CN117419696A - 一种检测灌注桩桩孔异常的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测灌注桩桩孔异常的方法，步骤为：将吊绳收卷在卷扬机上，吊绳连接吊坠；在吊坠上安装有陀螺仪、双轴倾角传感器和多个超声波传感器，吊绳倾角传感器安装在卷扬机上；控制卷扬机逐渐放卷，吊坠上的超声波传感器对桩孔的周壁进行检测，双轴倾角传感器和吊绳倾角传感器分别对吊绳下端和吊绳上端的倾角进行监测；将所监测的数据进行计算，得到桩孔的孔壁破损、溶洞情况及桩孔的垂直度情况；对桩孔不同深度进行检测，直至吊坠释放至桩孔孔底为止。本发明准确地得知桩孔的具体内部情况，以便后续对桩孔的处理及接下来的施工作业，达到提高工作效率、降低灌注桩桩孔的检测难度的效果。本发明适用于钻孔灌注桩桩孔检测的技术领域。

Description

一种检测灌注桩桩孔异常的方法
技术领域
本发明属于钻孔灌注桩桩孔检测的技术领域，具体地说，涉及一种检测灌注桩桩孔异常的方法。
背景技术
在灌注桩进行钻孔作业后，无法得知灌注桩桩孔内部情况。这样使得在下放钢筋笼的过程中，由于桩孔的异常情况，而造成钢筋笼无法顺利下放的问题，或者下放过程中，钢筋笼出现损坏、变形等问题。在实际的施工中，桩孔坍缩是较为常见的现象，由于桩孔坍缩无法直观的检测出来，这样，会对后续的施工带来麻烦。更严重的情况为，桩孔与地下溶洞等空间连通，致使混凝土浇筑过程中，无法灌满桩孔，浪费大量的混凝土，且无法达到灌注成桩的目的。因此，亟需一种检测灌注桩桩孔异常的方法，用以准确地得知桩孔的具体内部情况，以便后续对桩孔的处理及接下来的施工作业，同时达到提高工作效率、降低灌注桩桩孔的检测难度的效果。
发明内容
本发明提供一种检测灌注桩桩孔异常的方法，用以准确地得知桩孔的具体内部情况，以便后续对桩孔的处理及接下来的施工作业，同时达到提高工作效率、降低灌注桩桩孔的检测难度的效果。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种检测灌注桩桩孔异常的方法，包括如下步骤：
S1、将吊绳收卷在卷扬机上，并在吊绳的自由端连接有吊坠，卷扬机安装在吊架上；
S2、在吊坠上安装有陀螺仪、双轴倾角传感器及多个超声波传感器，这些超声波传感器沿吊坠的周向均匀设置，吊绳倾角传感器安装在卷扬机上；
S3、调整吊架的姿态，使得吊坠位于桩孔的轴线位置处；
S4、控制卷扬机对吊绳进行逐渐放卷，吊坠逐渐下放，吊坠上的超声波传感器对桩孔的周壁进行检测，双轴倾角传感器和吊绳倾角传感器分别对吊绳下端和吊绳上端的倾角进行监测，陀螺仪测得旋转角度；
S5、将所监测的数据进行计算，得到桩孔的孔壁破损、溶洞情况及吊绳的垂直度情况；
S6、随着吊坠的下放，对桩孔不同深度进行检测，直至吊坠释放至桩孔孔底为止；
S7、当检测完毕后，控制卷扬机对吊绳进行收卷。
进一步的，在步骤S5中，
①.以桩孔井口中心点O为原点建立坐标系，得到吊绳末端所在位置坐标为(xji，yji，hj)；
②.以吊绳末端O1'点为原点建立x”O1'y”直角坐标系，根据超声波传感器的监测结果得出扫描点在x”O1'y”直角坐标系中的坐标Mi(xji”,yji”)；
③.把x”O1'y”直角坐标系的坐标Mi(xji”,yji”)转换为与xo1y坐标轴平行的x'O1'y'坐标系内的坐标Mi'(xji',yji')；
④.再把x'O1'y'直角坐标系坐标Mji'(xji',yji')转换为与xo1y坐标系内的坐标Mji”(xji,yji)；
⑤.经计算得扫描点到轴线上的点O1的距离为dji。
