CN115655246B - 一种数字化三维电力勘测标记桩及其安装方法 - Google Patents

Abstract

一种数字化三维电力勘测标记桩及其安装方法，包括桩身、桩锤以及测量模块，桩身内腔底部设置有薄膜腔，薄膜腔中填充有土壤凝固剂，在桩锤从上至下贯入桩身的内腔过程中，当桩锤越过对应位置后会挤压薄膜腔破裂使土壤凝固剂从溢出孔溢出桩身，从而使标记桩周围的土壤凝结，保证标记桩的稳定性，同时测量模块能够存储多个标记桩安装过程中的反射信号和测距信号并根据反射信号和测距信号对标记桩所处的土壤松软程度进行评估，对后续施工的顺序进行指导。

Description

一种数字化三维电力勘测标记桩及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种电力勘测设备，尤其涉及一种数字化三维勘测标记桩及其安装方法。

背景技术

在电力行业中进行电力线路的规划过程时，需要进行相应的定点现场勘测。由于线路中定点位置较多、距离较远，因此需要采用相应的标记桩对线路中定点的位置进行标记，以便更加方便的对线路进行评估、改进并最终确定。

传统的标记桩为柱状结构，安装时，首先挖掘所埋标志桩深度坑，然后将标志桩的底端打入地面以下，顶端位于地面以上，起到标志或警示作用。对于处于山区内的架空电力线路，其勘测时标记桩会处于不同的地形，对于较硬的地层，常规的将标记桩打入地层可以使标记桩牢固定位；对于土质松软的地层，打入后的标记桩通常会发生松动异位，不利于后续施工找位。同时在勘测过程中，通常是根据安装电力线路行进轨迹对标记桩进行编号，同时在后续施工时按照序号或行进路线施工，这样对于一些处于松软地质的标记桩，可能会经历较长时间，而长时间的施工等待期又可能会导致松软地质的标记桩异位。

因此，需要设计一种数字化的三维电力勘测标记桩，使得其在标记桩定位时，可以记录通过数字化手段记录地质情况，同时根据地质情况选择施工顺序。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字化三维电力勘测标记桩，以解决现有技术中的技术问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一方面，提供了一种数字化三维电力勘测标记桩，包括桩身、桩锤以及测量模块，所述桩身包括内腔，在内腔顶部设置有锥形橡胶套，锥形橡胶套具有中部设置有贯通的锥形孔，锥形孔的孔径由上到下逐渐减少，在内腔底部设置有薄膜腔，薄膜腔中填充有土壤凝固剂，在桩身形成内腔的筒壁上，设置有位于锥形橡胶套和薄膜腔之间的气孔；在桩身上薄膜腔的底部，设置有连通内腔和桩身外部的横纵连通的溢出孔；所述桩锤能够从上至下贯入桩身的内腔，当桩锤越过气孔位置后会挤压薄膜腔破裂使土壤凝固剂从溢出孔溢出桩身。

优选的，测量模块可拆卸的安装于桩身顶部，在桩锤上安装有反光贴，测量模块包括水平红外传感器、竖直测距传感器以及存储模块；水平红外传感器向桩锤发出红外射线并接受反射贴的反射信号，竖直测距传感器测量桩身顶部距离地面的距离并生成测距信号，存储模块能够存储多个标记桩安装过程中的反射信号和测距信号并根据反射信号和测距信号对标记桩所处的土壤松软程度进行评估。

优选的，桩身由锥形桩头、桩筒以及所述锥形橡胶套构成，桩筒呈底部封闭顶部敞口的圆柱筒形结构，锥形桩头上设置有与凹槽匹配的凸起，桩筒包括筒壁、封底、顶部法兰，封底设置在筒壁的底部，在封底的下侧设置有用于安装锥形桩头的凹槽，筒壁与封底内部形成了桩筒内筒形的所述内腔。

优选的，顶部法兰设置在桩筒的顶部位置且位于筒壁顶部的外侧，顶部法兰在径向上其外缘凸出于筒壁，在桩筒顶部设置有锥形橡胶套，锥形橡胶套包括橡胶法兰以及橡胶套筒，橡胶法兰连接于橡胶套筒的一端，并且橡胶法兰与顶部法兰接触，顶部法兰在其顶部承接橡胶法兰，橡胶套筒插入桩筒内腔的长度小于内腔深度的一半。

