CN113846710A - 静压桩垂直度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静压桩垂直度检测方法，桩孔上方设置固定架，所述固定架上设置有倾角仪和上下两对滑轨，所述滑轨上设置有激光测距仪。所述静压桩垂直度检测方法包括：设定直角坐标系；由倾角仪测量出所述固定架沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0；两对滑轨上的激光测距仪沿滑轨滑移并测距；绘制每一对激光测距仪测量断面的预制管桩的轮廓线，轮廓线为椭圆形，分别计算出两个椭圆的中心点O₁、O₂的坐标，并进而计算出θ_x1、θ_y1；计算考虑固定架倾斜在内的倾角θ_x、θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。该方法具有操作简单、成本低廉、测量速度快、垂直度精度高的优点。

Description

静压桩垂直度检测方法

技术领域

本发明涉及静压桩垂直度检测方法，属于桩基施工技术领域。

背景技术

桩基垂直度是桩基施工质量控制的关键，桩身垂直度超限，会导致桩身受力条件不符合设计要求，容易出现断桩、废桩等问题。

目前，预制混凝土管桩施工过程中，对于桩身垂直度的控制，一般采用水准仪、经纬仪或全站仪结合吊锤法等进行不间断检测，这类检测方法一则工作量大，需要配置专业监测人员，且往往受限于现场条件，精度也难以把握。也有采用将倾角仪焊接在桩身上的检测方案，施工过程中受机械设备摩擦或者振动等因素作用下传感器可能出现测量误差。还有内置测斜管的，仅适用于钢管桩这种长连续桩，对于节段式的混凝土管桩不具备实用性，且这种检测方法即使发现超限也已无法及时进行施工控制调整。

如何快速、高效的完成桩基垂直度的检测，为压桩施工过程中的垂直度加以控制具有很高的应用价值和市场需求。

发明内容

本发明提供了静压桩垂直度检测方法，用以解决现有的桩基垂直度检测存在的测量工作量大、精度难以保证的问题。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种静压桩垂直度检测方法，所述静压桩采用预制管桩，所述预制管桩的桩孔上方设置固定架，所述固定架上设置有供预制管桩穿过的通道，所述固定架上设置有倾角仪，所述固定架上设置有上下两对滑轨，每一对滑轨分别对称设置于通孔两侧并位于同一水平面上，所述滑轨上设置有激光测距仪，所述激光测距仪能够沿滑轨滑移并测量至预制管桩轮廓点的距离；

所述静压桩垂直度检测方法包括：

设定直角坐标系；

由倾角仪测量出所述固定架沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0；

两对滑轨上的激光测距仪沿滑轨滑移，滑移范围覆盖预制管桩一侧轮廓，分别测出所在断面处激光测距仪至预制管桩表面激光照射点的距离；

绘制每一对激光测距仪测量断面的预制管桩的轮廓线，轮廓线为椭圆形，分别计算出两个椭圆的中心点O₁、O₂的坐标，并进而计算出O₁、O₂连线沿x轴倾角θ_x1、沿y轴方向倾角θ_y1；

计算考虑固定架倾斜在内的预制管桩沿x轴倾角θ_x、沿y轴方向倾角θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。

进一步，所述静压桩直径为D，所述激光测距仪进行等间距d测量，其中，D＝ad，a为大于等于5的整数。

进一步，所述激光测距仪上设置有步进电机，步进电机能够驱动激光测距仪沿滑轨滑移。

进一步，所述倾角仪为双轴倾角仪。

进一步，θ_x0、θ_y0小于等于1°

相应地，本发明还提供了另一种静压桩垂直度检测方法，所述静压桩采用预制管桩，所述预制管桩的桩孔上方设置固定架，所述固定架上设置有供预制管桩穿过的通道，所述固定架上设置有倾角仪，所述固定架上设置有环形滑轨，所述滑轨上设置有激光测距仪，所述激光测距仪能够沿环形滑轨做圆周运动，激光测距仪指向环形滑轨的圆心处；