进一步的，在步骤S5中，在扫描点的坐标为Mji”(xji,yji,hj)时，取得最大值两点坐标为和/>桩桩孔的桩径最大偏差计算公式为：
将此公式计算所得的结果与允许值进行对比；
其中，max[Δdji]为破损的最大深度，为破损的最大尺寸。
进一步的，桩径偏差为Δdji＝dji-r，其中，dji为扫描点到轴线上的点O1的距离，O1为桩孔中轴线与吊绳末端位于同一水平面上的点，r为桩径设计半径，扫描点到轴线上的点O1的距离为dji，
进一步的，所述吊绳倾角传感器安装于导轮式倾角检测机构上，所述导轮式倾角检测机构包括两侧通过轴杆与安装座转动连接的活动座，安装座安装于卷扬机上，于所述活动座上连接有两根装配杆，两所述装配杆并排设置，于两装配杆上分别活动连接有导轮，两所述导轮并排设置，且两导轮的同侧端部转动连接于连接板上，吊绳倾角传感器安装于连接板上。
进一步的，吊绳垂直度偏差的计算公式为，
在hi＝h1取xo1y坐标系内扫描点Mi”(x1i,y1i)，再取与之共线的扫描点Mi1”(x1i',y1i')，则两点中点坐标为同理在hi＝h2两点中点坐标有则在Mi”Mi1”方向垂直度V为：
进一步的，在吊坠的底部还设置有一个超声波传感器，并用于监测吊坠距离桩孔孔底的距离。
本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明将吊架固定在灌注桩桩孔的上端口处，并且将吊绳沿桩孔的中心线下放，陀螺仪和超声波传感器同步进行数据监测；由于下放过程中，除了吊坠发生竖向位移以外，吊坠受到桩孔内水体、空气等影响，吊坠下放的越多，其摆动的频率及幅度越大，因此吊绳倾角传感器对吊绳的倾角进行检测，在得到下放深度时，也可以得到吊绳的倾角值，根据吊坠的双轴倾角传感器所测得的倾角值，可以分析不同方位的桩孔的倾斜值，通过上述的两个倾角值进行计算，得到垂直度偏差，以便于修正；由于在下放的初始，吊绳在桩孔口的部位与桩孔的中心线重合，当吊绳发生倾斜时，可以探测到桩孔的孔径变化及桩孔的倾斜度，并根据所测得的数据进行计算、分析，进而得知所测取的桩孔位置处的情况，即得到桩孔的孔壁破损、溶洞情况；之后，施工人员可根据上述结果来对桩孔进行相应的处理，进而确保钢筋笼的释放及混凝土浇筑的顺利进行；综上可知，本发明能够准确地得知桩孔的具体内部情况，并且精确地检测桩孔直径和垂直度，以便后续对桩孔的处理及接下来的施工作业。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例卷扬机、吊架、导轮式倾角检测机构、吊绳及吊坠连接的结构示意图；
图2为本发明实施例导轮式倾角检测机构与卷扬机连接的结构示意图；
图3为本发明实施例导轮式倾角检测机构去除吊绳倾角传感器后的结构示意图；
图4为为本发明实施例吊绳处于倾斜状态时所建立的三维坐标系的示意图；
图5为本发明实施例超声波传感器监测的原理图；
图6为本发明实施例吊坠式检测机构在深度hj时单个超声波传感器的扫描图；
图7为本发明实施例坐标系转换的示意图。
标注部件：1-卷扬机，2-传动轴，3-从动轮，4-驱动电机，5-传动带，6-导轮式倾角检测机构，601-活动座，602-轴杆，603-限制螺母，604-装配杆，605-导轮，606-连接板，7-吊绳，8-吊坠，9-吊架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种检测灌注桩桩孔异常的方法，如图1、5所示，包括如下步骤：
S1、将吊绳7收卷在卷扬机1上，并在吊绳7的自由端连接有吊坠8，卷扬机1安装在吊架9上；
S2、在吊坠8上安装有陀螺仪、双轴倾角传感器及多个超声波传感器，这些超声波传感器沿吊坠8的周向均匀设置，吊绳倾角传感器安装在卷扬机1上；
