CN108343432A - 一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置，包括便携式微型计算机、钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备和简易支架，所述简易支架设置在结构基层上，所述简易支架底端设有泥浆孔，所述泥浆孔内设有泥浆，所述泥浆内设有钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备，所述钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备包括密封数据转换接头、数据处理存储装置、三维声呐发射接收装置、声电信号转换装置、压力传感器和电源动力区域，所述简易支架一侧设有便携式微型计算机，所述便携式微型计算机与钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备通过数据传输电缆电连接。本发明可采集成孔后的孔壁信息，可精确灌注混凝土，方便施工管理，提高效率，减少浪费。

Description

一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及桥梁钻孔灌注桩施工过程控制领域，具体是一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置及其检测方法。

背景技术

目前，《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）及《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2-20086）中对于有关桥梁钻孔灌注桩的施工过程做了相关规定：

钻机就位（钻杆垂直度检查、钻头直径检查）—钻孔作业（泥浆指标检查、加强记录、捞渣取样）—钻机成孔（成孔检测：孔径、孔深、泥浆指标、）—吊放钢筋笼（检测泥浆指标）—灌注水下混凝土（1、灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，若估计灌注时间长于首批混凝土初凝时间，则应掺入缓凝剂；2、灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5-1.0m，以保证混凝土强度；3、灌注中发生故障时，应查明原因，合理确定处理方案，进行处理）。

值得注意的是：

1、相关的规范条文只是通过测量钻机的参数来间接保证钻孔的成孔质量（孔径：测量钻头直径、孔深：测量钻杆+2/3钻头长度、垂直度：测量钻杆垂直度），并没有规定通过直接测量钻孔的孔壁形状来判别钻孔灌注桩的成孔质量（孔径、孔深、垂直度）。

2、现实施工中由于各种（地质、钻机、成孔时间、泥浆指标不合格等）原因，在钻孔施工过程中经常出现坍孔、流沙、轻微偏斜、缩孔、异物卡钻等现象，经技术处理后仍可正常成孔灌注。但成孔的孔径、垂直度等相关参数与设计值的偏离度难以确定。不能保证灌注成桩后的施工质量。

3、由于钻孔灌注桩成孔后，灌注前的质量只靠钻机班组的钻进记录（钻进尺度判别孔深、钻渣情况判别地层）和相关人员的经验来控制，并没有直观的孔壁数据作为依据。不足之处是：判别误差大，不能准确及时的估算灌注所需的混凝土数量，容易造成灌注时间较长、影响成桩质量。

4、在钻孔过程中可间断测量钻孔的相关指标，实时监测，保证成桩质量；对于钻孔过程中、或是成孔之后钻孔质量有问题时，此装置可协助搜集相关的指标信息（地层地质、孔径、垂直度等），实时反应钻孔的实际情况，为处置方案提供确切可靠的数据。

随着我国信息技术的不算发展，桥梁建设的现场施工过程的监控和记录也逐渐完善，但对于钻孔灌注桩的施工过程记录仍停留在钻机班组收集、技术人员整理的阶段。不利于推进电子化施工同步记录。

由于在日常施工过程中，钻孔灌注桩在孔深方向的地层分布与设计图纸的标注地层地质不符，容易造成施工工艺、施工设备的调换，增加施工成本。可用本仪器进行地层的精准测量，复核地质情况，为后续的附近桩基施工提供地质依据。

申请号为201610536609.X的中国发明专利公开了一种钻孔灌注桩成孔垂直度精准测量装置级其测量方法。专利设计采用激光发射及接收器所产生的信号，转换成数学模型，从而计算出钻孔的垂直度。该方法存在以下问题：1、首先钻孔灌注桩一般采用泥浆护壁，激光很难在泥浆中传播，信号数据容易不稳定；2、由于地质地层及施工工艺等方面的影响，成孔后的钻孔灌注桩其孔壁水平方向不是严格的圆形、竖直方向也不是严格的直线型，所以精确测量孔壁的垂直度是很难实现的；3、由于成孔后，孔壁基本存在各种缺陷，如局部塌孔、局部缩径、局部扩孔、局部歪斜等缺陷，其垂直度无法准确的测量及定义。

