CN111173048A - 基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置及其方法，涉及建筑工程检测技术。本装置是：在成孔的下部，向上依次设置有圆形底盘和密封圈，机械探针的上端依次穿过圆形底盘和密封圈后，机械探针、阻力传感器、直流伺服电机、内部导线、倾斜角传感器、电路板、电缆插座、连接电缆、绞车和检测仪器依次连接。本方法是：利用沉渣层和原土层在介质强度上存在的较大差异性，实质有效地实现了成孔底部沉渣厚度的检测。本发明思路新颖、科学、实质有效，提高了成孔底部的沉渣层厚度检测的有效性和准确性；本装置设计灵活、适用，本方法简单直观、易于理解；广泛适用于建筑工程中的钻孔灌注桩的成孔底部沉渣层厚度的检测。

Description

基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及建筑工程检测技术，尤其涉及一种基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置及其方法。

背景技术

1、检测必要性

目前在国内建筑、桥梁、铁路、水利等工程建设中，钻孔灌注桩是常见的基础形式；它的作用是将上部结构的荷载传递到深层土层中或岩石层上。钻孔灌注桩的施工分为“成孔”和向成孔内“灌注混凝土”两个作业阶段。由于成孔作业在地下并且配合注水进行，容易在成孔底部形成沉渣；沉渣主要是施工机械在作业过程中产生的残渣、成孔内壁的局部坍塌，或成孔内部泥浆水的沉淀等。如果成孔底部沉渣过厚，会使基桩桩长减小；尤其是对以底部端承力为主的基桩，其承载能力将受到直接的影响，有可能导致基桩之间产生不均匀沉降，进而带来上部建筑结构的安全隐患。

我国已相继出台了多部国家、行业、地方的施工质量验收规范、检测技术规程等，强制性要求检测钻孔灌注桩的成孔底部沉渣的厚度检测；例如“建筑地基基础工程施工质量验收规范”GB50202-2018中规定：成孔的施工完成后，在灌注混凝土以前应对成孔底部沉渣的厚度进行检测，其结果应符合以下要求，否则应进行清孔处理。

①对端承型桩，不应大于50mm；

②对磨擦型桩，不应大于150mm。

2、现有技术局限

如图1所示，钻孔灌注桩的成孔6底部模型可简化为泥浆层3、沉渣层2和原土层1。如果确定了沉渣层2的上、下表面的深度位置，就确定了沉渣层2的厚度。

目前应用的成孔底部沉渣厚度的检测方法主要有落锤法、电参数法、声波法和倾斜角法。

3.1、落锤法

如图2所示，检测工具为一个锥形落锤8，其顶端连接测量绳7。由人工将落锤8放入成孔6内；如果感觉有明显阻力时，可判断落锤8已到达沉渣2的上表面位置，此时读出测量绳7的深度刻度，即为图2所示的深度值h。然后，依靠落锤8的自重使其到达成孔6的底部，即沉渣层2的下表面的深度位置，以确定图2中的成孔深度值H；两个深度位置之差值（H-h）代表沉渣层2的厚度值。

该方法简单易行，成本低廉；但是,沉渣层2的上表面位置的确定全凭主观感觉，下表面位置的确定依赖落锤8的自重，因此该方法的检测误差较大。

3.2、电参数法

该方法是利用介质的电性能参数来检测成孔底部的沉渣厚度，例如泥浆和沉渣两种介质存在不同的电阻率。

具体方法是：在井下探头的底部安装测量电极，以检测测量电极周围介质的电阻率。将该井下探头由成孔顶部以一定的速度下放至成孔底部，同时监测电阻率随深度的变化，检测结果被传输到地面5上的仪器中。在井下探头的测量电极到达图2所示的沉渣层2的上表面时，所检测的电阻率值发生急剧变化（如图3所示），此时对应于深度位置h。井下探头的测量电极继续向下运动，在穿过沉渣层到达沉渣层2的底部，即成孔底部时，井下探头停止运动，深度计数器也随即停止，此时对应的深度位置为H，即沉渣层2的下表面或成孔底部位置。同样，两个深度位置之差值（H-h）代表沉渣层2的厚度值。

