CN104776818A - 一种超声波桩底沉渣厚度测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波桩底沉渣厚度测量仪，包括带刻度的测量绳，所述测量绳的一端系有测量锤，其特征在于，所述测量锤为超声波测量锤，超声波发射装置和超射波接收装置相距地设置在所述超声波测量锤上，所述超声波发射装置和超声波接收装置分别通过超声波探头线与超声波处理装置连接，所述超声波处理装置包括超声波发生处理器和超声波检测处理器。由于超声波在不同介质中传播速度不同，尤其在泥土与水中传播速度差异很大，本发明利用这一原理通过超声波检测处理器检测超声波接收装置中的超声波传播速度信号，以确定桩底泥水分界面和沉渣底部，能够准确计算沉渣厚度，其精度可达到毫米级。

Description

一种超声波桩底沉渣厚度测量仪

【技术领域】

本发明涉及建筑施工领域灌注桩成桩后的桩底沉渣测量仪，尤其涉及一种超声波桩底沉渣厚度测量仪。

【背景技术】

根据建筑规范及施工要求，为了满足灌注桩的承载能力，对成桩后桩底沉渣厚度有严格的规定，所以，要保证灌注桩的质量，就必须对桩底沉渣厚度进行准确测量；现有的测量装置，包括在测量绳底端系有一个金属测量锤，测量绳由外套层和芯层组成，外套层套在芯层的外围，金属测量锤系在测量绳芯层的下端，测量绳外套层下端连接有竖向套筒，竖向套筒底端设有水平底片，水平底片和竖向套筒一体连接，金属测量锤套在竖向套筒中；在测量桩底沉渣时，测量锤刺入沉渣中，而水平底片被挡在沉渣的上面，测量绳的芯层和外套层发生错位，错位的长度就是沉渣的厚度。然而由于基坑开挖深度较大，使得沉渣土体与基岩分界面、桩底的泥水分界面判断较难，这种测量装置采用大概估算的方法，常常使得检测结果存在较大人为误差，不具备真实可靠性。

【发明内容】

本发明提供一种超声波桩底沉渣厚度测量仪，以解决上述桩底沉渣测量仪采用大概估算的方法，常常使得检测结果存在较大人为误差，不具备真实可靠性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超声波桩底沉渣厚度测量仪，包括带刻度的测量绳，所述测量绳的一端系有测量锤，其特征在于，所述测量锤为超声波测量锤，超声波发射装置和超射波接收装置相距地设置在所述超声波测量锤上，所述超声波发射装置和超声波接收装置分别通过超声波探头线与超声波处理装置连接，所述超声波处理装置包括超声波发生处理器和超声波检测处理器。

本发明的有益效果是：由于超声波在不同介质中传播速度不同，尤其在泥土与水中传播速度差异很大，在测量桩底沉渣厚度时，将测量锤放入孔中，同 时超声波发生处理器启动超声波发生装置，超声波发生装置发出的超声波传递到超声波接收装置中，超声波检测处理器检测超声波接收装置中的超声波传播速度信号；当超声波测量锤抵达桩底泥水分界面时，超声波的传播速度信号会发生巨大变化，这时，通过记录测量绳上的刻度值，然后保持缓慢速度继续下放超声波测量锤，直到下落过程中超声波检测处理器检测到的超声波传播速度数值变化不大且下放过程中明显感觉受力减小时，记录稳定状态下测量绳上的刻度值，通过两次测量绳上的刻度值上的差值，并通过数次上线升、降可进行准确计算沉渣厚度，其精度可达到毫米级。

进一步，所述超声波测量锤包括倒置的带底筒状结构的锤体，所述超声波发射装置和超声波接收装置分别设置在所述锤体内侧边缘处，所述锤体的底部中心位置设有锤体通孔，所述超声波探头线穿过所述锤体通孔、并进入所述测量绳的内部，所述锤体底部设有多个与所述锤体轴心成中心对称的排泥孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：带底筒状结构的锤体在下降的过程中能够较好地保持平衡、稳定，同时，多个排泥孔对称分布在锤体的底部，最大限度地保证了超声波测量锤在下落过程中泥土的流动性，减少了超声波测量锤下落过程中阻力，保证超声波测量锤准确地下落至稳定土层(基岩)上，使沉渣厚度的测量值更为准确，同时，测量锤的侧面为全封闭结构，且发射接收装置位置绝对固定，最大限度的减少了实验过程中的仪器误差，提高了测量的准确性和增加了仪器的使用寿命。

