CN117168276A - 一种灌注桩干成孔的质量检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程桩基检测技术领域，提供一种灌注桩干成孔的质量检测装置及方法，该装置包括：检测主机1、探头2、线架3、电缆线和深度计数滑轮5；所述探头2，包括：调频液体阻尼器、激光测距仪、加速度计和陀螺仪；所述深度计数滑轮5，设置在所述线架3上；所述深度计数滑轮5的电缆线与所述探头2铰接。本方案能够实现对待测干成孔的孔深、孔径、垂直度等参数进行检测，大大减小了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测难度，提升了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测便捷性和检测结果的精准性。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程桩基检测技术领域，特别是涉及一种灌注桩干成孔的质量检测装置及方法。
背景技术
灌注桩是最广泛应用的桩基类型之一，灌注桩的施工分为成孔和成桩两个环节，成孔过程中可能存在塌孔、缩孔、偏斜等质量问题。灌注桩的成孔质量影响到灌注桩成桩质量，因此，在灌注桩成孔后，灌注混凝土前需要针对灌注桩成孔进行质量检测。但是，针对灌注桩干成孔的质量检测，检测难度较大，尚无有效的检测手段。
因此，亟需开发一种灌注桩干成孔的质量检测装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种灌注桩干成孔的质量检测装置及方法。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种灌注桩干成孔的质量检测装置，包括：检测主机、探头、线架、电缆线和深度计数滑轮；所述探头，包括：调频液体阻尼器、激光测距仪、加速度计和陀螺仪；其中，
所述线架，用于设置在待进行质量检测的灌注桩干成孔的孔口处；
所述深度计数滑轮，设置在所述线架上，用于在所述探头自所述灌注桩干成孔中下降的过程中，获取所述探头在所述灌注桩干成孔中的孔深；
所述深度计数滑轮的电缆线与所述探头铰接；所述激光测距仪的数量为四个；所述调频液体阻尼器、所述加速度计、所述陀螺仪、以及四个所述激光测距仪，集成设置。
其中，在所述探头自所述灌注桩干成孔中下方的过程中，四个所述激光测距仪，用于获取所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离；所述加速度计，用于获取所述探头的加速度数据；所述陀螺仪，用于获取陀螺仪数据；
所述检测主机，分别与所述深度计数滑轮和所述探头相连，用于基于所述探头在所述灌注桩干成孔中的孔深，根据所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头的加速度数据计算所述孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，以实现对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径的检测，即实现对所述灌注桩干成孔的质量检测。
根据本发明一示例实施方式，在所述探头中，在所述探头竖直放置的情况下，所述调频液体阻尼器位于底部，所述加速度计和所述陀螺仪位于顶部，四个所述激光测距仪位于中部、且呈十字型分布。
作为本发明的第二个方面，本发明提供一种灌注桩干成孔的质量检测方法，包括：采用以上所述的灌注桩干成孔的质量检测装置对待进行质量检测的灌注桩干成孔进行质量检测，具体如下：
通过所述灌注桩干成孔的质量检测装置中的检测主机，获取待进行质量检测的灌注桩干成孔的设计孔深、不同孔深下的设计垂直度和设计孔径、以及所述探头下方的设定步距；
通过所述线架和电缆线，使所述探头置于所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处，并使所述探头自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处按所述设定步距向所述灌注桩干成孔中下降；
在所述探头自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处向所述灌注桩干成孔中下降的过程中，获取所述深度计数滑轮在所述探头下降的过程中的转动圈数，并使所述检测主机根据该转动圈数计算所述探头所在位置处的孔深；
在所述探头下降到当前孔深的情况下，使所述检测主机，获取四个所述激光测距仪检测到的所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，获取所述加速度计检测到的取所述探头的加速度数据，并获取所述陀螺仪检测到的陀螺仪数据；
使所述检测主机，根据所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径；
使所述检测主机，将所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度与所述当前下降深度处的垂直度进行对比，并将所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径与所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的设计孔径进行对比，以实现对所述灌注桩干成孔在所述当前下降深度处的垂直度和孔径的质量检测。
根据本发明一示例实施方式，根据所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，包括：
根据所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，计算所述探头的初始偏心距；
根据所述探头的加速度数据，经过捷联惯导速度和位置解算，得到所述探头的额外偏心距；
