CN116559882A - 岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辅助桩基探测技术领域，尤其是一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法，包括护筒、驱动电机和与监测单元通过通信电缆相连接的声呐探测探头。本发明的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法通过采用可拆卸式结构设计，可以在埋管初期进行安装限位，然后在埋管完成后进行快速分离，便于装卸和重复使用；通过采用同步升降，在下降过程中对开孔内壁进行挤压监测，从而实时了解不同位置高度孔壁的情况，配合位于底部的可升降式声呐探测探头，从而使得检测数据更加全面；整个检测设备均采用可收纳式结构设计，可以根据需要进行收缩，缩小闲时的外部结构占用，方便收纳和运输。

Description

岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法

技术领域

本发明涉及辅助桩基探测技术领域，尤其是一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法。

背景技术

岩溶地质条件曾被称作建桥“禁区”，主要有两方面的原因:一是成桩质量难以保证；二是桩基础施工过程易发生坍孔事故，施工安全、质量、工期难以保证。岩溶地质在我国分布广泛，在广东的粤西、粤北也较普遍。在这些地区，作为地下隐蔽工程，在桥梁桩基础施工中，遇到溶洞给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、漏浆、塌孔、断桩等事故发生，甚至会影响桥梁结构安全同时，也会造成工程的成本大大增加，工期严重延误，甚至工程实施中断。随着交通基础设施建设的发展，要完全避开这些“禁区”是不可能的。

为了可以解决在岩溶地质条件下对辅助桩基进行成孔施工，保证成桩质量，需要根据地质钻探勘察报告以及设计桩基参数快速有效的分析校验桩长，并分析确定桩长、入岩信息和孔底持力层厚度以满足设计要求，提前对溶洞位置做好各项应对准备，同时对桩基础有效底板持力层辅助判定。

目前探测的测量方式只是简单的通过声呐探测器下方进行检测，不仅检测方式简单，而且检测位置也很局限，同时在埋管过程中无法保证埋管的中心性，同时辅助检测开孔内壁的结构状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种改进的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法，解决目前的探测的检测方式简单，而且检测位置也很局限，同时在埋管过程中无法保证埋管的中心性，同时辅助检测开孔内壁的结构状态的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，包括护筒、驱动电机和与监测单元通过通信电缆相连接的声呐探测探头，所述驱动电机外侧面上固定套接有用于安装声呐探测探头的组合式外部防水锁止罩壳，所述护筒下端安装有与组合式外部防水锁止罩壳相配合的环形内开口式导轨，所述组合式外部防水锁止罩壳外侧活动装配有弧形翻转监测支撑臂，所述弧形翻转监测支撑臂外侧顶端具有内部安装万向监测导向球的顶部装配罩。

所述组合式外部防水锁止罩壳包括固定套接在驱动电机外侧的外部机壳、固定在外部机壳外侧面下端的侧向装配轴管、安装在侧向装配轴管内部的内置式伸缩杆、轴向固定在内置式伸缩杆外侧顶端的弧形限位齿条、轴向安装在驱动电机下端驱动轴上的底部转动盘和固定在底部转动盘外侧面上的外侧活动装配支架。

