CN111139879A - 一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统及方法，包括反力系统、位移测量系统、加载系统，所述反力系统与加载系统呈一体化连接，所述反力系统包括锚桩、横梁、液压抱箍、支臂、水平反力装置、支座、基桩、倒置的液压油缸A，位于所述横梁前侧面左右两侧、后侧面左右两侧均水平转动连接有支臂，所述支臂最外端、横梁中心底部均固定有液压油缸A，所述液压油缸A顶杆端头均球铰接于支座，支座通过双销轴与液压抱箍活动连接。由本发明结构可知，改变传统单一、分离式基桩检测方式，将基桩抗拔、抗压及水平受荷试验，三者合为一体进行检测，检测设备无需繁琐沉重的组装或拆卸，劳动强度极低，工作效率极高，同时极大提高了基桩位移测量精度。

Description

一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统及方法

技术领域

本发明涉及基桩检测领域，尤其是涉及一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统及方法。

背景技术

目前，桩基是一种常用的深基础形式，它由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。基桩按受荷类别分为竖向抗压、竖向抗拔、水平受荷。竖向抗压、竖向抗拔、水平受荷承载力检测方法主要有静载试验法、高应变法，其中静载试验是公认的检测基桩承载力最直观、最可靠的传统方法。

静载试验系统主要由反力系统、位移测量系统、加载系统组成。反力系统主要由钢梁、配重、钢筋、螺栓抱箍、相邻桩等组成，在拆装或转移至下一根桩的过程中需使用吊车等起重设备，转移距离较远时还需使用货车运输，有时还要焊接桩头钢筋、螺栓紧固抱箍等繁琐的操作，需三至四人密切配合才能完成，劳动强度大，工作效率低。

位移测量系统主要由基准梁、基准桩、位移传感器（或百分百表）、表座组成，在组装的过程中首先确定四根基准桩的打入位置（基准桩和受检桩、锚桩（压重平台支墩边）之间的距离需满足规范要求）。基准桩需人工使用大铁锤打入地面1m以下，基准梁一端与基准桩铰接连接，一端与基准桩简支连接，然后再以受检桩为中心对称架设位移传感器（或百分表），检测准备时组装部件较为繁琐且劳动强度大。而基桩在受力时会扰动周围地面土，地面下基准桩带动基准梁一起下沉或隆起，此时测量的位移只是相对于已经下沉或隆起地面土的位移，并非基桩的绝对位移，测量精度低。

加载系统主要由液压千斤顶、高压油管、高压油泵组成，每次试验都需拆装，进出油口经常暴露在空气中容易进入灰尘、泥沙或与其他物体碰撞，导致液压千斤顶、液压油管、液压油泵容易损坏，使用寿命大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统及方法，克服现有技术的缺陷，解决基桩检测准备时或结束时，部件组装或拆卸工作较为繁琐且劳动强度大，进而导致工作效率低的问题，同时解决检测基桩时，基桩的绝对位移测量精度低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，包括反力系统、位移测量系统、加载系统，所述反力系统与加载系统呈一体化连接，所述反力系统包括锚桩、横梁、液压抱箍、支臂、水平反力装置、支座、基桩、倒置的液压油缸A，位于所述横梁前侧面左右两侧、后侧面左右两侧均水平转动连接有支臂，所述支臂最外端、横梁中心底部均固定有液压油缸A，所述液压油缸A顶杆端头均球铰接于支座，支座通过双销轴与液压抱箍活动连接；

位于横梁四周液压抱箍正下方的地面上均插有锚桩，位于横梁中心底部液压抱箍正下方的地面上插有基桩；

所述加载系统设于横梁上，其包括液压油缸B、高压油管、油泵，所述支臂通过液压油缸B实现水平转动，所述油泵通过高压油管与液压油缸B进油口连通；

所述位移测量系统包括传感器C、传感器D、普通抱箍，位于四周的所述液压油缸A顶部均设有传感器C，传感器D设于横梁左侧顶部，所述锚桩与基桩下部外周上均通过普通抱箍套设有传感器E；

所述水平反力装置设于横梁底部且位于基桩左侧，所述传感器C、传感器D、传感器E均电连接于系统控制器。

进一步的，所述液压抱箍包括左抱板、右抱板、支撑杆、液压千斤顶K、顶板，所述左抱板左侧面四角螺纹连接有四根支撑杆，支撑杆右侧匹配滑动连接有顶板且在支撑杆右端螺纹连接有锁紧螺母，所述左抱板与顶板之间的支撑杆上匹配滑动连接有右抱板，所述右抱板与顶板之间设有水平放置的液压千斤顶K，所述液压千斤顶K底座固定于右抱板右侧面上且其顶杆k固定于顶板左侧面上；

