CN106013160B - 混凝土灌注桩灌注高度控制装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了混凝土灌注桩灌注高度控制装置及其使用方法，包括用于探测物质的介电常数或电导率的探测装置，探测装置通过传输电缆悬挂于待加工灌注桩的设定位置，传输电缆还连接用于采集和传输探测信号的电缆卷线器，电缆卷线器与用于根据电导率或介电常数的变化情况来识别混凝土和泥浆分界面的中控装置通信，中控装置与声光报警设备通信。本发明利用探测装置探测到达其位置的浮浆和混凝土的电导率或介电常数，将测得的数据与标定参数进行比对，当判断到达探测装置处的液面为混凝土液面时进行报警，提醒作业人员停止灌注，既保证了灌注桩的有效灌注高度，又有利于减小灌注材料的浪费，降低凿除难度，整个作业过程自动化进行，受人为因素影响小。
Description
技术领域
本发明涉及建筑自动化领域，尤其是涉及一种混凝土灌注桩灌注高度控制装置及其使用方法。
背景技术
灌注桩是直接在所设计的桩位上开设截面为圆形孔，成孔后在孔内加放钢筋笼，灌注混凝土而成，根据成孔工艺的不同，灌注桩可以分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩和人工挖孔的灌注桩等，由于灌注桩具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，灌注桩在施工中得到较为广泛的应用。
虽然混凝土灌注桩在建筑工程上的应用越来越多，但是混凝土灌注桩的顶标高控制一直以来是混凝土灌注桩工程施工的难点之一，这是因为，在灌注桩加工过程中由于多种原因，例如外加剂掺量过高或用水量超标，导致混凝土坍落度过大甚至离析，出现浮浆，浮浆经振捣后会聚集在混凝土的上部形成浮浆层，而浮浆层凝固后的强度无法达到灌注桩标准的要求，因此为了避免浮浆层的影响，在对灌注桩的顶标高控制时，往往要在设定的灌注桩高度上超灌指定高度，一般灌注桩需超高度为500mm以上，并在混凝土凝固后将浮浆部分凿除，所以如果顶标高设置的过低就无法避开浮浆层，最终形成的桩体也就不合格，如果顶标高设置的过高，则造成混凝土的浪费以及后续施工（凿除浮浆层和超出灌注桩设计高度部分的混凝土）的困难。
目前，在超灌高度的控制过程中，较难解决的问题是如何准确的识别混凝土和浮浆的分界面，从而确定混凝土液面的实际高度，传统的施工方法是人工通过测绳将重物放置于灌注桩的设定标高位置或者竹竿触探，依靠工作人员的手感或经验来判断重物是否对人手有拉力或者是否有混凝土对竹竿施加推力来识别混凝土和浮浆的分界面，然而这些方法对作业人员的要求较高，并且也无法保证重物或竹竿底部准确位于灌注桩的设定标高位置，因此分界面的识别误差较大，同时，由于工地现场环境复杂，这些方法受工地现场作业环境影响较大，使得识别精度进一步降低。
而中建八局第二建设有限公司于2013-04-23申请的主题名称为水下灌注桩砼超灌检测器及其使用方法申请号为201310141689.5的专利，公开了一种识别浮浆和砼的分界面的装置和方法，但是该装置适用于水下灌注桩，并不完全适用于普通的灌注桩，并且该装置是在完成灌注桩超灌的基础上，再通过检测器来确定已超灌的高度是否满足设定标高，只是超灌后的确认核实，无法事先对超灌的高度进行有效的控制，并且这种装置和方法操作较为复杂，不利于提高效率。
通过进一步分析来看，已知的探测方法中，主要也以力学探测的方式进行判断，而这些力学探测方法基本上都依赖人工操作并且受外界环境的影响较大，因此还没有一种更为精确有效的方法来解决上述问题，而大部分施工企业只能在力学方法的基础上，以加大顶标高的方法来保证成桩质量，而这样，既浪费了资源，又加大了成本。
另外，按照施工规范要求，灌注桩混凝土浇筑时为了保证混凝土的浇筑质量，要求浇筑时的导料管埋入混凝土内3～6m，灌注桩灌注过程中，导料管中的混凝土高度会高于桩内混凝土液面，高于桩内混凝土液面的这部分混凝土我们定义为导料管余料，这部分余料会进一步增加灌注桩高度，造成材料浪费，并且企业在加工时基本上对桩顶超灌混凝土强度不做任何处理，因此在完成浇筑后，进一步增加了后续灌注桩桩顶凿除造成的困难。
发明内容