所述弧形翻转监测支撑臂包括通过外侧活动装配支架安装在底部转动盘外侧弧形面上的弧形翻转臂和活动安装在底部转动盘与弧形翻转臂之间的电控伸缩撑杆。

所述顶部装配罩内侧面上开设有多个呈环形整列排布的内侧监测槽，所述内侧监测槽内部固定安装有压力传感器。

所述外部机壳底端设置有用于安装声呐探测探头的电控式安装支架。

所述底部转动盘内部开设有与电控式安装支架相配合的弧形过渡口。

所述电控式安装支架包括通过侧置支架固定在外部机壳上的底侧调节升降杆和轴向安装在底侧调节升降杆底部的螺纹锁紧工装。

所述弧形翻转臂位于顶部装配罩连接端具有一体结构装配框架，所述顶部装配罩通过外部装配轴插入装配框架内部与弧形翻转臂顶端弹性装配。

一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测方法，其特征是：

平整场地

施工便道、场地平整，施工用场地三通一平，位于河道水中的墩台采取河水改道填筑平台方式为桩基施工提供作业面，其余主线便道采用碎石铺设；

测量放样

对设计单位提供的坐标基点、水准基点及其测量资料进行检查、核对，引入工地然后采用全站仪、GPS根据设计测量出各钻孔桩的中心位置，放设护桩，对护桩采取措施进行加固，设立明显标志，随时用交汇法交出中心位置对钻孔桩中心位置进行复核，并记录放样数据备案测出桩中心位置，埋好护筒后，重新复测护筒中心位置；

钢护筒埋深

护筒顶面宜高出地面或平台面0.3m，或高出地下水位或最高水位2m以上，当孔内有承压水时，要求高于稳定后的承压水位2.0m以上，当处于潮水或洪水影响地区时，应高于最高施工水位1.5～2.0m，并采用稳定护筒内水头的措施，同时在埋筒时通过驱动电机控制底部转动盘转动，从而带动弧形翻转监测支撑臂顶端的压力传感器对孔壁进行转动检测，从而检测出孔壁上的溶洞和凹陷，在底部配合声呐探测探头来对底端的溶洞进行检测；

钻机安装

根据现场场地的实际情况组织专业人员对冲机正确安装，安装完毕后根据测量班提供的桩基中心点对冲击精确定位，检查各连接部位的牢固性，为下一步工序施工做充分准备；钻机就位前，对钻机及各项准备工作进行检查，如果桩位位于旱地，可在原地平整压实形成工作平台，如果在浅水区域，宜采用筑岛法施工，如果桩位位于淤泥层，需进行换填后架设钻机，同时对钻机配套设备及水电供应是否正常进行检测等：钻机安装就位后，检查机底和顶端是否平稳，检查回转钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和孔中心三者是否在同一铅垂线上；

泥浆池设置

泥浆池采用二级泥浆池，根据桩基的分布位置分别设置储浆池及沉淀池。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法通过采用可拆卸式结构设计，可以在埋管初期进行安装限位，然后在埋管完成后进行快速分离，便于装卸和重复使用；

(2)通过采用同步升降，在下降过程中对开孔内壁进行挤压监测，从而实时了解不同位置高度孔壁的情况，配合位于底部的可升降式声呐探测探头，从而使得检测数据更加全面；

(3)整个检测设备均采用可收纳式结构设计，可以根据需要进行收缩，缩小闲时的外部结构占用，方便收纳和运输；

(4)通过采用快拆式结构设计，可以大大方便设备的装卸操作，使用更加方便；

(5)通过声呐和压力检测方式，可以提升溶洞检测的精准度，同时采用无损检测可以提升操作过程的便利性和可操作性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的施工结构示意图。

图2是本发明中结构示意图。

图3是本发明中底部转动盘的结构示意图。

图4是本发明中岩溶地区钻孔灌注桩施工流程框图。

图5是本发明中桩底溶洞声呐法原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1、图2和图3所示的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，包括护筒1、驱动电机2和与监测单元通过通信电缆3相连接的声呐探测探头4，驱动电机2、监测单元、通信电缆3和声呐探测探头4均为现有技术，驱动电机2外侧面上固定套接有用于安装声呐探测探头4的组合式外部防水锁止罩壳，护筒1下端安装有与组合式外部防水锁止罩壳相配合的环形内开口式导轨，环形内开口式导轨内侧弧形面为锁止齿面设计，组合式外部防水锁止罩壳外侧活动装配有弧形翻转监测支撑臂，弧形翻转监测支撑臂外侧顶端具有内部安装万向监测导向球5的顶部装配罩6。