S3、调整吊架9的姿态，使得吊坠8位于桩孔的轴线位置处；
S4、控制卷扬机1对吊绳7进行逐渐放卷，吊坠8逐渐下放，吊坠8上的超声波传感器对桩孔的周壁进行检测，双轴倾角传感器和吊绳倾角传感器分别对吊绳7下端和吊绳7上端的倾角进行监测，陀螺仪测得旋转角度；
S5、将所监测的数据进行计算，得到桩孔的孔壁破损、溶洞情况及吊绳7的垂直度情况；
S6、随着吊坠8的下放，对桩孔不同深度进行检测，直至吊坠8释放至桩孔孔底为止；
S7、当检测完毕后，控制卷扬机1对吊绳7进行收卷。
本发明的工作原理及优势在于：本发明将吊架9固定在灌注桩桩孔的上端口处，并且将吊绳7沿桩孔的中心线下放，陀螺仪和超声波传感器同步进行数据监测；由于下放过程中，除了吊坠8发生竖向位移以外，吊坠8受到桩孔内水体、空气等影响，吊坠8下放的越多，其摆动的频率及幅度越大，因此吊绳倾角传感器对吊绳7的倾角进行检测，在得到下放深度时，也可以得到吊绳7的倾角值，根据吊坠8的双轴倾角传感器所测得的倾角值，可以分析不同方位的桩孔的倾斜值，通过上述的两个倾角值进行计算，得到垂直度偏差，以便于修正；由于在下放的初始，吊绳7在桩孔口的部位与桩孔的中心线重合，当吊绳7发生倾斜时，可以探测到桩孔的孔径变化及桩孔的倾斜度，并根据所测得的数据进行计算、分析，进而得知所测取的桩孔位置处的情况，即得到桩孔的孔壁破损、溶洞情况；之后，施工人员可根据上述结果来对桩孔进行相应的处理，进而确保钢筋笼的释放及混凝土浇筑的顺利进行；综上可知，本发明能够准确地得知桩孔的具体内部情况，以便后续对桩孔的处理及接下来的施工作业，提高了工作效率，降低了灌注桩桩孔的检测难度。
本发明钻孔灌注桩桩孔尺寸异常的算法如下：
如图4所示，以桩孔井口中心点O为原点建立坐标系，吊绳7伸入桩孔的长度为为Li，中轴线OO1，吊绳7与中轴线夹角为θj，吊绳7在zox面投影与x轴夹角αji，吊绳7在zoy面投影与y轴夹角βji，其中，θj夹角为吊绳倾角传感器所测得的数值，αji、βji夹角为双轴倾角传感器所测得的数值。则探测点距离钻孔灌注桩桩孔口深度为
hj＝Ljcosθj
吊绳7末端所在平面xo1y面，通过数学几何可得到吊绳7末端在xo1y上的坐标为M(xji，yji)，j为深度hj中的j标号，其中，
综上所述，可得到吊绳7末端所在位置坐标为(xji，yji，hj)
如图5所示，超声波传感器到孔壁的间距是lji，测得声波在路径lji上的往返传播时间为tji，假如泥浆的声波速度为v，则
以吊绳7末端O1'点为原点建立x”O1'y”直角坐标系，如图6所示，根据超声波传感器的监测结果得到扫描点Mji与x”O1'y”直角坐标系原点O1'连线MP与O1'x”轴的夹角εji，则扫描点在x”O1'y”直角坐标系中的坐标为：
xji”＝ljicosεji
yji”＝ljisinεji
再把x”O1'y”直角坐标系坐标Mi(xji”,yji”)转换为与xo1y坐标轴平行的x'O1'y'坐标系内的坐标。本发明的陀螺仪(单轴高精度旋转角度传感器)，旋转角记为δji并由陀螺仪测得坐标系旋转角度。
设原点为O1'，点M(xji”,yji”)绕原点逆时针旋转角度δ后得到点Mi'(xji',yji')，则有以下公式：
xji'＝xji”cos(-δji)-yji”sin(-δji)
yi'＝xji”sin(-δji)+yji”cos(-δji)
其中，cos(-δji)和sin(-δji)分别表示角度-δji的余弦和正弦值。
如图7所示，再把x'O1'y'直角坐标系坐标Mji'(xji',yji')转换为与xo1y坐标系内的坐标Mji”(xji,yji)，j为hj的j标号。
xji＝xji'+xji
