CN111236332A - 基桩抗拔力和桩身质量检测装置 - Google Patents

基桩抗拔力和桩身质量检测装置 Download PDF

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CN111236332A CN202010230304.2A CN202010230304A CN111236332A CN 111236332 A CN111236332 A CN 111236332A CN 202010230304 A CN202010230304 A CN 202010230304A CN 111236332 A CN111236332 A CN 111236332A
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李东昌
樊勇
王鹏
鹿逢月
陈慧
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Huaian Construction Engineering Quality Inspection Center Co ltd
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Abstract

本发明提供一种基桩抗拔力和桩身质量检测装置，包括：作平台；支架；横梁，横梁铰接支架，横梁左右方向的一端安装重锤组件，另一端安装拔桩组件，横梁上安装有检测横梁水平的陀螺仪。通过横梁与支架的铰接设计，框体两侧的抬升机构也即千斤顶将重锤提升至一定高度下落，重锤冲击下方的主梁，利用杠杆原理，使得拔桩组件上升，对受检桩施加向上的冲击力，从而通过拔桩组件实测受检桩所受冲击力，实现对基桩抗拔力和桩身质量检测。

Description

基桩抗拔力和桩身质量检测装置
技术领域
本发明涉及建筑工程检测设备，具体涉及一种基桩抗拔力和桩身质量检测装置。
背景技术
随着社会经济的不断发展，人们对于地下空间的开发利用越来越多，尤其是在高层建筑中，经常会修筑大型的地下车库。地下车库在施工和使用阶段承受较大的地下水浮力作用，常设置抗拔桩抵消地下水对地下车库产生的上浮力。抗拔桩的承载力检测一般采用静载试验，静载试验时间长、成本高。一般地下车库抗拔桩总数少则几百根，多则几千根，检测时按工程桩总数1％抽检，抽检数量多，成本高而且试验周期长，影响工程进度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基桩抗拔力和桩身质量检测装置，可快速对受检桩进行检测，通过横梁与支架的铰接设计，框体两侧的抬升机构也即千斤顶将重锤提升至一定高度下落，重锤冲击下方的主梁，利用杠杆原理，使得拔桩组件上升，对受检桩施加向上的冲击力，从而通过拔桩组件实测受检桩所受冲击力，实现对基桩抗拔力和桩身质量检测。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基桩抗拔力和桩身质量检测装置，包括：
水平的工作平台；
支架，支架固定安装在所述工作平台上；
横梁，横梁的两端之间具有连接部，连接部以铰接轴为中心与所述的支架铰接，横梁左右方向的一端安装重锤组件，另一端安装拔桩组件，横梁上安装有检测横梁水平的陀螺仪，
重锤组件包括固定安装在横梁上的框体以及设置在该框体内的重锤，重锤的前、后侧面固定安装有万向球组件支架，万向球组件支架上安装万向球组件、弹簧，弹簧位于万向球组件与对应的重锤的前、后侧面之间，重锤的前、后侧的框体内壁设置有供万向球组件的万向球运动的导轨，