为了配合快速装卸和锁止，组合式外部防水锁止罩壳包括固定套接在驱动电机2外侧的外部机壳7、固定在外部机壳7外侧面下端的侧向装配轴管8、安装在侧向装配轴管8内部的内置式伸缩杆9、轴向固定在内置式伸缩杆9外侧顶端的弧形限位齿条10、轴向安装在驱动电机2下端驱动轴上的底部转动盘11和固定在底部转动盘11外侧面上的外侧活动装配支架。

内置式伸缩杆9为现有技术，通过带动弧形限位齿条10伸展，从而将整个组合式外部防水锁止罩壳安装限位在护筒1下端开口位置。

为了配合内外翻转，提升侧向贴合性，弧形翻转监测支撑臂包括通过外侧活动装配支架安装在底部转动盘11外侧弧形面上的弧形翻转臂12和活动安装在底部转动盘11与弧形翻转臂12之间的电控伸缩撑杆13。

通过现有技术的电控伸缩撑杆13可以控制弧形翻转臂12向外翻转，从而保证护筒1外壁与开孔内壁的外部间距均匀，还可以通过转动检测出孔壁的结构，从而可以测量出整个孔壁的结构形状。

为了配合内部安装压力检测传感设备，方便对压力进行测量，从而可以实时了解孔壁内部的结构形状，顶部装配罩6内侧面上开设有3个呈环形整列排布的内侧监测槽，内侧监测槽内部固定安装有压力传感器14。

压力传感器14为现有技术。

为了对声呐探测探头4的位置进行调节，外部机壳7底端设置有用于安装声呐探测探头4的电控式安装支架。

为了配合升降，底部转动盘11内部开设有与电控式安装支架相配合的弧形过渡口15。

电控式安装支架通过带动声呐探测探头4从上往下穿过弧形过渡口15，从而方便对底部进行探测。

为了配合对声呐探测探头4进行安装，电控式安装支架包括通过侧置支架固定在外部机壳7上的底侧调节升降杆16和轴向安装在底侧调节升降杆16底部的螺纹锁紧工装17。

螺纹锁紧工装17包括轴向安装在底侧调节升降杆16底部的具有收紧豁口的外螺纹装配筒和螺纹套接在外螺纹装配筒外侧的内螺纹锁紧环，通过旋转内螺纹锁紧环来控制收紧豁口锁紧，从而将声呐探测探头4固定在螺纹锁紧工装17内部。

为了方便提升检测时的贴合性，弧形翻转臂12位于顶部装配罩6连接端具有一体结构装配框架，顶部装配罩6通过外部装配轴插入装配框架内部与弧形翻转臂12顶端弹性装配。

在装配框架内部设置复位弹片，从而方便顶部装配罩6在翻转后可以弹性转动复位。

如图4所示的一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测方法，其特征是：

平整场地

施工便道、场地平整，施工用场地三通一平，位于河道水中的墩台采取河水改道填筑平台方式为桩基施工提供作业面，其余主线便道采用碎石铺设；

测量放样

对设计单位提供的坐标基点、水准基点及其测量资料进行检查、核对，引入工地然后采用全站仪、GPS根据设计测量出各钻孔桩的中心位置，放设护桩，对护桩采取措施进行加固，设立明显标志，随时用交汇法交出中心位置对钻孔桩中心位置进行复核，并记录放样数据备案测出桩中心位置，埋好护筒后，重新复测护筒中心位置，与轴线的偏差不大于20mm；

钢护筒埋深

护筒1顶面宜高出地面或平台面0.3m，或高出地下水位或最高水位2m以上，当孔内有承压水时，要求高于稳定后的承压水位2.0m以上，当处于潮水或洪水影响地区时，应高于最高施工水位1.5～2.0m，并采用稳定护筒1内水头的措施，同时在埋筒时通过驱动电机2控制底部转动盘11转动，从而带动弧形翻转监测支撑臂顶端的压力传感器14对孔壁进行转动检测，从而检测出孔壁上的溶洞和凹陷，在底部配合声呐探测探头4来对底端的溶洞进行检测；