根据所述探头的初始偏心距、所述探头的额外偏心距、以及所述当前孔深，计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度。
根据本发明一示例实施方式，根据所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，计算所述探头的初始偏心距，包括：
按下式计算所述探头的初始偏心距：
；
其中，L1、L2、L3和L4为所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，为所述探头（2）的初始偏心距。
根据本发明一示例实施方式，根据所述探头的初始偏心距、所述探头的额外偏心距、以及所述当前孔深，计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，包括：
按下式计算所述灌注桩干成孔的垂直度：
；
其中，为所述探头（2）的偏心距，/>为所述探头（2）的初始偏心距，/>为所述探头（2）的额外偏心距，/>为所述探头当前所在的深度，/>为所述灌注桩干成孔在/>深度的垂直度。
根据本发明一示例实施方式，根据陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，包括：
根据所述陀螺仪数据，经捷联惯导的姿态解算，得到所述探头的姿态角；并根据所述探头的姿态角，对所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离进行修正，得到所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值；
根据所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
根据本发明一示例实施方式，根据所述探头的姿态角，对所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离进行修正，得到所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，包括：
按下式计算所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值：
；
；
；
；
其中，L1、L2、L3和L4为所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，α、β、γ、δ为所述探头在前后左右四个方向上的姿态角，L1’、L2’、L3’、L4’为所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值。
根据本发明一示例实施方式，根据所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，包括：
按下式计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径：
；
其中，L1’、L2’、L3’、L4’为所述探头在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，di为所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
根据本发明一示例实施方式，还包括：在实现对所述灌注桩干成孔在所述当前下降深度处的垂直度和孔径的质量检测之后，使所述探头自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处按所述设定步距向所述灌注桩干成孔中继续下降；
在所述探头自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处向所述灌注桩干成孔中继续下降的过程中，获取所述深度计数滑轮在所述探头下降的过程中的转动圈数，并使所述检测主机根据该转动圈数计算所述探头所在位置处的孔深；
在所述探头下降到下一个孔深的情况下，使所述检测主机，获取四个所述激光测距仪检测到的所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，获取所述加速度计检测到的取所述探头的加速度数据，并获取所述陀螺仪检测到的陀螺仪数据；
使所述检测主机，根据所述探头的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头的加速度数据计算所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径；
使所述检测主机，将所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度与所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的设计垂直度进行对比，并将所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的孔径与所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的设计孔径进行对比，以实现对所述灌注桩干成孔在所述下一个孔深处的垂直度和孔径的质量检测；
以此循环，直至实现对所述灌注桩干成孔在最后孔深处的垂直度和孔径的质量检测，以此，实现对所述灌注桩干成孔的所有孔深处的垂直度和孔径的检测，即实现对所述灌注桩干成孔的质量检测；所述最后孔深处，包含所述灌注桩干成孔的底部处。
本发明的有益效果是：针对灌注桩干成孔的质量检测，通过设置由检测主机1、探头2、线架3、电缆线（即导线4）、深度计数滑轮5构成的灌注桩干成孔的质量检测装置，其中探头2是调频液体阻尼器、加速度计、陀螺仪、以及四个激光测距仪集成设置得到；利用该灌注桩干成孔的质量检测装置对待测干成孔进行质量检测，在检测过程中抑制探头2的摆动和扭转，并实时监测探头2的轨迹和姿态，可实现对待测干成孔的孔深、孔径、垂直度等参数进行检测，大大减小了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测难度，提升了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测便捷性和检测结果的精准性。