框体的左、右两侧设有用于将所述的重锤向上抬升的抬升机构，重锤的左右两侧面固定安装有脱钩装置，脱钩装置包括对称设置重锤左、右两侧面的凹槽、固定在重锤左、右两侧面的轴承、穿过轴承并与该轴承轴向滑动配合的滑块、弹簧，弹簧的一端安装在凹槽底部，另一端安装在滑块上，滑块的自由端上端具有坡面A，滑块的自由端下端担在抬升机构上，框体的左、右两侧框上具有供滑块在其内部上下滑动的通道，通道的上端具有供坡面A延其运动的坡面B；
拔桩组件包括：
滑板，滑板与所述的横梁之间接触式滑动配合，
第一油缸，第一油缸安装在横梁上，第一油缸的伸缩杆的伸缩方向为左右方向，第一油缸的伸缩杆固定连接滑板，
点状红光发射器，点状红光发射器位于滑板的下端面，且滑板的下端面位于横梁下方，点状红光发射器发射方向为向下方向，点状红光发射器的数量至少有3个且在同一周向上均匀分布，
冲击力传感器，冲击力传感器安装在滑板的上端，
下球铰部，下球铰部固定在冲击力传感器的上端，
上球铰部，上球铰部和下球铰部球铰，
拉杆，拉杆有若干根，拉杆在由上至下方向上穿过上球铰部、滑板，滑板上供拉杆穿过的孔的直径大于拉杆的直径，
抱箍，抱箍安装在拉杆的下端，
支架以自身轴线为中心转动安装在工作平台上，环形齿轮套装式固定在支架上，工作平台上安装有液压马达以及由液压马达驱动的齿轮，齿轮啮合环形齿轮；
还包括用于安装在受检桩上的用于测量受检桩向上运动速度数据的加速度传感器。
在上述方案的基础上，作为优选，抬升机构为千斤顶。
在上述方案的基础上，作为优选，导轨为设置在框体内壁的凹槽。
在上述方案的基础上，作为优选，横梁位于重锤的下方具有扩宽段，扩宽段的面积不小于重锤的底面积。
在上述方案的基础上，作为优选，陀螺仪为ML728-MEMS三轴电流型陀螺仪。
在上述方案的基础上，作为优选，第二油缸，第二油缸安装在滑板的下端面，且第二油缸的伸缩杆的伸缩方向为上下方向；
抱箍包括左抱箍、右抱箍，左、右抱箍上均具有侧耳，侧耳固定连接拉杆，固定轴穿过侧耳将左、右抱箍相固定，第二油缸的伸缩杆上具有将抱箍在空闲状态下与其相固定的供固定轴穿过的轴向为左右方向的通孔。
在上述方案的基础上，作为优选，在位于重锤正下方的横梁下端面设置有万向轮，在横梁转动时，位于万向轮的行走路径上的工作台面上具有凹槽，凹槽内设置有供万向轮行走的承载件，凹槽底部设置有抬升或降低承载件的驱动机构，驱动机构为油缸。
在上述方案的基础上，作为优选，横梁上安装有红光发射装置，红光发射装置的发射方向为重锤组件端指向拔桩组件端的横梁轴线方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过横梁与支架的铰接设计，框体两侧的抬升机构也即千斤顶将重锤提升至一定高度下落，重锤冲击下方的主梁，利用杠杆原理(省力杠杆，左侧动力臂长度大于右侧阻力臂长度)，使得拔桩组件上升，对受检桩施加向上的冲击力，从而通过拔桩组件实测受检桩所受向上冲击力和向上运动速度，实现对基桩抗拔力和桩身质量检测。
2、在重锤一侧采用万向球组件、弹簧、万向球组件支架的设计与位于框体内壁的导轨相配合的设计，减少重锤下落过程中产生的振动和导轨的摩擦，起到减震作用，平台稳固，安全性高。
3、脱钩装置的设计与坡面B相配合，使得重锤在千斤顶的作用下上升至坡面B时可实现滑块与千斤顶脱离，实现自动脱钩，重锤自由下落。
4、轴承与滑块相配合的设计，减少滑块所受到的摩擦力，滑块更易于千斤顶脱开。
5、通过陀螺仪的设计，检测横梁是否保持水平状态。
6、宽段的面积不小于重锤的底面积。使得重锤的承载面最大化，提高设备使用寿命。