本发明的目的之一就是为了解决现有技术中存在的上述问题，利用混凝土和浮浆的介电常数和电导率的差异，通过将探测装置固定在满足灌注桩高度的位置并通过电学分析方法对达到所述探测装置位置的物质情况进行检测分析，并在确认为混凝土时进行预警，从而提供一种混凝土灌注桩灌注高度控制装置。
本发明的另一目的在于，通过上述混凝土灌注桩灌注高度控制装置，对灌注桩浇灌过程中的介电常数或电导率的变化过程进行标定，确定介电常数或电导率与标定灌注桩中物质的对应关系；再将探测装置固定于待加工灌注桩混凝土液面的设定标高位置，检测介电常数和电导率的变化参数并与标定的参数进行比对，判断到达探测装置的液面是否为混凝土液面，从而提供一种混凝土灌注桩灌注高度控制方法。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：
混凝土灌注桩灌注高度控制装置，包括用于探测物质的介电常数或电导率的探测装置，所述探测装置通过传输电缆悬挂或固定于待加工灌注桩的设定位置，所述传输电缆还连接用于采集和传输探测信号的电缆卷线器，所述电缆卷线器与用于根据电导率或介电常数的变化情况来识别混凝土和泥浆分界面的中控装置通信，所述中控装置与声光报警设备通信。
优选的，所述的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，其中：所述探测装置的尺寸小于导料管与钢筋笼之间的间隙。
优选的，所述的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，其中：所述探测装置在所述待加工灌注桩的轴向位置位于所述待加工灌注桩的设定标高下方的指定范围内。
优选的，所述的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，其中：所述探测装置包括配重外壳。
优选的，所述的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，其中：所述电缆卷线器通过传输电缆或无线网络或有线网络与所述中控装置通信。
优选的，所述的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，其中：所述中控装置包括单片机以及分别与其连接的显示屏和若干按钮。
优选的，所述的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，其中：所述中控装置通过传输电缆或无线网络或有线网络与所述声光报警装置通信。
混凝土灌注桩灌注高度控制方法，包括如下步骤：
S2，将探测装置固定在待加工灌注桩的设定位置，所述探测装置实时探测到达其所在位置的物质的介电常数或电导率信号，并经电缆卷线器传送给中控装置，所述中控装置实时生成介电常数或电导率的实测变化曲线并持续更新；
S3，比对步骤：将实时生成并持续更新的实测变化曲线与中控装置中内置的标定变化曲线进行实时对比，判断探测装置探测到的当前液面是否为混凝土液面；
S4，预警步骤：当判断探测装置探测到的当前液面是混凝土液面时，所述中控装置上显示预警信息并发信号给声光报警装置进行声光报警；
S5，处理步骤：当发出声光报警时，停止灌浆。
优选的，在所述S2实测步骤之前还包括S1，标定步骤：将探测装置放入标定灌注桩的混凝土和浮浆混合物中，中控装置实时记录探测装置从进入浮浆和混凝土混合物至不再下沉期间的介电常数或电导率参数，得到所述探测装置在混凝土和浮浆混合物的每个高度对应的介电常数或电导率参数，结合成型灌注桩从浮浆顶层到混凝土顶层的每个高度对应的实际物质情况，形成每个高度的物质与对应的介电常数或电导率的标定变化曲线。
优选的，在所述S2，实测步骤之前还包括S6，设定位置获取步骤：
S61，将探测装置悬挂或固定于标定灌注桩的设定标高高度h1处；
S62，进行混凝土灌注，至混凝土液面高度达到探测装置时，中控装置启动报警装置进行声光报警，停止灌浆；
S63，取出导料管，完成灌浆，再次测量混凝土液面的最终高度，记为高度h2；
S64，计算高度h2和高度h1的差值h3；
S65，通过电缆卷线器使探测装置位于待加工灌注桩的设定标高下方差值h3范围内的位置。
优选的，在S1，标定步骤中，所述中控装置还根据探测装置的探测信号分析所述探测装置在停止下沉高度时的标定物质情况参数；
在S2，实测步骤中，所述中控装置还根据探测装置的探测信号实时分析所述探测装置探测到的当前液面的物质情况参数；
