CN106545329B - 钻孔桩成孔质量检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钻孔桩成孔质量检测装置，它的成孔检测主机的流体密度信号输入接口、超声通信接口、三维姿态接口依次通过收放线盘的电缆转节点和电缆总线分别连接流体密度传感器、超声发射接收传感器和三维姿态传感器；电缆总线缠绕在收放线盘上由收放线盘控制收放线，电缆总线在深度计数滑轮上进行收放，深度计数滑轮对电缆总线的收放线长度进行记录，深度计数滑轮的深度反馈信号输出端连接成孔检测主机；GPS传感器位于探头的正上方，GPS传感器的信号输出端连接成孔检测主机的GPS信号输入端。本发明可对钻孔桩成孔的孔径、孔深、垂直度、全孔泥浆密度、沉渣厚度、钻孔倾斜方向和孔口坐标等参数进行检测，确保钻孔桩成孔质量可靠。

Description

钻孔桩成孔质量检测装置及方法
技术领域
本发明涉及土木工程基桩施工技术领域，具体涉及一种钻孔桩成孔质量检测装置及方法。
背景技术
钻孔桩是建筑物常用的基桩形式之一，它将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层或岩层上。减少基础和建筑物的不均匀沉降。钻孔桩的施工分为成孔和成桩两部分，其中成孔是钻孔桩施工的第一个环节。它的作业过程由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件或施工中的失误都有可能产生塌孔、缩径、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。成孔质量的好坏直接影响到混凝土浇注后的成桩质量；桩孔径偏小则使得成桩的侧摩阻力、桩尖端承力减少，整桩的承载能力降低；桩孔扩针导致成桩上部侧阻力增大，而下部侧阻力不能完全发挥，同时单桩的混凝土浇注量增加，费用提高；桩孔偏斜在一定程度上改变了桩竖向承载受力特性，削弱了桩基承载力的有效发挥，并且孔斜还易产生吊放钢筋笼困难、塌孔、钢筋保护层厚度不足等问题；桩底沉渣过厚使桩长减站，对于端承桩则直接影响桩尖的端承能力。因此，钻孔桩在混凝土浇注前进行成孔质量检测对于控制成桩质量显得尤为重要。
目前，我国桩基检测中的成孔质量检测技术尚不普及，但随着行业管理力度的加大、施工水平的提高、监测制度的推广和完美，成孔质量检测作为桩基工程检测中的一个重要部分，将日益受到重视和加强。
我国的国家标准以及、建筑等行业颁布的有关桩基础施工技术及验收规范中，对混凝土钻孔桩成孔质量检验内容、检验标准、检查方法等提出了具体规定和要求。成孔质量检验的内容包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标等。
目前传统的成孔质量检查方法如下表所示：
参考文献：《桩基工程检测手册》2010年、人民交通出版社，罗骐先、王五平主编著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻孔桩成孔质量检测装置及方法，通过该装置和方法可对钻孔桩成孔的孔径、孔深、垂直度、全孔泥浆密度、沉渣厚度、钻孔倾斜方向和孔口坐标等参数进行检测，确保钻孔桩成孔质量可靠。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种钻孔桩成孔质量检测装置，其特征在于：它包括成孔检测主机、探头、线架、深度计数滑轮、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)传感器、电缆总线、收放线盘，所述探头包括探头壳体、安装在探头壳体底部的流体密度传感器、安装在探头壳体侧壁的超声发射接收传感器、设置在探头壳体上部的电路腔、安装在电路腔内的三维姿态传感器；所述线架架设在桩孔口，线架上安装收放线盘、深度计数滑轮和GPS传感器；所述成孔检测主机的流体密度信号输入接口、超声通信接口、三维姿态信号接口依次通过收放线盘的电缆转节点和电缆总线分别连接流体密度传感器的信号输出端、超声发射接收传感器的通信端和三维姿态传感器的信号输出端；电缆总线缠绕在收放线盘上由收放线盘控制收放线，电缆总线在深度计数滑轮上进行收放，深度计数滑轮对电缆总线的收放线长度进行记录，所述深度计数滑轮的深度反馈信号输出端连接成孔检测主机的深度反馈信号输入端；GPS传感器位于探头的正上方，GPS传感器的信号输出端连接成孔检测主机的GPS信号输入端。
一种利用上述装置的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：开启成孔检测主机，读取GPS传感器的数据，记录该桩孔孔口的中心坐标位置；
步骤2：控制收放线盘下放探头，探头下探过程中成孔检测主机通过流体密度传感器实时测量桩孔内泥浆液的密度，当流体密度传感器检测到泥浆液的密度值达到沉渣密度值范围区间时，通过深度计数滑轮得到此时流体密度传感器相对于桩孔孔口的下探深度，该深度为沉渣顶部相对桩孔孔口的深度，控制收放线盘继续下放探头直到孔底，通过深度计数滑轮得到桩孔的总深度，将上述桩孔的总深度减去沉渣顶部相对桩孔孔口的深度即可得到孔底沉渣的厚度；
