CN117662120A - 基桩钻芯过程检测数据测斜方法以及设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钻孔测量技术领域，尤其涉及基桩钻芯过程检测数据测斜方法以及设备，进行基桩钻孔取芯，确定钻芯孔数、钻孔位置和钻探深度；检查设备，按照规定，选择相应的钻具和钻头以及安装测斜钻杆；根据钻孔位置和钻探深度，进行钻孔取芯；位于测斜钻杆中的测斜模块进行初始化，进行钻孔；测斜模块实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端。采用上述方案，安装于测斜钻杆中的测斜模块通过实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端，能够改善基桩钻孔测斜设备通常是静态测量，只能提供瞬时的倾斜数据，并不能实时监测倾斜的变化趋势的问题。

Description

基桩钻芯过程检测数据测斜方法以及设备

技术领域

本申请涉及钻孔测量技术领域，尤其涉及基桩钻芯过程检测数据测斜方法以及设备。

背景技术

基桩钻孔是一种施工方法，用于在土壤或岩石中钻孔并安装钢筋混凝土桩。这种方法通常用于建筑物、桥梁、码头等工程的基础施工中。

基桩钻孔的步骤通常包括以下几个方面：

1.前期准备：确定桩的位置和数量，并检查施工现场的地质情况和环境条件。

2.钻孔设备准备：选择合适的钻机和钻头，并进行安装和调试。

3.钻孔施工：将钻机移动到目标位置，并开始进行钻孔；钻孔的深度和直径根据设计要求确定。

4.钻孔过程中，要不断排除土屑和水泥浆，以确保钻孔进展顺利。

5.钻孔完成后，根据需要，可以进行清孔和灌浆等工序，以增加桩的稳定性和承载力。

6.完成钻孔后，可以将钢筋混凝土灌注到孔中，形成基桩。

现有基桩钻孔测斜设备通常是静态测量，只能提供瞬时的倾斜数据，并不能实时监测倾斜的变化趋势；而且过于依赖人工操作，如果操作人员经验不足或不熟悉设备的使用，可能会导致数据误差或不准确；还有，只能测量特定范围内的倾斜情况；若基桩超出设备的测量范围，就无法准确测量其倾斜情况。

发明内容

为了改善基桩钻孔测斜设备通常是静态测量，只能提供瞬时的倾斜数据，并不能实时监测倾斜的变化趋势的问题，本申请提供基桩钻芯过程检测数据测斜方法以及设备。

第一方面，本申请提供一种基桩钻芯过程检测数据测斜方法以及设备，采用如下的技术方案：

包括，

进行基桩钻孔取芯，确定钻芯孔数、钻孔位置和钻探深度；

检查设备，按照规定，选择相应的钻具和钻头以及安装测斜钻杆；

根据钻孔位置和钻探深度，进行钻孔取芯；

位于测斜钻杆中的测斜模块进行初始化，进行钻孔；

测斜模块实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端。

通过采用上述技术方案，安装于测斜钻杆中的测斜模块通过实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端，能够改善基桩钻孔测斜设备通常是静态测量，只能提供瞬时的倾斜数据，并不能实时监测倾斜的变化趋势的问题；另外，通过实时地获取测斜钻杆的姿态数据，能够及时地进行调整和控制钻头的钻进方向，以确保钻孔的质量和稳定性；还能够减少测斜钻杆在钻孔过程中产生的横向摆动或摇晃，减少对钻孔造成不必要的振动和影响。

可选的，进行基桩钻孔取芯前，需要根据动力锥贯入仪测试路基路面CBR方法，检测基桩的承载能力和强度；

基于CBR值的测量结果，判断基桩的承载能力和强度是否符合当地的规范和标准；

若符合，则不需要进行基桩钻孔取芯检测；

若不符合，进行基桩钻孔取芯检测。

通过采用上述技术方案，利用动力锥贯入仪测试路基路面CBR方法能够获取有关路基路面材料承载能力和强度的关键信息，以确保道路的安全性和耐久性，以及作为是否需要进行基桩钻孔取芯检测的一个参考数据规范和标准。