7、通过上球铰部、下球铰部的球铰、与横梁接触式滑动配合的滑板、与滑板固定连接的冲击力传感器、与冲击力传感器固定连接的下球铰部以及拉杆相配合的设计，使得在拔动桩体时，下球铰部、滑板随横梁在上翘，上球铰部、抱箍依然保持竖直，抱箍的拉力方向依然为竖直方向，作用是保证管桩的受力方向为竖直向上。
8、第一油缸与点状红光发射器相配合的设计，可以调节点状红光发射器的水平位置，其与陀螺仪及支架转动安装在工作平台上可实现工作平台转动的设计相配合，点状红光发射器发出的点位于桩的圆周上时，实现横梁处于水平且滑板中心与受检桩中心在一条竖线上，作用是保证受检桩的受力方向为竖直向上。
9、通过抱箍与第二油缸的设计，便于在空闲状态下，将抱箍和拉杆利用第二油缸上移以便于转运等。
10、通过设计万向轮辅助横梁转动，工作状态下，承载件下降，不影响工作，空闲状态下，承载件上升，起支撑作用，避免重锤长期重压横梁导致其变形。
11、一字红外线设置在主梁中心轴线上，工作平台安装的液压马达驱动横梁水平旋转，使一字红外线通过受检桩中心，即主梁中心轴线通过受检桩中心。继而才能保证主梁上的滑块的中心轴线竖直通过受检桩中心。
12、本装置在使用时无需使用吊车，成本低，检测时间短，效率大幅度提高。
13、本装置在使用时可直接采集冲击力，无需使用桩身材料弹性模量换算力值(桩身混凝土存在不同程度非线性和非均匀性，弹性模量非定值)，力值准确度提高。
13、冲击力传感器安装在装置上，现场无需人工安装，节约时间，提高检测效率。
14、本装置的工作平台为履带式行走的工作平台，在使用时，对场地适应性好，移动方便。
15、平台与锚桩连接，且重锤有导向装置，方向竖直向下，平台稳固，安全性高。
16、检测时，基桩向上运动，桩端与桩端土分离，桩端界面上下波阻抗变化明显，更容易检测到此变化，即有效检测深度大，便于分析桩身质量。
17、检测抗拔承载力的同时检测桩身质量，查明桩身缺陷是否影响竖向抗拔承载力的基础上，分析判定缺陷的类型。
18、重锤落距可控，可根据抗拔承载力大小选择不同的落距。
19、使用红外线组合实现滑板和受检桩对中，无需人工对中，精度高，安全可靠。
20、抱箍内设置弧状橡胶，增加抱箍与受检桩间摩擦力和起到低通滤波的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A部分的放大图；
图3是C部分的放大图；
图4是本发明的俯视图；
图5是图4中B部分的放大图；
图6是工作平台和重锤组件的配合示意图。
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。
如图1-6所示，基桩抗拔力和桩身质量检测装置，包括：
水平的工作平台1；
支架2，支架固定安装在所述工作平台上；
横梁3，横梁的两端之间具有连接部，连接部以铰接轴4为中心与所述的支架铰接，横梁左右方向的一端安装重锤组件，另一端安装拔桩组件，横梁上安装有检测横梁水平的陀螺仪，
重锤组件包括固定安装在横梁上的框体5以及设置在该框体内的重锤6，重锤的前、后侧面固定安装有万向球组件支架，万向球组件支架上安装万向球组件7、弹簧8，弹簧位于万向球组件与对应的重锤的前、后侧面之间，重锤的前、后侧的框体内壁设置有供万向球组件的万向球运动的导轨9，
框体的左、右两侧设有用于将所述的重锤向上抬升的抬升机构，重锤的左右两侧面固定安装有脱钩装置，脱钩装置包括对称设置重锤左、右两侧面的凹槽10、固定在重锤左、右两侧面的轴承11、穿过轴承并与该轴承轴向滑动配合的滑块12、弹簧，弹簧的一端安装在凹槽底部，另一端安装在滑块上，滑块的自由端上端具有坡面A13，滑块的自由端下端担在抬升机构上，框体的左、右两侧框上具有供滑块在其内部上下滑动的通道，通道的上端具有供坡面A延其运动的坡面B14；
