CN111456120A - 桩基施工智能测量和控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桩基施工智能测量和控制方法，包括如下步骤：步骤（a），设置智能测控器、数据处理显示平台，其中，智能测控器包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块；步骤（b），开启数据处理显示平台，并且将数据处理显示平台和智能测控器通信连接；步骤（c），在数据处理显示平台中录入或导入参数数据；步骤（d），将智能测控器固定安装在指定位置；步骤（e），数据处理显示平台控制超声波换能模块的发射基阵发射超声波，并开始采集数据；以及步骤（f），将智能测控器的采集的数据传送到数据处理显示平台，通过与数据处理显示平台录入或导入的参数数据进行对比计算，以得到桩基的数据及混凝土灌注情况。

Description

桩基施工智能测量和控制方法及装置

技术领域

本发明是关于钻孔灌注桩施工技术领域，特别是关于一种桩基施工智能测量和控制方法及装置。

背景技术

灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，因而对桩基的检测便分为成孔质量检测和成桩质量检测两大部分。其中成孔是灌注桩施工中的第一个环节。成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件或施工中的失误都有可能产生塌孔、缩径、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。

当前桩基测量终孔孔深和水下混凝土灌注量仍然采用传统的测绳法，即需要人工测量和人工计算。该方法易出错、准确性差、测量效率低，而且测绳时常缠挂在钢筋笼上，或坠球重量不足时，将造成测量数据偏差较大的问题。此外，目前基于针对桩头部位混凝土防止超灌的控制装置体积大，价格高，具有局限性。同时，操作复杂，重复性差，数据共享及可视化功能欠缺。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桩基施工智能测量和控制方法及装置，其既能解决现有技术的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种桩基施工智能测量和控制方法，包括如下步骤：

步骤（a），设置智能测控器、数据处理显示平台，其中，智能测控器包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块；

步骤（b），开启数据处理显示平台，并且将数据处理显示平台和智能测控器通信连接；

步骤（c），在数据处理显示平台中录入或导入参数数据；

步骤（d），将智能测控器固定安装在指定位置；

步骤（e），数据处理显示平台控制超声波换能模块的发射基阵发射超声波，并开始采集数据，其中，超声波换能模块的接收基阵接收被水中桩基混凝土和沉淀泥层分别反射回的超声波，利用GPS模块获取的智能测控器的位置坐标数据，利用温度测量模块获取智能测控器所在位置处的温度数据；以及

步骤（f），将智能测控器的采集的数据传送到数据处理显示平台，通过与数据处理显示平台录入或导入的参数数据进行对比计算，以得到桩基的数据及混凝土灌注情况，其中采集的数据包括位置坐标数据和温度数据。

在一优选实施方式中，当进行终桩长度测量时，将智能测控器固定安装在钢护筒的上端面的下方，并且步骤（d）中的参数数据为桩基参数，并根据所录入的桩基参数自动计算出超声波换能模块发射的超声波的频率。

在一优选实施方式中，步骤（f）中，利用RFID电子标签将智能测控器的采集的数据传送到数据处理显示平台，通过与数据处理显示平台录入或导入的桩基设计三维坐标进行对比，计算出泥浆厚度及密度以及桩底基础密度。

在一优选实施方式中，智能测控器通过牵引绳固定在钢护筒的上端面的下方，当终桩计算结果显示不足时，利用牵引绳将智能测控器取出，并继续桩基的钻挖，并重复步骤（d）~（f），直至终桩长度达到设计要求。

在一优选实施方式中，在混凝土灌注过程测量时，在步骤（d）之前，将混凝土灌注导管安装到位，并且在步骤（c）中，参数数据为灌注导管参数，其中，灌注导管参数包括灌注导管的标高、长度与液面高差，数据处理显示平台的控制系统根据灌注导管参数自动计算灌注导管埋入混凝土的深度。

在一优选实施方式中，数据处理显示平台根据采集的数据，计算出混凝土浇筑量、剩余浇筑量、是否有欠浇筑或超浇筑情况，并且数据处理显示平台通过实时显示窗口观察桩基轮廓图及混凝土灌注情况，并提示剩余混凝土灌注量。

在一优选实施方式中，当混凝土剩余灌注量不足2方米时，控制系统进行预警报告，直至灌注完成，并报警提示灌注已完成，此时停止灌注混凝土。

本发明还提供了一种桩基施工智能测量和控制装置，包括：钢护筒，其设置于钻孔桩身的外侧，钢护筒的下端伸入地面下方，上端位于地面上方，其中，钻孔桩身内部自钢护筒上端面下方自上而下依次为浑水层、沉淀泥层和水下混凝土；智能测控器，其固定设置在钢护筒上端面的下方，其中，智能测控器包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块；导管，其竖直设置在钢护筒中，导管的上端伸出钢护筒上端面，导管的下端伸入水下混凝土中；数据处理显示平台，其与智能测控器通信连接，用于控制智能测控器发射超声波，并且具有数据显示功能。

