CN105927213A - 一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程技术领域，公开了一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置及其测量方法，该装置包括三脚架和设置在所述三脚架顶部的圆盘，所述圆盘的直径大于钻孔的直径，所述圆盘的底部沿其直径处安装有轨道，所述轨道上滑动安装有激光发射及接收器，所述激光发射及接收器沿着轨道匀速运动且垂直向下发射激光信号并接收遇到钻孔边界被垂直向上反射的激光信号，所述激光发射及接收器通过导线与一计算机连接。本发明可以可靠地、高精度的测量桩孔垂直度，从而对成孔的质量作出判断，及时修复有缺陷的桩孔。

Description

一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，国内桥梁、公路、市政等正处于大规模建设时期，基础设施和建筑行业的发展步伐不断加快。钻孔灌注桩作为基础施工中的成熟工艺，由于其适用范围广、单桩承载力高、施工噪音低等优点而得到了广泛的应用。成孔质量控制是钻孔灌注桩质量控制中的重要环节，尤其是成孔垂直度的控制，是钻孔灌注桩的检测项目之一，其好坏直接影响到桩基的承载力，从而影响到建筑的结构安全。

一般规定桩孔垂直度偏差应≤1％H(H为桩孔垂直深度)，然而在工程施工过程中，对成孔垂直度的观测比较困难。最常用的是下放探笼，即是制作直径与设计桩径相同的钢筋笼，长度为(3～5)D，D为设计桩径，有足够的刚度以保证其在下降过程中不变形。测试原理是根据相似三角形近似求得钻孔的垂直偏差度，由于其是人工使用测绳尺来测量高度，精度不够高。

因此，研发高精度的桩孔垂直度测量装置尤为重要，对促进岩土力学的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置及其测量方法，它可以可靠地、高精度的测量桩孔垂直度，从而对成孔的质量作出判断，及时修复有缺陷的桩孔，预防由于桩孔角度偏移太大造成灌注桩承载力不足，适用于桥梁、市政、公路、房建等工程的桩基工程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置，该装置包括底部支撑在钻孔外周的三脚架和设置在所述三脚架顶部的圆盘，所述圆盘的直径大于钻孔的直径，以使所述圆盘的正投影完全覆盖钻孔，所述圆盘的底部沿其直径处安装有轨道，所述轨道上滑动安装有激光发射及接收器，所述激光发射及接收器沿着轨道匀速运动且垂直向下发射激光信号并接收遇到钻孔边界被垂直向上反射的激光信号，所述激光发射及接收器通过导线与一计算机连接。

相应的，本发明还提供一种基于上述装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、将该装置通过三脚架支撑在钻孔外周，使圆盘的正投影完全覆盖钻孔，将激光发射及接收器放置在轨道的端部；

S2、激光发射及接收器从轨道的初始端向末端匀速运动，计算机记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间t，并计算出此过程中每个激光信号所走长度L＝vt，v为激光速度，将此过程中L＝2H的激光信号用直线连接,H为钻孔高度；

S3、当激光发射及接收器运动至轨道的末端时，圆盘转动角度α，α＝180°/n，n为自然数，该末端即为下一次运动的初始端，激光发射及接收器从轨道的初始端向末端匀速运动，计算机记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间，并计算出此过程中每个激光信号所走长度L，将此过程中L＝2H的激光信号用直线连接；

S4、重复步骤S3，直至圆盘转动n次，即圆盘转动180°后，得到n条线段，将计算机得到的n条线段的外轮廓相连，即可得到钻孔底部的外轮郭与钻孔顶部垂直投影的外轮廓相交部分的外轮廓线；

S5、将步骤S4中得到的外轮廓线和钻孔顶部垂直投影的外轮廓线相比较，可得到二者外轮廓之间的最大距离s，则钻孔的倾斜角度由下式计算：

按上述技术方案，步骤S3中，圆盘转动角度α＝5°，则n＝36。

本发明，具有以下有益效果：该装置结构简单，只需要三脚架、圆盘、激光发射及接收器和轨道即可，该装置全部由机械和激光原理构成，成本较低，易于制作，且操作方便，计算机根据激光发射及接收器的行走轨迹，自动绘出钻孔底部的外轮廓与钻孔顶部垂直投影的外轮廓相交部分的外轮廓线，通过与钻孔顶部外轮廓线对比找出最大距离，即可计算出钻孔的倾斜角度，从而精确测量钻孔成孔的垂直度。本发明原理简单，装置方便，成本较低，可广泛应于铁路、港口、公路、水利、高层建筑等众多岩土工程领域中。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明中外轮廓线的示意图；

图3为本发明中钻孔的结构示意图。

图中：1-三脚架、2-圆盘、3-轨道、4-激光发射及接收器、5-计算机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的较佳实施例中，如图1所示，一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置，该装置包括底部支撑在钻孔外周的三脚架1和设置在三脚架1顶部的圆盘2，圆盘2的直径大于钻孔的直径，以使圆盘的正投影完全覆盖钻孔，圆盘2的底部沿其直径处安装有轨道3，轨道3上滑动安装有激光发射及接收器4，激光发射及接收器4沿着轨道3匀速运动且垂直向下发射激光信号并接收遇到钻孔边界被垂直向上反射的激光信号，激光发射及接收器通过导线与一计算机5连接。

如图1-图3所示，一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、将上述装置通过三脚架支撑在钻孔外周，使圆盘的正投影完全覆盖钻孔，将激光发射及接收器放置在轨道的端部；