所述左抱板与右抱板相对的内侧面上设有左右对称的竖直弧形槽。

进一步的，所述左抱板左侧与右抱板右侧对称设有两支撑竖板，所述两支撑竖板之间贯穿有双销轴且其左右两端均通过限位螺母锁定，所述双销轴通过支座与液压油缸A顶杆a端头球铰接；

所述支座由上基板、下基板、限位竖板、圆形压板组成，所述上基板与下基板通过螺栓固定且两者之间形成球形槽M，所述顶杆a端部呈球形，与球形槽M相匹配；

所述下基板左右两侧设有对称的两限位竖板，两限位竖板底部连接有圆形压板。

进一步的，所述两限位竖板上贯穿有竖直的条形孔，双销轴穿过条形孔，即两限位竖板位于两支撑竖板之间的双销轴上。

进一步的，所述右抱板右侧面上设有竖直的环形板R，环形板R与右抱板右侧面形成柱形插槽R，所述顶板左侧面上匹配设有竖直的环形板S，环形板S与顶板左侧面形成柱形插槽S；

所述液压千斤顶K底座嵌于柱形插槽R内且其顶杆k嵌于柱形插槽S内，所述环形板S、环形板S的侧面周向上均等距离设有四个锁紧螺钉，锁紧螺钉贯穿于环形板S与环形板S。

进一步的，所述水平反力装置包括基座A、液压油缸B、基座C、液压油缸D，基座A设于横梁底部且位于横梁底部液压油缸A的左侧，基座C位于基座A与横梁底部液压油缸A之间，所述液压油缸B底座竖直转动连接于基座A，所述液压油缸D底座竖直转动连接于基座C且其顶杆d竖直转动连接于液压油缸B壳体上的基座E；

所述基座A、基座C、基座E均为U型基板结构，基座A、基座C均通过螺栓固定于横梁底部，基座E通过螺栓固定于液压油缸B壳体上，所述液压油缸B底座、液压油缸D底座、顶杆d端头均通过销轴分别转动连接于基座A、基座C、基座E。

进一步的，位于所述横梁中心底部液压抱箍的左抱板左侧面上设有竖直的环形板T，环形板T与左抱板左侧面形成柱形插槽T，所述环形板T的侧面周向上等距离设有四个锁紧螺钉；

所述柱形插槽T内通过锁紧螺钉固定有液压千斤顶H，液压千斤顶H的顶杆h端面上固定有竖直的球座，所述球座左侧面上设有球形槽N，所述球形槽N与液压油缸B顶杆b的球形端头相匹配；

所述球形端头上设有传感器Q，所述传感器Q电连接于系统控制器，当检测基桩水平荷载时，通过传感器Q定位，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内。

进一步的，所述竖直弧形槽横截面呈扇形，且其圆心角小于180度，直径等于基桩的外径。

进一步的，所述横梁中心顶部设有GPS定位装置且其左右两侧底部设有麦克纳姆轮；

所述支臂的外端头通过法兰盘固定有液压油缸A，位于所述液压油缸A内侧的支臂底部均设有摄像头a，位于横梁中心底部的液压油缸A右侧设有摄像头b；

所述支臂最外端、横梁中心底部的液压油缸A油管上均设有压力传感器。

进一步的，其检测方法包括以下步骤：

S1：向系统控制器中输入已知的四根锚桩与基桩坐标、试验类别（抗压、抗拔或水平受荷试验）、试验加载值、基桩桩号、桩径等信息；

S2：利用GPS定位装置测出横梁中心底部液压油缸A的坐标，再结合已知基桩坐标，两点确定一条直线，使得整个检测系统移动至基桩上方；

S3：利用摄像头b识别基桩圆形截面，对基桩中心进行双目视觉定位，获得基桩中心相当于摄像头的相对位置和深度，然后控制检测系统移动，使得横梁中心和基桩圆心重合；

S4：根据锚桩坐标，确定四条支臂伸长距离和旋转角度，同时利用传感器C监测四条支臂伸长的长度及支臂旋转角度，并通过摄像头a识别锚桩圆形截面，对锚桩中心进行双目视觉定位，获得锚桩中心相对于摄像头的相对位置，根据识别出的锚桩圆心位置信息，控制支臂伸缩或旋转，使支臂最外端的液压油缸A和锚桩圆心重合；

S5：控制支臂最外端的四个液压油缸A和横梁中心底部的液压油缸A伸长顶杆a，当液压油缸A的压力突然增加时，停止伸长，然后将处于松开状态的液压抱箍套在锚桩、基桩的上端部；

S6：控制液压千斤顶K向右加载，使得液压抱箍夹紧桩端头，同时利用横梁上的传感器D测出横梁实时倾斜角度，并通过控制支臂最外端的四个液压油缸A顶杆a伸长或回缩，使得横梁保持水平；