附图说明
图1示意性示出了一种灌注桩干成孔的质量检测装置的一实施例的检测断面示意图。
图2示意性示出了一种灌注桩干成孔的质量检测装置的一实施例的整体结构示意图。
图3示意性示出了灌注桩干成孔的质量检测方法的流程图。
图4示意性示出了根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度的步骤图。
图5示意性示出了根据陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径的步骤图。
图6示意性示出了对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径进行质量检测的步骤图。
其中，1—主机，2—探头，3—线架，4—导线，5—深度计数滑轮。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
相关方案中，工程中采用的成孔质量检测的手段主要有三种：探笼法、机械接触法和超声波法。
其中，探笼法检测灌注桩成孔质量的工作原理是：将略小于孔径的笼状物从孔顶往下放，根据探笼下放的顺利程度初步检测孔径和垂直度。这种方法比较简单直观，但无法得到桩孔参数的具体数值，只能大致判断桩孔是否满足最低要求。
机械接触法检测灌注桩成孔质量的工作原理是：其探头类似伞骨状的机械臂，探头随绞车下降过程中，机械臂与孔壁接触，通过机械臂上的角度传感器来折算孔径。但机械接触法检测灌注桩成孔质量的检测耗时长，且无法得到孔垂直度，在工程中应用相对较少。
超声波法检测灌注桩成孔质量是目前最通用的检测方法，超声波法检测灌注桩成孔质量的工作原理为：采用绞车收放超声波换能器探头，探头通过发射和接收超声波来测量探头和孔壁之间的距离，得到当前截面的孔径，并且通过不同截面之间的偏心距来换算垂直度。超声波法成孔检测有两个限制条件：第一、探头升降过程中需要保持竖直状态，不能前后左右摆动；第二、探头不能发生扭转，即超声波换能器面对的方向不能发生改变。这两个限制保证了探头各个方向的换能器可以稳定接收到自身发出的信号，并能获取准确的偏心距，同时也决定了超声波法仅在湿孔检测中会有比较理想的效果。在我国西部广阔的高山峡谷地区，桩基成孔时干孔（即无泥浆孔）较多，由于缺乏耦合剂的阻力，和对超声波传导作用，使用该法进行检测时，探头升降过程中的摆动、扭转非常显著，加之圆形的孔壁，使得信号收发效果不良，无法满足工程中干成孔检测的要求。
可见，孔下探头长距离动态定位和耗能减振是灌注桩成孔中干孔检测设备发展面临的核心问题，准确、可靠的位置、姿态测量和减振手段对提升干孔检测的准确性具有重要意义。针对孔下定位技术，一些方案提出在机械接触法成孔检测仪的探头上增加电子罗盘，以便在测量孔径的同时检测垂直度。这种方法存在一些问题，它需要保证探头在提升过程中始终保持在一条垂线上，不能产生摆动或者偏转。事实上，这在干孔检测中是难以做到的，首先，干孔相对于湿孔，空气阻力小，摆动难以避免，其次，各个机械臂与孔壁接触过程比较复杂，探头与初始状态相比存在偏转的情况，这就导致了孔的垂直度很难得到准确的测量。还有一些方案提出在探头上方装GPS传感器，这种方法在实际操作中并不可行，因为GPS信号是通过电磁波传播的，而电磁波很容易受到干扰，比如遮蔽物等；在深孔中这种狭长的环境里，GPS信号是很微弱甚至没有的。针对探头减振问题，相关方案中未见有效的手段。
因此，主要针对相关方案中减振、孔下定位、距离测量这三个问题，分别对应三个改进措施即调频液体阻尼器、捷联惯导定位、激光测距仪，提供一种灌注桩干成孔的质量检测装置及方法，具体是一种针对灌注桩干成孔的质量检测的装置及方法，在检测过程中抑制探头的摆动和扭转，并实时监测探头的轨迹和姿态，可对孔深、孔径、垂直度等参数进行检测，大大减小了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测难度，提升了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测便捷性和检测结果的精准性。
作为本发明的第一个实施方式，提供一种灌注桩干成孔的质量检测装置。如图1所示，灌注桩干成孔的质量检测装置，其特征在于，包括：检测主机1、探头2、线架3、电缆线和深度计数滑轮5；所述探头2，包括：调频液体阻尼器、激光测距仪、加速度计和陀螺仪；具体地，图2为本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测装置的一实施例的整体结构示意图。如图2所示，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测装置，包括：检测主机1、探头2、线架3、电缆线（即导线4）、深度计数滑轮5。其中，本发明的方案，至少需要对探头2进行减振、孔下定位、距离测量这三方面进行设置。探头2包括：激光测距仪、调频液体阻尼器（Tuned Liquid Damper，TLD）、加速度计、陀螺仪。
其中，所述线架3，用于设置在待进行质量检测的灌注桩干成孔的孔口处，用于承载所述深度计数滑轮5、所述探头2、以及所述电缆线。所述深度计数滑轮5，设置在所述线架3上，用于在所述探头2自所述灌注桩干成孔中下降的过程中，获取所述探头在所述灌注桩干成孔中的孔深。在所述深度计数滑轮5上缠绕有电缆线，所述深度计数滑轮5的电缆线与所述探头2铰接，以通过下放所述电缆线使所述探头2伸入从所述灌注桩干成孔的孔口中下放并深入，并通过上拉所述电缆线使所述探头2从所述灌注桩干成孔的孔口中上升并拉出；参见图2所示的例子，导线4盘踞在线架3里面。在灌注桩干成孔的孔口处设置有线架3，在线架3上设置有深度计数滑轮5，深度计数滑轮5用于控制探头2升降深度的数值量化，深度计数滑轮5上的电缆线与探头2铰接，保证探头2可在任意方向自由活动。所述激光测距仪的数量为四个；所述调频液体阻尼器、所述加速度计、所述陀螺仪、以及四个所述激光测距仪，集成设置。其中，深度计数滑轮5，控制探头2升降深度的数值量化，是由于深度计数滑轮5的周长是确定的，根据深度计数滑轮5转动的圈数就可以判断升降深度。