在泥浆中最适合用声波进行观测和测量，因为人工配置泥浆具有不均匀性、杂质较多、不透光性，不适合电磁波、激光等测量手段。利用泥浆中声波对钻孔灌注桩的孔壁进行精准测量、定位缺陷等具有技术优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置及其检测方法，上述现有钻孔灌注桩成孔质量检测相关技术的不足，既可以再钻孔作业过程中实现相关数据的客观实时记录，又可在成孔后对钻孔指标的准确测量，既保证了成孔的客观数据指标，也方便准确合理确定灌注所需的砼数量，促进了管理上工序衔接，进而保证成桩的质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置，包括便携式微型计算机、钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备和简易支架，所述简易支架设置在结构基层上，所述简易支架底端设有泥浆孔，所述泥浆孔口部设有实际成孔孔壁，所述实际成孔孔壁下侧设有实际成孔扩孔，所述实际成孔扩孔下侧设有实际成孔缩孔，所述实际成孔缩孔下侧设有实际成孔后局部塌孔，所述泥浆孔内设有图纸设计孔壁，所述泥浆孔内设有泥浆，所述泥浆内设有钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备，所述简易支架一侧设有便携式微型计算机，所述便携式微型计算机与钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备通过数据传输电缆电连接，所述钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备包括密封数据转换接头、数据处理存储装置、三维声呐发射接收装置、声电信号转换装置、压力传感器和电源动力区域，所述密封数据转换接头底端设有数据处理存储装置，所述数据处理存储装置底端设有声电信号转换装置，所述声电信号转换装置左右两侧分别设有三维声呐发射接收装置，所述声电信号转换装置底端设有电源动力区域，所述电源动力区域顶端左右两侧均设有压力传感器。

作为本发明进一步的方案：所述便携式微型计算机采用手机、PAD或笔记本电脑。

作为本发明再进一步的方案：所述结构基层由不同结构地层组成。

作为本发明再进一步的方案：所述钻孔灌注桩成孔质量检测装置的检测方法，包括

以下步骤：

）将本发明装置置于钻孔灌注桩泥浆中，地面的便携式微型计算机输入指令，通过数据传输电缆将指令传输给三维声呐发射接收装置；

2）三维声呐发射接收装置接受指令并发射水平声纳信号，声呐信号再泥浆中传播至钻孔孔壁后反射，三维声呐发射接收装置接受反射后的声呐信号，并将接收到的信号传送给声电信号转换装置；

3）声电信号转换装置应用声呐信号数据处理软件将声呐信号转换成相应电信号，然后将电信号传输给数据处理存储装置，

4）数据处理存储装置对相应的电信号进行处理，并将本水平面的孔壁相关数据提取距孔壁的距离、根据接收声波的特性转换成对应的地质特性；

5）压力传感器将相关数据传输给数据处理存储装置并将相关数据转化成泥浆深度数据，数据处理存储装置根据压力传感器产生的泥浆深度数据以及相应水平面的孔壁相关数据，并应用数据三维拟合软件将不同高度的孔壁平面信息合成为最终的三维孔壁信息，并将三维孔壁信息相应数据存储数据处理存储装置，最终随深度的变化所有数据采集完成；

6）数据处理存储装置将最终的数据处理数据通过数据传输电缆传输给便携式微型计算机；

7）现场用户可直接在便携式微型计算机设备上显示的相关数据及图示判断实际成孔的质量，便携式微型计算机应用面向项目管理系统的数据转换及传输软件将相关数据传输给项目管理服务器，实现钻孔灌注桩的精细化管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明在既能采集成孔后的孔壁信息，可精确灌注混凝土，方便施工管理，提高效率，减少浪费；可产生可观的经济效益；