成孔内充满了水，而一个介质如果含水率较高，其电阻率主要会受到水的影响，因此成孔内各介质在电阻率上的差异性并不大；这导致在沉渣层2的上表面位置处，电阻率值呈现急剧变化的现象并不易出现。此外，当井下探头的测量电极位于某一深度位置时，测量电极周围的介质都将影响到电阻率的测量结果，理论上如果介质离测量电极越近则对结果的影响越大，越远则影响越小；因此所得到的电阻率值应是测量电极周围所有介质的加权平均后的综合结果。这种平均效应进一步弱化了沉渣层2上表面位置处的电阻率的变化，从而增加了确定沉渣层2上表面位置的困难。此外，沉渣层2下表面位置的确定也存在很大误差。

3.3、声波法

在成孔顶部安装一对声波发射和接收传感器，发射的声波在成孔内自上而下传播，在遇到不同介质形成的界面时将产生反射；而反射波在成孔内自下而上传播，到达成孔顶部时被声波接收传感器拾取，并传输至地面5上的仪器进行分析处理。反射信号强度取决于界面两端介质的波阻抗差异，这种差异愈大则反射愈强，愈小则愈弱。

图1所示的沉渣层2的上、下表面形成声波反射界面，并将产生反射信号；如果能被声波接收传感器拾取，只需要计算这两次反射信号的时间差t，并且，在已知沉渣层中的声波波速为v的前提下，则波速和时间差的乘积（v*t）为沉渣层厚度值。

此方法的应用有较大的局限性。成孔一般较深，声波距离转播很远，且成孔内充满泥浆水，有大量的悬浮颗粒，声波传播时易发生散射、绕射、反射等现象，造成声波能量衰减严重；另外，沉渣层上方的泥浆比重较高，造成沉渣层上表面的波阻抗界面模糊，而且在成孔底部，沉渣和原土介质的波阻抗差异也并不大。因此反射信号很微弱，不宜识别。此外，沉渣中的声波传播速度不确定，这也会带来较大的检测误差。

3.4、倾斜角法

如图4所示，在地面5上放置有检测仪器11，其通过连接电缆9-9连接井下探头9；井下探头9内安装有倾斜角传感器9-8，其可以检测井下探头9和地球重力线的夹角。首先，井下探头9被放入成孔6内，并依靠底部圆盘9-1坐立在沉渣层2的上表面上。检测仪器11控制机械探针9-0向下伸出，并同时记录倾斜角对应于机械探针9-0的伸出长度的变化曲线。机械探针9-0所能提供的最大前进力等于井下探头9的自重；当机械探针9-0穿过沉渣层2到达其下表面（成孔底部）时，最大前进力不足以克服原土1的阻力，导致井下探头9发生突然倾斜；这样，在倾斜角和伸出长度的曲线上，倾斜角发生急剧变化时所对应的伸出长度就是沉渣层2的厚度值。

应用该方法时，井下探头9的自重的选取尤为重要，原则上应保证机械探针9-0能顺利穿过沉渣层2，而又不能进入到成孔底部的原土层1以下。

发明内容

本发明的目的就在于突破现有技术的局限性，提供一种基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置及其方法，其基本原理是采用贯入阻力法检测钻孔灌注桩的成孔底部沉渣厚度。

本发明的目的是这样实现的：

一、基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置（简称装置）

在成孔内设置有井下探头，在地面上设置有绞车和检测仪器；

井下探头由长形圆筒及其内置的机械探针、圆形底盘、阻力传感器、直流伺服电机、内部导线、电路板、电缆插座、密封圈、倾斜角传感器和连接电缆成；

其连接关系是：

在成孔的下部，向上依次设置有圆形底盘和密封圈，机械探针的上端依次穿过圆形底盘和密封圈后，机械探针、阻力传感器、直流伺服电机、内部导线、倾斜角传感器、电路板、电缆插座、连接电缆、绞车和检测仪器依次连接。

