CN113970355A - 一种用于预应力管桩的智能监测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地基处理技术领域，涉及一种用于预应力管桩的智能监测装置及其使用方法，包括滚轮；U型支架，其上架设有水平设置的转轴，转轴上套装固定滚轮；检测装置，用于检测滚轮的位移量和振动，其固定在U型支架上，且与转轴同轴连接；支撑杆，一端与U型支架固定，U型支架的开口端背离支撑杆；底板，与支撑杆的另一端铰接；弹性件，设置在支撑杆的一侧，其一端与U型支架连接，另一端与底板连接；信号转换和传输装置，设置在底板上，与检测装置电连接，用于接收检测装置的检测信息并将其转发出去；外设的控制器，与信号转换和传输装置信号连接。本发明通过智能化的监测手段，节省了人工所带来的成本，减少了人工所造成的误差，实用性强。

Description

一种用于预应力管桩的智能监测装置及其使用方法

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，具体涉及一种用于预应力管桩的智能监测装置及其使用方法。

背景技术

随着我国基础建设的快速发展，所处的建设场地往往向湖泊、山区、海港等地质及环境条件复杂性延伸，在对这些特殊性地基进行处理时，为使地基的承载力得到稳定性加强，创造更大的经济效益。在使用先张法预应力混凝土(PHC)管桩法处理特殊性地基的过程中，由于其在施工过程中成桩工艺简单、建设周期短，同时挤土效应显著，深受工程建设者的青睐。

当前PHC管桩的施工主要采用锤击和静压两种方法，锤击施工是指采用柴油打桩机等相应的器械，选择一定的锤重和落距，通过落锤的能量将桩贯入土中，该方法施工方便，锤击带来的震动能对桩周土产生密实作用，施工的关键在于控制标高和贯入度，以桩顶标高和最后贯入度作为最终收锤标准。

为防止预应力管桩在锤击过程中产生断桩和爆头现象，结合《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008中预应力管桩的相关标准及当地工程经验，收锤的标准为最后贯入度不宜小于20mm/10击，最后贯入度宜连续测量3次，当每一阵贯入度逐次递减并达到收锤标准时就可收锤，锤击次数与锤击位移(即贯入度)两个参数在实际工程中是作为检验预应力管桩质量的重要指标。

目前的预应力管桩施工过程中，均是通过人工计数统计锤击次数，但是人工统计经常会带来误差且人工成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于预应力管桩的智能监测装置及其使用方法，以便解决上述提到的技术问题。