在S3，比对步骤中，所述中控装置将当前液面的物质情况参数与标定物质情况参数进行比对，判断两者是否一致；
在S4，预警步骤中，当所述中控装置判断当前液面的物质情况参数与标定物质情况参数同时一致时，所述中控装置上显示预警信息并发信号给声光报警装置进行声光报警。本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明设计精巧，结构简单，通过设置探测装置在待加工灌注桩的位置，利用探测装置探测到达其位置的浮浆和混凝土的电导率或介电常数，将测得的数据与标定的参数进行比对，并判断到达探测装置处的液面是否为混凝土液面，当确定到达探测装置处的液面为混凝土时进行报警，提醒作业人员停止灌注混凝土，既保证了灌注桩的有效灌注高度，同时又能最大程度的减小超灌量，有利于减小灌注材料的浪费，降低后续的凿除难度，并且整个作业过程自动化进行，受人为因素影响小，保证了控制精度和灌注效率。
本发明通过分析到达其探测装置处的位物质情况参数并于标定的物质情况参数进行比对，在介电常数或电导率比对一致的基础上，进一步增加物质情况参数比对的预警条件，从而，实现判断精确性的双重保证。
本发明的方法进一步通过对作业人员的操作延时和导料管余料的考虑，对探测装置在待加工灌注桩中的位置进行修正，并结合自动绕线装置进行位置调整，能够进一步保证灌注桩混凝土液面的最终高度的精确性，减少材料浪费。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示的混凝土灌注桩灌注高度控制装置，如附图1所示，包括用于探测物质的介电常数或电导率的探测装置1，所述探测装置1包括配重外壳从而能够借助配重外壳的重力下沉进入浮浆和混凝土混合物中。
所述探测装置1能够产生电磁波，而所述探测装置1周围的浮浆和混凝土会对电磁波产生响应，表现为对电磁波能量的存储和耗散，所述探测装置实时监测浮浆和混凝土对电磁波能量的存储和耗散的数值，即浮浆和混凝土的介电常数或电导率。
所述探测装置1通过传输电缆2悬挂于待加工灌注桩的设定位置，当然也可以通过其他方式固定在待加工灌注桩的设定位置，所述探测装置1在所述待加工灌注桩内的径向位置可以是可行的任意位置，本实施例中优选其位于导料管6与钢筋笼7之间，对应的，所述探测装置1的尺寸小于导料管6与钢筋笼7之间的间隙；同时，为了保证所述传输电缆2能够将探测装置1悬挂于上述位置，因此，需要有一定的支撑机构（图中未示出）以为传输电缆2提供支撑，所述支撑机构可以是已知的各种可行结构，在此不再赘述；并且，所述探测装置1在所述待加工灌注桩的轴向位置位于所述待加工灌注桩的设定标高下方的指定范围内。
所述传输电缆2还连接用于采集和传输探测信号的电缆卷线器3，所述电缆卷线器3通过收缩和展开传输电缆2能够调整所述探测装置1在所述待加工灌注桩的轴向位置。
进一步，所述电缆卷线器3与用于根据电导率或介电常数的变化情况来识别混凝土和泥浆分界面的中控装置4通信，所述电缆卷线器3可以以已知的各种信号传输方式与中控装置4进行通信，本实施例中，优选所述电缆卷线器3通过传输电缆或无线网络或有线网络与所述中控装置4通信。
所述中控装置4包括用于对数据进行处理分析的单片机以及分别与其连接的显示屏和若干按钮，所述显示屏可以是已知的各种类型和型号的显示屏，如LED屏、LCD屏、触控屏等；所述中控装置4与声光报警设备5通信，所述中控装置4也可以以已知的各种信号传输方式与声光报警设备5进行通信，本实施例中，同样优选所述中控装置4通过传输电缆或无线网络或有线网络与所述声光报警装置通信。
使用本发明的混凝土灌注桩灌注高度控制装置进行作业时，其过程如下：
S1，标定步骤：将所述探测装置1放入标定灌注桩（即已完成混凝土灌注过程，但混凝土尚未凝固）的混凝土和浮浆混合物中，所述探测装置1实时监测其周围的浮浆和混凝土的介电常数或电导率，所述传输电缆2将所述探测装置1探测的信号传输给所述中控装置4，所述中控装置4实时接收所述探测装置1从进入浮浆和混凝土混合物至不再下沉期间的介电常数或电导率参数，此时，每个介电常数或电导率参数与所述探测装置1在所述混凝土和浮浆混合物中的一个高度值对应；同时，通过已知的方法，如测绳测量，抓斗取样和实际成桩之后开凿可以判断浮浆层高度以及浮浆和混凝土分界面的高度，从而可以得到成型灌注桩从浮浆层的顶部到混凝土顶部（混凝土和浮浆分界面）的每个高度所对应的物质是浮浆还是混凝土；将成型灌注桩的每个高度所对应的物质情况与所述探测装置1在所述混凝土和浮浆混合物中的每个高度值对应的介电常数或电导率参数结合，此处所述探测装置1在所述混凝土和浮浆混合物中的每个高度值与成型灌注桩的每个高度相对应，最终能够形成每个高度的物质与对应的介电常数或电导率的标定变化曲线。
