CN1150203A - 一种即时监控沉管灌注桩质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能即时监控沉管灌注桩质量的方法。该方法在沉管灌注桩的成桩过程中采用位移传感器测量沉管上下位移，位置传感器测量料面高度的变化，所测得的两个量通过数字电路整形放大，并对经计算机进行数据处理后得到的两个与沉管灌注桩质量相关的量——单位长度内的平均成桩直径及桩长进行有效的控制，从而达到有效地监控沉管灌注桩成桩质量的目的。

Description

一种即时监控沉管灌注桩质量的方法

本发明涉及一种建筑工程地基处理的质量监控技术。

沉管灌注桩是当前应用于中、低层建筑进行常规地基加固处理中最常用的措施。目前，全国各地普遍采用的沉管灌注桩施工方法主要有锤击沉管法与震动沉管法两大类。为了保证沉管灌注桩的施工质量，所采用的规范规定：凡采用沉管灌注桩施工工艺进行地基加固的工程，必须先打试桩，由试桩来确定单桩承载力，作为工程设计的依据。规定工程验收必须做大量的动测单桩承载力，必要时还必须做静荷载试验。对于特殊地区，如在宁波等地区的沉管灌注桩工程，则必须进行全面“跑桩”，即对每一根工程桩进行按设计荷载的1.5倍进行快速试桩，以保证施工质量。这些措施对于提高施工质量，防止工程事故发生都起到了很好的作用。但是这些均属于事后检测。而一旦检测出桩基存在质量问题时，均在施工完成后所采取补救措施进行补救。这样，势必要化费大量的人力、物力，而且事倍功半。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能即时监控沉管灌注桩成桩质量的方法。该方法能对地基处理中沉管灌注桩的成桩过程进行即时动态地监测，并能对与质量相关的量——单位长度内的成桩平均直径和桩长进行有效的控制，并为桩机操作人员提供直观的动态成桩过程，从而达到控制沉管桩成桩质量的目的。

本发明的基本思路是：将沉管灌注桩的设计桩长分成若干个测量单位(亦称采样点)，桩机沉管每上拔一个测量单位就对料面进行一次测量，计算出料面的变化高度，从而推算出该测量单位内的成桩平均直径。如果所测得某段的平均直径小于最小控制直径，桩机操作人员就将沉管反插超过该位置，然后上拔，进行第二次补充灌注，直到桩径达到或超过控制直径，这样就能有效地控制桩体直径，使其在每个测量单位内的平均直径都能达到设计要求。

本发明所述的方法是，应用最新的计算机技术、数字电路和传感器技术对沉管灌注桩的成桩过程进行即时动态监测，其具体作法是：采用位移传感器测量沉管上下位移，位置传感器测量料面高度的变化，所测得的两个量通过数字电路的整形放大，经计算机进行数据处理，由计算机将处理结果和模拟的桩形图显示在屏幕上，另一方面将数据存盘、打印输出。而经过计算机数据处理后所得到的两个量，即分别为单位长度内的成桩平均直径和桩长。通过有效地控制这两个量的变化范围，即可对沉管灌注桩的施工质量得到即时有效的控制。

本发明所述的方法的理论依据是：

见图1，当沉管上拔一个测量单位H时，在沉管出料口1下形成一段高度为H，直径为D的圆柱体，其体积等于沉管上拔H时的落料量(图1)，其数学模型为：

   V₁＝V₂

而：

   V₁＝H·π·(D/2)²

   V₂＝(H＋dH)·π·(d/2)²

因此： $D=d\sqrt{1}+\mathrm{dH}/H------\left(1\right)$

其中：

   V₁——测量单位内的桩体体积

   V₂——桩机上拔一个测量单位落料的体积

   dH——料面的下降高度，上升为负

   d——桩机沉管内径

   D——成桩平均直径

在(1)式中，d为已知数，dH可通过位置传感器测得，H的控制则通过位移传感器，这样就能测量出单位长度内的平均直径。

在有些沉管灌注桩的成桩工艺中，为了使桩长达到设计要求，需要空中加料，因此，从图2中得出沉管灌注桩桩长的通用公式为：

     L＝(DP＋H_o)＋Hs-H_f-∑dH    (2)

其中：

    DP——沉管下打深度

    L——桩长

    H_o——参考零点(2)与地面的距离(3)(图2A)

    Hs——空中加料的加料高度(图2B)