在一优选实施方式中，超声波换能模块用于调频发射及接收，超声波换能模块能够发射24KHz至200KHz的窄波超声波；GPS模块接收超声波的同时将智能测控器的定位坐标实时传送到数据处理显示平台；温度测量模块接收超声波的同时将智能测控器所在位置处的温度数据实时传送到数据处理显示平台。

在一优选实施方式中，智能测控器还包括牵引模块，配置有牵引绳，通过牵引绳将智能测控器固定在钢护筒的上端面的下方，如果终桩计算结果显示不足时，能够利用牵引绳将智能测控器取出；无线传输模块，用于与数据处理显示平台进行数据无线传输与接收；电源模块，其配置有10000mA容量的电池，用于为智能测控器供电；编号识别模块，其设置有识别代码。

与现有技术相比，根据本发明的桩基施工智能测量和控制方法及装置具有如下优点：本发明的桩基施工智能测量和控制方法及装置采用超声波双频声呐原理，通过超声波换能模块发射基阵发射超声波，声呐被水中桩基混凝土和沉淀泥层分别反射回后，由超声波换能模块接收基阵接收后，利用传感器获得的泥浆温度及内置GPS芯片获取的智能测控器位置坐标，并传送到数据处理显示平台，经过转换计算出混凝土和沉淀泥层界面深度和沉淀泥层厚度，并计算得到混凝土和沉淀泥层的密度。此外，还利用声呐发射波形成桩底面或混凝土、泥层界面的线轮廓图像。本发明提供了自动智能可视化测量钻孔深度，混凝土灌注高度，桩头超灌自动报警，桩身混凝土余量自动计算显示等多功能测量和施工控制装置，彻底取代传统测绳和价格较高的防超灌设备，将现场技术员从长时间值班工作中解放出来。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的桩基施工智能测量和控制方法流程图；

图2是根据本发明一实施方式的桩基施工智能测量和控制装置未示出数据处理显示平台的示意图；

图3是根据本发明一实施方式的桩基施工智能测量和控制装置的原理框图；

图4是根据本发明一实施方式的智能测控器的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明优选实施方式的桩基施工智能测量和控制方法，包括如下步骤：步骤（a），设置智能测控器、数据处理显示平台，其中，智能测控器包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块；步骤（b），开启数据处理显示平台，并且将数据处理显示平台和智能测控器通信连接；步骤（c），在数据处理显示平台中录入或导入参数数据；步骤（d），将智能测控器固定安装在指定位置；步骤（e），数据处理显示平台控制超声波换能模块的发射基阵发射超声波，并开始采集数据，其中，超声波换能模块的接收基阵接收被水中桩基混凝土和沉淀泥层分别反射回的超声波，利用GPS模块获取的智能测控器的位置坐标数据，利用温度测量模块获取智能测控器所在位置处的温度数据；以及步骤（f），将智能测控器的采集的数据传送到数据处理显示平台，通过与数据处理显示平台录入或导入的参数数据进行对比计算，以得到桩基的数据及混凝土灌注情况，其中采集的数据包括位置坐标数据和温度数据。

在一优选实施方式中，当进行终桩长度测量时，将智能测控器固定安装在钢护筒的上端面的下方，并且步骤（d）中的参数数据为桩基参数（包括，桩长、泥浆重度、土层信息等），并根据所录入的桩基参数自动计算出超声波换能模块发射的超声波的频率。

在一优选实施方式中，步骤（f）中，利用RFID电子标签将智能测控器的采集的数据传送到数据处理显示平台，通过与数据处理显示平台录入或导入的桩基设计三维坐标进行对比，计算出泥浆厚度及密度以及桩底基础密度等。

在一优选实施方式中，智能测控器通过牵引绳固定在钢护筒的上端面的下方，当终桩计算结果显示不足时，利用牵引绳将智能测控器取出，并继续桩基的钻挖，并重复步骤（d）~（f），直至终桩长度达到设计要求。此时通过数据处理显示平台可查看桩基大致轮廓图。最后，通过数据处理显示平台，控制智能测控器停止发射超声波及数据采集，令其处于待机状态。

在一优选实施方式中，在混凝土灌注过程测量时，在步骤（d）之前，将混凝土灌注导管安装到位，并且在步骤（c）中，参数数据为灌注导管参数，其中，灌注导管参数包括灌注导管的标高、长度与液面高差，数据处理显示平台的控制系统根据灌注导管参数自动计算灌注导管埋入混凝土的深度。