yji＝yji'+yji
则扫描点到轴线上的点O1的距离为dji
桩径偏差为：
Δdji＝dji-r
式中：r为桩径设计半径。
桩孔孔壁破损、溶洞检查：
如果Δdji＝dji-r≥ΔD(ΔD为允许偏差值)，则此处桩孔孔壁有破损或溶洞。记录此时扫描点的坐标为Mji”(xji,yji,hj)，此时破损最大深度为max[Δdji]，破损最大尺寸为两点间的最大值即/>
若取得最大值两点坐标为和/>则
根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008中表6.2.4灌注桩成孔施工允许偏差对桩径偏差要求核对实际偏差是否符合规范要求。
注：①桩径允许偏差的负值是指个别断面；
②H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离；d为设计桩径。
吊绳7垂直度偏差的计算方法为：在hi＝h1取xo1y坐标系内扫描点Mi”(x1i,y1i)，再取与之共线的扫描点Mi1”(x1i',y1i')，则两点中点坐标为同理在hi＝h2两点中点坐标有/>则在Mi”Mi1”方向垂直度V为：
例如：深度为hj的x轴正方向坐标My＝0(xj1,0)、x轴负方向坐标My＝0(xj2,0)，My＝0(xj1,0)、My＝0(xj2,0)的中点坐标为
中点与轴线距离为：
作为本发明一个优选的实施例，如图2、3所示，吊绳倾角传感器安装在导轮式倾角检测机构6上。其中，导轮式倾角检测机构6包括活动座601、连接板606、吊绳倾角传感器、两根装配杆604及两个导轮605。其中，活动座601的两个相对侧分别通过轴杆602与吊架9转动连接，在每根轴杆602上螺纹连接有限制螺母603，限制螺母603的作用是便于活动座601与吊架9的拆装，而且限制螺母603不会阻碍活动座601在吊架9上沿轴杆602自由转动。本实施例的两根装配杆604连接在活动座601上，这两根装配杆604并排设置，两个导轮605分别活动安装在两根装配杆604上，这两个导轮605并排设置，并且每个导轮605可沿相对应的装配杆604的轴线转动，也可沿装配杆604的轴向滑动。本实施例的连接板606连接在两个导轮605的同侧端部，两个导轮605均与连接板606转动连接，在导轮605沿装配杆604的轴线滑动时，导轮605可带动连接板606一同滑动，吊绳倾角传感器安装在连接板606上。本实施例的工作原理及优势在于：本实施例由于吊绳7通过两个导轮605之间的间隙而伸入到桩孔内，这样，在吊绳7发生倾斜时，吊绳7会直接与导轮605接触，使之导轮605发生沿装配杆604的轴线滑动和/或活动座601沿轴杆602产生一定角度的转动，进而使得吊绳倾角传感器使之运动，并因此检测出吊绳7的倾斜度，从而便于计算，并实现对吊绳7的垂直度修正的目的。
作为本发明一个优选的实施例，如图2所示，卷扬机1包括卷扬筒和驱动电机4，其中，卷扬筒同轴连接有传动轴2，该传动轴2与吊架9转动连接，吊绳7收卷在卷扬筒上。本实施例在传动轴2上装配有从动轮3，在安装座上连接有固定板，驱动电机4安装在固定板上，在驱动电机4的输出轴上装配有主动轮，该主动轮和传动轮经传动带5传动连接。本实施例通过控制驱动电机4动作，使其驱动卷扬筒正转或者反转，进而实现对吊绳7的放卷或者收卷。
作为本发明一个优选的实施例，为了避免吊坠8与桩孔孔底直接接触，而造成损坏吊坠8上的各个传感器的事故，所采取的措施为，在吊坠8的底部还设置有一个超声波传感器，该超声波传感器用于监测吊坠8距离桩孔孔底的距离。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将吊绳收卷在卷扬机上，并在吊绳的自由端连接有吊坠，卷扬机安装在吊架上；