钻机安装

根据现场场地的实际情况组织专业人员对冲机正确安装，安装完毕后根据测量班提供的桩基中心点对冲击精确定位，检查各连接部位的牢固性，为下一步工序施工做充分准备；钻机就位前，对钻机及各项准备工作进行检查，如果桩位位于旱地，可在原地平整压实形成工作平台，如果在浅水区域，宜采用筑岛法施工，如果桩位位于淤泥层，需进行换填后架设钻机，同时对钻机配套设备及水电供应是否正常进行检测等：钻机安装就位后，检查机底和顶端是否平稳，检查回转钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和孔中心三者是否在同一铅垂线上，其偏差不得大于2cm；

泥浆池设置

泥浆池采用二级泥浆池，根据桩基的分布位置分别设置储浆池及沉淀池，并用循环槽连接，出浆循环槽槽底纵坡不大于1.0％，使沉淀池流速不大于10cm/秒，以便于石碴沉淀，泥浆池离周边2m设置双横杆钢管防护栏，栏杆柱打入地面深度不少于0.5m，防护栏埋设距泥浆池边缘不小于500mm，立柱间距不大于2m，防护栏高度为1.5m，设置密目安全网，挂设安全警示标志，施工时采用正循环工艺，泥浆池考虑各墩桩基共用，就近布置，每两排桩位间挖泥浆池用于桩基施工泥浆循环使用。

如图5所示，声呐探测探头4的探测原理：利用在泥浆及水环境中激发的声呐应力波来探测桩底溶洞；

发射：现场主机通过通信电缆控制声呐探测探头4内的声呐发射驱动模块，将电信号经功率放大器发送至声呐发射换能器中，并转换为声波信号在钻孔灌注桩桩底泥浆环境中垂直向下激发；

传播：在桩底泥浆的耦合作用下，有效减小了上下不同介质之间的声阻抗差，提高了声耦合率，使得更多声呐应力波能量能够顺利的进入基岩；

反射：在声呐应力波进入基岩向下传播后，由于桩底溶洞和软弱岩层与桩底的岩体形成了一个变化明显的波阻抗面，其物理性质表现在岩石或土的密度和弹性波的传播速度变化。因此，这个界面对声呐应力波的传递会产生较强的反射回波；

接收：声呐反射波由声呐发射换能器周围的4个不同方向的声呐接收换能器接收，4个接收换能器的方位角，由安装在探头内部的三维电子罗盘测得。声呐反射波经接收换能器转化成电信号，再通过放大、滤波并转化为数字信号由通信电缆传送到现场主机显示和处理。

本发明的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备以及探测方法通过采用可拆卸式结构设计，可以在埋管初期进行安装限位，然后在埋管完成后进行快速分离，便于装卸和重复使用；通过采用同步升降，在下降过程中对开孔内壁进行挤压监测，从而实时了解不同位置高度孔壁的情况，配合位于底部的可升降式声呐探测探头4，从而使得检测数据更加全面；整个检测设备均采用可收纳式结构设计，可以根据需要进行收缩，缩小闲时的外部结构占用，方便收纳和运输；通过采用快拆式结构设计，可以大大方便设备的装卸操作，使用更加方便；通过声呐和压力检测方式，可以提升溶洞检测的精准度，同时采用无损检测可以提升操作过程的便利性和可操作性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，包括护筒(1)、驱动电机(2)和与监测单元通过通信电缆(3)相连接的声呐探测探头(4)，其特征是：所述驱动电机(2)外侧面上固定套接有用于安装声呐探测探头(4)的组合式外部防水锁止罩壳，所述护筒(1)下端安装有与组合式外部防水锁止罩壳相配合的环形内开口式导轨，所述组合式外部防水锁止罩壳外侧活动装配有弧形翻转监测支撑臂，所述弧形翻转监测支撑臂外侧顶端具有内部安装万向监测导向球(5)的顶部装配罩(6)。