所述静压桩垂直度检测方法包括：

设定直角坐标系和极坐标系，以环形滑轨圆心为直角坐标系的原点和极坐标系的极点，直角坐标系的x轴和极坐标系的极轴重合。

由倾角仪测量出所述固定架沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0。

激光测距仪沿环形滑轨滑移，分别测出激光测距仪至预制管桩表面轮廓点的距离，并将轮廓点以极坐标进行表示。

将轮廓点极坐标转化为直角坐标，并拟合出椭圆方程；进而得出椭圆的长轴长度S和短轴的长度L，桩身的倾斜角度为θ₁，θ₁＝cos^-1(L/S)，并计算θ₁沿x轴倾角分量θ_x1、沿y轴方向倾角分量θ_y1。

计算考虑固定架倾斜在内的预制管桩沿x轴倾角θ_x、沿y轴方向倾角θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。当然桩身垂直度也可以表示为

进一步，激光测距仪沿环形滑轨滑移并进行等圆周角β测量。

进一步，β＝30°或20°或15°。

进一步，所述激光测距仪上设置有步进电机，步进电机能够驱动激光测距仪沿滑轨滑移。

进一步，所述倾角仪为双轴倾角仪。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本申请提供的第一种静压桩垂直度检测方法，仅需在固定架上设置两对滑轨和两对激光测距仪，通过对两个断面进行测距并计算出断面中心点的坐标，即可得出静压桩的垂直度；本发明提供的第二种静压桩垂直度检测方法，仅需在固定架上设置一个环形轨道和一个激光测距仪，通过对一个断面进行测距并计算出椭圆长短轴的轴长，即可得出静压桩的垂直度。这两种静压桩垂直度检测方法具有操作简单、成本低廉、测量速度快、垂直度精度高的优点。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的静压桩施工装置示意图；

图2为第一激光测距仪、第二激光测距仪滑动测距示意图；

图3为依据第一激光测距仪测量距离绘制的静压桩断面一侧轮廓线；

图4为依据第二激光测距仪测量距离绘制的静压桩断面另一侧轮廓线；

图5为图3、图4中静压桩断面轮廓线拟合的整个桩身轮廓线；

图6为第三激光测距仪、第四激光测距仪滑动测距示意图；

图7为依据第三激光测距仪测量距离绘制的静压桩断面一侧轮廓线；

图8为依据第四激光测距仪测量距离绘制的静压桩断面另一侧轮廓线；

图9为图7、图8中静压桩断面轮廓线拟合的整个桩身轮廓线。

图10为本发明第二实施例中的静压桩施工装置示意图；

图11为激光测距仪沿环形滑轨滑动示意图；

图12为激光测距测量至预制管桩表面距离示意图；

图13为激光测距仪测量的预制管桩轮廓点及拟合椭圆示意图；

图14为拟合椭圆的长轴和短轴示意图。

图中标号如下：

1-静压桩；

10-固定架；11-倾角仪；

21-第一滑轨；22-第二滑轨；23-第三滑轨；24-第四滑轨；25-环形滑轨；

31-第一激光测距仪；32-第二激光测距仪；33-第三激光测距仪；34-第四激光测距仪；35-第五激光测距仪。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的静压桩垂直度检测方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图1所示，所述静压桩1采用预制管桩，所述预制管桩的桩孔上方设置固定架10，所述固定架10上设置有供预制管桩穿过的通道。预制管桩可以为预制混凝土管桩或预制钢管桩。

如图1所示，所述固定架10上设置有倾角仪11，用以测量所述固定架10沿x轴倾角、沿y轴方向倾角，优选为倾角仪采用双轴倾角仪。

如图1所示，所述固定架10上设置有上下两对滑轨，每一对滑轨分别对称设置于通孔两侧并位于同一水平面上，所述滑轨上设置有激光测距仪，所述激光测距仪能够沿滑轨滑移并测量至预制管桩表面激光照射点(轮廓点)的距离，所述激光测距仪的滑移范围覆盖预制管桩一侧轮廓。为了便于说明，将顶部两个滑轨称之为第一滑轨21、第二滑轨22，将底部的两个滑轨称之为第三滑轨23、第四滑轨24，将第一滑轨21、第二滑轨22、第三滑轨23、第四滑轨24上的激光测距仪对应称之为第一激光测距仪31、第二激光测距仪32、第三激光测距仪33、第四激光测距仪34。