优选的，在顶部法兰和橡胶法兰凸缘部的相同位置，设置有贯穿的测量孔，测量模块可拆卸的设置于橡胶法兰顶部测量孔的上方。

优选的，桩锤包括橡胶锤头、锤杆以及安装基座，橡胶锤头和安装基座分别设置于锤杆的两端，橡胶锤头的直径与筒壁的内径相同，在锤杆外周靠近橡胶锤头的一侧设置有所述反光贴，反光贴的高度等于气孔至橡胶法兰顶部的距离。

另一方面，还提供了上述数字化三维电力勘测标记桩的安装方法，标记桩安装包括以下步骤：

步骤1：将桩身直立于地面并保持；

步骤2：将测量模块安装于桩身顶部的测量孔上方；

步骤3：将桩锤放置于桩身顶部并保持，使桩锤刚好位于锥形孔上方；

步骤4：开启测量模块，并调试水平红外传感器以及竖直测距传感器，记录水平红外传感器的反射信号以及竖直测距传感的测距信号；

步骤5：击打桩锤顶部，直至桩身顶部与地面平齐，同时桩锤完全插入桩身1内部；

步骤6：关闭测量模块，拆卸回收测量模块，安装三维勘测设备，结束该标记桩点位的安装。

优选的，通过可拆卸的测量模块检测并记录多个所安装标记桩安装过程中的反射信号和测距信号，通过反射信号和测距信号生成对应标记桩点位的地质评判指标S。

优选的，地质评判指标S= T1/ T2，其中T1为反射信号为0的时间，T2为测距信号贯入深度达到一半时的时间。

优选的，在电力线路施工时根据每个标记桩点位的地质评判指标S的大小对标记桩点位的土质松软程度进行排序，在施工阶段优先处理松软地质的标记桩点位。

本发明的有益效果是：

1、通过在标记桩内设置可被挤压破裂的薄膜腔、在薄膜腔内部设置土壤凝固剂、同时在标记桩头部设置可溢出土壤凝固剂的溢出孔，使得标记桩周围的土壤可以得到固定，避免了由于土壤的流动性或松软流失而使标记桩倾倒失效发生移位；

2、锥形橡胶套以及气孔的设置，可以使薄膜腔的破裂延后，以保证桩身在贯入地面一定阶段后才会释放土壤凝固剂，避免了土壤凝固剂在桩身还没进入土壤或者进入土壤较浅时就释放完毕，可以保证在较深的位置凝结土壤从而牢固定位标记桩；

3、通过测量模块检测的反射信号以及测距信号，并通过这两个信号对比反射信号终点位置和测距信号贯入深度一半位置之间的关系判断土壤的松软程度，可以排除击打力、击打频率对土质松软程度的影响；并且根据土质松软程度对每个标记桩点位进行排序，在施工过程中，优先处理松软地质的标记桩工程，减小了土质较软位置的标记桩长时间放置异位的风险。

附图说明

图1是本申请数字化三维电力勘测标记桩结构示意图；

图2是本申请桩筒和锥形橡胶套的结构示意图；

图3是本申请桩锤的结构示意图；

图4是本申请某点位标记桩的反射信号和测距信号示意图。

图中：桩身1、桩锤2、测量模块3、锥形桩头11、桩筒12、锥形橡胶套13、筒壁121、封底122、溢出孔1221、顶部法兰123、内腔124、气孔125、橡胶法兰131、橡胶套筒132、锥形孔133、测量孔1311、薄膜腔14、橡胶锤头21、锤杆22、安装基座23、反光贴24、水平红外传感器31、竖直测距传感器32。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示为本申请数字化三维电力勘测标记桩结构示意图。该标记桩包括桩身1、桩锤2以及测量模块3。桩身1为标记桩打入地面的部分，以使标记桩能够牢固的插入地表内部，为了便于将桩身1打入地面，还设置有与桩身1匹配的桩锤2。桩身1包括锥形桩头11、桩筒12以及锥形橡胶套13。桩筒12呈底部封闭顶部敞口的圆柱筒形结构，在桩筒12的底部，设置有用于安装锥形桩头11的凹槽，锥形桩头11上设置有与凹槽匹配的凸起。

