CN113756311A - 一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置和方法，包括安装在深孔内的护筒，以及安装在护筒上的自动回转装置、测绳和吊球，所述护筒位于深孔的顶部并且所述护筒部分伸出深孔外；所述深孔的深度不低于10m；所述测绳上设有若干刻度，所述测绳的一端与自动回转装置相连,所述测绳的另一端与吊球相连；吊球在深孔内的升降过程中，所述吊球的重力为G，所述自动回转装置通过测绳始终对吊球产生拉力F拉；所述F拉始终小于G；从而使得所述测绳始终处于绷直状态，以及使得所述吊球部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层并能够随混凝土层的上升而上升；本技术方案在施工中能够快速、准确测量出灌注混凝土面标高，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置和方法。
背景技术
随着桥梁工程建设的不断发展，钻孔灌注水下混凝土桩基运用也越来越广。
当钻孔灌注桩采用导管灌注水下混凝土时需要不断地往上提拔导管，按照规范要求水下混凝土灌注过程中导管必须埋置混凝土面以下一定深度，且由于钻孔桩施工过程中存在大量的泥浆，为了保证桩基成桩质量，灌注高度须超过设计一定标高，由于水下混凝土灌注时标高存在很大误差，施工超灌现象严重，造成混凝土巨大浪费和给后期桩头凿除带来很大困难，因此，灌注过程中混凝土标高实时监测一直以来备受灌注。
为掌握桩基施工过程中混凝土灌注面的标高，施工中常采用传统测绳结合吊锤法进行浇筑混凝土标高测定，该方法很大程度上依赖于操作人员的经验水平，存在较大的差异性，且未能实现标高实时监测的目的,施工操作繁琐，费时费力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置和方法，该装置在施工中能够快速、准确测量出灌注混凝土面标高，操作简单。
为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，包括安装在深孔内的护筒，以及安装在护筒上的自动回转装置、测绳和吊球，所述护筒位于深孔的顶部并且所述护筒部分伸出深孔外；所述深孔的深度不低于10m；所述测绳上设有若干刻度，所述测绳的一端与自动回转装置相连,所述测绳的另一端与吊球相连；
吊球在深孔内的升降过程中，所述吊球的重力为G，所述自动回转装置通过测绳始终对吊球产生拉力F拉；所述F拉始终小于G；
从而使得所述测绳始终处于绷直状态，以及使得所述吊球部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层并能够随混凝土层的上升而上升。
作为优选，随着吊球的下降，所述F拉逐渐增大；
随着吊球的上升，所述F拉逐渐减小。
作为优选，所述泥浆层能够对吊球产生浮力F1，所述混凝土层能够对吊球产生浮力F2；
当吊球进入泥浆层并且吊球未与混凝土层接触时，所述F1和F拉所形成的合力始终小于G；
当吊球部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层时，所述F1、F2和F拉所形成的合力能够等于G；
当吊球完全进入混凝土层时，所述F2和F拉所形成的合力大于G。
作为优选，所述自动回转装置通过平面涡卷弹簧以提供F拉。
作为优选，所述自动回转装置包括壳体、转轴、簧盒和平面涡卷弹簧，所述壳体通过支架固定安装在护筒上方，所述转轴固定安装在壳体上，所述簧盒套设安装在转轴上并与壳体转动连接，所述平面涡卷弹簧缠绕安装在所述簧盒上，所述平面涡卷弹簧的内端与转轴固定连接，所述平面涡卷弹簧的外端与测绳相连，部分测绳缠绕安装在平面涡卷弹簧上，壳体内的平面涡卷弹簧和测绳配合形成一盘状结构。
作为优选，所述测绳的长度与平面涡卷弹簧展开后的工作长度相等。
作为优选，所述吊球的内部空心。
作为优选，所述吊球的材质为耐腐蚀的金属材料。
作为优选，所述测绳的材质选用聚酰胺纤维，所述测绳的初始刻度为吊球的直径长度；
在测绳在使用前，还应用水充分浸泡1h，然后再校核刻度。
一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置，采用如上所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法。
本发明的有益效果为：
1)、本发明采用自动回转装置实现测绳自动回收功能，施工中快速、准确测量出灌注混凝土面标高，操作简单。
2)、本发明中的自动回转装置始终对吊球存在一个拉力作用，不会因为吊球停止上升而消失，这样使得测绳能够一直处于绷直状态，从而确保标高的准确性。
3)、当吊球位于泥浆层时，自动回转装置对吊球的拉力F拉和泥浆层对吊球产生的浮力F1的合力始终小于吊球所受到的重力G，这样使得当吊球位于泥浆层时便会下降；当吊球完全进入混凝土层时，所述混凝土层对吊球产生的浮力F2和F拉所形成的合力便会大于大于G，这样使得当吊球完成处于混凝土时便会上升，进而将吊球始终控制在泥浆层和混凝土层的交界处，从而达到对钻孔灌注桩混凝土面标高的目的。