其中，在所述探头2自所述灌注桩干成孔中下方的过程中，四个所述激光测距仪，用于获取所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离；所述加速度计，用于获取所述探头2的加速度数据；所述陀螺仪，用于获取陀螺仪数据。
所述检测主机，分别与所述深度计数滑轮5和所述探头2相连，用于基于所述探头在所述灌注桩干成孔中的孔深，根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，以实现对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径的检测，即实现对所述灌注桩干成孔的质量检测。
相关方案中，探头是采用超声波传感器，超声波传感器在湿孔（充满液体的孔）中基本无晃动，声波传递效果好。而本发明的方案中，是针对干孔设置的探头2。探头2上集成设置有调频液体阻尼器、激光测距仪、加速度计和陀螺仪，以实现不同深度的孔径和垂直度的干孔质量检测。探头2中，激光测距仪、TLD调频液体阻尼器、加速度计、陀螺仪，集成设置在探头2内部的电路板上。
在一些实施方式中，在所述探头2中，在所述探头2竖直放置的情况下，所述调频液体阻尼器位于底部，所述加速度计和所述陀螺仪位于顶部，四个所述激光测距仪位于中部、且呈十字型分布。其中，调频液体阻尼器位于探头2的底部，当探头2发生摆动时，调频液体阻尼器内部的液体振荡产生的动压力和粘性阻尼耗能，以实现对探头2的减振。从而，通过设置调频液体阻尼器，可以解决干孔中探头2摆动大的问题。
设置激光测距仪，可以解决干孔中距离量测的问题；优选地，探头2中集成设置的四个激光测距仪，呈十字型分布。其中，四个激光测距仪的位置，可以参见图2中探头2处的深色部分。四个激光测距仪呈十字型分布，可以取两个垂直断面，用于成孔检测。
加速度计、陀螺仪集成设置在探头2的上部。由于物体的运动包含平动和转动，X、Y、Z三个方向的位移和X、Y、Z三个方向的转动这六种运动方式组成了物体完整的运动轨迹和姿态。加速度计是测量三轴加速度的传感器，通过加速度计连续地测出探头2的加速度数据，然后经过捷联惯导速度和位置解算得到探头2下降过程中在孔内的空间位置即轨迹。陀螺仪是测量三轴角速度的传感器，陀螺仪以探头2自身作为参照物，通过三个转动方向的角速度测量结果，经过捷联惯导姿态解算得到角度分量，进而给出每瞬时探头2的姿态角。因为单采用调频液体阻尼器也不能完全避免掉探头2的摆动和转动的问题，所以，设置加速度计和陀螺仪，通过加速度计和陀螺仪这两个传感器进行捷联惯导运算，进而可以解决孔下探头2的定位问题。
根据本发明的第二个实施方式，提供一种灌注桩干成孔的质量检测方法，采用第一个实施方式的灌注桩干成孔的质量检测装置对待进行质量检测的灌注桩干成孔进行质量检测。如图3所示，一种灌注桩干成孔的质量检测方法，包括如下步骤：步骤S110至步骤S160。
在步骤S110处，通过所述灌注桩干成孔的质量检测装置中的检测主机1，获取待进行质量检测的灌注桩干成孔的设计孔深、不同孔深下的设计垂直度和设计孔径、以及所述探头2下方的设定步距。
在步骤S120处，通过所述线架3和电缆线，使所述探头2置于所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处，并使所述探头2自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处按所述设定步距向所述灌注桩干成孔中下降。
在步骤S130处，在所述探头2自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处向所述灌注桩干成孔中下降的过程中，获取所述深度计数滑轮5在所述探头2下降的过程中的转动圈数，并使所述检测主机1根据该转动圈数计算所述探头2所在位置处的孔深。
在步骤S140处，在所述探头2下降到当前孔深的情况下，使所述检测主机1，获取四个所述激光测距仪检测到的所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，获取所述加速度计检测到的取所述探头2的加速度数据，并获取所述陀螺仪检测到的陀螺仪数据。
本发明的方案提供的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，可以使用如图2所示的灌注桩干成孔的质量检测装置，可以实现灌注桩干成孔的质量检测。具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，包括下列步骤：
步骤1、在检测主机1端输入：设计的孔径、设计的孔深、以及设计的步距。其中，孔深和孔径是设计单位给出的，步距按规范相关要求选取即可。
在步骤1中，可以通过人工操作，通过线架3和电缆线将探头2尽量放置在靠近待测干成孔的孔口中心位置，深度计数滑轮5记录实际的孔深并将实际的孔深数据传输到检测主机1。这里，将探头2放到待测干成孔的孔口中心位置，是为了使探头2的激光反射和接收信号更好，深度计数滑轮5是根据滑轮在探头2下降过程中转动的圈数乘以深度计数滑轮5的周长来计算下降的深度或孔深。
步骤2、下放探头2，具体是将探头2放置于孔口圆心的位置C，O为成孔在该断面的实际圆心位置。探头2部位的四个激光测距仪，实时测量并记录两垂直方向距离L1、L2、L3和L4，即探头2在前后左右四个方位上与孔壁的距离，并按下式计算得到待测干成孔在孔口位置处的孔径d0和成孔的初始偏心距：
。
步骤3、加速度计得到的加速度数据，陀螺仪检测到的数据。