在一优选实施方式中，数据处理显示平台根据采集的数据，计算出混凝土浇筑量、剩余浇筑量、是否有欠浇筑或超浇筑情况，并且数据处理显示平台通过实时显示窗口观察桩基轮廓图及混凝土灌注情况，并提示剩余混凝土灌注量。

在一优选实施方式中，根据数据处理显示平台给出的罐车配送方案的建议，合理调配混凝土。当混凝土剩余灌注量不足2方米时，控制系统进行预警报告，直至灌注完成，并报警提示灌注已完成，此时停止灌注混凝土。最后，记录仪112记录灌注总量及测量数据，实时监测情况等（包含日期、温度等情况）。

本发明还提供了一种桩基施工智能测量和控制装置，如图2-3所示，包括：钢护筒101，其设置于钻孔桩身102的外侧，钢护筒101的下端伸入地面100下方，上端位于地面上方。其中，钻孔桩身102内部自钢护筒上端面下方自上而下依次为浑水层104、沉淀泥层105和水下混凝土106。智能测控器110固定设置在钢护筒上端面的下方，优选的，如图4所示，智能测控器110为半球形结构。其中，智能测控器101包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块。导管121竖直设置在钢护筒101中，导管121的上端伸出钢护筒上端面，导管121的下端伸入水下混凝土106中。数据处理显示平台201与智能测控器110通信连接，用于控制智能测控器110发射超声波，并且数据处理显示平台201具有数据显示功能。需要说明的是数据处理显示平台201包括电脑端和手机端。

在一优选实施方式中，超声波换能模块111用于调频发射及接收，超声波换能模块111能够发射24KHz至200KHz的窄波超声波。GPS模块接收超声波的同时将智能测控器的定位坐标实时传送到数据处理显示平台。温度测量模块接收超声波的同时将智能测控器所在位置处的温度数据实时传送到数据处理显示平台。

在一优选实施方式中，智能测控器还包括牵引模块、无线传输模块、电源模块以及编号识别模块。其中，牵引模块配置有牵引绳107，通过牵引绳将智能测控器110固定在钢护筒101的上端面的下方，如果终桩计算结果显示不足时，能够利用牵引绳将智能测控器取出。无线传输模块用于与数据处理显示平台进行数据无线传输与接收。电源模块配置有10000mA容量的电池，用于为智能测控器供电。编号识别模块设置有识别代码。

本发明的数据处理显示平台包含：

（1）系统控制界面，1）具有开启、关闭发射信号功能；2）控制频率放射接收功能；

（2）桩基参数输入及导入功能（包括GPS位置、长度、孔径、泥浆重度等）；

（3）数据显示功能（包括，测量温度，计算桩长、孔径、泥浆厚度及密度、填筑混凝土实时方量、所需剩余方量、防超灌报警、桩基大致轮廓图）。

在一优选实施方式中，本发明实现了协同平台管理：

1）定义多个作业区域；

2）在每个所述作业区域内设置多个智能测控器，其中，每个智能测控器设置有编号识别模块，不同智能测控器设置有不同的识别代码，不同的采集数据分别对应于相应的智能测控器的特定位置；

3）实时切换不同作业区域、不同桩基的数据及灌注动态；

4）进行区域、桩基选择，实现筛选统计已灌注量及剩余灌注量，给出罐车配送方案的建议。

本发明桩基施工智能测量和控制方法及装置的工作原理为：采用超声波双频声呐原理结合温度传感技术，无线射频RFID识别技术和GPS定位技术。通过超声波换能模块发射基阵发射24KHz至200KHz频率窄波超声波，声呐被水中桩基混凝土和沉淀泥层分别反射回后，由超声波换能模块接收基阵接收后，利用传感器获得的泥浆温度及内置GPS芯片获取的超声波换能模块位置坐标，通过RFID电子标签发射到阅读器，经过转换计算出混凝土和沉淀泥层界面深度和沉淀泥层厚度，并计算得到混凝土和沉淀泥层的密度。此外，利用声呐发射波形成桩底面或混凝土、泥层界面的线轮廓图像。

本发明的桩基施工智能测量和控制装置的功能和技术参数说明：1）可在泥浆等浑水中使用；2）可测量钻孔桩深度，混凝土深度，沉淀泥层界面深度和泥层厚度，测量深度0-150m；3）显示浑水温度；4）可显示桩底、混凝土和沉淀泥层线轮廓图像；5）换能器基阵坐标定位；6）无线连接手机或ipad等移动终端，探测数据实时传输到显示器，可输出现场施工记录表，连接范围150m；7）灵敏度调节，放大缩小，截图分享；8）全防水不沉，无线充电，充电池10000mAh，零下20度，高温70度，可正常工作24小时；9）可智能测算单桩剩余混凝土方量，多桩基剩余混凝土方量合算；10）防超灌报警系统；11）尺寸150mm,重量150g。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（a），设置智能测控器、数据处理显示平台，其中，所述智能测控器包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块；

