CN111576505A - 一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于混凝土灌注桩施工技术领域，提供了一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法，包括角架、转轴、度量尺、比重计、支架和滑轮，所述角架设置有两个，两个所述角架为相对设置，所述转轴安装在所述角架上，所述支架的一端设置有一个滑轮，所述度量尺的一端经过所述滑轮向下延伸且固定有一个所述比重计，通过设置缠绕有度量尺的转轴，并且度量尺的一端固定有密度可调的比重计，检测时，通过转动转轴以释放度量尺，比重计经过一个滑轮下沉到混凝土桩体内，当穿过浮浆区域下沉至未凝固的密实混凝土面以下时，所述比重计停止下沉，悬停于混凝土桩体内，然后通过度量尺的读数计算出桩体内密实混凝土面的标高。

Description

一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法

技术领域

本发明属于混凝土灌注桩施工技术领域，尤其涉及一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法。

背景技术

混凝土灌注桩由于其具有场地适用性强、单桩承载力高、施工方便快捷等优点，是目前建筑领域应用最为广泛的一种桩基形式，随着高层建筑和超高层建筑的大量应用，混凝土灌注桩已成为其首选桩型，在今后一段时间内将得到更大的发展和应用。

目前混凝土灌注桩桩顶标高的确定，主要存在以下困难：1.由于城市用地有限，我国新建的高层建筑、超高层建筑基本都有1-4层的地下室，设计桩顶标高肯定位于地下室以下，同时由于混凝土灌注桩施工均在土方开挖前，这就造成了混凝土灌注桩施工时，其设计桩顶标高位于施工地面以下一定的深度；2.在现场地面施工时，桩孔成孔过程中及成孔后，桩孔内已被浑浊液填充，主要包括水位较高的场地，桩孔内被地下水填充，或采用泥浆循环液进行护壁的工艺，桩孔内被循环液填充；3.即使没有地下水或泥浆循环液，在混凝土浇筑过程中，由于未凝固的混凝土具有一定的流动性，呈半液体半固体状态，混凝土下落过程中，大颗粒的石子、砂砾先沉入下部，而水泥浆、泥浆则漂浮于桩孔上部。因此通过上部施工地面观察，很难确定密实的混凝土是否恰好浇筑至桩顶设计标高。

当过早停止浇筑混凝土，实际密实的混凝土桩顶标高位于设计桩顶标高以下时，开挖后桩顶范围内基本为上部凝固的水泥浆或者泥浆，而非密实的混凝土桩体，必须开凿后二次接桩才能继续使用；当停止浇筑混凝土过晚，开挖后由于实际密实的混凝土面高于桩顶标高较多，必须人工二次凿去多余的部分才能使用，造成材料和人力、工期的浪费，有时为了避免二次接桩的麻烦，过多的浇筑混凝土，造成实际桩顶标高高于设计桩顶标高好多米，二次开凿带来很大的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法，旨在提供了一种操作简单、测试结果准确的混凝土灌注桩桩顶标高位置的测试装置及方法。

本发明是这样实现的，一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法，包括角架、转轴、度量尺、比重计、支架和滑轮；

所述角架设置有两个，两个所述角架为相对设置，所述转轴安装在所述角架上，所述转轴的两端分别转动连接两个所述角架，所述转轴上绕卷有所述度量尺，所述角架的底部固定有一个所述支架，所述支架的一端设置有一个滑轮，所述度量尺的一端经过所述滑轮向下延伸且固定有一个所述比重计。

优选的，还包括底板，两个所述角架均固定在所述底板上，所述底板上固定有至少两个垂直于所述底板的地锚；

所述支架的另一端固定连接所述底板。

优选的，所述转轴的两端分别固定有一个挡板，所述挡板为圆形板且与所述转轴为同轴设置。

优选的，所述比重计的顶部具有一个拉环，所述度量尺的一端固定在所述拉环上。

优选的，所述角架上固定有一个所述拉杆，所述拉杆的两端分别固定连接所述角架和所述支架。

优选的，所述挡板的远离所述转轴的一侧面上固定有一个手柄。

优选的，所述比重计内部具有一个空腔，所述空腔内容纳有配重介质，所述比重计上开设有连通所述空腔的调节口，所述调节口上可拆卸的安装有密封塞。

本发明还提供上述任意一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置的方法，包括以下步骤：

S1、安装：混凝土灌注桩成孔后即开始浇筑混凝土，在预估已浇筑至设计桩顶标高以上后，安装所述测试装置于施工地面并固定，使所述滑轮位于桩孔上方；调整比重计自重。

S2、测试：转动所述转轴，将所述度量尺绕过所述滑轮，在所述比重计的牵引下，所述度量尺随着所述比重计向桩体内下降，进入地下水或水泥浆液面后，受到阻力，所述比重计继续下沉，当穿过浮浆区域下沉至未凝固的密实混凝土面以下时，所述比重计停止下沉，悬停于混凝土桩体内；