可选的，正常钻进时，对混凝土和岩石每回次进尺宜控制在1.0-1.5m内；对有粘结强度的复合地基增强体、水泥土墙和土层每回次进尺宜控制在0.7-1.2m内；

且所述测斜模块实时反馈所述姿态数据，工作人员每回次进尺根据所述姿态数据可及时调整所述钻头的钻进方向。

通过采用上述技术方案，正常钻进时，根据不同的基桩体，改变每回次进尺的长度，并结合姿态数据及时调整钻头的钻进方向，从而提高钻孔的准确性和稳定性。

可选的，所述姿态数据包括钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据；

通过获取钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据，并实时地反馈至显示终端，工作人员可快速地根据数据了解钻头的下钻状态，及时调整钻头的钻进方向，确保钻孔的质量和稳定性。

通过采用上述技术方案，获取钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据，能够及时调整钻头的钻进方向的同时，还能够详细的显示钻头的位置状态，能够更为直观的观察了解钻头，从而减少钻孔的弯曲和偏移、保持良好的垂直度和较好的水平度。

可选的，所述姿态数据根据以下方式获取：

把井眼轴线视为由很多直线段组成，即两测点间的测段为一条直线，直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和方向

假设测段为一直线，其方向的井斜角和方位角分别为上、下两测点的平均井斜角和平均方位角；公式如下：

ΔH＝ΔL cosα_c，ΔL_P＝ΔL sinα_c，式中/>

一些情况的考虑:

在上下两测点中，若上测点的井斜角L₁＝0，则A_C＝a₂；

在上下两测点中，若下测点的井斜角L₂＝0，则A_C＝a₁；

L方位角选用圆周方位，即0-360°，ΔEAST为负值式表示“西”；ΔNORTH为负值时表示“南”，L如果|a₂-a₁|>180°时，要判断器平均方位：其表达式为：

依据上述公式，获得测斜钻杆的姿态数据。

通过采用上述技术方案，能够获得测斜钻杆的姿态数据，反映钻头的斜度数据，从而判断钻孔是否垂直，并及时进行钻进方向的校正。

可选的，钻孔取芯过程中，蓝牙单元调度多个磁场传感器实时采集测斜钻杆的姿态数据；

获取的姿态数据，通过蓝牙通信的方式传递至显示终端或外部管理模块通信。

通过采用上述技术方案，于测斜钻杆中设置测斜模块，测斜模块中的蓝牙单元通过调度多个磁场传感器实时采集测斜钻杆的姿态数据，并通过蓝牙通信的方式传递至显示终端或外部管理模块通信；利用无线性、低功耗、兼容性强、简单易用和短距离传输的特性，能够提高显示终端或外部管理模块通信与测斜模块之间的连接方便性、灵活性和可靠性，减少测斜钻杆的姿态数据未能及时反馈，无法及时监测钻头的钻进方向。

可选的，磁场传感器通过检测电路单元所处的方向，以供蓝牙单元获取电路单元所处的方向数据。

通过采用上述技术方案，利用磁场传感器具有非接触性、宽测量范围、高精度、高灵敏度、快速响应和高可靠性的特性，能够实时并快速地反馈测斜钻杆中的电路单元所处的方向，以供陀螺仪检测电路单元的姿态，从而减少因数据反馈慢所带来的钻头偏移、钻孔的垂直度偏差过大的问题出现。

可选的，蓝牙单元根据磁场传感器与陀螺仪所采集的数据配合获得测斜钻杆的姿态数据，并将姿态数据实时储存于存储器中。

通过采用上述技术方案，蓝牙单元结合磁场传感器与陀螺仪所采集的数据，快速地获得测斜钻杆的姿态数据，以供工作人员及时地调整钻头的钻进方向，从而获得良好的钻孔垂直度；其中，利用陀螺仪具有高精度、快速响应、稳定性、小型化和低功耗的特性，再配合蓝牙单元和磁场传感器的快速响应、高稳定性、小型化等优点，能够实现高精度检测，获得高精度的测斜钻杆的姿态数据，从而确保钻孔的质量和稳定性。

第二方面，本申请提供一种基桩钻芯过程检测数据测斜设备，采用如下的技术方案：包括测斜模块，所述测斜模块用于获取测斜钻杆的姿态数据以及将姿态数据实时反馈至显示终端；测斜钻杆，所述测斜钻杆的两端分别与钻具和钻头，测斜钻杆用于连接钻具和钻头以及为测斜模块提供工作区。