2.根据权利要求1所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述组合式外部防水锁止罩壳包括固定套接在驱动电机(2)外侧的外部机壳(7)、固定在外部机壳(7)外侧面下端的侧向装配轴管(8)、安装在侧向装配轴管(8)内部的内置式伸缩杆(9)、轴向固定在内置式伸缩杆(9)外侧顶端的弧形限位齿条(10)、轴向安装在驱动电机(2)下端驱动轴上的底部转动盘(11)和固定在底部转动盘(11)外侧面上的外侧活动装配支架。

3.根据权利要求2所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述弧形翻转监测支撑臂包括通过外侧活动装配支架安装在底部转动盘(11)外侧弧形面上的弧形翻转臂(12)和活动安装在底部转动盘(11)与弧形翻转臂(12)之间的电控伸缩撑杆(13)。

4.根据权利要求3所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述顶部装配罩(6)内侧面上开设有多个呈环形整列排布的内侧监测槽，所述内侧监测槽内部固定安装有压力传感器(14)。

5.根据权利要求2所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述外部机壳(7)底端设置有用于安装声呐探测探头(4)的电控式安装支架。

6.根据权利要求5所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述底部转动盘(11)内部开设有与电控式安装支架相配合的弧形过渡口(15)。

7.根据权利要求5所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述电控式安装支架包括通过侧置支架固定在外部机壳(7)上的底侧调节升降杆(16)和轴向安装在底侧调节升降杆(16)底部的螺纹锁紧工装(17)。

8.根据权利要求3所述的岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测辅助设备，其特征是：所述弧形翻转臂(12)位于顶部装配罩(6)连接端具有一体结构装配框架，所述顶部装配罩(6)通过外部装配轴插入装配框架内部与弧形翻转臂(12)顶端弹性装配。

9.一种岩溶地质条件下声呐辅助桩基探测方法，其特征是：

平整场地

施工便道、场地平整，施工用场地三通一平，位于河道水中的墩台采取河水改道填筑平台方式为桩基施工提供作业面，其余主线便道采用碎石铺设；

测量放样

对设计单位提供的坐标基点、水准基点及其测量资料进行检查、核对，引入工地然后采用全站仪、GPS根据设计测量出各钻孔桩的中心位置，放设护桩，对护桩采取措施进行加固，设立明显标志，随时用交汇法交出中心位置对钻孔桩中心位置进行复核，并记录放样数据备案测出桩中心位置，埋好护筒后，重新复测护筒中心位置；

钢护筒埋深

护筒(1)顶面宜高出地面或平台面0.3m，或高出地下水位或最高水位2m以上，当孔内有承压水时，要求高于稳定后的承压水位2.0m以上，当处于潮水或洪水影响地区时，应高于最高施工水位1.5～2.0m，并采用稳定护筒(1)内水头的措施，同时在埋筒时通过驱动电机(2)控制底部转动盘(11)转动，从而带动弧形翻转监测支撑臂顶端的压力传感器(14)对孔壁进行转动检测，从而检测出孔壁上的溶洞和凹陷，在底部配合声呐探测探头(4)来对底端的溶洞进行检测；

钻机安装

根据现场场地的实际情况组织专业人员对冲机正确安装，安装完毕后根据测量班提供的桩基中心点对冲击精确定位，检查各连接部位的牢固性，为下一步工序施工做充分准备；钻机就位前，对钻机及各项准备工作进行检查，如果桩位位于旱地，可在原地平整压实形成工作平台，如果在浅水区域，宜采用筑岛法施工，如果桩位位于淤泥层，需进行换填后架设钻机，同时对钻机配套设备及水电供应是否正常进行检测等：钻机安装就位后，检查机底和顶端是否平稳，检查回转钻机顶部的起吊滑轮缘、转盘中心和孔中心三者是否在同一铅垂线上；

泥浆池设置

泥浆池采用二级泥浆池，根据桩基的分布位置分别设置储浆池及沉淀池。