下面结合图1至图8所示，对所述静压桩垂直度检测方法作进一步描述。所述静压桩垂直度检测方法包括：

步骤一，设定直角坐标系。作为举例，将第一激光测距仪31的起点位置作为直角坐标系原点，将第一激光测距仪31滑动方向作为y轴，与y轴垂直的方向作为x轴，x轴指向第二滑轨22的方向为正方向。

步骤二，由倾角仪11测量出所述固定架10沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0。通常，固定架10都具有调平功能，尽可能使θ_x0、θ_y0接近于0，比如小于等于1°。

步骤三，两对滑轨上的激光测距仪沿滑轨滑移，滑移范围覆盖预制管桩一侧轮廓，分别测出所在断面处激光测距仪至预制管桩表面激光照射点的距离。

具体为，如图2至图4所示，第一激光测距仪31沿第一滑轨21进行滑移并通过激光读取测量距离，第二激光测距仪沿第二滑轨22进行滑移并通过激光读取测量距离，第一激光测距仪和第二激光测距仪位于同一水平面，测量预制管桩同一断面。如图6至图8所示，第三激光测距仪沿第三滑轨23进行滑移并通过激光读取测量距离，第四激光测距仪沿第四滑轨24进行滑移并通过激光读取测量距离，第三激光测距仪和第四激光测距仪位于同一水平面，测量预制管桩同一断面。由于桩身的遮挡，每一个激光测距仪均测出半个桩身的轮廓线。作为举例，激光测距仪沿滑轨等间距进行测量，比如桩身直径为400mm，则可以间隔40mm进行测量，为了控制滑移间距，可在滑轨上设置刻度线，或者用步进电机进行驱动，使激光测距仪沿滑轨滑动，驱动电机可设置在激光测距仪上，驱动电机与滑轨的连接方法可根据实际情况设置，比如齿轮与齿条的连接方式，步进电机实现驱动为已知技术，对其原理不再赘述。

步骤四，绘制每一对激光测距仪测量断面的预制管桩的轮廓线，轮廓线为椭圆形，分别计算出两个椭圆的中心点O₁、O₂的坐标，并进而计算出O₁、O₂连线沿x轴倾角θ_x1、沿y轴方向倾角θ_y1。

结合图2至图5所示，O₁(x₁、y₁、z₁)，x₁、y₁可根据图形得到，z₁为激光线高度，为已知数据。结合图6至图9所示，O₂(x₂、y₂、z₂)，x₂、y₂可根据图形得到，z₂为激光线高度，为已知数据。由O₁、O₂的坐标，可通过简单计算得出O₁、O₂连线沿x轴倾角θ_x1、沿y轴方向倾角θ_y1。在计算θ_x1、θ_y1，是在假设固定架10处于水平状态得出的，需要在后续步骤中进行调整。

步骤五，计算考虑固定架10倾斜在内的预制管桩沿x轴倾角θ_x、沿y轴方向倾角θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。当然桩身垂直度也可以表示为

本实施例中，仅需在固定架上设置两对滑轨和两对激光测距仪，通过对两个断面进行测距并计算出断面中心点的坐标，即可得出静压桩的垂直度，具有操作简单、成本低廉、测量速度快、垂直度精度高的优点。

实施例二

结合图10和图11所示，与实施例一不同之处在于，本实施例中固定架10上设置有环形滑轨25，所述第五激光测距仪35沿环形滑轨25做圆周运动，第五激光测距仪35指向环形滑轨25的圆心处。

下面结合图10至图13所示，对所述静压桩垂直度检测方法作进一步描述。所述静压桩垂直度检测方法包括：

步骤一，设定直角坐标系和极坐标系，以环形滑轨25圆心为直角坐标系的原点和极坐标系的极点，直角坐标系的x轴和极坐标系的极轴重合。

步骤二，由倾角仪11测量出所述固定架10沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0。

步骤三，第五激光测距仪沿环形滑轨25滑移，分别测出第五激光测距仪至预制管桩表面轮廓点的距离，并将轮廓点以极坐标进行表示。

优选为，第五激光测距仪沿环形滑轨25滑移，第五激光测距仪进行等圆周角测量，比如，每转动30°角测一次。为了保证等角度测量，可以在环形滑轨25上设置测度线，还可以采用步进电机带动第五激光测距仪沿环形滑轨25移动，步进电机能精准控制转角。