在步骤S150处，在所述探头2下降到所述当前孔深的情况下，使所述检测主机1，根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括下列步骤：在步骤3中，根据加速度数据，结合待测干成孔的孔深、以及待测干成孔的孔径d0和成孔的初始偏心距，计算得到待测干成孔的垂直度Ki。这里，将探头2放到待测干成孔的孔口中心位置，是为了使探头2的激光反射和接收信号更好，深度计数滑轮5是根据滑轮在探头2下降过程中转动的圈数乘以深度计数滑轮5的周长来计算下降的深度或孔深。在步骤4中，陀螺仪检测到的数据，计算待测干成孔的孔径d0。
在一些实施方式中，步骤S150中根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图4所示本发明的方法中根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S150中根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度的具体过程，包括：步骤S210至步骤S230。
步骤S210，根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，计算所述探头2的初始偏心距。优选地，步骤S210中根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，计算所述探头2的初始偏心距，包括：按下式计算所述探头2的初始偏心距：
；
其中，L1、L2、L3和L4为所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，为所述探头2的初始偏心距。
具体地，具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括下列步骤：在步骤2中，图1为本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测装置的一实施例的检测断面示意图，图1中的O是探头2的实际的位置，O1是灌注桩干成孔的理论圆心位置，是探头2在孔顶位置处的初始偏心距。下放探头2，探头2部位的四个激光测距仪，实时测量并记录两垂直方向距离L1、L2、L3和L4，即探头2在前后左右四个方位上与孔壁的距离，并按下式换算待测干成孔在孔顶位置处的孔径d0和初始偏心距/>：
。
步骤S220，根据所述探头2的加速度数据，经过捷联惯导速度和位置解算，得到所述探头2的额外偏心距。
步骤S230，根据所述探头2的初始偏心距、所述探头2的额外偏心距、以及所述当前孔深，计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度。优选地，步骤S230中根据所述探头2的初始偏心距、所述探头2的额外偏心距、以及所述当前孔深，计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，包括：按下式计算所述灌注桩干成孔的垂直度：
；
其中，为所述探头（2）的偏心距，/>为所述探头（2）的初始偏心距，/>为所述探头（2）的额外偏心距，/>为所述探头当前所在的深度，/>为所述灌注桩干成孔在/>深度的垂直度。
具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括下列步骤：在步骤3中，加速度计得到的加速度数据，经过捷联惯导速度和位置解算反馈探头2此时的空间位置，得到由于探头2运动造成的额外偏心距，进而得到探头2的偏心距/>为初始偏心距/>+额外偏心距/>，探头2在图1所示的深度截面（即成孔的深度为h时的截面）的垂直度K1为：
。
其中，h1为探头当前的深度，额外偏心距是通过加速的捷联惯导运算得到，成孔深度h1通过深度计数滑轮5得到。
在一些实施方式中，步骤S150中根据陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径的具体过冲，参见以下示例性说明。
下面结合图5所示本发明的方法中根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S150中根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度的具体过程，包括：步骤S310至步骤S320。
步骤S310，根据所述陀螺仪数据，经捷联惯导的姿态解算，得到所述探头2的姿态角；并根据所述探头2的姿态角，对所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离进行修正，得到所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值。优选地，步骤S310中根据所述探头2的姿态角，对所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离进行修正，得到所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，包括：
按下式计算所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值：
；
；
；
；
其中，L1、L2、L3和L4为所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，α、β、γ、δ为所述探头2在前后左右四个方向上的姿态角，L1’、L2’、L3’、L4’为所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值。
具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括下列步骤：步骤4、陀螺仪检测到的数据经过捷联惯导的姿态解算，反馈探头2的姿态角α、β、γ、δ，并将激光测距仪测得距离修正为L1’、L2’、L3’、L4’，其中：