可选的，所述测斜钻杆包括

第一连接部件；

第二连接部件，所述第二连接部件的一端与第一连接部件螺纹连接；

导通部件，所述导通部件的两端分别插接于第一连接部件、第二连接部件，且所述第一连接部件、第二连接部件包裹导通部件；

所述测斜模块安装于所述导通部件的外表面上；

所述第一连接部件、第二连接部件和导通部件分别具有过水通道，且所述过水通道分别连通；所述导通部件的两端和第二连接部件与第一连接部件连接处分别套接于密封部件。

通过采用上述技术方案，组装时，将测斜模块安装于导通部件的表面上，再将导通部件的一端插接于第一连接部件，再将第二连接部件的一端旋进第一连接部件，且导通部件的另一端逐渐地插入第二连接部件，直至第二连接部件旋紧，完成测斜设备的组装；通过在钻杆上设置测斜模块，能够及时并准确的获取钻杆的姿态数据，从而确保钻孔的质量和稳定性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.通过在测斜钻杆中设置测斜模块，安装于测斜钻杆中的测斜模块通过实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端，能够改善基桩钻孔测斜设备通常是静态测量，只能提供瞬时的倾斜数据，并不能实时监测倾斜的变化趋势的问题；另外，通过实时地获取测斜钻杆的姿态数据，能够及时地进行调整和控制钻头的钻进方向，以确保钻孔的质量和稳定性；还能够减少测斜钻杆在钻孔过程中产生的横向摆动或摇晃，减少对钻孔造成不必要的振动和影响。

2.正常钻进时，根据不同的基桩体，改变每回次进尺的长度，并结合姿态数据及时调整钻头的钻进方向，从而提高钻孔的准确性和稳定性。

3.于测斜钻杆中设置测斜模块，测斜模块中的蓝牙单元通过调度多个磁场传感器实时采集测斜钻杆的姿态数据，并通过蓝牙通信的方式传递至显示终端或外部管理模块通信；利用无线性、低功耗、兼容性强、简单易用和短距离传输的特性，能够提高显示终端或外部管理模块通信与测斜模块之间的连接方便性、灵活性和可靠性，减少测斜钻杆的姿态数据未能及时反馈，无法及时监测钻头的钻进方向。

4.利用磁场传感器具有非接触性、宽测量范围、高精度、高灵敏度、快速响应和高可靠性的特性，能够实时并快速地反馈测斜钻杆中的电路单元所处的方向，以供陀螺仪检测电路单元的姿态，从而减少因数据反馈慢所带来的钻头偏移、钻孔的垂直度偏差过大的问题出现。

5.蓝牙单元结合磁场传感器与陀螺仪所采集的数据，快速地获得测斜钻杆的姿态数据，以供工作人员及时地调整钻头的钻进方向，从而获得良好的钻孔垂直度；其中，利用陀螺仪具有高精度、快速响应、稳定性、小型化和低功耗的特性，再配合蓝牙单元和磁场传感器的快速响应、高稳定性、小型化等优点，能够实现高精度检测，获得高精度的测斜钻杆的姿态数据，从而确保钻孔的质量和稳定性。

附图说明

图1是本申请一种基桩钻芯过程检测数据测斜设备的爆炸视图。

附图标记说明：

1、第一连接部件；2、导通部件；3、第二连接部件；4、充电线圈；5、锂电池；6、电路板；7、过水通道；8、密封部件。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

第一方面，本申请实施例公开一种基桩钻芯过程检测数据测斜方法，包括进行基桩钻孔取芯，确定钻芯孔数、钻孔位置和钻探深度；

检查设备，按照规定，选择相应的钻具和钻头以及安装测斜钻杆；根据钻孔位置和钻探深度，进行钻孔取芯；

位于测斜钻杆中的测斜模块进行初始化，进行钻孔；

测斜模块实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端。

具体地，进行基桩钻孔取芯前，需要根据动力锥贯入仪测试路基路面CBR方法，检测基桩的承载能力和强度；

基于CBR值的测量结果，判断基桩的承载能力和强度是否符合当地的规范和标准；若符合，则不需要进行基桩钻孔取芯检测；若不符合，进行基桩钻孔取芯检测；利用动力锥贯入仪测试路基路面CBR方法能够获取有关路基路面材料承载能力和强度的关键信息，以确保道路的安全性和耐久性，以及作为是否需要进行基桩钻孔取芯检测的一个参考数据规范和标准。

具体地，姿态数据包括钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据；通过获取钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据，并实时地反馈至显示终端，工作人员可快速地根据数据了解钻头的下钻状态，及时调整钻头的钻进方向，确保钻孔的质量和稳定性。

