CN104266625A - 混凝土坯层厚度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程混凝土浇筑施工中振捣质量控制技术，其公开了一种混凝土坯层厚度监测方法，能够实时计算出浇筑振捣坯层厚度，达到有效的监控目的，实现安全生产。本发明的技术要点为：选择并划分任意待浇筑振捣施工区，建立与之对应的四维格网，然后通过获取振捣作业信息计算有效振捣影响范围，并与振捣施工区对应的四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程，并通过计算获得混凝土表面高程，最后通过计算混凝土表面高程与当前振捣区对应的四维格网的平均高程的差值来获得。本发明适用于振捣质量监控。

Description

混凝土坯层厚度监测方法

技术领域

本发明属于水利工程混凝土浇筑施工中振捣质量控制技术，具体涉及一种混凝土坯层厚度监测方法。

背景技术

混凝土振捣是混凝土浇筑的关键工艺，工艺过程中振捣质量的监测与控制是混凝土质量控制的重要环节之一。目前施工现场振捣施工，通过振捣棒的交错插入来保证混凝土浇筑区域的全覆盖，大多以粗放的经验方式来控制振捣棒插入深度、插入角度、振捣时长、振捣间距、覆盖时间等过程控制参数，从而保证混凝土振捣密实。一般的经验控制方式为：当混凝土不再显著下沉、不出现气泡、开始泛浆则认为混凝土已振捣密实，此时拔出振捣棒防止过分振捣而引起骨料下沉离析。但实际操作中，施工人员难以做到振捣棒插入深度、插入角度、振捣时长、振捣间距的精确把握，根据个人经验操作而随意性强，很大程度上受人为因素和工作条件的影响，难以避免出现欠振、过振、漏振等问题，可能产生质量缺陷且难以及时获知和处理。这已成为混凝土振捣质量控制的通病，因此需要采用精细化、智能化的技术手段和设备有效的监测和控制混凝土振捣质量，混凝土振捣质量智能监控是解决该问题的有效途径。

在通过混凝土振捣质量智能监控方法进行混凝土振捣质量监控时，混凝土浇筑振捣坯层是作为质量评定基本单元的基础，而在混凝土浇筑过程中平铺法和台阶法的使用极其灵活，如何自动识别混凝土浇筑坯层是振捣质量控制的基础。传统的混凝土振捣质量控制，混凝土浇筑振捣坯层识别通过人工抽查的记录进行，而在实际操作中，仅针对平铺法施工工艺进行记录来识别浇筑振捣坯层，坯层的覆盖时间来源于初略估计的整个坯层平均覆盖时间，对单个坯层的振捣质量控制较粗犷，难以避免漏振现象；而针对阶梯法施工工艺，浇筑振捣坯层的识别和单个坯层振捣质量控制均淡化，更难以获得坯层覆盖时间、难以避免漏振、过振、欠振现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种混凝土坯层厚度监测方法，能够实时计算出浇筑振捣坯层厚度，达到有效的监控目的，实现安全生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

混凝土坯层厚度监测方法，包括以下步骤：

a.选择并划分任意待浇筑振捣施工区，建立与之对应的四维格网，该四维格网中的每个网格对应代表所述待施工区域中的一部分区域；为每个格网节点配置包括x、y、z、t的参数属性，分别代表x坐标、y坐标、高程、时间；

b.实时获取当前振捣作业信息；

c.通过振捣影响范围结合获取的当前振捣作业信息计算有效振捣影响范围，并与振捣施工区对应的四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，判断出该有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点，再根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程；