S3、读数：记录所述度量尺的位于所述滑轮处的刻度，并记录刻度读数h_i；

S4、计算：读数h_i是所述比重计中心距离滑轮中心距离，即为桩体内密实混凝土面与现施工地面标高H₀的垂直距离与滑轮半径r之和，通过下式：

H_i＝H₀+r-h_i，

计算出桩体内密实混凝土面的标高H_i。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法，通过设置缠绕有度量尺的转轴，并且度量尺的一端固定有比重计，检测时，通过转动转轴以释放度量尺，比重计经过一个滑轮下沉到混凝土桩体内，当穿过浮浆区域下沉至未凝固的密实混凝土面以下时，所述比重计停止下沉，悬停于混凝土桩体内，然后通过度量尺的读数计算出桩体内密实混凝土面的标高，从而供施工人员判定是否继续灌注混凝土。

附图说明

图1为本发明的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置的具体实施示意图。

图中：1-角架、2-挡板、3-手柄、4-转轴、5-度量尺、6-比重计、7-拉环、8-地锚、9-支架、10-滑轮、11-底板、12-拉杆、13-桩体、14-浮浆区域、15-施工地面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置及方法，测试装置包括角架1、挡板2、手柄3、转轴4、度量尺5、比重计6、拉环7、地锚8、支架9、滑轮10和底板11。

角架1设置有两个，两个角架1为相对设置，角架1均固定在底板11上，底板11上固定有至少两个垂直于底板11的地锚8，转轴4安装在角架1上，转轴4的两端分别固定有一个挡板2，挡板2的远离转轴4的一侧面上固定有一个手柄3，挡板2为圆形板且与转轴4为同轴设置，转轴4的两端分别转动连接两个角架1，转轴4上绕卷有度量尺5，角架1的底部固定有一个支架9，支架9的一端设置有一个滑轮10，度量尺5的一端经过滑轮10向下延伸且固定有一个比重计6，比重计6的顶部具有一个拉环7，度量尺5的一端固定在拉环7上。角架1上固定有一个拉杆12，拉杆12的两端分别固定连接角架1和支架9。

其中，底板11的左端伸出两根支架9，两根支架9的伸出的一端交汇于底板11中心线上，支架9的交汇处连接有轮轴，滑轮10套设在轮轴上。底板11上开设有供地锚8穿过的孔，角架1顶端、挡板2的圆心和转轴4的轴心位于同一直线上。角架1的顶部通过拉杆12与轮轴固定，稳定性更好。度量尺5采用柔性材料制成，在本实施方式中，可以为柔性塑胶。比重计6内部具有一个空腔，空腔内容纳有配重介质，比重计6上开设有连通空腔的调节口，调节口上可拆卸的安装有密封塞，使用者可以通过添或减少介质以调节比重计6的整体密度。

然后按照以下步骤进行混凝土灌注桩桩顶位置测试：

S1、安装：混凝土灌注桩成孔后即开始浇筑混凝土，在预估已浇筑至设计桩顶标高以上后，安装测试装置于施工地面15并固定，使滑轮10位于桩孔上方，地锚8通过锤击，击入该施工地面15，牢固的固定住测试装置。根据所测试混凝土强度及密度，调整比重计6自重。

S2、测试：利用手柄3缓慢转动转轴4，释放度量尺5，将度量尺5绕过滑轮10，在比重计6的牵引下，度量尺5随着比重计6向桩体13内下降，在空气中基本无阻力自由下沉，进入地下水或水泥浆液面后，受到阻力，比重计6其自重大于所排开同体积地下水或水泥浆重量，继续下沉，当穿过浮浆区域14下沉至未凝固的密实混凝土面以下时，比重计6其自重等于所排开同体积混凝土重量，比重计6停止下沉，悬停于混凝土桩体13内。

S3、读数：当比重计6悬停于密实混凝土桩体13内时，拉紧度量尺5，记录度量尺5的位于滑轮10处的刻度，并记录刻度读数h_i。度量尺5上标有刻度，该刻度不是由度量尺5端部起算，而是从比重计6中心开始算起，包括比重计6长度、拉环7的直径，并减去相互重叠部分。

S4、计算：读数h_i是比重计6中心距离滑轮10中心距离，即为桩体13内密实混凝土面与现施工地面15标高H₀的垂直距离与滑轮10半径r之和，通过下式：

H_i＝H₀+r-h_i，

即可准确计算出桩体13内密实混凝土面的标高H_i。通过将H_i与设计桩顶标高Hs对比，即可确定是否继续浇筑混凝土。

另外，使用过程中也可以根据已知的桩顶设计标高Hs、桩孔周围施工地面15标高H₀、空桩高度h，通过下式：

h_j＝H_o+r-H_s-h

提前返算出临界状态时度量尺5的刻度h_j，施工时比较h_j值与滑轮10处刻度h_k即可，当刻度h_k大于h_j时，说明桩顶尚未浇筑为密实混凝土，需要继续浇筑；当刻度h_k小于h_j时，说明桩顶以上已为密实混凝土，继续浇筑会造成浪费，同时带来大量桩头开凿问题；当刻度h_k等于h_j时，达到临界值，混凝土浇筑量刚刚好。