S2、激光发射及接收器从轨道的初始端向末端匀速运动，计算机记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间t，并计算出此过程中每个激光信号所走长度L＝vt，v为激光速度，将此过程中L＝2H的激光信号用直线连接,H为钻孔高度；

S3、当激光发射及接收器运动至轨道的末端时，圆盘转动角度α，α＝180°/n，n为自然数，该末端即为下一次运动的初始端，激光发射及接收器从轨道的初始端向末端匀速运动，计算机记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间，并计算出此过程中每个激光信号所走长度L，将此过程中L＝2H的激光信号用直线连接；

S4、重复步骤S3，直至圆盘转动n次，即圆盘转动180°后，得到n条线段，将计算机得到的n条线段的外轮廓相连，即可得到钻孔底部的外轮廓与钻孔顶部垂直投影的外轮廓相交部分的外轮廓线；

S5、将步骤S4中得到的外轮廓线和钻孔顶部垂直投影的外轮廓线相比较，可得到二者外轮廓之间的最大距离s，则钻孔的倾斜角度由下式计算：

步骤S3中，圆盘转动角度α＝5°，则n＝36。角度α越小，测量精度越高。

本发明的结构简单，如图1所示，主要由三脚架、圆盘、轨道、激光发射及接受器和计算机组成。轨道过圆盘圆心，且固定在圆盘的中央。激光发射及接收器可沿轨道滑行，且可垂直向下发射激光信号，激光信号遇到钻孔边界时，激光信号被垂直向上反射，并被激光发射及接收器接收。圆盘安装在三脚架上方，圆盘直径略大于钻孔直径。三脚架立于钻孔外面，使圆盘在地面上的投影可覆盖钻孔。计算机控制激光发射及接收器按照一定速度匀速在轨道上滑行，并自动记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间，并计算出此过程每个激光信号所走长度L，将每个循环中L＝2H的激光信号用直线连接。初始状态时，激光发射及接收器放在轨道的一端，激光发射及接收器当从初始端滑行到末端时，圆盘转动5°，此时激光发射及接收器再从末端滑行到初始端，此过程为一个循环，直至系统运行36个循环，圆盘转动180°为止。

如图3所示，图中实线表示的倾斜圆柱是钻机实际挖出的钻孔，虚线表示的垂直圆柱则是标准钻孔，H表示钻孔深度(已知)，s表示实际钻孔与标准钻孔二者外轮廓之间的最大距离，表示偏差角度。在每个循环过程中，激光发射及接收器垂直向下发射的激光信号投射到钻孔边界上，再反射回激光发射及接收器，激光发射及接收器将此过程中激光从发射到接收的耗时传送给计算机，计算机自动分析计算出激光所经历路线的长度L，并储存L＝2H的激光信号，即投射到钻孔最底端的激光信号，每个循环中，将计算机中存储的激光信号连成直线，即得到实际钻孔底端过圆心的相交5°的两条直径，如图2所示。

图2中AD和BC为一个循环内激光在钻孔最底端所经历的路线，两条线段相交5°。当系统运行完36个循环时，即圆盘转动了180°，激光投影在钻孔底部会形成如图2中实线所围的图形MABNDC，此即为钻孔底部圆圈与钻孔顶部圆圈相交部分的外轮廓线(也就是倾斜钻孔底端与垂直钻孔底端相交部分的轮廓线)，而MA′B′NDC则是倾斜钻孔顶部圆圈的外轮廓线(也就是垂直钻孔底端的外轮廓线)，从两个轮廓线中很容易找到位移偏差最大的两点PF(相连直线过圆心O)，此距离即为图3中的s，则此时倾斜钻孔的倾斜角度即为：

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置，其特征在于，该装置包括底部支撑在钻孔外周的三脚架和设置在所述三脚架顶部的圆盘，所述圆盘的直径大于钻孔的直径，以使所述圆盘的正投影完全覆盖钻孔，所述圆盘的底部沿其直径处安装有轨道，所述轨道上滑动安装有激光发射及接收器，所述激光发射及接收器沿着轨道匀速运动且垂直向下发射激光信号并接收遇到钻孔边界被垂直向上反射的激光信号，所述激光发射及接收器通过导线与一计算机连接。

2.一种基于权利要求1所述的装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将该装置通过三脚架支撑在钻孔外周，使圆盘的正投影完全覆盖钻孔，将激光发射及接收器放置在轨道的端部；

S2、激光发射及接收器从轨道的初始端向末端匀速运动，计算机记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间t，并计算出此过程中每个激光信号所走长度L＝vt，v为激光速度，将此过程中L＝2H的激光信号用直线连接,H为钻孔高度；

S3、当激光发射及接收器运动至轨道的末端时，圆盘转动角度α，α＝180°/n，n为自然数，该末端即为下一次运动的初始端，激光发射及接收器从轨道的初始端向末端匀速运动，计算机记录激光发射及接收器从发射到接收激光信号所用的时间，并计算出此过程中每个激光信号所走长度L，将此过程中L＝2H的激光信号用直线连接；

S4、重复步骤S3，直至圆盘转动n次，即圆盘转动180°后，得到n条线段，将计算机得到的n条线段的外轮廓相连，即可得到钻孔底部的外轮廓与钻孔顶部垂直投影的外轮廓相交部分的外轮廓线；

S5、将步骤S4中得到的外轮廓线和钻孔顶部垂直投影的外轮廓线相比较，可得到二者外轮廓之间的最大距离s，则钻孔的倾斜角度由下式计算：

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，步骤S3中，圆盘转动角度α＝5°，则n＝36。