本发明的技术方案是：

一种用于预应力管桩的智能监测装置，包括滚轮；

U型支架，其上架设有水平设置的转轴，所述转轴上套装固定滚轮；

检测装置，用于检测滚轮的位移量和振动，其固定在所述U型支架上，且与所述转轴同轴连接；

支撑杆，一端与所述U型支架固定，所述U型支架的开口端背离支撑杆；

底板，与所述支撑杆的另一端铰接；

弹性件，设置在所述支撑杆的一侧，其一端与所述U型支架连接，另一端与所述底板连接；

信号转换和传输装置，设置在所述底板上，与所述检测装置电连接，用于接收所述检测装置的检测信息并将其转发出去；

外设的控制器，与所述信号转换和传输装置信号连接，用于接收信号转换和传输装置转发的检测信息，并进行相应的分析处理。

优化的，所述信号转换和传输装置包括：

数字化转换装置，与所述检测装置电连接，设置在所述底板上；

数据发射器，与所述数字化转换装置电连接，设置在所述底板上。

优化的，所述控制器包括：

盒体；

处理器，设置在所述盒体内，所述处理器与云平台电连接；

数字显示器，设置在所述盒体上，与所述处理器电连接；

数据接收器，设置在所述盒体上，与所述数据发射器信号连接，且与所述处理器电连接；

控制开关，设置在所述盒体上；

供电电源，设置在所述盒体内，通过所述控制开关与所述处理器电连接。

优化的，所述检测装置包括振动感应器和位移感应器，所述振动感应器和位移感应器分别与所述数字化转换装置电连接。

优化的，还包括设置在所述盒体上的报警指示灯，用于指示预应力管桩施工过程中是否满足施工要求，所述报警指示灯与所述处理器电连接。

优化的，所述底板上设置有用于平衡整体重心平衡的配重。

优化的，所述底板上设置有用于固定装置的连接结构。

一种用于预应力管桩的智能监测装置的使用方法，包括以下步骤：

把装置上的滚轮贴近待测试的预应力管桩的外轮廓，此时滚轮的位置设定为初始位置，通过连接结构和配重将装置的位置进行固定；

打开控制开关；

实时观察数字显示器上同步更新的预应力管桩的施工进度、锤击次数、单次锤击的下沉位移、累计锤击位移、锤击时序、时间与单次锤击位移的关系图像、时间与累计锤击位移的关系图像和时间与锤击频率的关系图像，以方便监控施工进度；

同时，观察报警指示灯的状态，当报警指示灯不亮，说明施工状态参数满足预设施工要求；当报警指示灯亮，说明施工状态参数不满足预设施工要求，调整施工状态参数，直至施工状态参数满足预设施工要求；

预应力管桩的施工完成，关闭控制开关，拆除连接结构和配重将装置拆除即可。

本发明提供的一种用于预应力管桩的智能监测装置及其使用方法，能替代人工记录预应力管桩施工过程中的锤击次数和锤击位移，通过智能化的监测手段，极大节省人工所带来的成本，减少人工所造成的误差，可作为预应力管桩施工过程质量控制的重要参考，其具有以下优点：

1、本发明并不是单纯的控制锤击次数或锤击位移的一个标准，只有在施工过程中同时触发振动感应器和位移感应器，施工过程数据才会被准确地记录下来实现锤击数计数自动化，为预应力管桩收桩提供重要参考依据，从而避免异常桩的出现，降低工人劳动强度，并且锤击桩锤击数计数器构造简单，成本低，具有快捷、方便、直观和准确的优点；

2、本发明采用振动感应器计数可以明显有别于声波控制计数功能，有效的避免施工场地的存在各种噪音的影响如人员、机械和其他机台，提高计数效果的准确性。

3、本发明能有效地结合国家标准和当地工程的设计规范，达到二者兼顾的效用，实用性强，值得推广。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图1；

图2是本发明的整体结构示意图2；

图3是本发明的局部结构示意图1；

图4是本发明的局部结构的放大示意图；

图5是本发明的使用状态示意图2；

图6是本发明的电路原理框图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图1到图6的结构示意图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

一种用于预应力管桩的智能监测装置，如图1和图4所示，包括用作与预应力管桩10的外轮廓接触的滚轮5，滚轮5套装固定在水平设置的转轴上，转轴架设在U型支架13上，U型支架13的一侧固定检测装置6，检测装置6用于检测滚轮5的位移量和振动。

其中，U型支架13的开口端背离支撑杆12，支撑杆12的一端与U型支架13固定，另一端与底板11铰接。

具体的，在底板11上固定支座，支座上架设水平放置的轴，轴穿设在支撑杆12的端部，形成支撑杆12可绕轴转动的铰接主体结构。

在支撑杆12的一侧设置有用于起到弹性支撑作用的弹性件2，优选的，弹性件2可以为硬弹簧，弹性件2的一端与U型支架13固定连接，另一端与底板11固定连接。

在底板11上设信号转换和传输装置，信号转换和传输装置与检测装置6电连接，用于接收检测装置6的检测信息并将其转发出去，信号转换和传输装置还信号连接外设的控制器，控制器用于接收信号转换和传输装置转发的检测信息，并进行相应的分析处理。

其中，信号转换和传输装置包括：

与检测装置6电连接的数字化转换装置3，数字化转换装置3通过连接螺钉组一固定在底板11上；数字化转换装置3电连接数据发射器4，数据发射器4通过连接螺钉组二固定在底板11上。