还包括用于安装在受检桩上的用于测量受检桩运动速度数据的加速度传感器35。
在上述的方案中，通过横梁与支架的铰接设计，框体两侧的抬升机构也即下文的千斤顶将重锤提升至一定高度下落，重锤冲击下方的主梁，利用杠杆原理，使得拔桩组件上升，对受检桩施加向上的冲击力，从而通过拔桩组件实测受检桩所受冲击力，实现对基桩抗拔力和桩身质量检测。
其中，在重锤一侧采用万向球组件、弹簧、万向球组件支架的设计与位于框体内壁的导轨相配合的设计，减少重锤下落过程中产生的振动，起到减震作用，平台稳固，安全性高。
脱钩装置的设计与坡面B相配合，使得重锤在千斤顶的作用下上升至坡面B时可实现滑块与千斤顶脱离，实现自动脱钩，重锤掉落。
轴承与滑块相配合的设计，减少滑块所受到的摩擦力，滑块更易于千斤顶脱钩。
通过陀螺仪的设计，使得横梁保持水平状态。
本方案在检测时，通过冲击力传感器来检测受检桩所受冲击力大小数据和三轴加速度传感器检测受检桩运动速度数据，从而受检桩所受冲击力时程曲线和速度时程曲线，利用波动理论分析抗拔力和桩身质量。
抬升机构为千斤顶15。
导轨为设置在框体内壁的凹槽。
横梁位于重锤的下方具有扩宽段，扩宽段的面积不小于重锤的底面积。使得重锤的承载面最大化，提高设备使用寿命。
陀螺仪16为ML728-MEMS三轴电流型陀螺仪。
冲击力传感器为NOS-F306冲击力传感器。
加速度传感器为PCB629M06多轴加速度传感器。
拔桩组件包括：
滑板17，滑板与所述的横梁之间接触式滑动配合；
第一油缸18，第一油缸安装在横梁上，第一油缸的伸缩杆的伸缩方向为左右方向，第一油缸的伸缩杆固定连接滑板；
点状红光发射器19，点状红光发射器位于滑板的下端面，且滑板的下端面位于横梁下方，点状红光发射器发射方向为向下方向，点状红光发射器的数量至少有3个且在同一周向上均匀分布；
冲击力传感器20，冲击力传感器安装在滑板的上端；
下球铰部21，下球铰部固定在冲击力传感器的上端；
上球铰部22，上球铰部和下球铰部球铰；
拉杆23，拉杆有若干根，拉杆在由上至下方向上穿过上球铰部、滑板，滑板上供拉杆穿过的孔的直径大于拉杆的直径；
抱箍24，抱箍安装在拉杆的下端；
支架以自身轴线为中心转动安装在工作平台上，环形齿轮套装式固定在支架上，工作平台上安装有液压马达以及由液压马达驱动的齿轮25，齿轮啮合环形齿轮26。
在上述的拔桩组件设计中，通过上球铰部、下球铰部的球铰、与横梁接触式滑动配合的滑板、与滑板固定连接的冲击力传感器、与冲击力传感器固定连接的下球铰部以及拉杆相配合的设计，使得在拔动桩体时，下球铰部、滑板随横梁在上翘，上球铰部、抱箍依然保持竖直，抱箍的拉力方向依然为竖直方向，作用是保证管桩的受力方向为竖直向上？
其中，第一油缸与点状红光发射器相配合的设计，可以调节点状红光发射器的水平位置，其与陀螺仪及支架转动安装在工作平台上可实现工作平台转动的设计相配合，点状红光发射器发出的点位于桩的圆周上时，实现横梁处于水平且滑板中心与受检桩中心在一条竖线上，作用是保证管桩的受力方向为竖直向上。
第二油缸27，第二油缸安装在滑板的下端面，且第二油缸的伸缩杆的伸缩方向为上下方向；
抱箍包括左抱箍、右抱箍，左、右抱箍上均具有侧耳28，侧耳固定连接拉杆，固定轴穿过侧耳将左、右抱箍相固定，第二油缸的伸缩杆上具有将抱箍在空闲状态下与其相固定的供固定轴穿过的轴向为左右方向的通孔29。
通过抱箍与第二油缸的设计，便于在空闲状态下，将抱箍和拉杆利用第二油缸上移以便于转运等。
在位于重锤正下方的横梁下端面设置有万向轮30，在横梁转动时，位于万向轮的行走路径上的工作台面上具有凹槽31，凹槽内设置有供万向轮行走的承载件32，凹槽底部设置有抬升或降低承载件的驱动机构33，驱动机构为油缸。