S2，实测步骤：通过电缆绕线器3收放传输电缆2以使所述探测装置1悬挂在待加工灌注桩的设定标高位置，接着进行混凝土灌注，随着混凝土液面的上升，浮浆亦慢慢抬升，当浮浆和混凝土液面逐渐上升至所述探测装置1的位置，所述探测装置1实时探测到达其所在位置的浮浆和混凝土液面的介电常数或电导率信号，并经传输电路2和电缆卷线器3传送给所述中控装置4，所述中控装置4实时接收所述介电常数或电导率信号形成介电常数或电导率的实测变化曲线并持续更新，所述实测变化曲线会随着介电常数或电导率信号的持续采集，沿着数轴中X轴或Y轴的正方向不断延伸。
S3，比对步骤：所述中控装置4将实时生成且持续更新的实测变化曲线与标定变化曲线进行对比，从而判断探测装置探测到的当前液面是否为混凝土液面。
详细的，首先将实测的介电常数或电导率信号进行滤波滤除干扰，综合考虑实测变化曲线的斜率和幅值，判断实测变化曲线的当前位置（即最新延伸出的位置）等效于标定变化曲线上的哪一个对应点位，再由取得的标定变化曲线上的对应点位，反查该点位是否对应混凝土液面。
S4，预警步骤：当所述中控装置4判断探测装置探测到的当前液面为混凝土液面时，即，实测变化曲线的当前位置等效于标定变化曲线上的对应点位，落在参考变化曲线上标注为混凝土层的范围内，可认为当前已到达混凝土层，所述中控装置4上显示预警信息并发信号给所述声光报警装置5进行声光报警。
S5，处理步骤：当所述声光报警装置5发出声光报警时，人工或远程控制停止灌浆车从而停止灌浆，随后取出导料管6，至混凝土和浮浆凝固后，凿除浮浆层后得到成型的混凝土灌注桩。
进一步，由于存在导料管余料及作业人员的延时操作而多灌注的混凝土，从而导致实际混凝土液面高度超过设定标高，因此为了克服导料管余料以及延时操作对灌注桩的实际混凝土液面高度的影响，要事先在设定的混凝土液面标高的基础上去除导料管余料及工作人员操作延时对实际混凝土液面高度的增加量，经过高度修正后确定所述探测装置1在所述待加工灌注桩中的轴向位置。
详细的，即在上述S2步骤之前还包括S6，设定位置获取步骤，其工作过程如下：
S61，将所述探测装置1悬挂于标定灌注桩的设定标高高度h1处；
S62，进行混凝土灌注，至混凝土液面高度达到所述探测装置2时，所述中控装置4启动声光报警装置5进行声光报警，停止灌浆；
S63，取出导料管6，完成灌浆，再次测量混凝土液面的最终高度，记为高度h2；
S64，计算高度h2和高度h1的差值h3；
S65，通过电缆卷线器3使探测装置2位于待加工灌注桩的设定标高下方差值h3范围内的位置。
之所以这样调整，主要是虑到是因为考虑到每次导料管余料和工作人员的延时操作使所述灌注桩混凝土液面增加的高度会有一定的偏差，因此预留有一定的调整余量。
另一方面，为了避免仅比对实测变化曲线和标定变化曲线可能出现误差，更进一步设计了通过比对物质情况参数的步骤来保证判断的精确性，具体过程如下：
在S1，标定步骤中，所述中控装置4还根据探测装置1的探测信号分析所述探测装置1在停止下沉高度时的标定物质情况参数。
在S2，实测步骤中，所述中控装置4还根据探测装置1的探测信号实时分析所述探测装置探测到的当前液面的物质情况参数。
在S3，比对步骤中，所述中控装置4将当前液面的物质情况参数与标定物质情况参数进行实时比对，判断两者是否一致。
在S4，预警步骤中，除了所述中控装置4判断探测装置探测到的当前液面为混凝土液面外，还需要当所述中控装置4判断当前液面的物质情况参数与标定物质情况参数也一致时，所述中控装置4上显示预警信息并发信号给声光报警装置5进行声光报警。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.混凝土灌注桩灌注高度控制方法，混凝土灌注桩灌注高度控制装置包括用于探测物质的介电常数或电导率的探测装置(1)，所述探测装置(1)通过传输电缆(2)悬挂或固定于待加工灌注桩的设定位置，所述传输电缆(2)还连接用于采集和传输探测信号的电缆卷线器(3)，所述电缆卷线器(3)与用于根据电导率或介电常数的变化情况来识别混凝土和泥浆分界面的中控装置(4)通信，所述中控装置(4)与声光报警设备(5)通信；其特征在于：包括如下步骤：