步骤（b），开启数据处理显示平台，并且将所述数据处理显示平台和智能测控器通信连接；

步骤（c），在所述数据处理显示平台中录入或导入参数数据；

步骤（d），将所述智能测控器固定安装在指定位置；

步骤（e），所述数据处理显示平台控制所述超声波换能模块的发射基阵发射超声波，并开始采集数据，其中，所述超声波换能模块的接收基阵接收被水中桩基混凝土和沉淀泥层分别反射回的超声波，利用所述GPS模块获取的所述智能测控器的位置坐标数据，利用所述温度测量模块获取所述智能测控器所在位置处的温度数据；以及

步骤（f），将所述智能测控器的采集的数据传送到所述数据处理显示平台，通过与所述数据处理显示平台录入或导入的参数数据进行对比计算，以得到桩基的数据及混凝土灌注情况，其中采集的数据包括所述位置坐标数据和温度数据。

2.如权利要求1所述的桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，当进行终桩长度测量时，将智能测控器固定安装在钢护筒的上端面的下方，并且步骤（d）中的参数数据为桩基参数，并根据所录入的桩基参数自动计算出超声波换能模块发射的超声波的频率。

3.权利要求2所述的桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，在步骤（f）中，利用RFID电子标签将所述智能测控器的采集的数据传送到所述数据处理显示平台，通过与所述数据处理显示平台录入或导入的桩基设计三维坐标进行对比，计算出泥浆厚度及密度以及桩底基础密度。

4.如权利要求3所述的桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，所述智能测控器通过牵引绳固定在所述钢护筒的上端面的下方，当终桩计算结果显示不足时，利用所述牵引绳将所述智能测控器取出，并继续桩基的钻挖，并重复步骤（d）~（f），直至终桩长度达到设计要求。

5.如权利要求1所述的桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，在混凝土灌注过程测量时，在步骤（d）之前，将混凝土灌注导管安装到位，并且在步骤（c）中，参数数据为灌注导管参数，其中，所述灌注导管参数包括灌注导管的标高、长度与液面高差，所述数据处理显示平台的控制系统根据所述灌注导管参数自动计算灌注导管埋入混凝土的深度。

6.如权利要求5所述的桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，所述数据处理显示平台根据采集的数据，计算出混凝土浇筑量、剩余浇筑量、是否有欠浇筑或超浇筑情况，并且所述数据处理显示平台通过实时显示窗口观察桩基轮廓图及混凝土灌注情况，并提示剩余混凝土灌注量。

7.如权利要求6所述的桩基施工智能测量和控制方法，其特征在于，当混凝土剩余灌注量不足2方米时，控制系统进行预警报告，直至灌注完成，并报警提示灌注已完成，此时停止灌注混凝土。

8.一种桩基施工智能测量和控制装置，其特征在于，所述桩基施工智能测量和控制装置包括：

钢护筒，其设置于钻孔桩身的外侧，所述钢护筒的下端伸入地面下方，上端位于地面上方，其中，所述钻孔桩身内部自钢护筒上端面下方自上而下依次为浑水层、沉淀泥层和水下混凝土；

智能测控器，其固定设置在钢护筒上端面的下方，其中，所述智能测控器包括超声波换能模块、GPS模块和温度测量模块；

导管，其竖直设置在所述钢护筒中，所述导管的上端伸出所述钢护筒上端面，所述导管的下端伸入水下混凝土中；

数据处理显示平台，其与所述智能测控器通信连接，用于控制所述智能测控器发射超声波，并且具有数据显示功能。

9.如权利要求8所述的桩基施工智能测量和控制装置，其特征在于，所述超声波换能模块用于调频发射及接收，所述超声波换能模块能够发射24KHz至200KHz的窄波超声波；所述GPS模块接收超声波的同时将所述智能测控器的定位坐标实时传送到所述数据处理显示平台；所述温度测量模块接收超声波的同时将所述智能测控器所在位置处的温度数据实时传送到所述数据处理显示平台。

10.如权利要求8所述的桩基施工智能测量和控制装置，其特征在于，所述智能测控器还包括：

牵引模块，配置有牵引绳，通过所述牵引绳将所述智能测控器固定在所述钢护筒的上端面的下方，如果终桩计算结果显示不足时，能够利用所述牵引绳将所述智能测控器取出；

无线传输模块，用于与所述数据处理显示平台进行数据无线传输与接收；

电源模块，其配置有10000mA容量的电池，用于为所述智能测控器供电；以及

编号识别模块，不同的智能测控器设置有不同的识别代码。

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