S7：抗压试验：试验时，先将横梁中心底部的液压油缸A压力锁定，仅提供压杆的作用；然后，控制支臂外端的四液压油缸A按照设定的油缸压力回缩，此时，四根锚桩提供竖直向下的反力，横梁中心底部的液压油缸A下压，使得圆形压板与基桩上端面接触且向基桩端面施加竖向压力；最后，记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的竖向荷载来检测基桩；

S8：抗拔试验：试验时，先将横梁中心底部的液压油缸A压力锁定，仅提供拉杆的作用；然后，控制支臂外端的四液压油缸A按照设定的油缸压力伸长，此时，四根锚桩提供竖直向上的反力，横梁中心底部的液压油缸A上拉，使得圆形压板与基桩上端面分离且对基桩施加竖向拔力；最后，记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的竖向荷载来检测基桩；

S9：水平试验：1、有约束力：（1）垂直向下荷载：首先，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；然后，控制横梁中心底部的液压油缸A向下施加压力并锁定，支臂外端的四液压油缸A仅提供拉杆作用，此时，锚桩提供竖直向下的反力；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

（2）垂直向上载荷：首先，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；然后，控制横梁中心底部的液压油缸A向下施加压力并锁定，支臂外端的四液压油缸A仅提供拉杆作用，此时，锚桩提供竖直向上的反力；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

2、无约束力：首先，将双销轴拔掉，位于横梁中心底部的液压油缸A回缩，使得基桩上端无垂直约束力；然后，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

S10：试验完成后，先对液压千斤顶K进行卸载，然后控制液压油缸A向上加载收回液压抱箍，行走至下一根桩继续检测，重复以上步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，采用液压千斤顶K施加压力，相比传统的螺栓与抱箍固定，能够对基桩上端部施加更大的压力且压力更加均匀，不易对基桩端部造成损伤。

二、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，锚桩与基桩下部外周上均通过普通抱箍套设有传感器E，传感器E电连接于系统控制器，通过传感器E实时监测基桩的位移状况，并及时传输给系统控制器，并由系统控制器对测出的加速度数据进行二次积分从而得到基桩位移，无需打基准桩和架设基准梁，直接测量基桩的绝对位移，操作简单，降低检测人员工作强度。

三、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，通过液压千斤顶K加载，使得左抱板与右抱板将基桩上端部牢牢夹紧，这样在试验时，有效地避免因桩顶未加钢板、夹具、未灌芯等防护措施，导致桩头被压坏的问题发生，提高基桩桩头混凝土的抗压强度。

四、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，支臂通过液压油缸B实现水平转动，这样便于调节支臂旋转的角度，以适应不同的锚桩位置需求。

五、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，环形板S、环形板S的侧面周向上均等距离设有四个锁紧螺钉，锁紧螺钉贯穿于环形板S与环形板S，液压千斤顶K底座嵌于柱形插槽R内且其顶杆k嵌于柱形插槽S内，这样便于将液压千斤顶K稳稳的固定于右抱板与顶板之间。

六、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，上基板与下基板通过螺栓固定且两者之间形成球形槽M，顶杆a端部呈球形，与球形槽M相匹配，即液压油缸A顶杆端头球铰接于支座，目的是为了在试验过程中保持作用力的方向始终水平和通过基桩轴线，不随基桩的倾斜或扭转而改变。

七、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，液压油缸D底座竖直转动连接于基座C且其顶杆d竖直转动连接于液压油缸B壳体上的基座E，这样便于液压油缸B底座在基座A里竖直转动，调整合适的角度、位置，使得顶杆b的球形端头顶入球形槽N里。

八、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，左抱板与右抱板相对的内侧面上设有左右对称的竖直弧形槽，竖直弧形槽横截面呈扇形，且其圆心角小于180度，直径等于基桩的外径，这样便于左抱板与右抱板靠拢时能够紧贴基桩侧表面，从而夹紧基桩上端部，实验时不易滑脱，稳固牢靠。

九、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，球形端头上设有传感器Q，传感器Q电连接于系统控制器，当检测基桩水平荷载时，通过传感器Q定位，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内，便于进行实时位置调整。

十、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，柱形插槽T内通过锁紧螺钉固定有液压千斤顶H，液压千斤顶H的顶杆h端面上固定有竖直的球座，在进行水平试验时，通过向左加载液压千斤顶H，可实现对基桩的加载水平向右的载荷。

十一、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，横梁中心顶部设有GPS定位装置，利用GPS定位装置测出横梁中心底部液压油缸A的坐标，再结合已知基桩坐标，两点确定一条直线，使得整个检测系统移动至基桩上方；

十二、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，横梁左右两侧底部设有麦克纳姆轮，实现全方位移动，同时试验过程中不需要使用吊车，运输至现场可直接开始检测，节约成本、灵活性高、安全性高。