d.利用获取的振捣作业信息计算振捣棒垂直插入深度；

e.通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标，从而获取混凝土表面高程；

f.计算获得当前振捣影响区域的坯层厚度＝混凝土表面高程-当前振捣区对应的四维格网的平均高程；

g.更新有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点高程值为混凝土表面高程。

具体的，步骤a中，为每个格网节点配置包括x、y、z、t的参数属性的具体方法为：

a1.赋予x,y,z为网格中心点对应施工区域点的实际坐标值；

a2.赋予时间t为计算格网节点的实际时间值。

具体的，步骤b中，所述当前振捣棒作业信息为当前振捣棒的一次施工过程信息。

具体的，步骤b中，所述振捣作业信息至少包括坐标信息、方位信息、采集时间、旋转角度、插入角度、振捣深度；通过设置于振捣机前臂顶点上的定位天线和设置于振捣机后臂上的定向天线分别获取坐标信息(x_g,y_g,z_g)和方位信息β；通过设置于振捣机前臂上的角度传感器获取振捣前臂的旋转角度α；通过设置于振捣前臂与振捣台架连接支点上的角度传感器获取振捣台架的旋转角度ω；通过设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器分别获取振捣棒的插入角度γ和振捣深度h。

具体的，步骤c中，所述有效振捣影响范围等于振捣影响范围以振捣点旋转β+ω度；

所述根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程的方法是：

$Z_a=\frac{z_1+z_2+...+z_n}{n};$

式中，Z_a为当前振捣区对应的四维格网的平均高程，z₁...z_n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的高程值，n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的个数。

具体的，步骤d中，通过步骤b所获取的插入深度和插入角度数据计算获得振捣棒垂直插入深度的具体方法为：垂直插入深度H＝h*cos(γ)，插入角度γ在范围0～85度之间。

具体的，步骤e中，通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标的具体方法为：

X＝x_K+x_g+b*sin(α)*sin(β)；

Y＝y_K+y_g+b*sin(α)*cos(β)；

Z＝z_K+z_g-b*cos(α)–k_a–k*cos(γ)+h*cos(γ)；

其中，x_K、y_K、z_K为基站坐标；b为小壁长；k_a为定位天线支架高；k为振捣台架上的角度传感器和深度传感器的安装位置到振捣头距离，所述Z的值即为混凝土表面高程。

具体的，步骤b中，所述振捣作业信息至少包括坐标信息、方位信息、采集时间、插入角度、振捣深度；通过设置于振捣机的振捣台架上的定位天线和定向天线分别获取坐标信息(x_g,y_g,z_g)和方位信息β；通过设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器分别获取振捣棒的插入角度γ和振捣深度h，所述振捣台架不可旋转。

具体的，步骤c中，所述有效振捣影响范围等于振捣影响范围以振捣点旋转β度；所述根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程的方法是；

$Z_a=\frac{z_1+z_2+...+z_n}{n};$

式中，Za为当前振捣区对应的四维格网的平均高程，z₁...z_n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的高程值，n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的个数。

具体的，步骤e中，通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标的具体方法为：

X＝x_K+x_g+b*cos(β)；

Y＝y_K+y_g+b*sin(β)；

Z＝z_K+z_g-k_a–k*cos(γ)+h*cos(γ)；

其中，x_K、y_K、z_K为基站坐标；b为定位天线到振捣台架中心的距离；k_a为定位天线支架高；k为设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器到振捣头距离，所述Z的值即为混凝土表面高程。

本发明的有益效果是：能够实时计算出浇筑振捣坯层厚度，达到有效的监控目的，防止漏振、过振、欠振，实现安全生产。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为实施例1的设备安装位置示意图；

图3为实施例1的安装角度示意图；

图4为实施例1的旋转角度正视图；

图5为实施例1的旋转角度俯视图；

图6为实施例2的设备安装位置示意图；

图7为实施例2的旋转角度正视图；

图8为实施例2的旋转角度俯视图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种混凝土坯层厚度监测方法，能够实时计算出浇筑振捣坯层厚度，达到有效的监控目的，实现安全生产。其核心思想为：选择并划分任意待浇筑振捣施工区，建立与之对应的四维格网，然后通过获取振捣作业信息计算有效振捣影响范围，并与振捣施工区对应的四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程，并通过计算获得混凝土表面高程，最后通过计算混凝土表面高程与当前振捣区对应的四维格网的平均高程的差值来获得。