S2，实测步骤：将探测装置(1)固定在待加工灌注桩的设定位置，所述探测装置(1)实时探测到达其所在位置的物质的介电常数或电导率信号，并经电缆卷线器(3)传送给中控装置(4)，所述中控装置(4)实时生成介电常数或电导率的实测变化曲线并持续更新；
S3，比对步骤：将实时生成并持续更新的实测变化曲线与中控装置(4)中内置的标定变化曲线进行实时对比，判断探测装置(1)探测到的当前液面是否为混凝土液面；
S4，预警步骤：当判断探测装置(1)探测到的当前液面是混凝土液面时，所述中控装置(4)上显示预警信息并发信号给声光报警设备(5)进行声光报警；
S5，处理步骤：当发出声光报警时，停止灌浆。
2.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：所述探测装置(1)的尺寸小于导料管(6)与钢筋笼(7)之间的间隙。
3.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：所述探测装置(1)在所述待加工灌注桩的轴向位置位于所述待加工灌注桩的设定标高下方的指定范围内。
4.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：所述探测装置(1)包括配重外壳。
5.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：所述电缆卷线器(3)通过传输电缆或无线网络或有线网络与所述中控装置(4)通信。
6.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：所述中控装置(4)包括单片机以及分别与其连接的显示屏和若干按钮。
7.根据权利要求1-6任一所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：所述中控装置(4)通过传输电缆或无线网络或有线网络与所述声光报警设备(5)通信。
8.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：在所述S2实测步骤之前还包括
S1，标定步骤：将探测装置(1)放入标定灌注桩的混凝土和浮浆混合物中，中控装置(4)实时记录探测装置(1)从进入浮浆和混凝土混合物至不再下沉期间的介电常数或电导率参数，得到所述探测装置(1)在混凝土和浮浆混合物的每个高度对应的介电常数或电导率参数，结合成型灌注桩从浮浆顶层到混凝土顶层的每个高度对应的实际物质情况，形成每个高度的物质与对应的介电常数或电导率的标定变化曲线。
9.根据权利要求1所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：在所述S2步骤之前还包括S6，设定位置获取步骤：
S61，将探测装置(1)悬挂或固定于标定灌注桩的设定标高高度h1处；
S62，进行混凝土灌注，至混凝土液面高度达到探测装置(1)时，中控装置(4)启动声光报警设备(5)进行声光报警，停止灌浆；
S63，取出导料管(6)，完成灌浆，再次测量混凝土液面的最终高度，记为高度h2；
S64，计算高度h2和高度h1的差值h3；S65，通过电缆卷线器(3)使探测装置(1)位于待加工灌注桩的设定标高下方差值h3范围内的位置。
10.根据权利要求9所述的混凝土灌注桩灌注高度控制方法，其特征在于：
在S1，标定步骤中，所述中控装置(4)还根据探测装置(1)的探测信号分析所述探测装置(1)在停止下沉高度时的标定物质情况参数；
在S2，实测步骤中，所述中控装置(4)还根据探测装置(1)的探测信号实时分析所述探测装置探测到的当前液面的物质情况参数；
在S3，比对步骤中，所述中控装置(4)将当前液面的物质情况参数与标定物质情况参数进行比对，判断两者是否一致；
在S4，预警步骤中，当所述中控装置(4)判断当前液面的物质情况参数与标定物质情况参数同时一致时，所述中控装置(4)上显示预警信息并发信号给声光报警设备(5)进行声光报警。
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