CN102023005B - 支撑柱实时调垂系统及其调垂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支撑柱实时调垂系统，用于将支撑柱插入桩孔中，其包括调垂架、调垂装置，所述调垂架固定在桩孔四周，调垂装置设于调垂架的内部，所述调垂系统还包括激光测量装置和控制装置，所述激光测量装置包括全站仪和两片激光全息反射片，激光全息反射片沿支撑柱的纵向设于所述钢支撑柱的上部，所述全站仪和调垂装置分别和控制系统连接，全站仪测量所述激光全息反射片的位置信息，所述控制装置接收并处理来自全站仪的位置信息，控制调垂装置调节支撑柱的垂直度。还公开了一种采用上述调垂系统的调垂方法。通过用全站仪实时测量支撑柱的坐标从而来实现控制桩位垂直度的方法，自动化程度高，数据直观且可以保证测量的精度在限差范围之内。

Description

支撑柱实时调垂系统及其调垂方法

技术领域

本发明涉及一种支撑柱实时调垂系统及其调垂方法。

背景技术

随着我国综合国力的跨越式发展，城市建设方兴未艾，而受土地稀缺性的限制，在城市建设中，地下空间的开发与利用正越来越受到重视。逆作法施工由于其鲜明的优点在地下空间的开发利用中正被广泛的采纳和使用。但长期以来，逆作法支撑柱的垂直度控制始终是困扰施工界的一个难题。作为逆作阶段的承重结构，其垂直度越高，相应承载能力越大，但由于在软土地基中逆作支撑柱通常插入钻孔灌注桩中一起施工，受钻孔灌注桩施工工艺的限制，逆作支撑柱的垂直度往往达不到理想目标，从而限制了逆作法施工的发展。

针对这一难题，施工界多年来进行了大量的探索和研究，从采用传统的经纬仪控制、测斜仪控制，到近年来采用的传感器控制等，方式方法以及效果各不相同。常规的测量方法是在桩位的水平和垂直的方向上安置两台经纬仪来控制其垂直度。但，该方法存在着精度差，工作量大，没有量化标准等弊端。

因此，如何提供一种自动化程度高、数据直观且可以保证测量的精度在限差范围之内的支撑柱实时调垂系统及其调垂方法是本领域亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支撑柱实时调垂系统及其调垂方法，自动化程度高、数据直观且可以保证测量的精度在限差范围之内。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种支撑柱实时调垂系统，用于将支撑柱插入桩孔中，其包括：调垂架、调垂装置，所述调垂架固定在桩孔四周，所述调垂装置设于所述调垂架的内部，所述调垂系统还包括激光测量装置和控制装置，所述激光测量装置包括全站仪和两片激光全息反射片，所述激光全息反射片沿支撑柱的纵向设于所述钢支撑柱的上部，所述全站仪和调垂装置分别和控制系统连接，所述全站仪测量所述激光全息反射片的位置信息，所述控制装置接收并处理来自全站仪的位置信息，控制调垂装置调节支撑柱的垂直度。

优选，所述调垂架是由四块侧壁围成的正方体架，所述调垂装置包括两组摇杆调垂机构，分别设于所述调垂架的上、下部，每组摇杆调垂机构包括分布于四块侧壁的四个摇臂和四个摇杆，摇杆穿过各自的侧壁，摇杆的一端与所述钢支撑柱相对，另一端与位于所述侧壁外侧的对应的摇臂固定连接。

优选，所述调垂架还设有两组千斤顶调整机构，每组千斤顶调整机构包括千斤顶和牛腿，所述千斤顶竖向设置，所述牛腿的竖向剖面是直角三角形，千斤顶的输出端顶着所述直角三角形的一条直角边，所述直角三角形的另一条直角边与所述支撑柱的侧壁固定连接。