如图2所示为桩筒12和锥形橡胶套13的结构示意图，桩筒12包括筒壁121、封底122、顶部法兰123，封底122设置在筒壁121的底部，在封底122的下侧设置有用于安装锥形桩头11的凹槽。筒壁121与封底122内部形成了桩筒12内筒形的内腔124。顶部法兰123设置在桩筒12的顶部位置且位于筒壁121顶部的外侧，顶部法兰123在径向上其外缘凸出于筒壁121，在桩筒12顶部设置有锥形橡胶套13。锥形橡胶套13包括橡胶法兰131以及橡胶套筒132，橡胶法兰131连接于橡胶套筒132的一端，橡胶套筒132从桩筒12的顶部插入桩筒12的内腔124，并且橡胶法兰131与顶部法兰123接触，顶部法兰123在其顶部承接橡胶法兰131。橡胶套筒132插入桩筒12内腔124的长度小于内腔124深度的一半。锥形橡胶套13中部设置有贯通的锥形孔133，锥形孔133的孔径由上到下逐渐减少。在筒壁121长度方向的中间位置，沿筒壁121一周设置有对称的两个气孔125。在内腔124的底部，设置有薄膜腔14，薄膜腔14为一个由透明薄膜构成的圆柱形腔体，在薄膜腔14内部填充有土壤凝固剂。在封底122内部，设置有可以连通内腔14和筒壁121外部的横纵连通的溢出孔1221。薄膜腔14和锥形橡胶套13分别设置于气孔125的上下两侧。在顶部法兰123和橡胶法兰131凸缘部的相同位置，设置有贯穿的测量孔1311。

如图3所示为桩锤2的结构示意图，桩锤2包括橡胶锤头21、锤杆22以及安装基座23。橡胶锤头21和安装基座23分别设置于锤杆22的两端。橡胶锤头21的直径与筒壁121的内径相同。在锤杆22外周靠近橡胶锤头21的一侧，设置有反光贴24，反光贴24的高度等于气孔125至橡胶法兰131顶部的距离。橡胶锤头21端部呈锥台状以便于桩锤2的打入。在安装基座23上设置有用于安装三维勘测设备的安装槽。

测量模块3包括水平红外传感器31以及竖直测距传感器32。测量模块3可拆卸的设置于橡胶法兰131顶部测量孔1311的上方。在标记桩打桩安装过程中，水平红外传感器31正对桩锤2，水平红外传感器31向桩锤2发出红外射线，在桩锤2的插入过程中，当反射贴24经过水平红外传感器31时，水平红外传感器31会接收到反射信号。竖直测距传感器32由于安装在测量孔1311的上方，因此竖直测距传感器32可以实时测量桩身1顶部距离地面的距离。水平红外传感器31距离橡胶法兰131顶面的距离等于橡胶锤头21的厚度，这样使得桩锤2在刚放置在桩身1的顶部时，水平红外传感器31恰好可以接收到反射贴24的反射信号。测量模块3内设置有存储模块可以实时记录水平红外传感器31的反射信号以及竖直测距传感器32的测距信号。

本申请标记桩的安装方法如下：

步骤1：将桩身1直立于地面并保持；

步骤2：将测量模块3安装于桩身1顶部的测量孔1311上方；

步骤3：将桩锤2放置于桩身1顶部并保持，使桩锤2刚好位于锥形孔133上方；

步骤4：开启测量模块3，并调试水平红外传感器31以及竖直测距传感器32，记录水平红外传感器31的反射信号以及竖直测距传感器32的测距信号；

步骤5：击打桩锤2顶部，直至桩身1顶部与地面平齐，同时桩锤2完全插入桩身1内部；

步骤6：关闭测量模块3，拆卸回收测量模块3，安装三维勘测设备，结束该标记桩点位的安装。

在上述步骤5中，击打桩锤2的顶部使桩锤不断插入到桩身1的内腔124中，由于在桩筒12的顶部设置有锥形橡胶套13，而橡胶锤头21的直径与筒壁121的内径相同，并且锥形橡胶套13具有贯通的锥形孔133，锥形孔133的孔径由上到下逐渐减少，因此，在桩锤2的橡胶锤头21的贯入过程中，当橡胶锤头21与锥形橡胶套13接触时，桩锤2的贯入会产生较大的阻力，但是该阻力会对底部的桩身1产生较大的向地面贯入的作用力。因此在橡胶锤头21还未脱离锥形橡胶套13时，桩身1的头部会不断的插入地面，在该阶段由于内腔124上具有气孔125，因此薄膜腔14顶部与橡胶锤头21底部的空间虽然不断被压缩，但是不会对薄膜腔14产生挤压。

