CN109339037B - 判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置和方法；该装置包括主控制器和等间距设置在成孔内的不同高度的多个温感器，全部温感器均与主控制器信号连接；该装置还包括沿成孔高度向设置的移动机构，移动机构下端设有压力传感器，压力传感器也与主控制器信号连接；该方法的关键在于：主控制器算出n组温度升高到T0的温感器与其上方开始升温的另一个温感器间的高度差Hn；并拟合出平均值作为混凝土层表面的浮浆及泥浆层的厚度。该装置和方法判断结果精确、过程快速方便。

Description

判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置和方法
技术领域
本发明涉及土木工程中的混凝土灌注领域，具体讲是一种判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置和方法，更具体的说，就是在施工全套管式钻孔灌注桩时，用于判断实际灌砼高度是否到达设定高度的装置和方法。
背景技术
在软土中施工钻孔灌注桩时，需要泥浆护壁，但由此产生的大量泥浆后期排放和处理不便，容易污染环境，故出现了全套管式的施工工艺，其大致过程为，先将一根全套管从地面打入桩底持力层的高度，利用全套管护壁，并利用挖机旋挖掉套管中的土体，清孔后沉入钢筋笼，再利用导管从孔底往上灌砼至设定标高。上述全套管的施工工艺，用全套管护壁替代了泥浆护壁，故产生和排放的泥浆明显减少，更符合现代节能环保的施工理念，具备了广阔的推广前景。
然而在全套管灌注桩的实际施工中，虽然不依靠泥浆护壁，泥浆的排放量明显减少，但清孔过程中，很难将孔底土渣从孔内彻底清理。无法从孔底彻底清理的土渣和从孔底渗出的水混合，在孔内形成泥浆及浮渣，这样，在灌砼时，这部分滞留的泥浆及浮渣就会覆盖在砼料上方，客观形成三层不同物质，即底部带石子骨料的混凝土层、中部的浮浆层以及上部的泥浆层。这就客观造成了一个技术难题，由于混凝土层上方被泥浆层和浮浆层遮挡，利用现有的技术手段无法精确获知实际的灌砼高度，换句话说，现有技术手段无法精确判定实际灌砼高度是否到达设定标高。
如利用常规的重锤和测绳的测量方式，将重锤系在测绳下端，并将测绳缓慢下放，在理想状态下，重锤会依次穿过泥浆层和浮浆层，并最终到达混凝土层与浮浆层的分界面上，且被混凝土层完全顶托起来，导致测绳松弛无法继续下放，这样，工人就可以根据手感，判断重锤已经到达灌砼高度，随后轻微上提测绳使其绷直并读取此刻测绳的长度，即可获得灌砼高度。但实际施工中发现，随着浮浆层深度增大，粘度也增大后，现有技术的重锤可能无法顺利穿越浮浆层，而是被浮浆顶托悬停起来，这样，现有技术的重锤甚至无法到达混凝土层，故无法判断实际的灌砼高度；况且，即便重锤顺利到达了混凝土层，仅仅依赖工人的经验、测绳松弛度和下放的具体手感来判断，人为因素干扰太大，极不精确。
当然还可以根据混凝土的总灌注量除以钻孔的截面积，来大致获得一个灌砼高度，但上述换算方式精确度太低，而且由于扩孔的存在，成孔孔径不一致导致难以估算，无法指导实际施工。所以，现有技术普遍采取超灌一定高度如1米的方式进行施工，比如设定灌砼的标高为9米，就需要灌注到10米，以确保灌砼充分，进而保证成桩质量，但超灌必然会造成砼料的浪费，导致成本增加，也不符合节能环保的需要。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种判断结果精确、过程快速方便的判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置。