一种采用上述的支撑柱实时调垂系统的支撑柱实时调垂方法，包括如下步骤：第一步，在支撑柱的上部沿支撑柱纵向设置两片激光全息反射片，测量出两片激光全息反射片与支撑柱纵向中心线的偏差距离；第二步，将支撑柱插入桩孔内，两片激光全息反射片露在钻孔外；第三步，通过全站仪测量所述两片激光全息反射片的空间坐标；第四步，根据所述空间坐标以及两片激光全息反射片与支撑柱纵向中心线的偏差距离以及预先设定的铅垂线判断该支撑柱的纵向中心线的垂直度是否符合要求，若垂直度不符合设定要求，则通过调垂装置对支撑柱的垂直度进行调整，直至支撑柱的垂直度符合要求。

优选，第四步中，判断该支撑柱的纵向中心线的垂直度是否符合要求是指是否符合不等式

其中dx、dy分别为所述两片激光全息反射片在X、Y方向与铅垂线的偏差，两片激光全息反射片的实际空间坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)，

为设计允许的支撑柱垂直度偏差。

优选，所述调垂架是由四块侧壁围成的正方体架，所述调垂装置包括两组摇杆调垂机构，分别设于所述调垂架的上、下部，每组摇杆调垂机构包括分布于四块侧壁的四个摇臂和四个摇杆，摇杆穿过各自的侧壁，摇杆的一端与所述钢支撑柱相对，另一端与位于所述侧壁外侧的对应的摇臂固定连接。

优选，所述调垂架还设有两组千斤顶调整机构，每组千斤顶调整机构包括千斤顶和牛腿，所述千斤顶竖向设置，所述牛腿的竖向剖面是直角三角形，千斤顶的输出端顶着所述直角三角形的一条直角边，所述直角三角形的另一条直角边与所述支撑柱固定连接。

本发明的有益效果如下：

本发明支撑柱实时调垂系统及其调垂方法，通过用全站仪实时测量支撑柱的坐标来实现控制支撑柱的垂直度，自动化程度高，数据直观且可以保证测量的精度在限差范围之内。

附图说明

本发明的支撑柱实时调垂系统及其调垂方法由以下的实施例及附图给出。

图1是本发明支撑柱实时调垂系统的结构示意图；

图2是A-A剖视图；

图3是支撑柱上设置激光全息反射片后的结构示意图；

图4是B-B剖视图；

图5是C-C剖视图；

图中，1-调垂架、11-焊接方钢、12-角钢、13-钢筋护栏、2-摇杆、3-摇臂、4-千斤顶、5-牛腿、6-支撑柱、71-1号点、72-2号点、8-螺栓。

具体实施方式

以下将对本发明的支撑柱实时调垂系统及其调垂方法作进一步的详细描述。

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参见图1-图5，图1是本发明支撑柱实时调垂系统的结构示意图；图2是A-A剖视图；图3是支撑柱上设置激光全息反射片后的结构示意图；图4是B-B剖视图；图5是C-C剖视图。

这种支撑柱实时调垂系统，用于将支撑柱6插入桩孔中，其包括：调垂架1、调垂装置。所述调垂架1固定在桩孔四周，所述调垂装置设于所述调垂架1的内部。所述调垂系统还包括激光测量装置和控制装置。所述激光测量装置包括全站仪和两片激光全息反射片，所述激光全息反射片沿支撑柱6的纵向设于所述钢支撑柱6的上部，所述全站仪和调垂装置分别和控制系统连接，所述全站仪测量所述激光全息反射片的位置信息，所述控制装置接收并处理来自全站仪的位置信息，控制调垂装置调节支撑柱6的垂直度。其中，所述控制装置是电脑。支撑柱6是钢立柱。

本实施例中，所述调垂架1是由四块侧壁围成的正方体架，所述调垂架1由若干若干焊接方钢11和角钢12焊接而成。为了使得调垂架1更加稳固，可以在调垂架的上部焊接有钢筋护栏13，以增加调垂架1的整体刚度和稳定性。所述调垂装置包括两组摇杆调垂机构。所述两组摇杆调垂机构分别设于所述调垂架1的上、下部。每组摇杆调垂机构包括分布于四块侧壁的四个摇臂3和四个摇杆2。所述各个摇杆2穿过各自的侧壁，摇杆2的一端与所述钢支撑柱6相对，另一端与位于所述侧壁外侧的对应的摇臂3固定连接。正转或反转摇臂3可以使得摇杆2前进加紧支撑柱6或者远离支撑柱6。