（2）可将现场的施工信息，进度信息直接上传至信息化管理平台服务器，在精细化管理上有重要的应用前景。

（3）本发明还可以协助在成孔过程中发现的孔壁缺陷进行数据搜集，为后续采取处理措施提供可靠依据。

附图说明

图1为钻孔灌注桩成孔质量检测装置的结构示意图。

图2为钻孔灌注桩成孔质量检测装置中钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置，包括便携式微型计算机1、钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备8和简易支架10，所述简易支架10设置在结构基层12上，所述结构基层12由不同结构地层组成，所述简易支架10底端设有泥浆孔11，所述泥浆孔11口部设有实际成孔孔壁3，所述实际成孔孔壁3下侧设有实际成孔扩孔5，所述实际成孔扩孔5下侧设有实际成孔缩孔6，所述实际成孔缩孔6下侧设有实际成孔后局部塌孔9，所述泥浆孔11内设有图纸设计孔壁4，所述泥浆孔11内设有泥浆7，所述泥浆7内设有钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备8，所述简易支架10一侧设有便携式微型计算机1，所述便携式微型计算机1与钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备8通过数据传输电缆2电连接，所述钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备8包括密封数据转换接头81、数据处理存储装置82、三维声呐发射接收装置83、声电信号转换装置84、压力传感器85和电源动力区域86，所述密封数据转换接头81底端设有数据处理存储装置82，所述数据处理存储装置82底端设有声电信号转换装置84，所述声电信号转换装置84左右两侧分别设有三维声呐发射接收装置83，所述声电信号转换装置84底端设有电源动力区域86，所述电源动力区域86顶端左右两侧均设有压力传感器85，所述便携式微型计算机1采用手机、PAD或笔记本电脑。

所述钻孔孔壁不是严格意义上的圆柱面，伴随局部瑕疵，如钻孔缩径、局部塌孔、局部扩孔、局部歪斜等。

通过以下步骤特测不同高度平面的孔壁信息，并最终形成三维的孔壁外形。

具体施工步骤：

1）将本发明装置置于钻孔灌注桩泥浆中，地面的便携式微型计算机1输入指令，通过数据传输电缆2将指令传输给三维声呐发射接收装置83；

2）三维声呐发射接收装置83接受指令并发射水平声纳信号，声呐信号再泥浆中传播至钻孔孔壁后反射，三维声呐发射接收装置83接受反射后的声呐信号，并将接收到的信号传送给声电信号转换装置84；

3）声电信号转换装置84应用声呐信号数据处理软件将声呐信号转换成相应电信号，然后将电信号传输给数据处理存储装置82，

4）数据处理存储装置82对相应的电信号进行处理，并将本水平面的孔壁相关数据提取距孔壁的距离、根据接收声波的特性转换成对应的地质特性；

5）压力传感器85将相关数据传输给数据处理存储装置82并将相关数据转化成泥浆深度数据，数据处理存储装置82根据压力传感器85产生的泥浆深度数据以及相应水平面的孔壁相关数据，并应用数据三维拟合软件将不同高度的孔壁平面信息合成为最终的三维孔壁信息，并将三维孔壁信息相应数据存储数据处理存储装置82，最终随深度的变化所有数据采集完成；

6）数据处理存储装置82将最终的数据处理数据通过数据传输电缆2传输给便携式微型计算机1；

7）现场用户可直接在便携式微型计算机1设备上显示的相关数据及图示判断实际成孔的质量，便携式微型计算机1应用面向项目管理系统的数据转换及传输软件将相关数据传输给项目管理服务器，实现钻孔灌注桩的精细化管理。