二、基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测方法（简称方法）

本方法的工作过程是通过控制直流伺服电机使得机械探针匀速运动，并缓慢进入沉渣层中，此时阻力传感器所检测到的就是贯入阻力；在机械探针贯入过程中，沉渣层或原土层中的介质的物理力学性能不同，因此贯入阻力也不同，如果介质软，则贯入阻力就小；如果介质硬，则贯入阻力就大；因此在某种程度上，贯入阻力与介质强度直接相关；这样贯入阻力法利用了沉渣层和原土层在介质强度上存在的较大差异性，实质有效地实现了成孔底部沉渣厚度的检测。

具体地说，本方法包括下列步骤：

①首先确认机械探针回到原点位置，即机械探针的下端退回到圆形底盘的中心孔内；

②井下探头被放入成孔内，依靠圆形底盘坐立在沉渣层的上表面；

③操作地面上的检测仪器，通过控制直流伺服电机使机械探针缓慢地、匀速地伸出至一个最大距离量程，例如400mm；

④在机械探针伸出过程中，通过阻力传感器和倾斜角传感器检测机械探针所受到的贯入阻力，以及机械探针的倾斜角，并绘制贯入阻力和倾斜角对应于伸出距离的曲线，如图6所示；

⑤在图6所示的贯入阻力对应于伸出距离的曲线上，记录下了每个伸出距离所对应的贯入阻力，据此可以评估沉渣层的介质类型；在机械探针到达沉渣层的下表面（即成孔底部）时，贯入阻力急剧增大，此时所对应的伸出距离可判定为沉渣层厚度；

⑥在图所示的倾斜角对应于伸出距离的曲线上，记录下了在每个伸出距离下，机械探针进入沉渣层的角度，据此可以对最后所得到的沉渣层厚度进行修正；尤其是当机械探针到达沉渣层的下表面（成孔底部）时，如果井下探头的自重不足以使得机械探针继续前进，其倾斜角也将发生急剧变化，同样也指示着所对应的伸出距离为沉渣层厚度；但是一般讲，倾斜角的急剧变化将滞后于贯入阻力的急剧变化。

本发明具有下列优点和积极效果：

①本方法思路新颖、科学、实质有效

一个有效的检测方法是要善于寻找被检测对象之间的最大差异性。岩土力学的理论和实验研究证明，区分地下不同土层的最有效手段是利用不同土层在强度上的差异性，而贯入阻力很大程度上反应了土层的强度。例如岩土工程中广泛应用的静力触探法。成孔底部的沉渣层2和原土层1在介质强度上存在较大的差异性，对机械探针的贯入阻力将产生急剧变化；本方法就是利用了这一思路，提高了成孔底部的沉渣层厚度检测的有效性和准确性；

②本装置设计灵活、适用，本方法简单直观、易于理解

井下探头依靠圆形底盘坐立于成孔的底部沉渣层的上表面，以确定沉渣层上表面的初始位置；为适应不同类型的沉渣层，圆形底盘设计采用不同面积大小的实体和虚体区域，以控制和沉渣层上表面的接触面积，例如，如果沉渣层上表面较软，则需要适当增大接触面积，以防止圆形底盘过度下陷。另外，可以通过改变圆形底盘的重量，以控制井下探头的自重，来达到在机械探针9-0到达沉渣层的下表面（成孔底部）时，贯入阻力和倾斜角都将发生急剧变化的效果；