；
；
；
。
其中，反馈探头2的姿态角α、β、γ、δ中，α和β是一个方向的姿态角如左右方向的姿态角，γ和δ是另一个方向的姿态角如前后方向的姿态角。姿态就是指角度，物体的姿态变化可以用三个角度来描述，航向角、俯仰角、横滚角，α和β指的是俯仰角，γ和δ指的是横滚角。
步骤S320，根据所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。优选地，步骤S320中根根据所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，包括：
按下式计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径：
；
其中，L1’、L2’、L3’、L4’为所述探头2在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，di为所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括下列步骤：在步骤4中，将激光测距仪测得距离修正为L1’、L2’、L3’、L4’之后，进而，按下式换算待测干成孔的孔径di：
。
根据输入的步距下方探头，加速度计数据经过捷联惯导速度和位置解算反馈探头经过运动到达的空间位置C1，O1为该深度处断面的实际圆心位置，同步骤2，同理可以得到偏心距和孔径/>，其中/>。
由于探头运动造成的矢量，不能直接用/>计算偏心距，修正运动因素后，得到：
。
该深度处截面的垂直度，其中h1为探头此时下降的深度。
重复步骤4，可以得到各个深度的孔径和垂直度，其中hi为第i个步距时探头下降的深度，直至探头下降到孔底，整个孔检测结束，再将探头提升起来。
在步骤S160处，在所述探头2下降到所述当前孔深的情况下，使所述检测主机1，将所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度与所述当前下降深度处的垂直度进行对比，并将所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径与所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的设计孔径进行对比，以实现对所述灌注桩干成孔在所述当前下降深度处的垂直度和孔径的质量检测。
在一些实施方式中，本发明的方案所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括：对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径进行质量检测的过程。下面结合图6所示本发明的方法中对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径进行质量检测的一实施例流程示意图，进一步说明对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径进行质量检测的具体过程，包括：步骤S410至步骤S460。
步骤S410，在步骤S160中实现对所述灌注桩干成孔在所述当前下降深度处的垂直度和孔径的质量检测之后，使所述探头2自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处按所述设定步距向所述灌注桩干成孔中继续下降。
步骤S420，在所述探头2自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处向所述灌注桩干成孔中继续下降的过程中，获取所述深度计数滑轮5在所述探头2下降的过程中的转动圈数，并使所述检测主机1根据该转动圈数计算所述探头2所在位置处的孔深。
步骤S430，在所述探头2下降到下一个孔深的情况下，使所述检测主机1，获取四个所述激光测距仪检测到的所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，获取所述加速度计检测到的取所述探头2的加速度数据，并获取所述陀螺仪检测到的陀螺仪数据。
步骤S440，在所述探头2下降到所述下一个孔深的情况下，使所述检测主机1，根据所述探头2的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头2的加速度数据计算所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
步骤S450，在所述探头2下降到所述下孔深的情况下，使所述检测主机1，将所述下孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度与所述下孔深处所述灌注桩干成孔的设计垂直度进行对比，并将所述下孔深处所述灌注桩干成孔的孔径与所述下孔深处所述灌注桩干成孔的设计孔径进行对比，以实现对所述灌注桩干成孔在所述下孔深处的垂直度和孔径的质量检测。
步骤S460，以此循环，直至实现对所述灌注桩干成孔在最后孔深处的垂直度和孔径的质量检测，以此，实现对所述灌注桩干成孔的所有孔深处的垂直度和孔径的检测，即实现对所述灌注桩干成孔的质量检测；所述最后孔深处，包含所述灌注桩干成孔的底部处。
具体地，本发明的方案提出的一种灌注桩干成孔的质量检测方法，还包括下列步骤：步骤5、重复执行步骤3和步骤4，直至探头2下降到待测干成孔的孔底之后，整个待测干成孔的检测过程结束，再将探头2提升起来。提升探头2时，通过检测主机1控制电机动作，使电机带动探头2提升。
其中，重复执行步骤3和步骤4的目的，是为了检测待测干成孔的其它孔深处的孔径，成孔检测就是要检测多个深度的数据、具体下降多少按相关规范进行设置，一般0.5-1m即可满足要求。