十三、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，位于所述液压油缸A内侧的支臂底部均设有摄像头a，便于识别锚桩圆形截面，对锚桩中心进行双目视觉定位，获得锚桩中心相对于摄像头的相对位置，进而控制支臂伸缩或旋转，使支臂最外端的液压油缸A和锚桩圆心重合。

十四、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，位于横梁中心底部的液压油缸A右侧设有摄像头b，便于识别基桩圆形截面，对基桩中心进行双目视觉定位，获得基桩中心相当于摄像头的相对位置和深度，然后控制检测系统移动，使得横梁中心和基桩圆心重合。

十五、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，支臂最外端、横梁中心底部的液压油缸A油管上均设有压力传感器，便于检测液压油缸A上的压力，以便实时作出相应的检测措施，为后续不同层级的载荷压力试验提供保障。

十六、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，改变传统锚桩法中，基桩与试验装置、锚桩与试验装置连接方式，使用液压千斤顶K加载即可快速实现基桩试验装置、锚桩与试验装置连接，无需人工焊接或人工紧固抱箍的多个螺栓，自动化程度高、操作简单、节省时间、安全性高，避免焊接钢筋易脱焊、机械连接需人工紧固螺栓，劳动强度大、工作效率低的问题发生。

十七、本发明提供的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统及方法，改变传统单一、分离式基桩检测方式，将基桩抗拔、抗压及水平受荷试验，三者检测状态合为一体进行检测，检测设备无需繁琐沉重的组装或拆卸，劳动强度极低，工作效率极高，同时极大提高了基桩位移测量精度；

此外，本发明满足一般工程桩的实际检测需要，在进行水平试验的同时，对基桩施加竖向荷载，其最终试验结果更接近实际受力情况。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图。

图2为本发明的局部结构放大图。

图3为本发明的A-A结构剖视图。

图4为本发明的限位竖板结构侧视图（图中双销轴处于抗压状态）。

图5为本发明的限位竖板结构侧视图（图中双销轴处于抗拔状态）。

图6为本发明的一实施例局部图（图中为基桩顶部为无约束状态）。

图7为本发明的横梁与支臂之间连接的结构俯视简图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：（一）、如图1至图7所示的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统，包括反力系统、位移测量系统、加载系统，所述反力系统与加载系统呈一体化连接，所述反力系统包括锚桩1、横梁2、液压抱箍3、支臂4、水平反力装置5、支座6、基桩7、倒置的液压油缸A8，位于所述横梁2前侧面左右两侧、后侧面左右两侧均水平转动连接有支臂4，所述支臂4最外端、横梁2中心底部均固定有液压油缸A8，所述液压油缸A8顶杆端头均球铰接于支座6，支座6通过双销轴60与液压抱箍3活动连接；位于横梁2四周液压抱箍3正下方的地面上均插有锚桩1，位于横梁2中心底部液压抱箍3正下方的地面上插有基桩7；

所述加载系统设于横梁2上，其包括液压油缸B21、高压油管22、油泵23，所述支臂4通过液压油缸B21实现水平转动，所述油泵23通过高压油管22与液压油缸B21进油口连通；所述位移测量系统包括传感器C11、传感器D12、普通抱箍13，位于四周的所述液压油缸A8顶部均设有传感器C11，传感器D12设于横梁2左侧顶部，所述锚桩1与基桩7下部外周上均通过普通抱箍13套设有传感器E14；所述水平反力装置5设于横梁2底部且位于基桩1左侧，所述传感器C11、传感器D12、传感器E14均电连接于系统控制器9。

所述液压抱箍3包括左抱板31、右抱板32、支撑杆33、液压千斤顶K34、顶板35，所述左抱板31左侧面四角螺纹连接有四根支撑杆33，支撑杆33右侧匹配滑动连接有顶板35且在支撑杆33右端螺纹连接有锁紧螺母36，所述左抱板31与顶板35之间的支撑杆33上匹配滑动连接有右抱板32，所述右抱板32与顶板35之间设有水平放置的液压千斤顶K34，所述液压千斤顶K34底座固定于右抱板32右侧面上且其顶杆k30固定于顶板35左侧面上；所述左抱板31与右抱板32相对的内侧面上设有左右对称的竖直弧形槽38；所述左抱板31左侧与右抱板32右侧对称设有两支撑竖板37，所述两支撑竖板37之间贯穿有双销轴60且其左右两端均通过限位螺母40锁定，所述双销轴60通过支座6与液压油缸A8顶杆a81端头球铰接；所述支座6由上基板61、下基板62、限位竖板63、圆形压板64组成，所述上基板61与下基板62通过螺栓65固定且两者之间形成球形槽M66，所述顶杆a81端部呈球形，与球形槽M66相匹配；所述下基板62左右两侧设有对称的两限位竖板63，两限位竖板63底部连接有圆形压板64；所述两限位竖板63上贯穿有竖直的条形孔67，双销轴60穿过条形孔67，即两限位竖板63位于两支撑竖板37之间的双销轴60上。