③本方法广泛适用于建筑工程中的钻孔灌注桩的成孔底部沉渣层厚度的检测。

附图说明

图1是成孔底部模型示意图；

图2是落锤法检测原理图；

图3是电参数法检测结果曲线示意图；

图4是倾斜角法检测原理图；

图5是本装置的结构示意图；

图6是本方法的检测结果曲线示意图；

图7是工业控制电脑应用软件的工作流程图；

图8是机械探针的结构示意图（侧视）

图9是圆形底盘结构示意图（俯视）；

图10是电路板原理方框图。

图中：

1—原土层；

2—沉渣层；

3—泥浆层；

4—混水层；

5—地面；

6—成孔；

7—测量绳；

8—落锤；

9—井下探头，

9-0—机械探针，

9-1—圆形底盘，

9-1-1—中心孔，9-1-2—实体区域，9-1-3—虚体区域，

9-2—阻力传感器，

9-3—直流伺服电机，

9-4—内部导线，

9-5—电路板，

9-5-1—通讯接口芯片，9-5-2—三轴加速度计，

9-5-3—ARM单片机，9-5-4—伺服电机驱动器，

9-6—电缆插座，

9-7—密封圈，

9-8—倾斜角传感器，

9-9—连接电缆；

10—绞车；

11—检测仪器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、装置

1、总体

如图5所示，在成孔6内设置有井下探头9，在地面5上设置有绞车10和检测仪器11；

井下探头9由长形圆筒及其内置的机械探针9-0、圆形底盘9-1、阻力传感器9-2、直流伺服电机9-3、内部导线9-4、电路板9-5、电缆插座9-6、密封圈9-7、倾斜角传感器9-8和连接电缆9-9组成；

其连接关系是：

在成孔6的下部，向上依次设置有圆形底盘9-1和密封圈9-7，机械探针9-0的上端依次穿过圆形底盘9-1和密封圈9-7后，机械探针9-0、阻力传感器9-2、直流伺服电机9-3、内部导线9-4、倾斜角传感器9-8、电路板9-5、电缆插座9-6、连接电缆9-9、绞车10和检测仪器11依次连接。

2、功能部件

1）井下探头9

如图5所示，井下探头9采用不锈钢材料制成的长形圆筒作为外壳，其内部设置有机械探针9-0、圆形底盘9-1、阻力传感器9-2、直流伺服电机9-3、内部导线9-4、电路板9-5、电缆插座9-6、密封圈9-7、倾斜角传感器9-8和连接电缆9-9。

井下探头9具备承受1MPa的水压力的能力，即能在100米的水下能正常工作。

a、机械探针9-0

如图8所示，机械探针9-0由不锈钢材料制成的圆形长杆9-0-1和其底端的圆锥形端头9-0-2组成。

机械探针9-0由沉渣层2的上表面开始向下伸出运动；在其运动过程中，圆锥形端头9-0-2需克服其下端土所产生的端承阻力，同时圆形长杆9-0-1需克服其周围土所产生的侧摩阻力。因为，圆锥形端头9-0-2的横截面积被设计成大于圆形长杆9-0-1的横截面积，因此机械探针9-0在伸出过程中所检测到的贯入阻力主要来源于其下端的端承阻力；并且机械探针9-0在伸出过程中，所能提供的最大伸出力不大于井下探头的自重。最后，当机械探针9-0到达沉渣层2的下表面时（成孔6底部），贯入阻力将发生突变。如果，机械探针9-0的自重不足以使机械探针9-0穿过沉渣层2的下表面而进入原土层1时，井下探头9将开始发生倾斜。

b、圆形底盘9-1

如图9所示，圆形底盘9-1设置有中心孔9-1-1、实体区域9-1-2和虚体区域9-1-3。

当井下探头9被放入成孔6内时，依靠圆形底盘9-1坐立于沉渣层2的上表面；其中，实体区域9-1-2的表面积将决定整个圆形底盘9-1和沉渣层2的上表面的接触面积；而通过改变实体区域9-1-2的厚度，可以改变整个井下探头9的重量；因此，根据沉渣层2的硬度不同，可以设计不同的圆形底盘9-1，以保证圆形底盘9-1和沉渣层2的上表面的接触面积适当，以避免出现圆形底盘9-1由于太轻而无法到达沉渣层2的上表面（仍在泥浆层3中），或者由于太重而侵入沉渣层2里面；例如，如果沉渣层2的上表面相对较软，则需要增大实体区域9-1-2的表面积，而减小实体区域9-1-2的厚度，即减小井下探头12的自重。

c、阻力传感器9-2

阻力传感器9-2为一种通用的功能部件。

阻力传感器9-2被安装在机械探针9-0中间，可检测机械探针10所受到的垂直于径向方向的压力；由于在检测过程中，机械探针9-0匀速伸出，因此该压力值等于机械探针9-0伸出过程中所受到的贯入阻力值。

d、直流伺服电机9-3

直流伺服电机9-3为一种通用的功能部件，它和机械探针9-0直接连接；电路板9-5提供驱动电流使直流伺服电机9-3在设定的转速下进行正转或反转，因而带动机械探针9-0的伸出或缩回；伺服电机驱动器9-5-4内部有反馈控制电路，以保证直流伺服电机9-3的转速恒定。