其中，如图2和图3所示，控制器包括盒体15，盒体15内固定处理器，处理器与云平台电连接；盒体15内还设有数字显示器9，数字显示器9与处理器电连接；数据接收器8设置在盒体15上，与数据发射器4信号连接，且与处理器电连接；在盒体15外部还设置有用于开关控制的控制开关14，控制开关14分别与处理器和供电电源电连接，供电电源，设置在盒体15内。

其中，数据接收器8与数据发射器4为配套使用，实现数据的传输功能。

进一步的，检测装置6包括振动感应器和位移感应器，振动感应器和位移感应器分别与数字化转换装置3电连接。其中，位移感应器的检测端与转轴连接。

进一步的，还包括设置在盒体15上、用于指示预应力管桩施工过程中是否满足施工要求的报警指示灯，报警指示灯与处理器电连接。

进一步的，为了平衡装置保持整体稳定性，在底板11上设置有用于平衡整体重心平衡的配重1。

进一步的，底板11上设置有用于固定装置的连接结构7，优选的，连接结构7可以是螺栓或者螺钉。

如图5所示，利用连接结构7和配重1将装置通过底板11固定在所需监测的预应力管桩10的附近，调节支撑杆12的倾斜度可以调整滚轮5与预应力管桩10的接触位置，避免预应力管桩10表面由于制作的不均匀性给采集过程带来的影响。彼时外部施加的能量对预应力管桩10产生向下的位移和锤击次数，带动滚轮5的运动和“唤醒”检测装置6，两者同步进行工作。

其中，与滚轮5和检测装置6相连接的数字化转换装置3，对滚轮5滚动过的“路程”和检测装置6所“感知”到的锤击频率通过数字化转换装置3内电阻的变化来实现位移信号向电信号的转换。数据接收器8对接装置上的数据发射器4进行电信号的传输，并在处理器中进行数据的统计分析并以可视化图表的形式在数字显示器9上显示出来，且对异常数据有着报警反馈机制。

处理器内部主体功能分为三大部分：数据采集、数据计算、数据输出。数据采集：分别采集振动感应器与位移感应器发送的数据；数据计算：根据数据采集部分采集的数据即时计算分析出：锤击次数、锤击位移、相关动态监测；数据输出：实现实时动态显示数据计算部分的分析结果、动态列表、动态图表等。

进一步的，如图6所示，处理器内部设置有计数模块，计数模块是当锤击间隔时间超过100ns才予以计一次数，彼时位移计数一次，即锤击信号与位移信号传输同步完成。

一种用于预应力管桩的智能监测装置的使用方法，包括以下步骤：

把装置上的滚轮5贴近待测试的预应力管桩10的外轮廓，此时滚轮的位置设定为初始位置，通过连接结构7和配重1将装置的位置进行固定；

打开控制开关14；

在预应力管桩10的施工阶段，随着动力锤不停的锤击桩头使预应力管桩10下沉，如图6所示，振动感应器“感知”到振动信号后则记录锤击次数，贴近预应力管桩10的滚轮5也将随着滚动，一次锤击过后，滚轮5滚至1号位置，此时位移感应器则记录1号位置较初始位置所走过得“路程”；振动感应器和位移感应器将锤击情况经由数字化转换装置3转化为电信号后进行存储，然后通过数据发射器4传输至数据接收器8上，数据接收器8将接收到的信号传输给处理器，经由处理器处理后，处理器将相关数据信息分别传送给云平台和数字显示器9，并在数字显示器9上进行显示，实时观察数字显示器9上同步更新的预应力管桩10的施工进度、锤击次数、单次锤击的下沉位移、累计锤击位移、锤击时序、时间与单次锤击位移的关系图像、时间与累计锤击位移的关系图像和时间与锤击频率的关系图像，以方便监控施工进度。