在该方案中，通过设计万向轮辅助横梁转动，工作状态下，承载件下降，不影响工作，空闲状态下，承载件上升，起支撑作用，避免重锤长期重压横梁导致其变形。
横梁上安装有红光发射装置，红光发射装置的发射方向为重锤组件端指向拔桩组件端的横梁轴线方向。红光发射装置为一字红外线，设置在主梁中心轴线上，工作平台安装的液压马达驱动横梁水平旋转，使一字红外线通过受检桩中心，即主梁中心轴线通过受检桩中心。继而才能保证主梁上的滑块的中心轴线和通过受检桩34中心。
本发明的方案在使用时：
1.装置行走至受检桩附近，确保受检桩在滑块的下方。
2.四支腿油缸伸长，抱箍与周围锚桩连接，抱箍千斤顶加载，抱箍锁定锚桩，通过调整四只油缸伸缩，确保平台水平(通过设置在工作平台上的陀螺仪监测)。
3.横梁水平旋转，使一字红外线通过受检桩中心。调节主梁上横置第一油缸伸缩，使滑板下方圆形布置的点状红外线和受检桩重合。
4.主梁下方第二油缸伸长，使液压抱箍套在受检桩上，抱箍上千斤顶伸长，使抱箍抱紧受检桩。
5.调节第二油缸伸缩，使横梁水平。水平后紧固滑板上方螺母，将滑板与主梁固定。
6.拆开抱箍上横轴，将第二油缸和抱箍断开。将加速度传感器对称安装在抱箍向下30cm位置处。
7.连接冲击力传感器、加速度传感器至采集系统。
8.平台上油缸向下收缩，限位架离开重锤。
9.重锤通过两千斤顶向上加载，遇脱钩装置，重锤自动下落锤击主梁。
10.单桩抗拔承载力
Figure BDA0002429088660000051
t1——速度时间曲线第一峰对应的时刻
F(t1)——t1时刻的冲击力
v(t1)——t1时刻的质点运动速度
A——桩身截面面积
C——桩身应力传播速度
Et——桩身混凝土抗拉弹性模量
Gp——加速度传感器安装点以下基桩自重，地下水位以下取浮重度
L——加速度传感器安装点下桩长
桩身质量系数
Figure BDA0002429088660000052
t1——速度时间曲线第一峰对应的时刻
tx——缺陷反射峰对应的时刻
F(t1)——t1时刻的力
v(t1)——t1时刻的质点运动速度
A——桩身截面面积
C——桩身应力传播速度
Et——桩身混凝土抗拉弹性模量
Rx——缺陷以上部位土阻力的估计值
x——桩身缺陷至加速度传感器安装点的距离
Figure BDA0002429088660000061
更具体的，采集系统通过冲击力传感器和加速度传感器采集冲击力和时间关系曲线(F-t)，速度和时间关系曲线(v-t)。
速度
t1时刻的F(t1)＝1580kN，v(t1)＝1.67m/s，t1+2L/C时刻v(t1+2L/C)＝1.0m/s，C＝3800m/s，A＝0.2826m2，Et＝3.15×1010kpa，Gp＝98.83kN，
单桩抗拔承载力
Figure BDA0002429088660000062
t1＝3ms tx＝10ms，
F(tx)＝922kN v(tx)＝0.60m/s Rx＝105kN
Figure BDA0002429088660000063
桩身质量评价表
类别 δ
Ⅰ 1
Ⅱ 0.8≤δ<1
Ⅲ 0.6≤δ<0.8
Ⅳ δ<0.6
根据桩身重量评价表可知，桩身质量为Ⅱ类。
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。

Claims (8)

1.基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，包括：
水平的工作平台；
支架，支架固定安装在所述工作平台上；