在步骤5中，当橡胶锤头21继续贯入脱离锥形橡胶套13后，由于橡胶锤头21的直径与内腔124直径相同，当橡胶锤头21经过气孔125后会对气孔125进行封堵，在橡胶锤头21随后的贯入过程中，薄膜腔14顶部与橡胶锤头21底部的空间不断被压缩，会挤压薄膜腔14破裂，从而释放薄膜腔14内部的土壤凝固剂，土壤凝固剂从薄膜腔14底部的溢出孔1221溢出，使桩身1周围的土壤产生凝结，由此使标记桩周围的土壤可以尽量保持稳定性，以满足标记桩较长时间的使用需求。此外，若橡胶锤头21还未脱离锥形橡胶套13时，桩身1贯入地面的深度已经使得气孔125被周围土壤覆盖，此时继续贯入橡胶锤头21同样可以使薄膜腔14破裂，从而释放土壤凝固剂。

以上通过在标记桩内设置可被挤压破裂的薄膜腔14、在薄膜腔14内部设置土壤凝固剂、同时在标记桩头部设置可溢出土壤凝固剂的溢出孔1221，使得标记桩周围的土壤可以得到固定，避免了由于土壤的流动性或松软流失而使标记桩倾倒失效发生移位。此外，锥形橡胶套13以及气孔125的设置，可以使薄膜腔14的破裂延后，以保证桩身1在贯入地面一定阶段后才会释放土壤凝固剂，避免了土壤凝固剂在桩身1还没进入土壤或者进入土壤较浅时就释放完毕，可以保证在较深的位置凝结土壤从而牢固定位标记桩。

通过设置可拆卸的测量模块3，本申请可以数字化的检测并记录所安装标记桩所处的地质的松软程度，并对按照地质松软程度对标记桩点位进行排序，在施工阶段优先处理松软地质的标记桩点位。

如图4所示为本申请测量模块3记录某点位标记桩的反射信号和测距信号示意图。由于所有点位标记桩初始测距高度一致，因此可以根据测距信号的斜率判断土壤的松软程度，以该条斜向下倾斜的信号线的斜率的绝对值为标准，斜率越大说明土壤地质越松软，斜率越小说明土壤地址越坚硬。但是，在标记桩打桩过程中，由于是人工进行打桩操作，敲击桩锤2的频率、力度无法做到标准一致，因此，而这些因素也影响着上述测距信号的斜率的大小，例如在某些松软地质下，虽然理论上其测距信号斜率较大，但是如果采用了比较小的击打力、击打频率较低，同样会导致其测距信号的斜率较理论值偏小，这样就不能准确反应地质的情况。为此，本申请通过反射信号与测距信号的关系判断土壤的松软程度。

由于锤杆22上反光贴24的高度等于气孔125至橡胶法兰131顶部的距离，因此，当水平红外传感器31检测不到红外反射信号时（反射信号为0），也就表明橡胶锤头21达到了气孔125的位置，即桩锤2贯入至了桩身1一半的位置，而此时桩身1贯入地面的深度也就表明了土壤凝固剂的释放深度。因此，本申请通过对比反射信号终点位置和测距信号贯入深度一半（气孔125与地面平齐）位置之间的关系判断土壤的松软程度，这其实是对桩身、桩锤和地面的相对滑移位置的检测。这种判断方式可以排除击打力、击打频率的影响，因为不论击打力、击打频率如何，橡胶锤头21与锥形橡胶套13之间的摩擦力是固定的，桩身、桩锤和地面的相对滑移位置仅与地面的地质松软程度有关，与时间、频率无关。具体的，设定地质评判指标S，反射信号为0的时间为T1，测距信号贯入深度达到一半时的时间为T2，则地质评判指标S= T1/ T2。S的值越大，表明地质越松软。

