CN114324601A - 基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置，利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号，根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度，根据超声波传播速度确定孔壁参数。本说明书的方法能够快速、准确的检测是否入岩以及入岩深度和岩石强度，装置结构简单，操作方便，能够提高嵌岩基桩的施工效率，保证施工质量。

Description

基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及桩基施工技术领域，尤其涉及一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置。

背景技术

随着国家土木工程建设的发展，嵌岩桩以其独特的优势越来越多地被采用，入岩钻孔灌注桩的重占就是入岩的施工、入岩的深度和岩石强度。由于场地地质条件极为复杂，地质勘查报告的参考作用不大，而每个桩位的基岩顶面埋深均不同，给桩基施工时的入岩深度判定带来了很大的困难，严重影响了桩基施工进度，极大的增加了工程成本。目前，工程队通常采用一桩一钻的方案，即在每个桩位钻孔，在入岩处取芯判岩，弄清地下强风化层厚度以及确定桩端进入中风化层的最终标高，但该方法操作繁复、耗时长、成本高。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置，能够自动检测桩孔的孔壁参数。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法，包括：

利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号；

根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算所述孔壁的超声波传播速度；

根据所述超声波传播速度确定孔壁参数。

可选的，所述利用超声波发射器向孔壁发射探测信号为：利用超声波发射器向不同深度的孔壁发射探测信号；

根据所述超声波传播速度确定所述孔壁参数为：根据所述超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数。

可选的，根据所述超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数，还包括：

当判断所述超声波传播速度大于预定值时，判定桩孔进入岩层。

可选的，所述利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号，包括：

利用第一超声波发射器向所述孔壁发射第一探测信号，并由两个超声波接收器接收第一折射信号；

利用第二超声波发射器向所述孔壁发射第二探测信号，并由两个超声波接收器接收第二折射信号；

所述根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算所述孔壁的超声波传播速度，包括：

根据两路第一折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度；

根据两路第二折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度；

根据所述第一超声波传播速度和所述第二超声波传播速度，计算平均超声波传播速度；

根据所述超声波传播速度确定孔壁参数为：根据所述平均超声波传播速度确定入岩深度和岩石强度。

可选的，所述方法还包括：

利用深度计数器的检测结果确定所述孔壁的深度。

本说明书还提供一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测装置，包括：

超声波发射器，用于向孔壁发射探测信号；

至少两个超声波接收器，用于接收折射信号；

处理单元，用于根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算所述孔壁的超声波传播速度；以及根据所述超声波传播速度确定孔壁参数。

可选的，所述超声波发射器，用于向不同深度的孔壁发射探测信号；

所述处理单元，用于根据所述超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数。

可选的，所述处理单元，用于当判断所述超声波传播速度大于预定值时，判定桩孔进入岩层。

可选的，所述装置包括：

第一超声波发射器，用于向所述孔壁发射第一探测信号；

第二超声波发射器，用于向所述孔壁发射第二探测信号；

两个超声波接收器，用于接收第一折射信号和第二折射信号；

所述处理单元，用于根据两路第一折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度；根据两路第二折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度；根据所述第一超声波传播速度和所述第二超声波传播速度，计算平均超声波传播速度；根据所述平均超声波传播速度确定入岩深度和岩石强度。

可选的，所述装置还包括：

深度计数器，用于探测所述孔壁的深度。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置，利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号，根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度，根据超声波传播速度确定孔壁参数。本说明书的方法能够快速、准确的检测是否入岩以及入岩深度和岩石强度，装置结构简单，操作方便，能够提高嵌岩基桩的施工效率，保证施工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书一个或多个实施例的方法流程示意图；

图2为本说明书一个或多个实施例的装置结构示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例的装置使用状态示意图；