横梁，横梁的两端之间具有连接部，连接部以铰接轴为中心与所述的支架铰接，横梁左右方向的一端安装重锤组件，另一端安装拔桩组件，横梁上安装有检测横梁水平的陀螺仪，
重锤组件包括固定安装在横梁上的框体以及设置在该框体内的重锤，重锤的前、后侧面固定安装有万向球组件支架，万向球组件支架上安装万向球组件、弹簧，弹簧位于万向球组件与对应的重锤的前、后侧面之间，重锤的前、后侧的框体内壁设置有供万向球组件的万向球运动的导轨，
框体的左、右两侧设有用于将所述的重锤向上抬升的抬升机构，重锤的左右两侧面固定安装有脱钩装置，脱钩装置包括对称设置重锤左、右两侧面的凹槽、固定在重锤左、右两侧面的轴承、穿过轴承并与该轴承轴向滑动配合的滑块、弹簧，弹簧的一端安装在凹槽底部，另一端安装在滑块上，滑块的自由端上端具有坡面A，滑块的自由端下端担在抬升机构上，框体的左、右两侧框上具有供滑块在其内部上下滑动的通道，通道的上端具有供坡面A延其运动的坡面B；
拔桩组件包括：
滑板，滑板与所述的横梁之间接触式滑动配合，
第一油缸，第一油缸安装在横梁上，第一油缸的伸缩杆的伸缩方向为左右方向，第一油缸的伸缩杆固定连接滑板，
点状红光发射器，点状红光发射器位于滑板的下端面，且滑板的下端面位于横梁下方，点状红光发射器发射方向为向下方向，点状红光发射器的数量至少有3个且在同一周向上均匀分布，
冲击力传感器，冲击力传感器安装在滑板的上端，
下球铰部，下球铰部固定在冲击力传感器的上端，
上球铰部，上球铰部和下球铰部球铰，
拉杆，拉杆有若干根，拉杆在由上至下方向上穿过上球铰部、滑板，滑板上供拉杆穿过的孔的直径大于拉杆的直径，
抱箍，抱箍安装在拉杆的下端，
支架以自身轴线为中心转动安装在工作平台上，环形齿轮套装式固定在支架上，工作平台上安装有液压马达以及由液压马达驱动的齿轮，齿轮啮合环形齿轮；
还包括用于安装在受检桩上的用于测量受检桩运动速度数据的加速度传感器。
2.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，抬升机构为千斤顶。
3.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，导轨为设置在框体内壁的凹槽。
4.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，横梁位于重锤的下方具有扩宽段，扩宽段的面积不小于重锤的底面积。
5.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，陀螺仪为ML728-MEMS三轴电流型陀螺仪。
6.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，第二油缸，第二油缸安装在滑板的下端面，且第二油缸的伸缩杆的伸缩方向为上下方向；
抱箍包括左抱箍、右抱箍，左、右抱箍上均具有侧耳，侧耳固定连接拉杆，固定轴穿过侧耳将左、右抱箍相固定，第二油缸的伸缩杆上具有将抱箍在空闲状态下与其相固定的供固定轴穿过的轴向为左右方向的通孔。
7.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，在位于重锤正下方的横梁下端面设置有万向轮，在横梁转动时，位于万向轮的行走路径上的工作台面上具有凹槽，凹槽内设置有供万向轮行走的承载件，凹槽底部设置有抬升或降低承载件的驱动机构，驱动机构为油缸。
8.如权利要求1所述的基桩抗拔力和桩身质量检测装置，其特征在于，横梁上安装有红光发射装置，红光发射装置的发射方向为重锤组件端指向拔桩组件端的横梁轴线方向。
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