下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述：

如图1所示，本发明中的混凝土坯层厚度监测方法，包括以下实现步骤：

1.选择划分待浇筑振捣施工区，建立四维格网，为每个格网节点配置参数属性：

选择并划分任意待浇筑振捣施工区，建立与之对应的四维格网，该四维格网中的每个网格对应代表所述待施工区域中的一部分区域；为每个格网节点配置包括x、y、z、t的参数属性，分别代表x坐标、y坐标、高程、时间；

2.实时获取当前振捣作业信息：

实时获取当前振捣作业信息，所述作业信息包括坐标信息、方位信息、采集时间、旋转角度、插入角度、振捣深度等信息；

3.计算有效振捣影响范围与四维格网进行比对和匹配，确定振捣棒实时作业位置，计算四维格网的平均高程：

通过振捣影响范围结合获取的当前振捣作业信息计算有效振捣影响范围，并与振捣施工区对应的四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，判断出该有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点，再根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程；

本发明中所述的“振捣影响范围”是一个固定范围，跟振捣机的振捣棒数量有关，通常为8头振捣机，5头振捣机，4头振捣机。即：根据振捣机型号可以确定振捣影响范围，此时的振捣影响范围没有位置和角度属性，当赋予振捣影响范围位置和旋转角度属性时，称为“有效振捣影响范围”。

4.计算振捣棒垂直插入深度：

通过步骤2所获取的插入深度和插入角度数据计算振捣棒垂直插入深度；

5.计算获取混凝土表面高程：

通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标，从而获取混凝土表面高程；

6.计算获得当前振捣影响区域的坯层厚度：

计算获得当前振捣影响区域的坯层厚度＝混凝土表面高程-当前振捣区对应的四维格网的平均高程；

7.更新四维格网：

更新有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点高程值为混凝土表面高程。

实施例1：

本例中的振捣机的振捣台架可旋转，如图2所示，定位天线、定向天线分别设置于位置1、2，即定位天线设置在振捣前臂顶点上用于获取GPS坐标(x_g,y_g,z_g)，定向天线设置于振捣后臂上用于获取方位角β；振捣前臂上的安装位置3上设置角度传感器用于获取振捣前臂的旋转角度α，振捣前臂与振捣台架的支点的位置4上设置角度传感器用于获取振捣台架的旋转角度ω，振捣台架的位置5上设置角度传感器和深度传感器用于获取振捣棒的插入角度γ和振捣深度h；对于各个传感器的安装角度和检测的旋转角度如图3、4、5所示；

本例中的混凝土坯层厚度监测方法，包括以下步骤：

1.选择任意浇筑振捣施工区，建立起浇筑振捣施工区域四维格网，每个格网节点包括x、y、z、t属性(其中x、y、z、t，分别是x坐标、y坐标、高程和时间)；

具体实现上，赋予x,y,z为网格中心点对应施工区域点的实际坐标值；赋予时间t为计算格网节点的实际时间值。

2.通过上述设备实时获取当前振捣作业信息(包括坐标信息、方位信息、采集时间、旋转角度、插入角度、振捣深度)；

3.获取的GPS坐标(x_g,y_g,z_g)、振捣机方位角β、振捣台架旋转角度ω及振捣影响范围计算获得有效振捣影响范围，并与振捣区四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，计算获得当前振捣区的四维格网的平均高程Z_a

振捣机方位角β在范围0～360度之间；

振捣台架旋转角度ω在范围-90～+90度之间；

有效振捣影响范围等于振捣影响范围以GPS振捣点旋转β+ω度；

$Z_a=\frac{z_1+z_2+...+z_n}{n};$

式中，Z_a为当前振捣区对应的四维格网的平均高程，z₁...z_n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的高程值，n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的个数。