本发明的一种技术解决方案是，提供一种判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置；它包括主控制器和等间距设置在成孔内的不同高度的多个温感器，全部温感器均与主控制器信号连接；该装置还包括沿成孔高度向设置的移动机构，移动机构下端设有压力传感器，压力传感器也与主控制器信号连接。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种判断结果精确、过程快速方便的判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的方法。
本发明的另一种技术解决方案是，提供一种判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的方法，它包括以下步骤：灌砼前，将各个温感器安装入成孔中；从孔底往上灌砼，由于砼料遇水化热，故随着混凝土液面上翻，从下往上各个温感器也逐步升温，从下往上数，当第一个温感器温度升高到T0时，主控制器识别到上方某个温感器开始升温，则主控制器计算出上下两个温感器间的高度差H1；当第二个温感器温度升高到T0时，主控制器识别到上方某个温感器开始升温，则主控制器计算出上下两个温感器间的高度差H2；如此往复n次，主控制器算出第n个温度升高到T0的温感器与其上方开始升温的另一个温感器间的高度差Hn；主控制器将上述n个高度差累加并除以n以获得平均值HX,该平均值HX即混凝土层表面的浮浆及泥浆层的厚度；然后，主控制器驱动移动机构升降压力传感器，使压力传感器的高度等于灌砼设定高度与浮浆及泥浆层的厚度之和，当泥浆上升接触到压力传感器后，主控制器识别到压力传感器的值不再为零，则判定灌砼高度到达设定高度。
采用以上的判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置及方法与现有技术相比，具有以下优点。
首先，混凝土遇水化热，使触碰到的温感器升温到峰值T0，所以，当一个温感器的值为T0时，则可判断该温感器与混凝土层接触，同样，混凝土放热会使得上层的浮浆和泥浆层升温，所以，一旦某个温感器相对环境温度开始升高，就可以认定该温感器开始与上层的泥浆接触，所以，两个温感器之间的高度差可以初步判断是覆盖在混凝土层上的浮浆及泥浆层的厚度，当然，仅仅一组数据获得的厚度不精确，故本申请是采集了多组上下两个温感器的值算出的多个高度差并进行拟合，最后得出的高度差的平均值，其精确性明显提高，误差小，可以作为指导施工的依据；而浮浆及泥浆层厚度确定后，将压力传感器调节至比灌砼设定标高高出一个浮浆及泥浆层厚度的位置，只要该压力传感器的值出现变量，就可证明该压力传感器与最上层的泥浆开始接触，进而推断出实际灌砼高度已经到达了设定标高；且上述过程均是主控制器自动操作，无需人工检测，故检测过程方便快捷；且上述判断结果的获得是经过压力和温度两套测量体系综合得出的结论，两个体系相互印证，进一步确保判定结果的精确性。
温感器安装方式的优选：该装置包括全套管和一根固定在全套管管口的安装梁，安装梁上固定有硬质测量杆，全部温感器沿高度向均匀布设在测量杆的下段，温感器与主控制器经信号线连接，测量杆内设有供信号线穿过的通孔；灌砼前，将安装有温感器的测量杆插入成孔中；这样，上述结构安装方便简单，制造成本低。
移动机构优选为，安装梁上设有电动机，电动机的输出轴设丝杠，丝杠上旋合有滑块，滑块上设有过孔，过孔活动套合在测量杆的上段，压力传感器固定在滑块上，滑块上设有正对安装梁的距离传感器，距离传感器与主控制器信号连接；这样，该机构形成滚珠丝杠副，使得滑块带动压力传感器均匀稳定的升降，且升降幅度精确可控；其次，利用到已有的测量杆作为滑块的导轨，一物两用，精简了结构；况且，滑块上设有针对安装梁的距离传感器，如激光式距离传感器，可以精确测量出压力传感器的高度并及时反馈给主控制器，便于主控制器精准升降滑块，实现判定过程的全自动化。