本实施例中，所述调垂架1还设有两组千斤顶调整机构。每组千斤顶调整机构包括千斤顶4和牛腿5。所述千斤顶4竖向设置，所述牛腿5的竖向剖面是直角三角形。千斤顶4的输出端顶着所述直角三角形的一条直角边，也就是说这条直角边大致是横向设置的。所述直角三角形的另一条直角边与所述支撑柱6的侧壁固定连接，如采用螺栓连接或焊接。本实施例中，所述直角三角形的另一条直角边与所述支撑柱6的侧壁采用螺栓8连接。该另一条直角边大致是竖向设置的。当千斤顶4的输出部向上或向下运动时，牛腿5会做微小转动，从而微调支撑柱6的垂直度。

当采用上述的调垂系统进行支撑柱实时调垂方法前，预先在工厂加工支撑柱6时，在支撑柱6上端精确制点以确定支撑柱6的纵向中心线，另外，预先在控制装置中设定铅垂线数据。另外，架设支撑柱的两片激光全息反射片下方的一个横截面为XY平面建立三维坐标系，将右手拇指指向Z轴正方向。

请继续参阅图1-图5，这种采用上述的支撑柱实时调垂系统的支撑柱实时调垂方法，包括如下步骤：

第一步，在支撑柱6的上部沿支撑柱6纵向设置两片激光全息反射片，测量出两片激光全息反射片与支撑柱6纵向中心线的偏差距离。具体如下，当支撑柱6运输至现场后，将支撑柱6平放在地面上，将两片激光全息反射片(下称1、2号点)71、72沿支撑柱6纵向分开贴放于所述支撑柱6的上部，并固定牢靠。然后，采用铟钢尺分别测出1、2号点71、72与支撑柱6纵向中心线的距离(Δx1，Δy1)、(Δx2，Δy2)，从而可以获知，1、2号点与支撑柱6纵向中心线之间的位置关系，请结合参阅图3-图5。

第二步，将支撑柱6插入桩孔内，两片激光全息反射片露在钻孔灌注桩外，即露在地面上。所述桩孔是钻孔灌注桩。

第三步，通过全站仪测量这两片激光全息反射片的空间坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)；

第四步，根据两片激光全息反射片的空间坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)以及两片激光全息反射片与支撑柱6纵向中心线的偏差距离(Δx1，Δy1)、(Δx2，Δy2)即位置关系以及预先设定的铅垂线，来判断该支撑柱6的纵向中心线的垂直度是否符合要求。若垂直度不符合设定要求，则通过调垂装置对支撑柱6的垂直度进行调整，直至支撑柱6的垂直度符合要求。

在第四步中，判断该支撑柱6的纵向中心线的垂直度是通过是否符合不等式来判断的，其中dx、dy分别为所述两片激光全息反射片在X、Y方向与铅垂线的偏差，两片激光全息反射片的实际空间坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)，

为设计允许的支撑柱6垂直度偏差。

该不等式的由来如下：

若需支撑柱6竖直，则需要支撑柱6的纵向中心线与铅垂线平行，则(X1-Δx1)-(X2-Δx2)＝a，(Y1-Δy1)-(Y2-Δy2)＝a(a为任意数值)，

转化为：

X1-X2＝Δx1-Δx2+a

Y1-Y2＝Δy1-Δy2+a

由于绝对平行很难达到，故取其中一点为基准点(假定1号点为基准，因为要测量和调整支撑柱6的垂直度，需固定支撑柱6的一点，只需要调整支撑柱6的另一点即可)，测得结果为：