    H_f——参考零点(2)与初始料面(4)的距离

    ∑dH——各采样点料面下降高度之和

式(2)中，DP可通过位移传感器测得，其余各量均可通过位置传感器测得。H_o的值是固定的，而为了使各采样点的直径都达到或超过最小控制直径，一般地，∑dH为正，所以要有效地控制桩长，就必须有效地控制DP、Hs和H_f的大小。

由式(1)可以看出，当沉管中已无料时，dH为零，这样计算出的直径显然是不对的，所以必须加入下列判断条件：

      ∑V₁-V≥0    (3)

其中：

∑V₁——桩体总体积

  V——加料总体积

       (＝[(Lc＋H_o)＋Hs-H_f]·π·(d/2)²)

如果式(3)成立，则表示沉管内无砂，这时就结束监测。

本发明只要使用不同的位置传感器就可应用于砂、碎石、混凝土的沉管灌注桩。

下面以加砂沉管灌注桩(即砂桩)为例，详细地说明本发明的内容细节及其实施过程。

图3为监控砂桩质量的硬件功能图，图4为安装示意图。

下面以加砂沉管灌注桩(即砂桩)为例，详细地说明本发明的内容细节及其实施过程。

图3为监控砂桩质量的硬件功能图，图4为安装示意图。在图3中，IBM-PC(上位机)与数据采集控制器(下位机)通过RS-232C串行口进行数据交换，下位机与传感器和声光报警器则通过多芯屏蔽电缆连接。位移传感器7安装在滑轮组8上，由一组磁极和两个磁敏器件组成，其功能为测量沉管位移向量及其运动方向，磁敏器件采用高性能的霍尔元件。位置传感器由步进电机5，步进电机控制器6，接触传感器9、10，钢芯电缆12，定滑轮13、14和参考点基准面11组成。接触传感器10和参考点基准面11主要用来确定接触传感器9的初始位置。当测量直径小于最小控制直径时，由声光报警器通知桩机操作人员，使其能进行正确操作。

上位机软件结构方框图如图5所示，其主控模块下挂四个模块：文件存取模块、参数输入模块、运行调试模块和显示统计模块。其核心部分是运行模块，它主要完成与下位机的通信，处理数据，判断结果，动态地直观地显示成桩过程，从而有效地控制下位机的动作。其它模块则完成结果的读写，结果的显示，各种参数的输入。

下位机的内部结构如图6所示，其主要芯片是单片微型计算机(单片机)，配合相应的外围电路，实现与上位机的通信，计数位移传感器的脉冲，判断沉管的运行方向，控制接触传感器的升降，并对不合格的直径进行报警，从而完成对砂面变化量、沉管位移量的测量，并有效地干预沉管的上拔和下打。为了有效地抑制干扰，下位机的输入输出口全部采用光电隔离。与上位机的通信采用RS-232C标准，提高数据传输的可靠性。单片机的串行口中断接收并执行上位机命令，定时器/计数器中断的功能是：当沉管下打时，对位移传感器的脉冲进行计数；沉管每上拔一个测量单位时，驱动位置传感器测量一次砂面的变化。外部中断与接触传感器相连，使下位机能快速地响应接触传感器的中断，并作出相应的动作。

由于应用了数学技术、采用了高性能的元器件和屏蔽技术，使整个系统具有高性能高可靠性的特征。

本发明中所采用的位置传感器可采上述的接触传感器外，也可使用超声波、红外线、激光等测距传感器来完成对料面的高度的测量，位移传感器也可用光敏器件、机械开关来代替磁敏器件。

本发明的突出优点是能即时地反映出质量不合格因素，并迅速地进行正确的处理，使施工质量合格率达到很高的水平，有效地排除因人为或客观因素造成的质量问题。运用计算机强大的功能，也使原本非常繁琐的原始数据的处理，变得非常轻松、快速、准确，这样也有效地杜绝了在数据后处理过程中的弄虚作假行为。

Claims (3)

1.一种即时监控沉管灌注桩质量的方法，其特征是该方法采用位移传感器测量沉管上下位移，位置传感器测量料面高度变化，所测得的两个量通过数字电路整形放大，经计算机进行数据处理，并对处理结果进行有效的控制，由计算机将处理结果和模拟的桩形图显示在屏幕上，另一方面将数据存盘，打印输出。

2.根据权利要求1所述的一种即时监控沉管灌注桩质量的方法，其特征是所述的经计算机处理后所得的两个量，分别为单位长度内的成桩平均直径和桩长。

3.根据权利要求1所述的一种即时监控沉管灌注桩质量的方法，其特征是所述的位置传感器是接触传感器，或是超声波、红外线、激光测距传感器，位移传感器可用光敏器件和机械开关代替磁敏器件。

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