在探头下探过程中探头四个侧面的超声发射接收传感器实时测量探头四个侧面到桩孔孔壁的距离；三维姿态传感器实时检测探头的姿态，判定探头是否处于与水平面垂直的状态。
步骤3：根据如下公式计算桩孔相对于铅锤面的倾角α：
其中，α为桩孔相对于铅锤面的倾角，li为第i个测量点中探头一个侧面到桩孔孔壁的距离，li为第i+j个测量点中探头与上述第i个测量点同一个侧面到桩孔孔壁的距离，hi为第i个测量点中探头相对于桩孔孔口的深度，hi+j为第i+j个测量点中探头相对于桩孔孔口的深度。
本发明相比于现有的基桩成孔质量检测方法，本发明的有益效果主要表现在：
1、该成孔质量检测装置可以一次检测，同时测量成孔的孔径、孔深、垂直度(倾角α)、全孔泥浆密度、沉渣厚度、钻孔倾斜方向、孔口坐标等参数，检测功能齐全，测试方便，真正反映了成孔质量的各个控制参数，提高成孔检测的质量保障。
2、测量孔底沉渣厚度，可以避免因沉渣不合格而造成基桩承载力不合格而产生建筑下降不均的后果；
因此，本发明的装置具备可操作性、有效性和实用性等优点，为基桩工程质量提供保障。
附图说明
图1为本发明结构使用状态示意图；
图2为探头结构的示意图；
图3为本发明中探头的俯视结构示意图；
图4为本发明的原理框图。
其中，1—成孔检测主机、2—探头、2.1—流体密度传感器、2.2—超声发射接收传感器、2.3—电路腔、2.4—三维姿态传感器、2.5—探头壳体、3—桩孔、4—线架、5—深度计数滑轮、6—GPS传感器、7—电缆总线、8—收放线盘、8.1—电缆转节点、9—泥浆液、10—孔底沉渣。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的一种钻孔桩成孔质量检测装置，如图1～4所示，它包括成孔检测主机1、探头2、线架4、深度计数滑轮5、GPS传感器6、电缆总线7、收放线盘8，所述探头2包括探头壳体2.5、安装在探头壳体2.5底部的流体密度传感器2.1、安装在探头壳体2.5侧壁的超声发射接收传感器2.2、设置在探头壳体2.5上部的电路腔2.3、安装在电路腔2.3内的三维姿态传感器2.4；所述线架4架设在桩孔口，线架4上安装收放线盘8、深度计数滑轮5和GPS传感器6；所述成孔检测主机1的流体密度信号输入接口、超声通信接口、三维姿态信号接口依次通过收放线盘8的电缆转节点8.1(电缆总线7通过电缆转节点8.1连接成孔检测主机1和电缆总线7分别连接流体密度传感器2.1的信号输出端、超声发射接收传感器2.2的通信端和三维姿态传感器2.4的信号输出端；电缆总线7缠绕在收放线盘8上由收放线盘8控制收放线，电缆总线7在深度计数滑轮5上进行收放，深度计数滑轮5对电缆总线7的收放线长度进行记录，所述深度计数滑轮5的深度反馈信号输出端连接成孔检测主机1的深度反馈信号输入端；GPS传感器6位于探头2的正上方，GPS传感器6的信号输出端连接成孔检测主机1的GPS信号输入端。
上述技术方案中，所述GPS传感器6位于桩孔3的轴线上。
上述技术方案中，所述三维姿态传感器2.4用于检测探头2的姿态，判定探头2是否处于与水平面垂直的状态，有无旋转情况。因为，如果探头2不是垂直状态时，测试的探头2到孔壁的距离就不是垂直孔壁的距离，探头2面若有旋转，则从桩孔3孔口至孔底的距离剖面数据就不是同一个方向的探头2到孔壁的距离。这样会严重影响桩孔3检测的准确性。
上述技术方案中，所述探头2为长方体探头，长方体探头的四个侧面均安装有超声发射接收传感器2.2，每个超声发射接收传感器2.2的通信端通过电缆总线7连接成孔检测主机1的超声通信接口。这样的检测方式没有检测距离盲区，可以适应较小孔径的桩孔3，只需桩孔3的孔径稍大于探头2的直径就能进行成孔质量检测。
一种利用上述装置的钻孔桩成孔质量检测方法，它包括如下步骤：
步骤1：开启成孔检测主机1，读取GPS传感器6的数据，记录该桩孔3孔口的中心坐标位置；
步骤2：控制收放线盘8下放探头2，探头2下探过程中成孔检测主机1通过流体密度传感器2.1实时测量桩孔3内泥浆液9的密度，当流体密度传感器2.1检测到泥浆液9的密度值达到沉渣密度值范围区间时，通过深度计数滑轮5得到此时流体密度传感器2.1相对于桩孔3孔口的下探深度，该深度为沉渣顶部相对桩孔3孔口的深度，控制收放线盘8继续下放探头2直到孔底，通过深度计数滑轮5得到桩孔3的总深度，将上述桩孔3的总深度减去沉渣顶部相对桩孔3孔口的深度即可得到孔底沉渣10的厚度；
在探头2下探过程中探头2四个侧面的超声发射接收传感器2.2实时测量探头2四个侧面到桩孔3孔壁的距离；三维姿态传感器2.4实时检测探头2的姿态，判定探头2是否处于与水平面垂直的状态；
步骤3：根据如下公式计算桩孔3相对于铅锤面的倾角α：
其中，α为桩孔3相对于铅锤面的倾角，li为第i个测量点中探头2一个侧面到桩孔3孔壁的距离，li为第i+j个测量点中探头2与上述第i个测量点同一个侧面到桩孔3孔壁的距离，hi为第i个测量点中探头2相对于桩孔3孔口的深度，hi+j为第i+j个测量点中探头2相对于桩孔3孔口的深度。