e、内部导线9-4

用于连接井下探头9内的所有机电部件，包括电缆插座9-6、电路板9-5和直流伺服电机9-3。

f、电路板9-5

如图10所示，电路板9-5由通讯接口芯片9-5-1、三轴加速度计9-5-2、ARM单片机9-5-3和伺服电机驱动器9-5-4组成；

ARM单片机9-5-3分别与通讯接口芯片9-5-1、三轴加速度计9-5-2、伺服电机驱动器9-5-4和阻力传感器9-2连接；

通讯接口芯片9-5-1和电缆插座9-6连接；

伺服电机驱动器9-5-4和直流伺服电机9-3连接。

通讯接口芯片9-5-1选用MAXIM公司的MAX488，其功能是将RS-232串口（TXD、RXD；或者DI、RO）转换成RS-488串口（A、B、Z、Y），以便于远程通讯；

三轴加速度计9-5-2选用美国AD公司的ADXL312，它通过SPI通讯接口（MOSI、MISO、CLK、CS）和ARM单片机9-5-3连接；

ARM单片机9-5-3选用英国菲利浦公司的LPC2114；

伺服电机驱动器9-5-4选用国产雷赛智能（Lead Shine）的HBS57；ARM单片机9-5-3通过其I/O接口的信号P0、P1和P2控制伺服电机驱动器9-5-4的方向信号（DIR）、频率信号（STP）和使能信号（EN），最后产生两相驱动电流（A+、A-、B+、B-）和编码器输出（EA、EB）。

电路板9-5的工作原理如下：

ARM单片机9-5-3通过通讯接口芯片9-5-1和放置在地面5上的检测仪器11进行远程通讯，接受操作指令或发送检测结果数据；

利用三轴加速度计9-5-2检测三轴加速度数值，经过计算，三轴加速度数值可被转化成机械探针9-0的倾斜角；

ARM单片机9-5-3内置有A/D转换器，完成模拟信号到数值信号的转换；其接受来自于阻力传感器9-2的模拟电压输出信号；该电压值将被转换成贯入阻力数值；

ARM单片机9-5-3通过其I/O接口控制伺服电机驱动器9-5-4，而伺服电机驱动器9-5-4连接直流伺服电机9-3，在伺服电机驱动器9-5-4内部的反馈电路调节下，直流伺服电机9-3被保持在匀速转动，因此机械探针9-0将被匀速伸出或缩回。

g、电缆插座9-6

电缆插座9-6为一种通用的功能部件，连接电路板9-5所提供的远程通讯信号。

h、密封圈9-7

密封圈9-7为一种通用的功能部件，用于防水动密封；机械探针9-0在伸出或缩回过程中，将经过密封圈9-7；为保证井下探头9内部所有的机电部件能正常工作，密封圈9-7需要提供足够的动态密封效果，例如至少能抵抗100米成孔深度下的水压力。

i、倾斜角传感器9-8

倾斜角传感器9-8为一种通用的功能部件，它的作用是检测其本身的轴线方向和重力线（地球引力线）方向的夹角。

j、连接电缆9-9

连接电缆9-9倾斜角传感器9-8；其一端连接放置在地面5上的绞车10，另一端连接电缆插座9-6。

2）绞车10

绞车11是一种通用设备，可采用手动或交流电机驱动。

3）检测仪器11

检测仪器11是一种二次仪表，它通过连接电缆9-9和成孔6内的井下探头9连接；检测仪器11包括通用工业控制电脑、通用触摸显示液晶屏和专用通讯控制电路，工业控制电脑分别与通用触摸显示液晶屏和专用通讯控制电路连接；