进一步，所述锤体底部外侧还设有与所述锤体一体结构的圆台，所述圆台与所述锤体共轴，所述圆台的轴线上设有与所述锤体通孔贯通的圆台通孔，所述超声波探头线穿过所述圆台通孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：测量锤上的圆台结构，测量锤整体呈上小下大的外观形状，增加测量锤的自重的同时，使得测量锤的主要重量位于测量锤的重心附近，测量锤的平衡性更好。

进一步，所述排泥孔为两个，其形状为月牙形。

采用上述进一步方案的有益效果是：两个月牙形的排泥孔，提供了最大的排泥量，确保锤体能够平稳、快速地向下移动。

进一步，所述超声波发射装置和超声波接收装置与所述锤体的轴心成中心对称。

采用上述进一步方案的有益效果是：超声波发射装置和超声波接收装置位于锤体内侧边缘处、且与所述锤体的轴心成中心对称，即超声波发射装置和超声波接收装置在锤体中的间距最长，使得超声波接收端能够准确检测、分辨超声波传播速度变换，减少外部噪声的影响。

进一步，所述锤体内侧设有凹槽，所述超声波探头线设置在所述凹槽里。

采用上述进一步方案的有益效果是：超声波探头线设置在凹槽里，使超声波探头线能够得到很好的保护，使整个测量过程仪器密封，最大限度保证仪器的自身误差，增加仪器的使用寿命。

进一步，所述超声波桩底沉渣厚度测量仪还包括测量管道，所述锤体和所述测量绳位于所述测量管道的内部。。

采用上述进一步方案的有益效果是：在测量桩底沉渣厚度时，将测量管道从桩体的开挖面垂直向下埋设，直到埋设至泥水交界面以下，为桩基的现场测试提供合适的测量平台，同时垂直的埋设方式有效地减少了测试误差；同时，测量管道的预埋，成桩后的桩底沉渣厚度测量更为准确，确保了灌注桩的承载能力。

进一步，所述超声波处理装置还包括显示装置，所述显示装置分别与所述超声波发生处理器和超声波检测处理器连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：显示装置可以将超声波输入信息和超声波的传播速度信号信息直观地显示在屏幕上，提供了良好的人机交互使用界面，操作十分方便。

【附图说明】

图1是本发明测量锤的实施方式一的剖面结构示意图，

图2是本发明测量锤的实施方式二的剖面结构示意图，

图3是本发明测量锤的实施方式二的立体结构示意图，

图4是本发明测量锤的实施方式二的俯视图，

图5是本发明实施方式二的工作示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、锤体，11、锤体通孔，12、凹槽，13、超声波发生装置，14、超声波接收装置，15、排泥孔，2、圆台，21圆台通孔，3、超声波探头线，4、测量绳，5、测量管道，6、超声波处理装置,7、沉渣

【具体实施方式】

本发明测量锤的实施方式一的剖面结构示意图参见图1，包括锤体1，锤体1呈倒置的带底筒状结构，在锤体1的底部中心位置设有锤体通孔11，锤体通孔11用于超声波探头线3通过，超声波探头线3并进入测量绳4内；在锤体1的底部上设有与锤体1内外贯通的两个对称的月牙形排泥孔15，在锤体1的筒状结构内腔、内侧边缘处，设置有超声波发射装置13和超声波接收装置14，超声波发射装置13和超声波接收装置14与锤体1的轴心呈中心对称；在超声波发射装置13和超声波接收装置14上方、锤体1的筒状结构内腔的内壁上分别设有凹槽12，凹槽12与锤体1的底部中心位置的通孔11贯通，超声波探头线设置在凹槽12。

本发明测量锤的实施方式二的结构示意图参见图2—图4，与实施例一相比，锤体1底部外侧还设有与锤体一体结构的圆台2，圆台2与锤体1共轴，圆台2的轴线上设有与锤体通孔11贯通的圆台通孔21，超声波探头线3穿过圆台通孔21。

测量锤上的圆台结构，测量锤整体呈上小下大的外观形状，增加测量锤的自重的同时，使得测量锤的主要重量位于测量锤的重心附近，测量锤的平衡性更好。

本发明实施方式二的工作示意图参见图5，测量管道5里插入桩孔沉渣7里，锤体1设置在测量管道3里，在锤体1的上部系有测量绳4，测量绳4上设有刻度，与超声波发射装置13和超声波接收装置14相连接的超声波探头线3的另外一端与超声波处理装置6连接，超声波处理装置6用于启动超声波发生装置13，并处理超声波接收装置14所接收到的超声波，超声波处理装置6包括显示装置，用于显示超声波信息。