温感器安装方式的另一种优选为：该装置包括全套管，全套管由内套管和外套管构成，外套管内管壁底端设有径向凸环，内套管套合在外套管内且内套管由径向凸环沿外套管的高度向限位；全部温感器固定在外套管的内管壁上；灌砼前，将全套管的内套管拔出，使得外套管的管内壁的各个温感器暴露；这样的设计优点如下：实际施工中，成孔一般较深，需要较长较重的测量杆才能将各个温感器下放，人力操作困难费力，还需要另外设置其它的专用起吊设备，但将温感器整合入全套管，就可以利用振动锤将全套管压入的过程与温感器的安装同步完成，而且温感器的暴露也可以随着内套管从土体的抽拔同步进行，这样，无需另外采用其它起吊设备，省略了起吊机械的台班费，一个步骤完成两个工序，简化操作过程；而且，设置内套管起到挡圈的保护作用，可以在全套管打入土体的过程中，保护位于外套管内侧壁的各个温感器，而且，全套管到位后挖土的过程，以及后续清孔的过程中，内套管同样会保护温感器，避免被意外触碰破坏。
附图说明
图1是本发明判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置的一种实施例的剖视结构示意图。
图2是本发明判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置的另一种实施例的剖视结构示意图。
图3是本发明判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置的全套管底部的剖视结构示意图。
图中所示 1、温感器，2、压力传感器，3、全套管，3.1、内套管，3.2、外套管，3.3、径向凸环，4、安装梁，5、测量杆，6、电动机，7、丝杠，8、滑块，9、距离传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置，它包括主控制器和等间距设置在成孔内的不同高度的多个温感器1，全部温感器1均与主控制器信号连接。当然，该装置还包括一根护壁用的全套管3。
温感器1安装的具体结构为，该装置还包括一根经立柱固定在全套管3管口的安装梁4，安装梁4上固定有硬质测量杆5，全部温感器1沿高度向均匀布设在测量杆5的下段，温感器1与主控制器经信号线连接，测量杆5内设有供信号线穿过的通孔。
当然，温感器1安装的另一种具体结构为，全套管3由内套管3.1和外套管3.2构成，外套管3.2内管壁底端设有径向凸环3.3，内套管3.1套合在外套管3.2内且内套管3.1由径向凸环3.3沿外套管3.2的高度向限位；全部温感器1固定在外套管3.2的内管壁上。
该装置还包括沿成孔高度向设置的移动机构，移动机构下端设有压力传感器2，压力传感器2也与主控制器信号连接。移动机构为：安装梁4上设有电动机6，电动机6的输出轴设丝杠7，丝杠7上旋合有滑块8，滑块8上设有过孔，过孔活动套合在测量杆5的上段，压力传感器2固定在滑块8上，滑块8上设有正对安装梁4的距离传感器9，距离传感器9与主控制器信号连接。当然，如果温感器1固定在全套管3上，没有测量杆5时，则另设一个导轨与滑块8滑动配合。
为了便于验证，还可以在安装梁4上悬吊有一个浮球，该浮球比重小于泥浆层比重。该浮球位于压力传感器2的同标高。
如图1、图2、图3所示，利用本发明的装置来判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的方法，其步骤如下。
灌砼前，将各个温感器1安装入成孔中；具体的说，灌砼前，将安装有温感器1的测量杆5插入成孔中，或，将全套管3的内套管3.1拔出，使得位于外套管3.2的管内壁的各个温感器1暴露。
从孔底往上灌砼，由于砼料遇水化热，故随着混凝土液面上翻，从下往上各个温感器1也逐步升温，从下往上数，当第一个温感器1温度升高到T0时，主控制器识别到上方某个温感器1开始升温，则主控制器计算出上下两个温感器1间的高度差H1；所述的开始升温是指，⊿T大于零，其中的⊿T值为此刻的温度值t减去前一刻的温度值t’。当第二个温感器1温度升高到T0时，主控制器识别到上方某个温感器1开始升温，则主控制器计算出上下两个温感器1间的高度差H2；如此往复n次，主控制器算出第n个温度升高到T0的温感器1与其上方开始升温的另一个温感器1间的高度差Hn；主控制器将上述n个高度差累加并除以n以获得平均值HX,该平均值HX即混凝土层表面的浮浆及泥浆层的厚度。