本发明的方案，针对灌注桩干成孔的质量检测，通过设置由检测主机1、探头2、线架3、电缆线（即导线4）、深度计数滑轮5构成的灌注桩干成孔的质量检测装置，其中探头2是调频液体阻尼器、加速度计、陀螺仪、以及四个激光测距仪集成设置得到；利用该灌注桩干成孔的质量检测装置对待测干成孔进行质量检测，在检测过程中抑制探头2的摆动和扭转，并实时监测探头2的轨迹和姿态，可实现对待测干成孔的孔深、孔径、垂直度等参数进行检测，大大减小了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测难度，提升了针对灌注桩干成孔的质量检测的检测便捷性和检测结果的精准性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种灌注桩干成孔的质量检测装置，其特征在于，包括：检测主机（1）、探头（2）、线架（3）、电缆线和深度计数滑轮（5）；所述探头（2），包括：调频液体阻尼器、激光测距仪、加速度计和陀螺仪；其中，
所述线架（3），用于设置在待进行质量检测的灌注桩干成孔的孔口处；
所述深度计数滑轮（5），设置在所述线架（3）上，用于在所述探头（2）自所述灌注桩干成孔中下降的过程中，获取所述探头在所述灌注桩干成孔中的孔深；
所述深度计数滑轮（5）的电缆线与所述探头（2）铰接；所述激光测距仪的数量为四个；所述调频液体阻尼器、所述加速度计、所述陀螺仪、以及四个所述激光测距仪，集成设置；
其中，在所述探头（2）自所述灌注桩干成孔中下方的过程中，四个所述激光测距仪，用于获取所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离；所述加速度计，用于获取所述探头（2）的加速度数据；所述陀螺仪，用于获取陀螺仪数据；
所述检测主机，分别与所述深度计数滑轮（5）和所述探头（2）相连，用于基于所述探头在所述灌注桩干成孔中的孔深，根据所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头（2）的加速度数据计算所述孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，以实现对所述灌注桩干成孔的不同孔深处的垂直度和孔径的检测，即实现对所述灌注桩干成孔的质量检测。
2.根据权利要求1所述的灌注桩干成孔的质量检测装置，其特征在于，在所述探头（2）中，在所述探头（2）竖直放置的情况下，所述调频液体阻尼器位于底部，所述加速度计和所述陀螺仪位于顶部，四个所述激光测距仪位于中部、且呈十字型分布。
3.一种灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，包括：采用如权利要求1至2中任一项所述的灌注桩干成孔的质量检测装置对待进行质量检测的灌注桩干成孔进行质量检测，具体如下：
通过所述灌注桩干成孔的质量检测装置中的检测主机（1），获取待进行质量检测的灌注桩干成孔的设计孔深、不同孔深下的设计垂直度和设计孔径、以及所述探头（2）下方的设定步距；
通过所述线架（3）和电缆线，使所述探头（2）置于所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处，并使所述探头（2）自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处按所述设定步距向所述灌注桩干成孔中下降；
在所述探头（2）自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处向所述灌注桩干成孔中下降的过程中，获取所述深度计数滑轮（5）在所述探头（2）下降的过程中的转动圈数，并使所述检测主机（1）根据该转动圈数计算所述探头（2）所在位置处的孔深；
在所述探头（2）下降到当前孔深的情况下，使所述检测主机（1），获取四个所述激光测距仪检测到的所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，获取所述加速度计检测到的取所述探头（2）的加速度数据，并获取所述陀螺仪检测到的陀螺仪数据；
使所述检测主机（1），根据所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头（2）的加速度数据计算所述当前下降深度处的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径；
使所述检测主机（1），将所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度与所述当前下降深度处的垂直度进行对比，并将所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径与所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的设计孔径进行对比，以实现对所述灌注桩干成孔在所述当前下降深度处的垂直度和孔径的质量检测。
4.根据权利要求3所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，根据所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头（2）的加速度数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，包括：
根据所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，计算所述探头（2）的初始偏心距；
根据所述探头（2）的加速度数据，经过捷联惯导速度和位置解算，得到所述探头（2）的额外偏心距；
根据所述探头（2）的初始偏心距、所述探头（2）的额外偏心距、以及所述当前孔深，计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度。