X1-X2＝Δx1-Δx2+a+dx

Y1-Y2＝Δy1-Δy2+a+dy，

即：X1-X2-(Δx1-Δx2)-a＝dx

Y1-Y2-(Δy1-Δy2)-a＝dy

其中，dx、dy分别为1、2号点在X、Y方向与铅垂线的偏差。

另外，根据设计要求的误差

其中，L为设计支撑柱6的桩长，

为设计允许的支撑柱6垂直度偏差。

则 $\frac{\sqrt{{\mathrm{dx}}^2+{\mathrm{dy}}^2}}{Z1-Z2}<\frac{1}{N},$

也即 $\sqrt{{\mathrm{dx}}^2+{\mathrm{dy}}^2}<\frac{Z1-Z2}{N}.$

该不等式的满足就是调整支撑柱6的2号测点位置的最小要求，而达到这个要求后也就可以使得支撑柱6的垂直度满足设计的要求。

在调整的时候，当支撑柱6偏斜角度较小时，可以采用千斤顶4上下调整。根据测量结果，增减对应方向的千斤顶4的输出量，通过千斤顶4来带动对应的牛腿5的转动，从而来调整支撑柱6的偏斜。当支撑柱6偏斜满足要求后，采用四个摇臂3将支撑柱6固定。当支撑柱6偏斜特别大时，可以采取摇臂3和千斤顶4共同调整来纠正支撑柱6的垂直偏差。根据测量结果，转动相应方向的摇臂3，使得相应摇杆2将支撑柱6调整到大致的位置。然后，用千斤顶4来实现微调，直至支撑柱6垂直度满足要求后，采用四个摇臂3将支撑柱6固定。

固定支撑柱6后，浇筑桩混凝土。当混凝土终凝以后，支撑柱已完全被固定，此时可以拆除调垂架。

本发明支撑柱实时调垂系统及其调垂方法，通过用全站仪实时测量支撑柱的坐标来实现控制桩位垂直度的方法，自动化程度高，数据直观且可以保证测量的精度在限差范围之内，值得广发推广。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种支撑柱实时调垂系统，用于将支撑柱插入桩孔中，其包括：调垂架、调垂装置，所述调垂架固定在桩孔四周，所述调垂装置设于所述调垂架的内部，其特征在于：所述调垂系统还包括激光测量装置和控制装置，所述激光测量装置包括全站仪、两片激光全息反射片，所述激光全息反射片沿支撑柱的纵向设于所述支撑柱的上部，所述全站仪和调垂装置分别和控制系统连接，所述全站仪测量所述激光全息反射片的位置信息，所述控制装置接收并处理来自全站仪的位置信息，控制调垂装置调节支撑柱的垂直度，所述调垂架是由四块侧壁围成的正方体架，所述调垂装置包括两组摇杆调垂机构，分别设于所述调垂架的上、下部，每组摇杆调垂机构包括分布于四块侧壁的四个摇臂和四个摇杆，摇杆穿过各自的侧壁，摇杆的一端与所述支撑柱相对，另一端与位于所述侧壁外侧的对应的摇臂固定连接，所述调垂架还设有两组千斤顶调整机构，每组千斤顶调整机构包括千斤顶和牛腿，所述千斤顶竖向设置，所述牛腿的竖向剖面是直角三角形，千斤顶的输出端顶着所述直角三角形的一条直角边，所述直角三角形的另一条直角边与所述支撑柱固定连接。

2.一种采用如权利要求1所述的支撑柱实时调垂系统的支撑柱实时调垂方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，在支撑柱的上部沿支撑柱纵向设置所述两片激光全息反射片，测量出两片激光全息反射片与支撑柱纵向中心线的偏差距离；第二步，将支撑柱插入桩孔内，两片激光全息反射片露在钻孔外；第三步，通过全站仪测量所述两片激光全息反射片的空间坐标；第四步，根据所述空间坐标以及两片激光全息反射片与支撑柱纵向中心线的偏差距离以及预先设定的铅垂线判断该支撑柱的纵向中心线的垂直度是否符合要求，若垂直度不符合设定要求，则通过调垂装置对支撑柱的垂直度进行调整，直至支撑柱的垂直度符合要求，第四步中，判断该支撑柱的纵向中心线的垂直度是否符合要求是指是否符合不等式

其中dx、dy分别为所述两片激光全息反射片在X、Y方向与铅垂线的偏差，两片激光全息反射片的实际空间坐标（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2），

为设计允许的支撑柱垂直度偏差。

Images