4.通过所获取的插入深度和插入角度数据计算振捣棒垂直插入深度H＝h*cos(γ)，具体的插入角度γ在范围0～85度之间；

5.通过上述计算数据和采集数据计算出作业点混凝土表面坐标，获取混凝土表明高程：

X＝x_K+x_g+b*sin(α)*sin(β)；

Y＝y_K+y_g+b*sin(α)*cos(β)；

Z＝z_K+z_g-b*cos(α)–k_a–k*cos(γ)+h*cos(γ)；

上述公式中x_K、y_K、z_K为基站坐标；b为前壁长；k_a为定位天线支架高；k为安装位置5(振捣台架上的角度传感器和深度传感器的安装位置)到振捣头距离；h*cos(γ)即为步骤4中计算的振捣棒垂直插入深度H。

6.计算获得当前振捣影响区域的坯层厚度：

h_a＝Z-Z_a；

7.更新有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点高程值为混凝土表面高程。

实施例2：

本例中的振捣机的振捣台架不可旋转，如图6所示，定位天线、定向天线分别设置于振捣台架上的位置1、2，分别用于获取GPS坐标(x_g,y_g,z_g)和获取方位角β；振捣台架上的安装位置3上设置角度传感器和深度传感器用于获取振捣棒的插入角度γ和振捣深度h；对于各个传感器的安装角度和检测的旋转角度如图7、8所示；

本例中的混凝土坯层厚度监测方法，包括以下步骤：

1.选择任意浇筑振捣施工区，建立起浇筑振捣施工区域四维格网，每个格网节点包括x、y、z、t属性(其中x、y、z、t，分别是x坐标、y坐标、高程和时间)；

具体实现上，赋予x,y,z为网格中心点对应施工区域点的实际坐标值；赋予时间t为计算格网节点的实际时间值。

2.通过上述设备实时获取当前振捣作业信息，包括坐标信息、方位信息、采集时间、插入角度、振捣深度信息；

3.根据获取的GPS坐标(x_g,y_g,z_g)、振捣机方位角β及振捣影响范围计算获得有效振捣影响范围，并与振捣区四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，计算获得当前振捣区的四维格网的平均高程Z_a

振捣机方位角β在范围0～360度之间；

有效振捣影响范围等于振捣影响范围以GPS振捣点旋转β度；

$Z_a=\frac{z_1+z_2+...+z_n}{n};$

式中，Za为当前振捣区对应的四维格网的平均高程，z₁...z_n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的高程值，n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的个数。

4.通过所获取的插入深度和插入角度数据计算振捣棒垂直插入深度H＝h*cos(γ)，具体的插入角度γ在范围0～85度之间；

5.通过上述计算数据和采集数据计算出作业点混凝土表面坐标，获取混凝土表面高程：

X＝x_K+x_g+b*cos(β)；

Y＝y_K+y_g+b*sin(β)；

Z＝z_K+z_g-k_a–k*cos(γ)+h*cos(γ)；

上述公式中x_K、y_K、z_K为基站坐标；b为定位天线(安装位置1)到振捣台架中心的距离；k_a为定位天线支架高；k为设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器(安装位置3)到振捣头距离，所述Z的值即为混凝土表面高程；h*cos(γ)即为步骤4中计算的振捣棒垂直插入深度H。

6.计算获得当前振捣影响区域的坯层厚度：

h_a＝Z-Z_a；

7.更新有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点高程值为混凝土表面高程。

Claims (10)