所述右抱板32右侧面上设有竖直的环形板R321，环形板R321与右抱板32右侧面形成柱形插槽R322，所述顶板35左侧面上匹配设有竖直的环形板S323，环形板S323与顶板35左侧面形成柱形插槽S324；所述液压千斤顶K34底座嵌于柱形插槽R322内且其顶杆k30嵌于柱形插槽S324内，所述环形板S321、环形板S323的侧面周向上均等距离设有四个锁紧螺钉9，锁紧螺钉9贯穿于环形板S321与环形板S323；所述水平反力装置5包括基座A51、液压油缸B52、基座C53、液压油缸D54，基座A51设于横梁2底部且位于横梁2底部液压油缸A8的左侧，基座C53位于基座A51与横梁2底部液压油缸A8之间，所述液压油缸B52底座竖直转动连接于基座A51，所述液压油缸D54底座竖直转动连接于基座C53且其顶杆d55竖直转动连接于液压油缸B52壳体上的基座E56；所述基座A51、基座C53、基座E56均为U型基板结构，基座A51、基座C53均通过螺栓固定于横梁2底部，基座E56通过螺栓固定于液压油缸B52壳体上，所述液压油缸B52底座、液压油缸D54底座、顶杆d55端头均通过销轴分别转动连接于基座A51、基座C53、基座E56。

位于所述横梁2中心底部液压抱箍3的左抱板31左侧面上设有竖直的环形板T311，环形板T311与左抱板31左侧面形成柱形插槽T312，所述环形板T311的侧面周向上等距离设有四个锁紧螺钉9；所述柱形插槽T312内通过锁紧螺钉9固定有液压千斤顶H50，液压千斤顶H50的顶杆h58端面上固定有竖直的球座39，所述球座39左侧面上设有球形槽N352，所述球形槽N352与液压油缸B52顶杆b521的球形端头523相匹配；所述球形端头523上设有传感器Q80，所述传感器Q80电连接于系统控制器9，当检测基桩1水平荷载时，通过传感器Q80定位，使得球形端头523与球形槽N352处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N352内；所述竖直弧形槽38横截面呈扇形，且其圆心角小于180度，直径等于基桩1的外径。

所述横梁2中心顶部设有GPS定位装置20且其左右两侧底部设有麦克纳姆轮26；所述支臂4的外端头通过法兰盘41固定有液压油缸A8，位于所述液压油缸A8内侧的支臂4底部均设有摄像头a42，位于横梁2中心底部的液压油缸A8右侧设有摄像头b43；所述支臂4最外端、横梁2中心底部的液压油缸A8油管上均设有压力传感器。

本发明提及的传感器C11、传感器D12、传感器Q80均采用型号为MEMS惯性测量单元-SH3001的传感器；

传感器E14采用深迪半导体（上海）有限公司提供的型号为MEMS- SA1001的加速度传感器；

液压千斤顶K34、液压千斤顶H50均采用型号为德州海联液压科技有限公司提供的型号为QF320-20的液压千斤顶；

摄像头a42、摄像头b43采用型号为QR-USB2MP1CAM的高清双目摄像头；

GPS定位装置20采用型号为ATK1218-BD的双定位模块，其电连接于系统控制器；

压力传感器采用苏州费斯杰自动化技术有限公司提供的型号为GPTJG3YX350BSBFX的压力传感器；

系统控制器9采用型号为SIEMENS-S7-200的系统控制器。

（二）、本发明提供的一种机电三位一体化基桩承载力检测系统的检测方法，具体步骤如下：

S1：向系统控制器中输入已知的四根锚桩与基桩坐标、试验类别（抗压、抗拔或水平受荷试验）、试验加载值、基桩桩号、桩径等信息；

S2：利用GPS定位装置测出横梁中心底部液压油缸A的坐标，再结合已知基桩坐标，两点确定一条直线，使得整个检测系统移动至基桩上方；

S3：利用摄像头b识别基桩圆形截面，对基桩中心进行双目视觉定位，获得基桩中心相当于摄像头的相对位置和深度，然后控制检测系统移动，使得横梁中心和基桩圆心重合；

S4：根据锚桩坐标，确定四条支臂伸长距离和旋转角度，同时利用传感器C监测四条支臂伸长的长度及支臂旋转角度，并通过摄像头a识别锚桩圆形截面，对锚桩中心进行双目视觉定位，获得锚桩中心相对于摄像头的相对位置，根据识别出的锚桩圆心位置信息，控制支臂伸缩或旋转，使支臂最外端的液压油缸A和锚桩圆心重合；