本发明主要应用阿基米德原理，即浸入静止流体中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量，方向垂直向上并通过所排开流体的形心。混凝土灌注桩浇筑过程中，桩孔内主要有4种液体或半液体材料，地下水、循环泥浆、混凝土上部的水泥浆、半液半固状态混凝土，4种材料由于其比重不同，分别为地下水约1000kg/m³、泥浆约1000-1200kg/m³、水泥1400-1800kg/m³、半液态混凝土为2300-2500kg/m³，故同样体积大小的比重计6进入4种材料中排开流体的重量不同，地下水中最轻，混凝土中最重，当比重计6所受的浮力也即其排开流体的重量等于比重计6的重量时，比重计处于悬浮状态，悬停于流体中。

综上所述，本发明将比重计6的自身重量，设计成等同于所排开半液态混凝土的重量，检测过程中，通过转动手柄3带动转轴4的转动，使缠绕于转轴4上的度量尺5在比重计6的自重作用下沿桩孔内部下沉。当比重计6下沉浸入地下水、水泥浆、泥浆中，由于其密度较低，排开液体的重量也即所受浮力小于比重计6自身的重量，比重计6无法悬停，一直下沉，当比重计6完全浸入半液态密实混凝土中，比重计6自身重量等于排开半液态混凝土的重量，也即比重计6自重等于其所受浮力，比重计6即悬停于密实混凝土中，此时即可测出比重计6距离施工地面15的距离，算出密实混凝土桩顶的标高。本发明提供了一种操作简单、测试结果准确的混凝土灌注桩桩顶标高位置的测试装置及方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：包括角架(1)、转轴(4)、度量尺(5)、比重计(6)、支架(9)和滑轮(10)；

所述角架(1)设置有两个，两个所述角架(1)为相对设置，所述转轴(4)安装在所述角架(1)上，所述转轴(4)的两端分别转动连接两个所述角架(1)，所述转轴(4)上绕卷有所述度量尺(5)，所述角架(1)的底部固定有一个所述支架(9)，所述支架(9)的一端设置有一个滑轮(10)，所述度量尺(5)的一端经过所述滑轮(10)向下延伸且固定有一个所述比重计(6)。

2.如权利要求1所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：还包括底板(11)，两个所述角架(1)均固定在所述底板(11)上，所述底板(11)上固定有至少两个垂直于所述底板(11)的地锚(8)；

所述支架(9)的另一端固定连接所述底板(11)。

3.如权利要求1所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：所述转轴(4)的两端分别固定有一个挡板(2)，所述挡板(2)为圆形板且与所述转轴(4)为同轴设置。

4.如权利要求1所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：所述比重计(6)的顶部具有一个拉环(7)，所述度量尺(5)的一端固定在所述拉环(7)上。

5.如权利要求1所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：所述角架(1)上固定有一个所述拉杆(12)，所述拉杆(12)的两端分别固定连接所述角架(1)和所述支架(9)。

6.如权利要求1所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：所述挡板(2)的远离所述转轴(4)的一侧面上固定有一个手柄(3)。

7.如权利要求1所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置，其特征在于：所述比重计(6)内部具有一个空腔，所述空腔内容纳有配重介质，所述比重计(6)上开设有连通所述空腔的调节口，所述调节口上可拆卸的安装有密封塞。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的一种混凝土灌注桩桩顶位置测试装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、安装：混凝土灌注桩成孔后即开始浇筑混凝土，在预估已浇筑至设计桩顶标高以上后，安装所述测试装置于施工地面并固定，使所述滑轮(10)位于桩孔上方；调整比重计自重。

S2、测试：转动所述转轴(4)，将所述度量尺(5)绕过所述滑轮(10)，在所述比重计(6)的牵引下，所述度量尺(5)随着所述比重计(6)向桩体内下降，进入地下水或水泥浆液面后，受到阻力，所述比重计(6)继续下沉，当穿过浮浆区域下沉至未凝固的密实混凝土面以下时，所述比重计(6)停止下沉，悬停于混凝土桩体内；

S3、读数：记录所述度量尺(5)的位于所述滑轮(10)处的刻度，并记录刻度读数h_i；

S4、计算：读数h_i是所述比重计(6)中心距离滑轮(10)中心距离，即为桩体内密实混凝土面与现施工地面标高H₀的垂直距离与滑轮半径r之和，通过下式：

H_i＝H₀+r-h_i，

计算出桩体内密实混凝土面的标高H_i。

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