1.混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.选择并划分任意待浇筑振捣施工区，建立与之对应的四维格网，该四维格网中的每个网格对应代表所述待施工区域中的一部分区域；为每个格网节点配置包括x、y、z、t的参数属性，分别代表x坐标、y坐标、高程、时间；

b.实时获取当前振捣作业信息；

c.通过振捣影响范围结合获取的当前振捣作业信息计算有效振捣影响范围，并与振捣施工区对应的四维格网进行对比和匹配，确定出振捣棒实时作业位置，判断出该有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点，再根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程；

d.利用获取的振捣作业信息计算振捣棒垂直插入深度；

e.通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标，从而获取混凝土表面高程；

f.计算获得当前振捣影响区域的坯层厚度＝混凝土表面高程-当前振捣区对应的四维格网的平均高程；

g.更新有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点高程值为混凝土表面高程。

2.如权利要求1所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤a中，为每个格网节点配置包括x、y、z、t的参数属性的具体方法为：

a1.赋予x,y,z为网格中心点对应施工区域点的实际坐标值；

a2.赋予时间t为计算格网节点的实际时间值。

3.如权利要求1所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤b中，所述当前振捣棒作业信息为当前振捣棒的一次施工过程信息。

4.如权利要求1所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤b中，所述振捣作业信息至少包括坐标信息、方位信息、采集时间、旋转角度、插入角度、振捣深度；通过设置于振捣机前臂顶点上的定位天线和设置于振捣机后臂上的定向天线分别获取坐标信息(x_g,y_g,z_g)和方位信息β；通过设置于振捣机前臂上的角度传感器获取振捣前臂的旋转角度α；通过设置于振捣前臂与振捣台架连接支点上的角度传感器获取振捣台架的旋转角度ω；通过设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器分别获取振捣棒的插入角度γ和振捣深度h。

5.如权利要求4所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤c中，所述有效振捣影响范围等于振捣影响范围以振捣点旋转β+ω度；

所述根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程的方法是:

$Z_a=\frac{Z_1+Z_2+...+Z_n}{n};$

式中，Z_a为当前振捣区对应的四维格网的平均高程，z₁...z_n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的高程值，n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的个数。

6.如权利要求5所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤d中，通过步骤b所获取的插入深度和插入角度数据计算获得振捣棒垂直插入深度的具体方法为：垂直插入深度H＝h*cos(γ)，插入角度γ在范围0～85度之间。

7.如权利要求6所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤e中，通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标的具体方法为：

X＝x_K+x_g+b*sin(α)*sin(β)；

Y＝y_K+y_g+b*sin(α)*cos(β)；

Z＝z_K+z_g-b*cos(α)–k_a–k*cos(γ)+h*cos(γ)；

其中，x_K、y_K、z_K为基站坐标；b为小壁长；k_a为定位天线支架高；k为振捣台架上的角度传感器和深度传感器的安装位置到振捣头距离，所述Z的值即为混凝土表面高程。

8.如权利要求1所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤b中，所述振捣作业信息至少包括坐标信息、方位信息、采集时间、插入角度、振捣深度；通过设置于振捣机的振捣台架上的定位天线和定向天线分别获取坐标信息(x_g,y_g,z_g)和方位信息β；通过设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器分别获取振捣棒的插入角度γ和振捣深度h，所述振捣台架不可旋转。

9.如权利要求8所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤c中，所述有效振捣影响范围等于振捣影响范围以振捣点旋转β度；

所述根据覆盖的各个格网节点高程计算获得当前振捣区对应的四维格网的平均高程的方法是：

$Z_a=\frac{Z_1+Z_2+...+Z_n}{n};$

式中，Z_a为当前振捣区对应的四维格网的平均高程，z₁...z_n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的高程值，n为有效振捣影响范围对应四维格网中覆盖的格网节点的个数。

10.如权利要求9所述的混凝土坯层厚度监测方法，其特征在于，步骤e中，通过采集数据计算获取振捣作业点混凝土表面坐标的具体方法为：

X＝x_K+x_g+b*cos(β)；

Y＝y_K+y_g+b*sin(β)；

Z＝z_K+z_g-k_a–k*cos(γ)+h*cos(γ)；

其中，x_K、y_K、z_K为基站坐标；b为定位天线到振捣台架中心的距离；k_a为定位天线支架高；k为设置于振捣台架上的角度传感器和深度传感器到振捣头距离，所述Z的值即为混凝土表面高程。