图4为本说明书一个或多个实施例的超声探头结构框图；

图5为本说明书一个或多个实施例的装置结构框图；

图6为本说明书一个或多个实施例探测的孔壁深度与超声波传播速度的关系示意图；

图7为本说明书一个或多个实施例的桩孔的俯视图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，在嵌岩桩施工过程中，如何准确判断入岩深度和岩石强度是所存在的技术难点。根据行业规范，嵌岩桩的嵌岩深度具有相应要求，而实际施工过程中，由于工程监理及施工方对中风化岩的性质缺少专业性认识，加上基岩岩性复杂，较硬不均，完整性分布不均及施工机械、施工工艺等诸多因素的影响，导致嵌岩钻孔灌注桩在入岩判定方面缺少统一认识，缺少简便又准确的判定方法。

鉴于此，本说明书实施例提供一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法及装置，利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，由至少两个超声波接收器接收折射信号，根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度，根据超声波传播速度确定孔壁参数，从而实现自动化的入岩判定。

以下结合具体实施例对本说明书进行详细的说明。

如图1所示，本说明书一个或多个实施例提供一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法，包括：

S101：利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号；

本实施例中，为探测桩孔是否入岩、以及入岩深度和岩石强度，利用超声波发射器向桩孔的孔壁发射超声波探测信号，超声波探测信号经泥浆液传播至孔壁，孔壁将探测信号滑行两个超声波接收器之间的距离后反射出去，经滑行后形成的折射信号经过泥浆液传播至至少两个超声波接收器。

S102：根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度；

S103：根据超声波传播速度确定孔壁参数。

本实施例中，至少两个超声波接收器分别接收一路折射信号，根据两路折射信号的时间差以及两个超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度；之后，根据超声波传播速度结合已知标准确定孔壁参数。

本实施例提供的基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法，包括利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号，根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度，根据超声波传播速度确定孔壁参数。利用本实施例的方法，能够自动、快速、准确的确定出孔壁参数。

一些实施例中，利用超声波发射器向孔壁发射探测信号为：利用超声波发射器向不同深度的孔壁发射探测信号；

根据超声波传播速度确定孔壁参数为：根据超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数。

本实施例中，在探测过程中，将封装有超声波发射器和超声波接收器的超声波探头下放至桩孔内不同深度的探测点，利用超声波探头探测每个探测点的超声波传播速度，根据超声波传播速度确定当前探测点的孔壁参数。具体的，在不同的孔深处，孔壁可位于土层区7或者岩层区6，不同区域的超声波传播速度不同，土层区的超声波传播速度低于岩层区的超声波传播速度。从孔口沿孔深方向向下检测的过程中，当某个探测点的超声波传播速度大于预定值时，可以判定该探测点已经进入岩层区，即从该探测点开始向下为岩层区；继续下放超声波探头，根据不同探测点的超声波传播速度，确定进入岩层区后的入岩深度和岩石强度。另外，可通过设置深度计数器，根据深度计数器的检测结果确定当前探测点所处的深度。

一些实施方式中，综合考虑施工情况和检测精度，超声波探头可配置两个超声波发射器和两个超声波接收器，则，检测方法包括：

利用第一超声波发射器向孔壁发射第一探测信号，并由两个超声波接收器接收第一折射信号；

利用第二超声波发射器向孔壁发射第二探测信号，并由两个超声波接收器接收第二折射信号；

根据两路折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度；

根据两路第二折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度；

根据第一超声波传播速度和第二超声波传播速度，计算平均超声波传播速度；

根据平均超声波传播速度确定孔壁参数。

本实施例中，考虑桩孔大小、成本等实际因素，并保证检测准确性，设置两个超声波发射器和两个超声波接收器。探测时，先由第一超声波发射器向孔壁发射探测信号，探测信号经泥浆液传播至孔壁，孔壁将探测信号滑行两个超声波接收器之间的距离后反射出去，经滑行后形成的第一折射信号经过泥浆液传播至两个超声波接收器，由两个超声波接收器分别接收一路第一折射信号，再由第二超声波发射器向孔壁发射探测信号，探测信号经泥浆液传播至孔壁，孔壁将探测信号滑行两个超声波接收器之间的距离后反射出去，经滑行后形成的第二折射信号经过泥浆液传播至两个超声波接收器，由两个超声波接收器分别接收一路第二折射信号，之后，根据两路第一折射信号和两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度，根据两路第二折射信号和两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度，再求第一、第二超声波传播速度的平均值，作为平均超声波传播速度，最后根据平均超声波传播速度结合已知标准确定孔壁参数；沿着孔深方向的探测过程中，可以根据平均超声波传播速度判定入岩位置，以及进入岩层区后的入岩深度和岩石强度。这样，由两个超声波发射器和两个超声波接收器构成的超声探头，不仅体积轻便、成本不高，能够适于探测多种孔径的桩孔，且能够消除误差，提高检测准确性。