所述的通用工业控制电脑运行自行开发的应用软件，控制整个检测过程，例如，井下探头9在成孔6内的升降，机械探针9-1的伸出或缩回；记录并存储检测结果。

所述的触摸显示液晶屏显示应用软件的用户界面，输入指令或参数，显示检测结果曲线；

所述的专用通讯控制电路通过连接电缆9-9完成检测仪器11和井下探头9之间的通讯功能，例如发出检测指令，接受检测数据等。

（1）工业控制电脑运行自行开发的应用软件的工作流程

如图7，工作流程如下：

A、工作开始—701；

B、完成参数设置—702，

主要包括：

v：机械探针伸出速度；

t：时间计数器的当前时间；

l：机械探针当前伸出距离；

C、检查机械探针是否已回到原始位置—703，是则跳转到步骤E，否则执行下一步骤；

D、收回机械探针至原始位置—704；

E、连续下放井下探头—705；

F、可根据连接电缆的松紧，来判断井下探头是否已经到达沉渣层的上表面—706，是则执行下一步骤，否则跳转到步骤E；

G、时间计数器清零，t = 0，启动时间计数器，同时启动直流伺服电机，机械探针按设定速度连续伸出—707；

H、读取时间计数器的当前时间 t，并计算当前机械探针的伸出距离，l = t * v—708；

I、读取倾斜角传感器的检测结果，读取阻力传感器的检测结果，绘制倾斜角和贯入阻力对应于伸出距离的曲线—709；

J、判断机械探针是否达到最大伸出距离—710，即l > L，是则执行下一步骤，否则转到H步骤；

K、停止时间计数器计数，停止直流伺服电机运行，存储所有检测结果—711；

L、收回机械探针至原始位置—712；

M、提升井下探头至地面—713；

N、检测结束—714。

3、本发明的工作原理

本发明是通过检测钻孔灌注桩的成孔6底部的沉渣层2的贯入阻力来实现的。沉渣层2或原土层1中介质的物理力学性能不同，因此贯入阻力也不同；如果介质软，则贯入阻力就小；如果介质硬，则贯入阻力就大；因此在某种程度上，贯入阻力与介质强度直接相关，这样本发明利用了沉渣层2和原土层1在介质强度上存在的较大差异性，实质有效地实现了成孔6底部沉渣层2厚度的检测。

首先井下探头9被放入成孔6内，其通过其底部安装的圆形底盘9-1而坐落在沉渣层2的上表面上，以确定沉渣层2的初始位置；检测开始时，机械探针9-0在直流伺服电机9-3的驱动下，从圆形底盘9-1的中心孔伸出，并缓慢而匀速地进入沉渣层2中；与此同时开始检测和记录机械探针9-0在伸出过程的倾斜角和所受到的贯入阻力；当机械探针9-0到达沉渣层2的下表面时，即到达了原土层1时，检测到的贯入阻力发生急剧变化，此时所对应的机械探针9-0的伸出长度即为沉渣层2的厚度。

机械探针9-0应该垂直进入沉渣层2；如果在开始时，所检测到的倾斜角过大，应及时收紧连接电缆9-9，以保证井下探头9和重力线平行；当机械探针9-0到达原土层1时，如果井下探头9的自重不足以使机械探针9-0继续进入原土层1，井下探头9将发生倾斜，导致所检测到的倾斜角也发生急剧变化；一般讲，该变化将滞后于贯入阻力的急剧变化。

最后，对应于每个机械探针9-0的伸出距离，贯入阻力和倾斜角的变化曲线在检测过程中被实时呈现。

Claims (6)

1.一种基于贯入阻力法的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

在成孔（6）内设置有井下探头（9），在地面（5）上设置有绞车（10）和检测仪器（11）；

井下探头（9）由长形圆筒及其内置的机械探针（9-0）、圆形底盘（9-1）、阻力传感器（9-2）、直流伺服电机（9-3）、内部导线（9-4）、电路板（9-5）、电缆插座（9-6）、密封圈（9-7）、倾斜角传感器（9-8）和连接电缆（9-9）组成；

其连接关系是：

在成孔（6）的下部，向上依次设置有圆形底盘（9-1）和密封圈（9-7），机械探针（9-0）的上端依次穿过圆形底盘（9-1）和密封圈（9-7）后，机械探针（9-0）、阻力传感器（9-2）、直流伺服电机（9-3）、内部导线（9-4）、倾斜角传感器（9-8）、电路板（9-5）、电缆插座（9-6）、连接电缆（9-9）、绞车（10）和检测仪器（11）依次连接。