5.根据权利要求4所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，根据所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，计算所述探头（2）的初始偏心距，包括：
按下式计算所述探头（2）的初始偏心距：
；
其中，L1、L2、L3和L4为所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，为所述探头（2）的初始偏心距。
6.根据权利要求4所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，根据所述探头（2）的初始偏心距、所述探头（2）的额外偏心距、以及所述当前孔深，计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，包括：
按下式计算所述灌注桩干成孔的垂直度：
；
其中，为所述探头（2）的偏心距，/>为所述探头（2）的初始偏心距，/>为所述探头（2）的额外偏心距，/>为所述探头当前所在的深度，/>为所述灌注桩干成孔在/>深度的垂直度。
7.根据权利要求3所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，根据陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，包括：
根据所述陀螺仪数据，经捷联惯导的姿态解算，得到所述探头（2）的姿态角；并根据所述探头（2）的姿态角，对所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离进行修正，得到所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值；
根据所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
8.根据权利要求7所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，根据所述探头（2）的姿态角，对所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离进行修正，得到所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，包括：
按下式计算所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值：
；
；
；
；
其中，L1、L2、L3和L4为所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，α、β、γ、δ为所述探头（2）在前后左右四个方向上的姿态角，L1’、L2’、L3’、L4’为所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值。
9.根据权利要求7所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，根据所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径，包括：
按下式计算得到所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径：
；
其中，L1’、L2’、L3’、L4’为所述探头（2）在前后左右四个方向上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离的修正值，di为所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的灌注桩干成孔的质量检测方法，其特征在于，还包括：
在实现对所述灌注桩干成孔在所述当前下降深度处的垂直度和孔径的质量检测之后，使所述探头（2）自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处按所述设定步距向所述灌注桩干成孔中继续下降；
在所述探头（2）自所述灌注桩干成孔的孔口中心位置处向所述灌注桩干成孔中继续下降的过程中，获取所述深度计数滑轮（5）在所述探头（2）下降的过程中的转动圈数，并使所述检测主机（1）根据该转动圈数计算所述探头（2）所在位置处的孔深；
在所述探头（2）下降到下一个孔深的情况下，使所述检测主机（1），获取四个所述激光测距仪检测到的所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离，获取所述加速度计检测到的取所述探头（2）的加速度数据，并获取所述陀螺仪检测到的陀螺仪数据；
使所述检测主机（1），根据所述探头（2）的不同方位上与所述灌注桩干成孔的孔壁的距离、以及所述探头（2）的加速度数据计算所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度，根据所述陀螺仪数据计算所述当前孔深处所述灌注桩干成孔的孔径；
使所述检测主机（1），将所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的垂直度与所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的设计垂直度进行对比，并将所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的孔径与所述下一个孔深处所述灌注桩干成孔的设计孔径进行对比，以实现对所述灌注桩干成孔在所述下一个孔深处的垂直度和孔径的质量检测；
以此循环，直至实现对所述灌注桩干成孔在最后孔深处的垂直度和孔径的质量检测，以此，实现对所述灌注桩干成孔的所有孔深处的垂直度和孔径的检测，即实现对所述灌注桩干成孔的质量检测；所述最后孔深处，包含所述灌注桩干成孔的底部处。
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