姿态数据根据以下方式获取：

把井眼轴线视为由很多直线段组成，即两测点间的测段为一条直线，直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和方向

基本假设测段为一直线，其方向的井斜角和方位角分别为上、下两测点的平均井斜角和平均方位角；公式如下：

ΔH＝ΔL cosα_c，ΔL_P＝ΔL sinα_c，式中/>

特殊情况的考虑:

在上下两测点中，若上测点的井斜角L₁＝0，则A_C＝a₂；

在上下两测点中，若下测点的井斜角L₂＝0，则A_C＝a₁；

L方位角选用圆周方位，即0-360°，ΔEAST为负值式表示“西”；ΔNORTH为负值时表示“南”，L如果|a₂-a₁|>180°时，要判断器平均方位：其表达式为：

依据上述公式，获得测斜钻杆的姿态数据，上述计算方式为平均角法。

具体地，测斜模块具体为电路板，电路板包括蓝牙单元、电路单元、陀螺仪和磁场传感器，蓝牙单元用于调度各传感器实现测斜钻杆姿态的采集，并通过蓝牙通信的方式传递至显示终端或外部管理模块通信；磁场传感器用于检测测斜钻杆中电路单元所处的方向；陀螺仪用于检测电路单元的姿态；蓝牙单元根据磁场传感器与陀螺仪所采集的数据配合获得测斜钻杆的姿态数据，向显示终端或外部管理模块通信传输同时，将姿态数据实时储存于存储器中。

进一步地，正常钻进时，对混凝土和岩石每回次进尺宜控制在1.0-1.5m内；对有粘结强度的复合地基增强体、水泥土墙和土层每回次进尺宜控制在0.7-1.2m内；根据不同的基桩体，改变每回次进尺的长度，并结合姿态数据及时调整钻头的钻进方向，从而提高钻孔的准确性和稳定性。

第二方面，本实施例公开一种基桩钻芯过程检测数据测斜设备，参见图1，包括测斜模块和测斜钻杆；测斜模块用于获取测斜钻杆的姿态数据以及将姿态数据实时反馈至显示终端；测斜钻杆的两端分别与钻具和钻头连接，测斜钻杆用于连接钻具和钻头以及为测斜模块提供工作区。

参见图1，测斜钻杆包括第一连接部件1、第二连接部件3和导通部件2；第二连接部件3的一端与第一连接部件1螺纹连接；导通部件2的两端分别插接于第一连接部件1、第二连接部件3。

参见图1，进一步地，第一连接部件1、第二连接部件3包裹导通部件2；测斜模块安装于导通部件2的外壁上；第一连接部件1、第二连接部件3和导通部件2分别具有过水通道7，且过水通道7分别连通；导通部件2的两端和第二连接部件3与第一连接部件1连接处分别套接于密封部件8。

参见图1，具体地，第一连接部件1包括上接手，上接手的一端与钻具连接；第二连接部件3包括下接手，下接手一端于上接手螺纹连接，另一端与钻头连接；导通部件2包括内导管，内导管的两端分别插接于上接手和下接手；密封部件8包括硅胶密封圈，硅胶密封圈分别套接于内导管的两端，以及下接手与上接手螺纹连接处；过水通道7具体为分别开设于上接手、下接手和内导管上的管孔。

参见图1，具体地，上接手和下接手均采用P580无磁钢制作，防止磁性物资对内部磁场传感器和陀螺仪产生干扰；上接手和下接手之间采用圆柱螺纹连接，并通过硅胶密封圈密封，防止外部水流进入。

参见图1，电路单元采用锂电池5供电，为解决密封在上下接手内部模块的充电问题，内导管采用PVC材料制成。电路单元通过紧贴在内导管上的电磁线圈来实现无线充电。充电时只需将无线充电棒伸入到内导管内部即可为设备充电。

本申请的一种基桩钻芯过程检测数据测斜设备的工作原理如下：

将测斜钻杆的第一连接部件1、第二连接部件3分别与钻具、钻头连接，进行基桩钻孔取芯，启动设备，将水从过水通道7灌入，到达测斜钻杆和钻头处，测斜模块实时地检测测斜钻杆的运转姿态，并实时反馈至显示终端或外部管理模块通信；水流从过水通道7流至钻头，钻头转动带动钻杆震动，水流也跟随震动，测斜模块中的陀螺仪通过检测水流的震动状态，进而判断钻头的钻入方向是否偏移处，从而获得姿态数据；另外，钻头和钻杆工作过程中会产生热量，水流的存在还能够为其降温。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：包括，