2.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的机械探针（9-0）由不锈钢材料制成的圆形长杆（9-0-1）和其底端的圆锥形端头（9-0-2）组成。

3.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的圆形底盘（9-1）设置有中心孔（9-1-1）、实体区域（9-1-2）和虚体区域（9-1-3）。

4.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的电路板（9-5）由通讯接口芯片（9-5-1）、三轴加速度计（9-5-2）、ARM单片机（9-5-3）和伺服电机驱动器（9-5-4）组成；

ARM单片机（9-5-3）分别与通讯接口芯片（9-5-1）、三轴加速度计（9-5-2）、伺服电机驱动器（9-5-4）和阻力传感器（9-2）连接；

通讯接口芯片（9-5-1）和电缆插座（9-6）连接；

伺服电机驱动器（9-5-4）和直流伺服电机（9-3）连接。

5.按权利要求1所述的成孔底部沉渣厚度的检测装置，其特征在于：

所述的检测仪器（11）是一种二次仪表，它通过连接电缆（9-9）和成孔6内的井下探头（9）连接；检测仪器（11）包括通用工业控制电脑、通用触摸显示液晶屏和专用通讯控制电路，工业控制电脑分别与通用触摸显示液晶屏和专用通讯控制电路连接；

所述的通用工业控制电脑运行自行开发的应用软件，控制整个检测过程：

A、工作开始（701）；

B、完成参数设置（702），

主要包括：

v：机械探针伸出速度；

t：时间计数器的当前时间；

l：机械探针当前伸出距离；

C、检查机械探针是否已回到原始位置（703），是则跳转到步骤E，否则执行下一步骤；

D、收回机械探针至原始位置（704）；

E、连续下放井下探头（705）；

F、可根据连接电缆的松紧，来判断井下探头是否已经到达沉渣层的上表面（706），是则执行下一步骤，否则跳转到步骤E；

G、时间计数器清零，t = 0，启动时间计数器，同时启动直流伺服电机，机械探针按设定速度连续伸出（707）；

H、读取时间计数器的当前时间 t，并计算当前机械探针的伸出距离，l = t * v（708）；

I、读取倾斜角传感器的检测结果，读取阻力传感器的检测结果，绘制倾斜角和贯入阻力对应于伸出距离的曲线（709）；

J、判断机械探针是否达到最大伸出距离（710），即l > L，是则执行下一步骤，否则转到H步骤；

K、停止时间计数器计数，停止直流伺服电机运行，存储所有检测结果（711）；

L、收回机械探针至原始位置（712）；

M、提升井下探头至地面（713）；

N、检测结束（714）。

6.基于权利要求1、2、3、4或5所述检测装置的检测方法，其特征在于：

①首先确认机械探针（9-0）回到原点位置，即机械探针（9-0）的下端退回到圆形底盘（9-1）的中心孔（9-1-1）内；

②井下探头（9）被放入成孔6内，依靠圆形底盘（9-1）坐立在沉渣层（2）的上表面；

③操作地面（5）上的检测仪器（11），通过控制直流伺服电机（9-3）使机械探针（9-0）缓慢地、匀速地伸出至一个最大距离量程；

④在机械探针（9-0）伸出过程中，通过阻力传感器（9-2）和倾斜角传感器（9-8）检测机械探针（9-0）所受到的贯入阻力，以及机械探针（9-0）的倾斜角，并绘制贯入阻力和倾斜角对应于伸出距离的曲线；

⑤在贯入阻力对应于伸出距离的曲线上，记录下了每个伸出距离所对应的贯入阻力，据此评估沉渣层（2）的介质类型；在机械探针（9-0）到达沉渣层2的下表面时，贯入阻力急剧增大，此时所对应的伸出距离可判定为沉渣层（2）厚度；

⑥在倾斜角对应于伸出距离的曲线上，记录下了在每个伸出距离下，机械探针（9-0）进入沉渣层（2）的角度，据此对最后所得到的沉渣层（2）厚度进行修正；尤其是当机械探针（9-0）到达沉渣层（2）的下表面时，如果井下探头（9）的自重不足以使得机械探针（9-0）继续前进，其倾斜角也将发生急剧变化，同样也指示着所对应的伸出距离为沉渣层（2）厚度。

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