该过程中的T0应该作以下理解，温感器1与混凝土层接触后升温，这个T0就是最下方一个温感器1接触混凝土后达到的峰值。理论上，T0应该出现在混凝土层的最高处，但实际灌砼过程中T0出现的高度往往有偏差，所以测算出多组高度差并拟合出平均值的方法才更加精准。
然后，主控制器驱动移动机构升降压力传感器2，使压力传感器2的高度等于灌砼设定高度与浮浆及泥浆层的厚度之和，当泥浆上升接触到压力传感器2后，主控制器识别到压力传感器2的值不再为零，也就是压力传感器2的值产生增量，及⊿P大于零,则判定灌砼高度到达设定高度。
作为验证，由于浮球的高度也等于灌砼设定高度与浮浆及泥浆层的厚度之和，且浮球比重小于泥浆比重，这样，当灌砼到位时，浮球也会被泥浆层抬升，且工人在孔口能观测到吊绳的松弛，以此作为进一步判定，再次印证灌砼到位。

Claims (2)

1.一种判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的方法，其特征在于：
采用以下判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的装置，
它包括主控制器和等间距设置在成孔内的不同高度的多个温感器(1)，全部温感器(1)均与主控制器信号连接；该装置还包括沿成孔高度向设置的移动机构，移动机构下端设有压力传感器(2)，压力传感器(2)也与主控制器信号连接；
它还包括全套管(3)和一根固定在全套管(3)管口的安装梁(4)，安装梁(4)上固定有硬质测量杆(5)，全部温感器(1)沿高度向均匀布设在测量杆(5)的下段，温感器(1)与主控制器经信号线连接，测量杆(5)内设有供信号线穿过的通孔；
安装梁(4)上设有电动机(6)，电动机(6)的输出轴设丝杠(7)，丝杠(7)上旋合有滑块(8)，滑块(8)上设有过孔，过孔活动套合在测量杆(5)的上段，压力传感器(2)固定在滑块(8)上，滑块(8)上设有正对安装梁(4)的距离传感器(9)，距离传感器(9)与主控制器信号连接；
所述的全套管(3)由内套管(3.1)和外套管(3.2)构成，外套管(3.2)内管壁底端设有径向凸环(3.3)，内套管(3.1)套合在外套管(3.2)内且内套管(3.1)由径向凸环(3.3)沿外套管(3.2)的高度向限位；全部温感器(1)固定在外套管(3.2)的内管壁上；
所述的判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的方法，包括以下步骤：灌砼前，将各个温感器(1)安装入成孔中；从孔底往上灌砼，由于砼料遇水化热，故随着混凝土液面上翻，从下往上各个温感器(1)也逐步升温，从下往上数，当第一个温感器(1)温度升高到T0时，主控制器识别到上方某个温感器(1)开始升温，则主控制器计算出上下两个温感器(1)间的高度差H1；当第二个温感器(1)温度升高到T0时，主控制器识别到上方某个温感器(1)开始升温，则主控制器计算出上下两个温感器(1)间的高度差H2；如此往复n次，主控制器算出第n个温度升高到T0的温感器(1)与其上方开始升温的另一个温感器(1)间的高度差Hn；主控制器将上述n个高度差累加并除以n以获得平均值HX,该平均值HX即混凝土层表面的浮浆及泥浆层的厚度；然后，主控制器驱动移动机构升降压力传感器(2)，使压力传感器(2)的高度等于灌砼设定高度与浮浆及泥浆层的厚度之和，当泥浆上升接触到压力传感器(2)后，主控制器识别到压力传感器(2)的值不再为零，则判定灌砼高度到达设定高度。
2.根据权利要求1所述的判断钻孔灌注桩的灌砼高度是否到位的方法，其特征在于：它还包括以下步骤：灌砼前，将安装有温感器(1)的测量杆(5)插入成孔中，或，将全套管(3)的内套管(3.1)拔出，使得外套管(3.2)的管内壁的各个温感器(1)暴露。
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