S2、在吊坠上安装有陀螺仪、双轴倾角传感器及多个超声波传感器，这些超声波传感器沿吊坠的周向均匀设置，吊绳倾角传感器安装在卷扬机上；
S3、调整吊架的姿态，使得吊坠位于桩孔的轴线位置处；
S4、控制卷扬机对吊绳进行逐渐放卷，吊坠逐渐下放，吊坠上的超声波传感器对桩孔的周壁进行检测，双轴倾角传感器和吊绳倾角传感器分别对吊绳下端和吊绳上端的倾角进行监测，陀螺仪测得旋转角度；
S5、将所监测的数据进行计算，得到桩孔的孔壁破损、溶洞情况及吊绳垂直度情况；
S6、随着吊坠的下放，对桩孔不同深度进行检测，直至吊坠释放至桩孔孔底为止；
S7、当检测完毕后，控制卷扬机对吊绳进行收卷。
2.根据权利要求1所述的一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于：在步骤S5中，
①.以桩孔井口中心点O为原点建立坐标系，得到吊绳末端所在位置坐标为(xji，yji，hj)；
②.以吊绳末端O1'点为原点建立x”O1'y”直角坐标系，根据超声波传感器的监测结果得出扫描点在x”O1'y”直角坐标系中的坐标Mi(xji”,yji”)；
③.把x”O1'y”直角坐标系的坐标Mi(xji”,yji”)转换为与xo1y坐标轴平行的x'O1'y'坐标系内的坐标Mi'(xji',yji')；
④.再把x'O1'y'直角坐标系坐标Mji'(xji',yji')转换为与xo1y坐标系内的坐标Mji”(xji,yji)；
⑤.经计算得扫描点到轴线上的点O1的距离为dji。
3.根据权利要求2所述的一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于：在步骤S5中，在扫描点的坐标为Mji”(xji,yji,hj)时，取得最大值两点坐标为和桩桩孔的桩径最大偏差计算公式为：
将此公式计算所得的结果与允许值进行对比；
其中，max[Δdji]为破损的最大深度，为破损的最大尺寸。
4.根据权利要求3所述的一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于：桩径偏差为Δdji＝dji-r，其中，dji为扫描点到轴线上的点O1的距离，O1为桩孔中轴线与吊绳末端位于同一水平面上的点，r为桩径设计半径，扫描点到轴线上的点O1的距离为dji，
5.根据权利要求1所述的一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于：所述吊绳倾角传感器安装于导轮式倾角检测机构上，所述导轮式倾角检测机构包括两侧通过轴杆与安装座转动连接的活动座，安装座安装于卷扬机上，于所述活动座上连接有两根装配杆，两所述装配杆并排设置，于两装配杆上分别活动连接有导轮，两所述导轮并排设置，且两导轮的同侧端部转动连接于连接板上，吊绳倾角传感器安装于连接板上。
6.根据权利要求2所述的一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于：吊绳垂直度偏差的计算公式为，
在hi＝h1取xo1y坐标系内扫描点Mi”(x1i,y1i)，再取与之共线的扫描点Mi1”(x1i',y1i')，则两点中点坐标为同理在hi＝h2两点中点坐标有/>则在Mi”Mi1”方向垂直度V为：
7.根据权利要求1所述的一种检测灌注桩桩孔异常的方法，其特征在于：在吊坠的底部还设置有一个超声波传感器，并用于监测吊坠距离桩孔孔底的距离。
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