步骤四，将轮廓点极坐标转化为直角坐标，并拟合出椭圆方程；进而得出椭圆的长轴长度S和短轴的长度L，桩身的倾斜角度为θ₁，θ₁＝cos^-1(L/S)，并计算θ₁沿x轴倾角分量θ_x1、沿y轴方向倾角分量θ_y1。

步骤五，计算考虑固定架10倾斜在内的预制管桩沿x轴倾角θ_x、沿y轴方向倾角θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。当然桩身垂直度也可以表示为

本实施例中，仅需在固定架上设置一个环形轨道和一个激光测距仪，通过对一个断面进行测距并计算出椭圆长短轴的轴长，即可得出静压桩的垂直度，具有操作简单、成本低廉、测量速度快、垂直度精度高的优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种静压桩垂直度检测方法，其特征在于，所述静压桩采用预制管桩，所述预制管桩的桩孔上方设置固定架，所述固定架上设置有供预制管桩穿过的通道，所述固定架上设置有倾角仪，所述固定架上设置有上下两对滑轨，每一对滑轨分别对称设置于通孔两侧并位于同一水平面上，所述滑轨上设置有激光测距仪，所述激光测距仪能够沿滑轨滑移并测量至预制管桩轮廓点的距离；

所述静压桩垂直度检测方法包括：

设定直角坐标系；

由倾角仪测量出所述固定架沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0；

两对滑轨上的激光测距仪沿滑轨滑移，滑移范围覆盖预制管桩一侧轮廓，分别测出所在断面处激光测距仪至预制管桩表面激光照射点的距离；

绘制每一对激光测距仪测量断面的预制管桩的轮廓线，轮廓线为椭圆形，分别计算出两个椭圆的中心点O₁、O₂的坐标，并进而计算出O₁、O₂连线沿x轴倾角θ_x1、沿y轴方向倾角θ_y1；

计算考虑固定架倾斜在内的预制管桩沿x轴倾角θ_x、沿y轴方向倾角θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。

2.如权利要求1所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，

所述静压桩直径为D，所述激光测距仪进行等间距d测量，其中，D＝ad，a为大于等于5的整数。

3.如权利要求2所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，

所述激光测距仪上设置有步进电机，步进电机能够驱动激光测距仪沿滑轨滑移。

4.如权利要求1所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，所述倾角仪为双轴倾角仪。

5.如权利要求1所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，θ_x0、θ_y0小于等于1°。

6.一种静压桩垂直度检测方法，其特征在于，所述静压桩采用预制管桩，所述预制管桩的桩孔上方设置固定架，所述固定架上设置有供预制管桩穿过的通道，所述固定架上设置有倾角仪，所述固定架上设置有环形滑轨，所述滑轨上设置有激光测距仪，所述激光测距仪能够沿环形滑轨做圆周运动，激光测距仪指向环形滑轨的圆心处；

所述静压桩垂直度检测方法包括：

设定直角坐标系和极坐标系，以环形滑轨圆心为直角坐标系的原点和极坐标系的极点，直角坐标系的x轴和极坐标系的极轴重合。

由倾角仪测量出所述固定架沿x轴倾角θ_x0、沿y轴方向倾角θ_y0。

激光测距仪沿环形滑轨滑移，分别测出激光测距仪至预制管桩表面轮廓点的距离，并将轮廓点以极坐标进行表示。

将轮廓点极坐标转化为直角坐标，并拟合出椭圆方程；进而得出椭圆的长轴长度S和短轴的长度L，桩身的倾斜角度为θ₁，θ₁＝cos^-1(L/S)，并计算θ₁沿x轴倾角分量θ_x1、沿y轴方向倾角分量θ_y1。

计算考虑固定架倾斜在内的预制管桩沿x轴倾角θ_x、沿y轴方向倾角θ_y；其中，θ_x＝θ_x0+θ_x1，θ_y＝θ_y0+θ_y1。当然桩身垂直度也可以表示为

7.如权利要求6所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，

激光测距仪沿环形滑轨滑移并进行等圆周角β测量。

8.如权利要求5所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，

β＝30°或20°或15°。

9.如权利要求6所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，

所述激光测距仪上设置有步进电机，步进电机能够驱动激光测距仪沿滑轨滑移。

10.如权利要求6所述的静压桩垂直度检测方法，其特征在于，所述倾角仪为双轴倾角仪。

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