步地，所述中心钢轴的截面为正方形或圆形。
[0009]进一步地，所述清障叶片组位于最上方的第一螺旋叶片的最大直径为4D，中心钢轴的截面为正方形时D为中心钢轴的边长，中心钢轴的截面为圆形时D为中心钢轴的外径，第一螺旋叶片的螺距均相等且相邻第一螺旋叶片间的净距为n
×
L，L为第一螺旋叶片的螺距，n为正整数，n≤3。
[0010]进一步地，所述中心钢轴上还设置有至少一个位于清障叶片组上方的第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片的直径D
h
≤4D，第二螺旋叶片的螺距与第一螺旋叶片的螺距相等，相邻两个第二螺旋叶片间的净距为S，S=m
·
L，m为正整数，且S≥3D
h
，位于最下方的第二螺旋叶片与位于最上方的第一螺旋叶片的净距也为S。
[0011]进一步地，所述光纤光栅传感器组件还包括薄壁钢管，所述薄壁钢管的外壁通过粘接材料与中心钢轴的内壁连接；中心钢轴的截面为正方形时，两个光纤光栅应变传感器等间距设置在薄壁钢管的外表面与中心钢轴相邻的两个内壁接触挤压，分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器外嵌于薄壁钢管与中心钢轴的同一个内壁接触挤压；中心钢轴的截面为圆形时，光纤光栅应变传感器、分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器设置在薄壁钢管的外表面与中心钢轴的内壁接触挤压。
[0012]进一步地，所述的薄壁钢管两端均套设有橡胶垫圈。
[0013]进一步地，所述粘接材料的抗弯强度与抗压强度均大于10MPa，弹性模量大于20000MPa。
[0014]进一步地，还包括监测箱，所述监测箱内置光纤光栅解调仪、无线数据传输装置及电源，其中电源分别连接光纤光栅解调仪与无线数据传输装置，光纤光栅解调仪与无线数据传输装置连接，所述光纤光栅解调仪与光纤光栅应变传感器、分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器连接。
[0015]进一步地，所述的光纤光栅传感器的尾纤用一根保护光缆连接，分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器的尾纤用一根保护光缆连接，两条保护光缆穿过监测箱连接光纤光栅解调仪。
[0016]本技术的有益效果如下：
[0017]（1）本技术通过在中心钢轴的下端外壁设置一个清障叶片组，通过清障叶片组中多个从下到上直径依次增大设置的第一螺旋叶片，可以排挤智能螺旋钢桩的施工旋进线程中的碎块石；同时将不同直径的第一螺旋叶片设置相同的螺距，可极大地减小安装扭矩与安装力；
[0018]（2）通过光纤光栅应变传感器，可以实现智能螺旋钢桩的中心钢轴的安装扭矩进行精确监测，从而可以计算智能螺旋钢桩安装功率的大小，为实时调整安装设备转速、智能螺旋钢桩旋进姿态及选择不同型号安装设备等重要施工参数提供数据支撑；同时可以基于桩周土特性反衍智能螺旋钢桩轴向承载力大小，当智能螺旋钢桩安装扭矩越大时，其承载力越高；通过实时监测智能螺旋钢桩安装承载力，可以在设计要求内实时调整相同工点处智能螺旋钢桩设计参数，优化智能螺旋钢桩设计方案；
[0019]（3）在智能螺旋钢桩中心钢轴内部设置分布式光纤应变传感器，可以实时监测智能螺旋钢桩服役时的应变大小，通过智能螺旋钢桩应变变化规律可对加固体稳定性进行实时预警，同时采用分布式光纤温度传感器对分布式光纤应变传感器进行温补修正；通过设置分布式光纤温度传感器，可以实时监测加固体的温度变化情况，为智能螺旋钢桩加固体
的稳定性分析提供可靠的数据基础。
附图说明
[0020]图1是本技术的结构示意图；
[0021]图2是本技术的中心钢轴为正方形的横向剖面图；
[0022]图3是本技术的中心钢轴为圆形的横向剖面图；
[0023]图4是本技术的中心钢轴结构示意图；
[0024]图5是本技术中心钢轴为正方形时光纤光栅传感器组件结构示意图；
[0025]图中标记：11
‑
中心钢轴、12
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第二螺旋叶片、13
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第一螺旋叶片、21
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薄壁钢管、22
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光纤光栅应变传感器、23
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分布式光纤应变传感器、24
‑
分布式光纤温度传感器、25
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能螺旋钢桩，其特征在于，包括中心钢轴，所述中心钢轴的下端外壁设置有一个清障叶片组，所述清障叶片组包括多个第一螺旋叶片，多个第一螺旋叶片的直径从下到上依次增大，所述中心钢轴的内壁设置有光纤光栅传感器组件，所述光纤光栅传感器组件包括至少一个光纤光栅应变传感器、分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器。2.如权利要求1所述的一种智能螺旋钢桩，其特征在于，所述中心钢轴的截面为正方形或圆形。3.如权利要求2所述的一种智能螺旋钢桩，其特征在于，所述清障叶片组位于最上方的第一螺旋叶片的最大直径为4D，中心钢轴的截面为正方形时D为中心钢轴的边长，中心钢轴的截面为圆形时D为中心钢轴的外径，第一螺旋叶片的螺距均相等且相邻第一螺旋叶片间的净距为n
×
L，L为第一螺旋叶片的螺距，n为正整数，n≤3。4.如权利要求3所述的一种智能螺旋钢桩，其特征在于，所述中心钢轴上还设置有至少一个位于清障叶片组上方的第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片的直径D
h
≤4D，第二螺旋叶片的螺距与第一螺旋叶片的螺距相等，相邻两个第二螺旋叶片间的净距为S，S=m
·
L，m为正整数，且S≥3D
h
，位于最下方的第二螺旋叶片与位于最上方的第一螺旋叶片的净距也为S。5.如权利要求2所述的一种智能螺旋钢桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏谦，董敏琪，邵康，杨鸿麟，黄飞虎，王鑫，黄志超，
申请(专利权)人：固远晨通科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：