由于测量模块3是可拆卸安装的，因此一个测量模块3可以记录某电力线路中全部的标记桩点位的测距信号和反射信号，从而生成每个标记桩点位的地质评判指标S，然后按照地质评判指标S排序，在施工过程中，优先处理松软地质的标记桩工程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种数字化三维电力勘测标记桩，包括桩身、桩锤以及测量模块，其特征在于：所述桩身包括内腔，在内腔顶部设置有锥形橡胶套，锥形橡胶套具有中部设置有贯通的锥形孔，锥形孔的孔径由上到下逐渐减少，在内腔底部设置有薄膜腔，薄膜腔中填充有土壤凝固剂，在桩身形成内腔的筒壁上，设置有位于锥形橡胶套和薄膜腔之间的气孔；在桩身上薄膜腔的底部，设置有连通内腔和桩身外部的横纵连通的溢出孔；所述桩锤能够从上至下贯入桩身的内腔，当桩锤越过气孔位置后会挤压薄膜腔破裂使土壤凝固剂从溢出孔溢出桩身；

测量模块可拆卸的安装于桩身顶部，在桩锤上安装有反光贴，测量模块包括水平红外传感器、竖直测距传感器以及存储模块；水平红外传感器向桩锤发出红外射线并接收反光贴的反射信号，竖直测距传感器测量桩身顶部距离地面的距离并生成测距信号，存储模块能够存储多个标记桩安装过程中的反射信号和测距信号并根据反射信号和测距信号对标记桩所处的土壤松软程度进行评估。

2.如权利要求1所述的一种数字化三维电力勘测标记桩，其特征在于：桩身由锥形桩头、桩筒以及所述锥形橡胶套构成，桩筒呈底部封闭顶部敞口的圆柱筒形结构，锥形桩头上设置有与凹槽匹配的凸起，桩筒包括筒壁、封底、顶部法兰，封底设置在筒壁的底部，在封底的下侧设置有用于安装锥形桩头的凹槽，筒壁与封底内部形成了桩筒内筒形的所述内腔。

3.如权利要求2所述的一种数字化三维电力勘测标记桩，其特征在于：顶部法兰设置在桩筒的顶部位置且位于筒壁顶部的外侧，顶部法兰在径向上其外缘凸出于筒壁，在桩筒顶部设置有锥形橡胶套，锥形橡胶套包括橡胶法兰以及橡胶套筒，橡胶法兰连接于橡胶套筒的一端，并且橡胶法兰与顶部法兰接触，顶部法兰在其顶部承接橡胶法兰，橡胶套筒插入桩筒内腔的长度小于内腔深度的一半。

4.如权利要求3所述的一种数字化三维电力勘测标记桩，其特征在于：在顶部法兰和橡胶法兰凸缘部的相同位置，设置有贯穿的测量孔，测量模块可拆卸的设置于橡胶法兰顶部测量孔的上方。

5.如权利要求4所述的一种数字化三维电力勘测标记桩，其特征在于：桩锤包括橡胶锤头、锤杆以及安装基座，橡胶锤头和安装基座分别设置于锤杆的两端，橡胶锤头的直径与筒壁的内径相同，在锤杆外周靠近橡胶锤头的一侧设置有所述反光贴，反光贴的高度等于气孔至橡胶法兰顶部的距离。

6.如权利要求5所述的一种数字化三维电力勘测标记桩的安装方法，其特征在于：标记桩安装包括以下步骤：

步骤1：将桩身直立于地面并保持；

步骤2：将测量模块安装于桩身顶部的测量孔上方；

步骤3：将桩锤放置于桩身顶部并保持，使桩锤刚好位于锥形孔上方；

步骤4：开启测量模块，并调试水平红外传感器以及竖直测距传感器，记录水平红外传感器的反射信号以及竖直测距传感的测距信号；

步骤5：击打桩锤顶部，直至桩身顶部与地面平齐，同时桩锤完全插入桩身内部；

步骤6：关闭测量模块，拆卸回收测量模块，安装三维勘测设备，结束该标记桩点位的安装。

7.如权利要求6所述的一种数字化三维电力勘测标记桩的安装方法，其特征在于：通过可拆卸的测量模块检测并记录多个标记桩安装过程中的反射信号和测距信号，通过反射信号和测距信号生成对应标记桩点位的地质评判指标S。

8.如权利要求7所述的一种数字化三维电力勘测标记桩的安装方法，其特征在于：地质评判指标S= T1/ T2，其中T1为反射信号为0的时间，T2为测距信号贯入深度达到一半时的时间。

9.如权利要求8述的一种数字化三维电力勘测标记桩的安装方法，其特征在于：在电力线路施工时根据每个标记桩点位的地质评判指标S的大小对标记桩点位的土质松软程度进行排序，在施工阶段优先处理松软地质的标记桩点位。

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