如图2所示，本说明书实施例还提供一种基桩桩孔岩深度与岩石强度检测装置，包括：

超声波发射器，用于向孔壁发射探测信号；

至少两个超声波接收器，用于接收折射信号；

处理单元，用于根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算孔壁的超声波传播速度；以及根据超声波传播速度确定孔壁参数。

一些实施方式中，装置包括：

第一超声波发射器，用于向孔壁发射第一探测信号；

第二超声波发射器，用于向孔壁发射第二探测信号；

两个超声波接收器，用于接收第一折射信号和第二折射信号；

处理单元，用于根据两路第一折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度；根据两路第二折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度；根据第一超声波传播速度和第二超声波传播速度，计算平均超声波传播速度；根据平均超声波传播速度确定孔壁参数。

结合图3、4、5所示，一些应用场景中，考虑桩孔大小、成本及检测精度等因素，超声探头2配置第一超声波发射器21、第二超声波发射器24、第一超声波接收器22和第二超声波接收器23，处理单元1设置于桩孔8孔口处，处理单元1通过信号线缆3与超声探头2相连接，深度计数器4设置于孔口，深度计数器4通过信号线缆5与处理单元1相连接。利用装置进行检测时，沿桩孔的孔深方向设置多个探测点，由处理单元1控制超声探头2下降至不同深度的探测点，在每个探测点处，处理单元1分别控制第一超声波发射器21和第二超声波发射器24发射探测信号。第一超声波发射器21发射第一探测信号，第一探测信号经泥浆液9传播至孔壁，两个超声波接收器22、23分别接收第一折射信号，并将两路第一折射信号传输至处理单元1，第二超声波发射器24发射第二探测信号，第二探测信号经泥浆液9传播至孔壁，两个超声波接收器22、23分别接收第二折射信号，并将两路第二折射信号传输至处理单元1。处理单元1根据两路第一折射信号的时间差和两个超声波接收器22、23之间的距离，计算第一超声波传播速度，根据两路第二折射信号的时间差和两个超声波接收器22、23之间的距离，计算第二超声波传播速度，然后计算第一超声波传播速度和第二超声波传播速度的平均值，最后根据平均值确定当前检测点的孔壁参数。

一些方式中，计算超声波传播速度的方法是：

V＝L/Δt (1)

其中，V为超声波传播速度，L为两个超声波接收器之间的距离，Δt为两个超声波接收器所接收的两路折射信号的时间差。

可选的，第一超声波接收器22和第二超声波接收器23之间的距离范围为100～200mm，第一超声波发射器21与第一超声波接收器22之间的距离范围为50～200mm，第二超声波发射器24与第二超声波接收器23之间的距离范围为50～200mm，这样的配置可使超声波探头轻巧方便，同时保证测量精度，能够适用于探测直径大于800mm以上的桩孔。可选的，考虑到岩土对超声波衰减很大，超声波频率超高，信号强度就超小，因而，超声波频率范围选取为20000Hz～150000Hz。

结合图6所示，根据桩孔内每个探测点的探测结果，绘制探测点深度与超声波传播速度的关系图，由于土层区7和岩层区6的超声波传播速度不同，可根据不同探测点的超声波传播速度判定是否进入了岩层区。一般情况下，当超声波传播速度从1.2×10³m/s上升到2.2×10³m/s及以上时，可判定从该探测点开始向下即进入了岩层区，进入岩层区后，可进一步根据探测的超声波传播速度，利用《SL/T 264-2020水利水电工程岩石试验规程》判定入岩深度和岩石强度。