由于超声波在不同介质中传播速度不同，尤其在泥土与水中传播速度差异很大，在测量桩底沉渣厚度时，将测量锤放入孔中，同时超声波发生处理器启动超声波发生装置，超声波发生装置发出的超声波传递到超声波接收装置中， 超声波检测处理器检测超声波接收装置中的超声波传播速度信号；当超声波测量锤抵达桩底泥水分界面时，超声波的传播速度信号会发生巨大变化，这时，通过记录测量绳上的刻度值，然后保持缓慢速度继续下放超声波测量锤，直到下落过程中超声波检测处理器检测到的超声波传播速度数值变化不大且下放过程中明显感觉受力减小时，记录稳定状态下测量绳上的刻度值，通过两次测量绳上的刻度值上的差值可准确计算沉渣厚度，其精度可达到毫米级。在实际使用过程中，可以在测量锤到达桩底时，通过再次提升/下降测量绳，来最终确认桩底，以确保测量的准确性。

本发明的超声波桩底沉渣厚度测量仪的锤体的外经为25cm，筒状锤体的内径为15cm，筒状锤体的主体高度为10cm，锤体的底部的圆台形状的圆台高度为10cm，下圆台面的直径为15cm，上圆台面的直径为5cm，锤体的底部中心位置的通孔直径为2cm，锤体的底部上与锤体内外贯通的两个对称的圆环形排泥孔的外经为23cm，内径为17cm。锤体设有两个对称分布的月牙形排泥孔，排泥孔的空间较大，最大限度地保证了超声波测量锤在下落过程中泥土的流动性，减少了超声波测量锤下落过程中阻力，保证超声波测量锤准确地下落至稳定土层(基岩)上，使沉渣厚度的测量值更为准确，同时，测量锤的侧面为全封闭结构，且发射接收装置位置绝对固定，最大限度的减少了实验过程中的仪器误差，提高了测量的准确性和增加了仪器的使用寿命。

本发明的超声波桩底沉渣厚度测量仪的实验数据结果如下：

针对有地下水的桩底沉渣，沉渣中超声波波速为1500KM/S以上，甚至有超过2000KM/S的情况发生，土体越稳定，超声波速度越高，由于实际旋挖钻孔会对地下水产生扰动，地下水浑浊，因此实际的地下水中超声波波速明显比清水中波速小，速度从1500下降，到1000KM/S左右，水中杂质越少，速度越低；因此，综合室内试验表明，当超声波波速为1500KM/S时，测量面可作为泥水分界面；针对没有地下水的桩底沉渣，可将340KM/S作为空气与沉渣分界面；对于混凝土浇筑后成型的桩底沉渣，可将2000KM/S作为混凝土与沉渣分界面。

从实验数据分析，混凝土中超声波波速：2000-4000KM/S，沉渣中超声波波速：1500-2000KM/S，水中超声波波速：1500以下。以上提供的实验数据是在特定的条件下产生的，在实际应用中会根据不同的地质，水土条件，其超声波的临界值有所不同。

以上对本发明所提供的超声波桩底沉渣厚度测量仪进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种超声波桩底沉渣厚度测量仪，包括带刻度的测量绳，所述测量绳的一端系有测量锤，其特征在于，所述测量锤为超声波测量锤，超声波发射装置和超射波接收装置相距地设置在所述超声波测量锤上，所述超声波发射装置和超声波接收装置分别通过超声波探头线与超声波处理装置连接，所述超声波处理装置包括超声波发生处理器和超声波检测处理器。

2.如权利要求1所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述超声波测量锤包括倒置的带底筒状结构的锤体，所述超声波发射装置和超声波接收装置分别设置在所述锤体内侧边缘处，所述锤体的底部中心位置设有锤体通孔，所述超声波探头线穿过所述锤体通孔、并进入所述测量绳的内部，所述锤体底部设有多个与所述锤体轴心成中心对称的排泥孔。

3.如权利要求2所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述锤体底部外侧还设有与所述锤体一体结构的圆台，所述圆台与所述锤体共轴，所述圆台的轴线上设有与所述锤体通孔贯通的圆台通孔，所述超声波探头线穿过所述圆台通孔。

4.如权利要求3所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述排泥孔为两个，其形状为月牙形。

5.如权利要求1至3任一权利要求所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述超声波发射装置和超声波接收装置与所述锤体的轴心成中心对称。

6.如权利要求1至3任一权利要求所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述锤体内侧设有凹槽，所述超声波探头线设置在所述凹槽里。

7.如权利要求6所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述超声波桩底沉渣厚度测量仪还包括测量管道，所述锤体和所述测量绳位于所述测量管道的内部。

8.如权利要求1或7所述的超声波桩底沉渣厚度测量仪，其特征在于，所述超声波处理装置还包括显示装置，所述显示装置分别与所述超声波发生处理器和超声波检测处理器连接。