S5：控制支臂最外端的四个液压油缸A和横梁中心底部的液压油缸A伸长顶杆a，当液压油缸A的压力突然增加时，停止伸长，然后将处于松开状态的液压抱箍套在锚桩、基桩的上端部；

S6：控制液压千斤顶K向右加载，使得液压抱箍夹紧桩端头，同时利用横梁上的传感器D测出横梁实时倾斜角度，并通过控制支臂最外端的四个液压油缸A顶杆a伸长或回缩，使得横梁保持水平；

S7：抗压试验：试验时，先将横梁中心底部的液压油缸A压力锁定，仅提供压杆的作用；然后，控制支臂外端的四液压油缸A按照设定的油缸压力回缩，此时，四根锚桩提供竖直向下的反力，横梁中心底部的液压油缸A下压，使得圆形压板与基桩上端面接触且向基桩端面施加竖向压力；最后，记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的竖向荷载来检测基桩；

S8：抗拔试验：试验时，先将横梁中心底部的液压油缸A压力锁定，仅提供拉杆的作用；然后，控制支臂外端的四液压油缸A按照设定的油缸压力伸长，此时，四根锚桩提供竖直向上的反力，横梁中心底部的液压油缸A上拉，使得圆形压板与基桩上端面分离且对基桩施加竖向拔力；最后，记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的竖向荷载来检测基桩；

S9：水平试验：1、有约束力（如图1）：（1）垂直向下荷载：首先，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；然后，控制横梁中心底部的液压油缸A向下施加压力并锁定，支臂外端的四液压油缸A仅提供拉杆作用，此时，锚桩提供竖直向下的反力；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

（2）垂直向上载荷（如图1）：首先，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；然后，控制横梁中心底部的液压油缸A向下施加压力并锁定，支臂外端的四液压油缸A仅提供拉杆作用，此时，锚桩提供竖直向上的反力；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

2、无约束力（如图6）：首先，将双销轴拔掉，位于横梁中心底部的液压油缸A回缩，使得基桩上端无垂直约束力；然后，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

S10：试验完成后，先对液压千斤顶K进行卸载，然后控制液压油缸A向上加载收回液压抱箍，行走至下一根桩继续检测，重复以上步骤。

实施例2：如图1、图7所示的支臂4，可伸长或可缩短，以适应不同场地锚桩1的桩位布置，更好的利用基桩7周围的锚桩1，适用性强。

实施例3：如图2所示，当液压千斤顶K34向右加载完毕时，同侧的限位螺母40与支撑竖板37之间留有空隙46，便于检测完毕后，左抱板31与右抱板32的松开，便于液压抱箍3整体的卸载，同时，在左侧支撑竖板37与左侧限位竖板63之间的双销轴60上套设有弹簧48，使得左抱板31与右抱板32分开时更加容易，进一步便于液压抱箍3整体的卸载。

实施例4：如图3所示，在左抱板31、右抱板32内侧的竖直弧形槽38槽壁上安装橡胶垫片49，便于填充竖直弧形槽38槽壁与基桩7外侧壁之间的间隙，增加其接触面积，进而增加摩擦力，提高整体稳定性，避免因基桩7横截面为非规则圆形时，竖直弧形槽38槽壁与基桩7外侧壁之间有间隙，进而导致抱箍内壁与基桩外侧壁之间的摩擦力减小的问题发生。

实施例5：现有技术中，基桩7在竖向力作用下产生位移，而横梁2位置固定，基桩7与横梁2的距离逐渐增大，常常会遇到试验未完成，千斤顶行程已经用完，需卸载后加入垫块，然后重新加载，整个过程繁琐，且再加载时会产生新的沉降，进而影响试验的总沉降量，降低测量精度。本发明无需使用垫块，通过液压油缸A8可控制横梁2的高度，不存在液压油缸A8行程不够的问题。

实施例6：抗拔试验时，当基桩7周围无锚桩1可利用时，可将位于支臂4外端头的液压油缸A8顶杆a81端头的液压抱箍3更换为墩板，提供反力，适用性强。

Claims (10)

1.一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，包括反力系统、位移测量系统、加载系统，其特征在于：所述反力系统与加载系统呈一体化连接，所述反力系统包括锚桩（1）、横梁（2）、液压抱箍（3）、支臂（4）、水平反力装置（5）、支座（6）、基桩（7）、倒置的液压油缸A（8），位于所述横梁（2）前侧面左右两侧、后侧面左右两侧均水平转动连接有支臂（4），所述支臂（4）最外端、横梁（2）中心底部均固定有液压油缸A（8），所述液压油缸A（8）顶杆端头均球铰接于支座（6），支座（6）通过双销轴（60）与液压抱箍（3）活动连接；