附图说明
图1为本发明钻孔灌注桩混凝土面标高装置的示意图。
附图标记说明：1、护筒；2、测绳；3、吊球；4、转轴；5、簧盒；6、平面涡卷弹簧；7、壳体；8、活动三脚架。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一：
如图1所示的一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置，包括安装在深孔内的护筒1，以及安装在护筒1上的自动回转装置、测绳2和吊球3，所述护筒1位于深孔的顶部并且所述护筒1部分伸出深孔外；所述自动回转装置包括壳体7、转轴4、簧盒5和平面涡卷弹簧6，所述壳体7通过支架固定安装在护筒1上方，所述转轴4固定安装在壳体7上，所述簧盒5套设安装在转轴4上并与壳体7转动连接，所述平面涡卷弹簧6缠绕安装在所述簧盒5上，所述平面涡卷弹簧6的内端与转轴4固定连接，所述平面涡卷弹簧6的外端与测绳2相连，部分测绳2缠绕安装在平面涡卷弹簧6上，壳体7内的平面涡卷弹簧6和测绳2配合形成一盘状结构。
这样，采用自动回转装置能够实现测绳2自动回收功能，施工中快速、准确测量出灌注混凝土面标高，操作简单。
其次，自动回转装置始终对吊球3存在一个拉力作用，不会因为吊球3停止上升而消失，这样使得测绳2能够一直处于绷直状态，从而确保标高的准确性。
本发明实施例中，所述测绳2的长度与平面涡卷弹簧6展开后的工作长度相等。
本发明实施例中，所述壳体7通过活动三脚架8安装在护筒1上；具体来说，在护筒1的伸出部分穿孔，再通过螺栓与活动三脚架8连接，这样，方便拆除活动三脚架8，进而方便活动三角架的储运。
本发明实施例中，所述测绳2的材质选用聚酰胺纤维；如此设置是因为聚酰胺纤维测绳2无弹性而且高韧性；这里值得说明的是，测绳2在使用前，还应用水充分浸泡1h，然后再校核刻度；从而避免测绳2在浸泡过程中对因为膨胀而影响标高读数。
本发明实施例中，所述测绳2上设有若干刻度，所述测绳2的初始刻度为吊球3的直径长度。
本发明实施例中，所述吊球3的内部空心，并且吊球3的球体表面密不透水；这样，在吊球3重量不变的情况下，可以通过改变吊球3内部空心与吊球3整个体积的占比，从而改变吊球3所受到的浮力，进而使得在自动回转装置的拉力作用下，吊球3能够始终处于混凝土层和泥浆层的交界面。
本发明实施例中，所述吊球3选用耐腐蚀的金属材料。
一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，采用如上所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置，其中；
吊球3在深孔内的升降过程中，所述吊球3所受到的重力为G，所述自动回转装置通过测绳2始终对吊球3产生拉力F拉；所述F拉始终小于G；
从而使得所述测绳2始终处于绷直状态，以及使得所述吊球3部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层并能够随混凝土层的上升而上升。
进一步优选，随着吊球3的下降，所述F拉逐渐增大；
随着吊球3的上升，所述F拉逐渐减小。
进一步优选，所述泥浆层能够对吊球3产生浮力F1，所述混凝土层能够对吊球3产生浮力F2；
当吊球3进入泥浆层并且吊球3未与混凝土层接触时，所述F1和F拉所形成的合力始终小于G；
当吊球3部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层时，所述F1、F2和F拉所形成的合力能够等于G；
当吊球3完全进入混凝土层时，所述F2和F拉所形成的合力大于G。
具体来说，以吊球直径10cm，吊球所受到的重力为10.83N为例；
其中，球体体积V＝4πr3/3＝4×π×0.053/3＝5.24×10-4m3；
泥浆容重按1100kg/m3考虑，球体在泥浆中的浮力：
F1＝ρ泥浆gV＝1100×10×5.24×10-4＝5.764N
钢筋球在泥浆中的下沉力F沉＝10.83-5.764＝5.068N
混凝土容重按24000N/m3考虑，球体在混凝土中的浮力：
F2＝γV＝24000×5.24×10-4＝12.6N>吊球总重10～11N
即，此时吊球能够位于混凝土层和泥浆层的交界处，并能够随混凝土层的上升而上升。
另外，对于平面涡卷弹簧来说，为了保证钢筋球能够有效下沉，平面涡卷弹簧的最大输出转矩T2应满足以下要求：
T2<M沉＝下沉力F沉×(簧盒半径+绳带叠加厚度)；
为了确保在混凝土上升过程中吊球也能随之正确同步地上升，保证测量精度，该最大输出转矩T2应当接近于M沉；
平面涡卷弹簧的材料硬度考虑采用40HRC，该种材料抗拉强度设计值σ＝1275N/mm2；采用接触型平面涡卷弹簧，实际现场施工桩长按60m计算；因此接触形平面涡卷弹簧的工作长度l＝60m；
弹簧的固定形式采用销式固定，固定系数K3＝0.72；