进行基桩钻孔取芯，确定钻芯孔数、钻孔位置和钻探深度；

检查设备，按照规定，选择相应的钻具和钻头以及安装测斜钻杆；

根据钻孔位置和钻探深度，进行钻孔取芯；

位于测斜钻杆中的测斜模块进行初始化，进行钻孔；

测斜模块实时获取测斜钻杆的姿态数据，并实时地将姿态数据反馈至显示终端。

2.根据权利要求1所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：进行基桩钻孔取芯前，需要根据动力锥贯入仪测试路基路面CBR方法，检测基桩的承载能力和强度；

基于CBR值的测量结果，判断基桩的承载能力和强度是否符合当地的规范和标准；

若符合，则不需要进行基桩钻孔取芯检测；

若不符合，进行基桩钻孔取芯检测。

3.根据权利要求1所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：正常钻进时，对混凝土和岩石每回次进尺宜控制在1.0-1.5m内；对有粘结强度的复合地基增强体、水泥土墙和土层每回次进尺宜控制在0.7-1.2m内；

且所述测斜模块实时反馈所述姿态数据，工作人员每回次进尺根据所述姿态数据可及时调整所述钻头的钻进方向。

4.根据权利要求1所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：所述姿态数据包括钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据；

通过获取钻头的水平度、垂直度、旋转角度和偏转角数据，并实时地反馈至显示终端，工作人员可快速地根据数据了解钻头的下钻状态，及时调整钻头的钻进方向，确保钻孔的质量和稳定性。

5.根据权利要求1所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：所述姿态数据根据以下方式获取：

把井眼轴线视为由很多直线段组成，即两测点间的测段为一条直线，直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和方向

假设测段为一直线，其方向的井斜角和方位角分别为上、下两测点的平均井斜角和平均方位角；公式如下：

ΔH＝ΔL cosα_c，ΔL_P＝ΔL sinα_c，式中

一些情况的考虑:

在上下两测点中，若上测点的井斜角L₁＝0，则A_C＝a₂；

在上下两测点中，若下测点的井斜角L₂＝0，则A_C＝a₁；

L方位角选用圆周方位，即0-360°，ΔEAST为负值式表示“西”；ΔNORTH为负值时表示“南”，L如果|a₂-a₁|>180°时，要判断器平均方位：其表达式为：

依据上述公式，获得测斜钻杆的姿态数据。

6.根据权利要求5所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：钻孔取芯过程中，蓝牙单元调度多个磁场传感器实时采集测斜钻杆的姿态数据；

获取的姿态数据，通过蓝牙通信的方式传递至显示终端或外部管理模块通信。

7.根据权利要求6所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：磁场传感器通过检测电路单元所处的方向，以供蓝牙单元获取电路单元所处的方向数据。

8.根据权利要求7所述的基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：蓝牙单元根据磁场传感器与陀螺仪所采集的数据配合获得测斜钻杆的姿态数据，并将姿态数据实时储存于存储器中。

9.一种基桩钻芯过程检测数据测斜设备，应用于上述权利要求1-8任一所述的一种基桩钻芯过程检测数据测斜方法，其特征在于：包括

测斜模块，所述测斜模块用于获取测斜钻杆的姿态数据以及将姿态数据实时反馈至显示终端；测斜钻杆，所述测斜钻杆的两端分别与钻具和钻头连接，测斜钻杆用于连接钻具和钻头以及为测斜模块提供工作区。

10.根据权利要求9所述的基桩钻芯过程检测数据测斜设备，其特征在于：所述测斜钻杆包括

第一连接部件(1)；

第二连接部件(3)，所述第二连接部件(3)的一端与第一连接部件(1)螺纹连接；

导通部件(2)，所述导通部件(2)的两端分别插接于第一连接部件(1)、第二连接部件(3)，且所述第一连接部件(1)、第二连接部件(3)包裹导通部件(2)；

所述测斜模块安装于所述导通部件(2)的外表面上；

所述第一连接部件(1)、第二连接部件(3)和导通部件(2)分别具有过水通道(7)，且所述过水通道(7)分别连通；

所述导通部件(2)的两端和第二连接部件(3)与第一连接部件(1)连接处分别套接于密封部件(8)。