位于横梁（2）四周液压抱箍（3）正下方的地面上均插有锚桩（1），位于横梁（2）中心底部液压抱箍（3）正下方的地面上插有基桩（7）；

所述加载系统设于横梁（2）上，其包括液压油缸B（21）、高压油管（22）、油泵（23），所述支臂（4）通过液压油缸B（21）实现水平转动，所述油泵（23）通过高压油管（22）与液压油缸B（21）进油口连通；

所述位移测量系统包括传感器C（11）、传感器D（12）、普通抱箍（13），位于四周的所述液压油缸A（8）顶部均设有传感器C（11），传感器D（12）设于横梁（2）左侧顶部，所述锚桩（1）与基桩（7）下部外周上均通过普通抱箍（13）套设有传感器E（14）；

所述水平反力装置（5）设于横梁（2）底部且位于基桩（1）左侧，所述传感器C（11）、传感器D（12）、传感器E（14）均电连接于系统控制器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述液压抱箍（3）包括左抱板（31）、右抱板（32）、支撑杆（33）、液压千斤顶K（34）、顶板（35），所述左抱板（31）左侧面四角螺纹连接有四根支撑杆（33），支撑杆（33）右侧匹配滑动连接有顶板（35）且在支撑杆（33）右端螺纹连接有锁紧螺母（36），所述左抱板（31）与顶板（35）之间的支撑杆（33）上匹配滑动连接有右抱板（32），所述右抱板（32）与顶板（35）之间设有水平放置的液压千斤顶K（34），所述液压千斤顶K（34）底座固定于右抱板（32）右侧面上且其顶杆k（30）固定于顶板（35）左侧面上；

所述左抱板（31）与右抱板（32）相对的内侧面上设有左右对称的竖直弧形槽（38）。

3.根据权利要求2所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述左抱板（31）左侧与右抱板（32）右侧对称设有两支撑竖板（37），所述两支撑竖板（37）之间贯穿有双销轴（60）且其左右两端均通过限位螺母（40）锁定，所述双销轴（60）通过支座（6）与液压油缸A（8）顶杆a（81）端头球铰接；

所述支座（6）由上基板（61）、下基板（62）、限位竖板（63）、圆形压板（64）组成，所述上基板（61）与下基板（62）通过螺栓（65）固定且两者之间形成球形槽M（66），所述顶杆a（81）端部呈球形，与球形槽M（66）相匹配；

所述下基板（62）左右两侧设有对称的两限位竖板（63），两限位竖板（63）底部连接有圆形压板（64）。

4.根据权利要求3所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述两限位竖板（63）上贯穿有竖直的条形孔（67），双销轴（60）穿过条形孔（67），即两限位竖板（63）位于两支撑竖板（37）之间的双销轴（60）上。

5.根据权利要求2或3所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述右抱板（32）右侧面上设有竖直的环形板R（321），环形板R（321）与右抱板（32）右侧面形成柱形插槽R（322），所述顶板（35）左侧面上匹配设有竖直的环形板S（323），环形板S（323）与顶板（35）左侧面形成柱形插槽S（324）；

所述液压千斤顶K（34）底座嵌于柱形插槽R（322）内且其顶杆k（30）嵌于柱形插槽S（324）内，所述环形板S（321）、环形板S（323）的侧面周向上均等距离设有四个锁紧螺钉（9），锁紧螺钉（9）贯穿于环形板S（321）与环形板S（323）。

6.根据权利要求2所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述水平反力装置（5）包括基座A（51）、液压油缸B（52）、基座C（53）、液压油缸D（54），基座A（51）设于横梁（2）底部且位于横梁（2）底部液压油缸A（8）的左侧，基座C（53）位于基座A（51）与横梁（2）底部液压油缸A（8）之间，所述液压油缸B（52）底座竖直转动连接于基座A（51），所述液压油缸D（54）底座竖直转动连接于基座C（53）且其顶杆d（55）竖直转动连接于液压油缸B（52）壳体上的基座E（56）；

所述基座A（51）、基座C（53）、基座E（56）均为U型基板结构，基座A（51）、基座C（53）均通过螺栓固定于横梁（2）底部，基座E（56）通过螺栓固定于液压油缸B（52）壳体上，所述液压油缸B（52）底座、液压油缸D（54）底座、顶杆d（55）端头均通过销轴分别转动连接于基座A（51）、基座C（53）、基座E（56）。

7.根据权利要求6所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：位于所述横梁（2）中心底部液压抱箍（3）的左抱板（31）左侧面上设有竖直的环形板T（311），环形板T（311）与左抱板（31）左侧面形成柱形插槽T（312），所述环形板T（311）的侧面周向上等距离设有四个锁紧螺钉（9）；