一些实施方式中，超声波探头以水平姿态逐步在桩孔内逐步下放，以保证探头探测范围的一致性。考虑桩孔内可能存在障碍物或者下放速度不均导致超声波探头发生偏移，超声波探头内还设置三维姿态传感器，三维姿态传感器的信号输出端与处理单元的信号输入端相连接，三维姿态传感器用于检测超声波探头的位置，当超声波探头的位置达到预定偏移量(例如，水平角达到水平偏移阈值或者滚角达到滚角偏移阈值)时，需要重新下放超声波探头，以保证超声波探头的探测范围准确可靠。

一些实施方式中，考虑到桩孔内不同位置的孔底深度可能不完全一致，在探测过程中，沿桩孔不同位置分别下放超声波探头，经过多个位置的探测得到多组探测结果，综合多组探测结果确定最终结果。例如，结合图7所示，分别沿桩孔的A、B、C、D位置下放超声波探头，探测之后得到四组探测结果，从相关标准角度考虑，将入岩深度最小值对应的探测结果作为最终的探测结果，从而保证最终的入岩深度能够达到相关标准值。

本说明书实施例提供的基桩桩孔岩深度与岩石强度检测装置，利用超声波探头探测桩孔不同深度的孔壁参数，能够快速、准确的确定入岩位置、入岩深度以及岩石强度，且装置结构简单、轻巧方便、成本不高，适用于工程应用，提高嵌岩基桩的施工效率，保证施工质量。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.基桩桩孔岩深度与岩石强度检测方法，其特征在于，包括：

利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号；

根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算所述孔壁的超声波传播速度；

根据所述超声波传播速度确定孔壁参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用超声波发射器向孔壁发射探测信号为：利用超声波发射器向不同深度的孔壁发射探测信号；

根据所述超声波传播速度确定所述孔壁参数为：根据所述超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数，还包括：

当判断所述超声波传播速度大于预定值时，判定桩孔进入岩层。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述利用超声波发射器向孔壁发射探测信号，并由至少两个超声波接收器接收折射信号，包括：

利用第一超声波发射器向所述孔壁发射第一探测信号，并由两个超声波接收器接收第一折射信号；

利用第二超声波发射器向所述孔壁发射第二探测信号，并由两个超声波接收器接收第二折射信号；

所述根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算所述孔壁的超声波传播速度，包括：

根据两路第一折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度；

根据两路第二折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度；

根据所述第一超声波传播速度和所述第二超声波传播速度，计算平均超声波传播速度；

根据所述超声波传播速度确定孔壁参数为：根据所述平均超声波传播速度确定入岩深度和岩石强度。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

利用深度计数器的检测结果确定所述孔壁的深度。

6.基桩桩孔岩深度与岩石强度检测装置，其特征在于，包括：

超声波发射器，用于向孔壁发射探测信号；

至少两个超声波接收器，用于接收折射信号；

处理单元，用于根据至少两路折射信号的时间差及超声波接收器之间的距离，计算所述孔壁的超声波传播速度；以及根据所述超声波传播速度确定孔壁参数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述超声波发射器，用于向不同深度的孔壁发射探测信号；

所述处理单元，用于根据所述超声波传播速度确定不同深度的孔壁参数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述处理单元，用于当判断所述超声波传播速度大于预定值时，判定桩孔进入岩层。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的装置，其特征在于，包括：

第一超声波发射器，用于向所述孔壁发射第一探测信号；

第二超声波发射器，用于向所述孔壁发射第二探测信号；

两个超声波接收器，用于接收第一折射信号和第二折射信号；

所述处理单元，用于根据两路第一折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第一超声波传播速度；根据两路第二折射信号的时间差及两个超声波接收器之间的距离，计算第二超声波传播速度；根据所述第一超声波传播速度和所述第二超声波传播速度，计算平均超声波传播速度；根据所述平均超声波传播速度确定入岩深度和岩石强度。

10.根据权利要求6-8中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括：

深度计数器，用于探测所述孔壁的深度。

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