本发明的工作原理是：钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备8静止在泥浆某一高度时，三维声呐发射接收装置83发射声呐并在泥浆中传播，传播至泥浆壁后反射，三维声呐发射接收装置83将接收反射的声呐信号，并通过声电信号转换装置84将信号转换成电信号，然后传输给数据处理存储装置82，数据处理存储装置82根据声波的特性计算孔壁的形状，孔壁附近地质的信息，然后将不同深度的相关数据信息拟合，合成整个钻孔的孔壁及相关的地质三维模型。并将孔壁相关的参数提取孔深、最小孔径及对应位置、最大孔径及对应位置、孔壁的垂直度、灌注至孔内某一深度所需混凝土的体积，直接给现场人员对钻孔的质量判定提供依据。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置，包括便携式微型计算机（1）、钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备（8）和简易支架（10），其特征在于，所述简易支架（10）设置在结构基层（12）上，所述简易支架（10）底端设有泥浆孔（11），所述泥浆孔（11）口部设有实际成孔孔壁（3），所述实际成孔孔壁（3）下侧设有实际成孔扩孔（5），所述实际成孔扩孔（5）下侧设有实际成孔缩孔（6），所述实际成孔缩孔（6）下侧设有实际成孔后局部塌孔（9），所述泥浆孔（11）内设有图纸设计孔壁（4），所述泥浆孔（11）内设有泥浆（7），所述泥浆（7）内设有钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备（8），所述简易支架（10）一侧设有便携式微型计算机（1），所述便携式微型计算机（1）与钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备（8）通过数据传输电缆（2）电连接，所述钻孔灌注桩成孔质量检测仪器设备（8）包括密封数据转换接头（81）、数据处理存储装置（82）、三维声呐发射接收装置（83）、声电信号转换装置（84）、压力传感器（85）和电源动力区域（86），所述密封数据转换接头（81）底端设有数据处理存储装置（82），所述数据处理存储装置（82）底端设有声电信号转换装置（84），所述声电信号转换装置（84）左右两侧分别设有三维声呐发射接收装置（83），所述声电信号转换装置（84）底端设有电源动力区域（86），所述电源动力区域（86）顶端左右两侧均设有压力传感器（85）。

2.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩成孔质量检测装置，其特征在于，所述便携式微型计算机（1）采用手机、PAD或笔记本电脑。

3.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩成孔质量检测装置，其特征在于，所述结构基层（12）由不同结构地层组成。

4.一种如权利要求1-3任一所述的钻孔灌注桩成孔质量检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将本发明装置置于钻孔灌注桩泥浆中，地面的便携式微型计算机（1）输入指令，通过数据传输电缆（2）将指令传输给三维声呐发射接收装置（83）；

2）三维声呐发射接收装置（83）接受指令并发射水平声纳信号，声呐信号再泥浆中传播至钻孔孔壁后反射，三维声呐发射接收装置（83）接受反射后的声呐信号，并将接收到的信号传送给声电信号转换装置（84）；

3）声电信号转换装置（84）应用声呐信号数据处理软件将声呐信号转换成相应电信号，然后将电信号传输给数据处理存储装置（82），

4）数据处理存储装置（82）对相应的电信号进行处理，并将本水平面的孔壁相关数据提取距孔壁的距离、根据接收声波的特性转换成对应的地质特性；

5）压力传感器（85）将相关数据传输给数据处理存储装置（82）并将相关数据转化成泥浆深度数据，数据处理存储装置（82）根据压力传感器（85）产生的泥浆深度数据以及相应水平面的孔壁相关数据，并应用数据三维拟合软件将不同高度的孔壁平面信息合成为最终的三维孔壁信息，并将三维孔壁信息相应数据存储数据处理存储装置（82），最终随深度的变化所有数据采集完成；

6）数据处理存储装置（82）将最终的数据处理数据通过数据传输电缆（2）传输给便携式微型计算机（1）；

7）现场用户可直接在便携式微型计算机（1）设备上显示的相关数据及图示判断实际成孔的质量，便携式微型计算机（1）应用面向项目管理系统的数据转换及传输软件将相关数据传输给项目管理服务器，实现钻孔灌注桩的精细化管理。