所述柱形插槽T（312）内通过锁紧螺钉（9）固定有液压千斤顶H（50），液压千斤顶H（50）的顶杆h（58）端面上固定有竖直的球座（39），所述球座（39）左侧面上设有球形槽N（352），所述球形槽N（352）与液压油缸B（52）顶杆b（521）的球形端头（523）相匹配；

所述球形端头（523）上设有传感器Q（80），所述传感器Q（80）电连接于系统控制器（9），当检测基桩（1）水平荷载时，通过传感器Q（80）定位，使得球形端头（523）与球形槽N（352）处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N（352）内。

8.根据权利要求2所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述竖直弧形槽（38）横截面呈扇形，且其圆心角小于180度，直径等于基桩（1）的外径。

9.根据权利要求1所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统，其特征在于：所述横梁（2）中心顶部设有GPS定位装置（20）且其左右两侧底部设有麦克纳姆轮（26）；

所述支臂（4）的外端头通过法兰盘（41）固定有液压油缸A（8），位于所述液压油缸A（8）内侧的支臂（4）底部均设有摄像头a（42），位于横梁（2）中心底部的液压油缸A（8）右侧设有摄像头b（43）；

所述支臂（4）最外端、横梁（2）中心底部的液压油缸A（8）油管上均设有压力传感器。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种全能型机电一体化基桩承载力检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：向系统控制器中输入已知的四根锚桩与基桩坐标、试验类别（抗压、抗拔或水平受荷试验）、试验加载值、基桩桩号、桩径等信息；

S2：利用GPS定位装置测出横梁中心底部液压油缸A的坐标，再结合已知基桩坐标，两点确定一条直线，使得整个检测系统移动至基桩上方；

S3：利用摄像头b识别基桩圆形截面，对基桩中心进行双目视觉定位，获得基桩中心相当于摄像头的相对位置和深度，然后控制检测系统移动，使得横梁中心和基桩圆心重合；

S4：根据锚桩坐标，确定四条支臂伸长距离和旋转角度，同时利用传感器C监测四条支臂伸长的长度及支臂旋转角度，并通过摄像头a识别锚桩圆形截面，对锚桩中心进行双目视觉定位，获得锚桩中心相对于摄像头的相对位置，根据识别出的锚桩圆心位置信息，控制支臂伸缩或旋转，使支臂最外端的液压油缸A和锚桩圆心重合；

S5：控制支臂最外端的四个液压油缸A和横梁中心底部的液压油缸A伸长顶杆a，当液压油缸A的压力突然增加时，停止伸长，然后将处于松开状态的液压抱箍套在锚桩、基桩的上端部；

S6：控制液压千斤顶K向右加载，使得液压抱箍夹紧桩端头，同时利用横梁上的传感器D测出横梁实时倾斜角度，并通过控制支臂最外端的四个液压油缸A顶杆a伸长或回缩，使得横梁保持水平；

S7：抗压试验：试验时，先将横梁中心底部的液压油缸A压力锁定，仅提供压杆的作用；然后，控制支臂外端的四液压油缸A按照设定的油缸压力回缩，此时，四根锚桩提供竖直向下的反力，横梁中心底部的液压油缸A下压，使得圆形压板与基桩上端面接触且向基桩端面施加竖向压力；最后，记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的竖向荷载来检测基桩；

S8：抗拔试验：试验时，先将横梁中心底部的液压油缸A压力锁定，仅提供拉杆的作用；然后，控制支臂外端的四液压油缸A按照设定的油缸压力伸长，此时，四根锚桩提供竖直向上的反力，横梁中心底部的液压油缸A上拉，使得圆形压板与基桩上端面分离且对基桩施加竖向拔力；最后，记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的竖向荷载来检测基桩；

S9：水平试验：1、有约束力：（1）垂直向下荷载：首先，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；然后，控制横梁中心底部的液压油缸A向下施加压力并锁定，支臂外端的四液压油缸A仅提供拉杆作用，此时，锚桩提供竖直向下的反力；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

（2）垂直向上载荷：首先，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；然后，控制横梁中心底部的液压油缸A向下施加压力并锁定，支臂外端的四液压油缸A仅提供拉杆作用，此时，锚桩提供竖直向上的反力；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

2、无约束力：首先，将双销轴拔掉，位于横梁中心底部的液压油缸A回缩，使得基桩上端无垂直约束力；然后，使用传感器Q监测平台下液压油缸B的伸长长度、旋转角度，使得球形端头与球形槽N处于同一水平线上且刚好抵入球形槽N内；最后，液压千斤顶H顶杆h向左伸长，锁定的液压油缸B提供水平向右的反力，对基桩施加水平向右的荷载，并记录下各项数据，待后期处理分析，且试验期间使用不同层级的水平荷载来检测基桩；

S10：试验完成后，先对液压千斤顶K进行卸载，然后控制液压油缸A向上加载收回液压抱箍，行走至下一根桩继续检测，重复以上步骤。

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