同时，观察报警指示灯的状态，并对施工是否满足预设施工要求进行判断；

当报警指示灯不亮，说明施工状态参数满足预设施工要求；当报警指示灯亮，说明施工状态参数不满足预设施工要求，调整施工状态参数，直至施工状态参数满足预设施工要求；

预应力管桩10的施工完成，关闭控制开关14，拆除连接结构7和配重1将装置拆除，完成预应力管桩的智能监测。

除此之外，为控制现预应力管桩10的施工过程，对振动感应器接触锤击时间间隔超过100ns才予以计数一次，最大程度避免了施工过程的不规范性。

本发明提供的一种用于预应力管桩的智能监测装置，能替代人工记录预应力管桩施工过程中的锤击次数和锤击位移，通过智能化的监测手段，极大节省人工所带来的成本，减少人工所造成的误差，可作为预应力管桩施工过程质量控制的重要参考。

以上公开的仅为本发明的较佳具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，包括：

滚轮(5)；

U型支架(13)，其上架设有水平设置的转轴，所述转轴上套装固定滚轮(5)；

检测装置(6)，用于检测滚轮(5)的位移量和振动，其固定在所述U型支架(13)上，且与所述转轴同轴连接；

支撑杆(12)，一端与所述U型支架(13)固定，所述U型支架(13)的开口端背离支撑杆(12)；

底板(11)，与所述支撑杆(12)的另一端铰接；

弹性件(2)，设置在所述支撑杆(12)的一侧，其一端与所述U型支架(13)连接，另一端与所述底板(11)连接；

信号转换和传输装置，设置在所述底板(11)上，与所述检测装置(6)电连接，用于接收所述检测装置(6)的检测信息并将其转发出去；

外设的控制器，与所述信号转换和传输装置信号连接，用于接收信号转换和传输装置转发的检测信息，并进行相应的分析处理。

2.根据权利要求1所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，所述信号转换和传输装置包括：

数字化转换装置(3)，与所述检测装置(6)电连接，设置在所述底板(11)上；

数据发射器(4)，与所述数字化转换装置(3)电连接，设置在所述底板(11)上。

3.根据权利要求2所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，所述控制器包括：

盒体(15)；

处理器，设置在所述盒体(15)内，所述处理器与云平台电连接；

数字显示器(9)，设置在所述盒体(15)上，与所述处理器电连接；

数据接收器(8)，设置在所述盒体(15)上，与所述数据发射器(4)信号连接，且与所述处理器电连接；

控制开关(14)，设置在所述盒体(15)上；

供电电源，设置在所述盒体(15)内，通过所述控制开关(14)与所述处理器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，所述检测装置(6)包括振动感应器和位移感应器，所述振动感应器和位移感应器分别与所述数字化转换装置(3)电连接。

5.根据权利要求3所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，还包括设置在所述盒体(15)上的报警指示灯，用于指示预应力管桩施工过程中是否满足施工要求，所述报警指示灯与所述处理器电连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，所述底板(11)上设置有用于平衡整体重心平衡的配重(1)。

7.根据权利要求6所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置，其特征在于，所述底板(11)上设置有用于固定装置的连接结构(7)。

8.根据权利要求7所述的一种用于预应力管桩的智能监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

把装置上的滚轮(5)贴近待测试的预应力管桩(10)的外轮廓，此时滚轮的位置设定为初始位置，通过连接结构(7)和配重(1)将装置的位置进行固定；

打开控制开关(14)；

实时观察数字显示器(9)上同步更新的预应力管桩(10)的施工进度、锤击次数、单次锤击的下沉位移、累计锤击位移、锤击时序、时间与单次锤击位移的关系图像、时间与累计锤击位移的关系图像和时间与锤击频率的关系图像，以方便监控施工进度；

同时，观察报警指示灯的状态，当报警指示灯不亮，说明施工状态参数满足预设施工要求；当报警指示灯亮，说明施工状态参数不满足预设施工要求，调整施工状态参数，直至施工状态参数满足预设施工要求；

预应力管桩(10)的施工完成，关闭控制开关(14)，拆除连接结构(7)和配重(1)将装置拆除即可。

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