d1/h＝25，查表可知有效系数K4＝0.82；
最大输出转矩：T2＝F沉×D2/2＝5.068×400/2＝1013.6N·m此处簧盒直径根据后续计算得到极限转矩：Tj＝T2/K3＝1013.6/0.72＝1407.8N·mm
假定平面涡卷弹簧材料截面宽度b＝8mm，
由此可以依据规范计算得到平面涡卷弹簧厚度：
弹簧厚度取h＝1.0mm，进一步计算簧盒内径，
弹簧芯轴内径d1＝25h＝25mm，弹簧工作长度l＝60m；
弹簧卷紧在芯轴上的圈数可由下式计算：
当60m工作长度的弹簧卷紧在芯轴上时，一共卷了126.3圈；
根据圈数，可得弹簧卷紧时的半径r＝126.3h+7.5＝133.8mm，直径d＝267.6mm
簧盒的内径计算：
取簧盒直径D2＝400mm，弹簧未受外加转矩时的圈数由下式计算：
当60m工作长度的弹簧未加转矩，在簧盒内一共卷了55.4圈；
n＝n2-n1＝126.3-55.4＝70.9圈
根据材料工作部分的展开长度倒推平面涡卷弹簧的有效工作圈数
由此可知，采用平面涡卷弹簧能够实现对吊球的自动拉伸，而且，在长达60m的工作环境中，平面涡卷弹簧都能处于有效工作状态中，即在混凝土上升过程中吊球也能随之正确同步地上升，从而保证测量精度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于；包括安装在深孔内的护筒(1)，以及安装在护筒(1)上的自动回转装置、测绳(2)和吊球(3)，所述护筒(1)位于深孔的顶部并且所述护筒(1)部分伸出深孔外；所述深孔的深度不低于10m；所述测绳(2)上设有若干刻度，所述测绳(2)的一端与自动回转装置相连,所述测绳(2)的另一端与吊球(3)相连；
吊球(3)在深孔内的升降过程中，所述吊球(3)所受到的重力为G，所述自动回转装置通过测绳(2)始终对吊球(3)产生拉力F拉；所述F拉始终小于G；
从而使得所述测绳(2)始终处于崩直状态，以及使得所述吊球(3)部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层并能够随混凝土层的上升而上升。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，随着吊球(3)的下降，所述F拉逐渐增大；
随着吊球(3)的上升，所述F拉逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述泥浆层能够对吊球(3)产生浮力F1，所述混凝土层能够对吊球(3)产生浮力F2；
当吊球(3)进入泥浆层并且吊球(3)未与混凝土层接触时，所述F1和F拉所形成的合力始终小于G；
当吊球(3)部分位于泥浆层并且部分位于混凝土层时，所述F1、F2和F拉所形成的合力能够等于G；
当吊球(3)完全进入混凝土层时，所述F2和F拉所形成的合力大于G。
4.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述自动回转装置通过平面涡卷弹簧(6)以提供F拉。
5.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述自动回转装置包括壳体(7)、转轴(4)、簧盒(5)和平面涡卷弹簧(6)，所述壳体(7)通过支架固定安装在护筒(1)上方，所述转轴(4)固定安装在壳体(7)上，所述簧盒(5)套设安装在转轴(4)上并与壳体(7)转动连接，所述平面涡卷弹簧(6)缠绕安装在所述簧盒(5)上，所述平面涡卷弹簧(6)的内端与转轴(4)固定连接，所述平面涡卷弹簧(6)的外端与测绳(2)相连，部分测绳(2)缠绕安装在平面涡卷弹簧(6)上，壳体(7)内的平面涡卷弹簧(6)和测绳(2)配合形成一盘状结构。
6.根据权利要求5所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述测绳(2)的长度与平面涡卷弹簧(6)展开后的工作长度相等。
7.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述吊球(3)的内部空心。
8.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述吊球(3)选用耐腐蚀的金属材料。
9.根据权利要求1所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法，其特征在于，所述测绳(2)的材质选用聚酰胺纤维，所述测绳(2)的初始刻度为吊球(3)的直径长度；
测绳(2)在使用前，用水充分浸泡1h，然后再校核刻度。
10.一种钻孔灌注桩混凝土面标高装置，其特征在于，采用根据权利要求1-9中任一项所述的一种钻孔灌注桩混凝土面标高方法。
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2021
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