利用探头2四个侧面到桩孔3孔壁的距离和探头2自身的直径计算出桩孔3的直径。
上述技术方案中，所述沉渣密度值范围区间为1.5～2.0克/cm3。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种利用钻孔桩成孔质量检测装置的钻孔桩成孔质量检测方法，所述钻孔桩成孔质量检测装置包括成孔检测主机(1)、探头(2)、线架(4)、深度计数滑轮(5)、GPS传感器(6)、电缆总线(7)、收放线盘(8)，所述探头(2)包括探头壳体(2.5)、安装在探头壳体(2.5)底部的流体密度传感器(2.1)、安装在探头壳体(2.5)侧壁的超声发射接收传感器(2.2)、设置在探头壳体(2.5)上部的电路腔(2.3)、安装在电路腔(2.3)内的三维姿态传感器(2.4)；所述线架(4)架设在桩孔口，线架(4)上安装收放线盘(8)、深度计数滑轮(5)和GPS传感器(6)；所述成孔检测主机(1)的流体密度信号输入接口、超声通信接口、三维姿态信号接口依次通过收放线盘(8)的电缆转节点(8.1)和电缆总线(7)分别连接流体密度传感器(2.1)的信号输出端、超声发射接收传感器(2.2)的通信端和三维姿态传感器(2.4)的信号输出端；电缆总线(7)缠绕在收放线盘(8)上由收放线盘(8)控制收放线，电缆总线(7)在深度计数滑轮(5)上进行收放，深度计数滑轮(5)对电缆总线(7)的收放线长度进行记录，所述深度计数滑轮(5)的深度反馈信号输出端连接成孔检测主机(1)的深度反馈信号输入端；GPS传感器(6)位于探头(2)的正上方，GPS传感器(6)的信号输出端连接成孔检测主机(1)的GPS信号输入端；
利用钻孔桩成孔质量检测装置的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：开启成孔检测主机(1)，读取GPS传感器(6)的数据，记录该桩孔(3)孔口的中心坐标位置；
步骤2：控制收放线盘(8)下放探头(2)，探头(2)下探过程中成孔检测主机(1)通过流体密度传感器(2.1)实时测量桩孔(3)内泥浆液(9)的密度，当流体密度传感器(2.1)检测到泥浆液(9)的密度值达到沉渣密度值范围区间时，通过深度计数滑轮(5)得到此时流体密度传感器(2.1)相对于桩孔(3)孔口的下探深度，该深度为沉渣顶部相对桩孔(3)孔口的深度，控制收放线盘(8)继续下放探头(2)直到孔底，通过深度计数滑轮(5)得到桩孔(3)的总深度，将上述桩孔(3)的总深度减去沉渣顶部相对桩孔(3)孔口的深度即可得到孔底沉渣(10)的厚度；
在探头(2)下探过程中探头(2)四个侧面的超声发射接收传感器(2.2)实时测量探头(2)四个侧面到桩孔(3)孔壁的距离；三维姿态传感器(2.4)实时检测探头(2)的姿态，判定探头(2)是否处于与水平面垂直的状态。
2.根据权利要求1所述的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于：所述GPS传感器(6)位于桩孔(3)的轴线上。
3.根据权利要求1所述的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于：所述三维姿态传感器(2.4)用于检测探头(2)的姿态，判定探头(2)是否处于与水平面垂直的状态。
4.根据权利要求1所述的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于：所述探头(2)为长方体探头，长方体探头的四个侧面均安装有超声发射接收传感器(2.2)，每个超声发射接收传感器(2.2)的通信端通过电缆总线(7)连接成孔检测主机(1)的超声通信接口。
5.根据权利要求1所述的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于：所述步骤2后还包括步骤3：根据如下公式计算桩孔(3)相对于铅锤面的倾角α：
其中，α为桩孔(3)相对于铅锤面的倾角，li为第i个测量点中探头(2)一个侧面到桩孔(3)孔壁的距离，li为第i+j个测量点中探头(2)与上述第i个测量点同一个侧面到桩孔(3)孔壁的距离，hi为第i个测量点中探头(2)相对于桩孔(3)孔口的深度，hi+j为第i+j个测量点中探头(2)相对于桩孔(3)孔口的深度。
6.根据权利要求1所述的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于：所述沉渣密度值范围区间为1.5～2.0克/cm3。
7.根据权利要求5所述的钻孔桩成孔质量检测方法，其特征在于：所述步骤3中，利用探头(2)四个侧面到桩孔(3)孔壁的距离和探头(2)自身的直径计算出桩孔(3)的直径。
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