TWI669487B - 樁頂高程量測裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一樁頂高程量測裝置及方法，藉由一設置於樣架內部 之高程計進行高程量測；高程計包含一致動器、一位移計，以及一感應器，並藉由致動器帶動感應器感測樁頂位置，而位移計讀取高程計之位移數據得出高程差。本發明之樁頂高程量測裝置及方法可於各階段打樁作業之間進行，無須中斷打樁作業額外進行高程量測。

Description

樁頂高程量測裝置及方法

本發明係關於一種打樁高程量測方法及裝置，尤指一種水下打樁之樁頂高程量測方法及裝置。

對於許多水上或水下的重大工程，必須先穩固其海床工事的基底才能夠續行後續的相關工程。近年來，隨著離岸風力發電機等海上建築工事日益頻繁，水下的打樁作業日顯重要。無論是架設海上平台或是架設任何位於海床上的工事，往往會需要透過打樁的方式來穩固其基底。

對於打樁作業而言，打樁距離或是高程之量測是紀錄打樁進度或評估打樁成效所必需的。當打樁作業需要在水面下作業時，高程之量測便需要藉由不同於水上打樁作業之特殊機構設計或流程來達成。

目前常見的水下高程量測方式係藉由接觸樁頂之方式界定量測基準點，其中之一是使用一設置於打樁套筒外之卡尺式量測臂，將其量測表面置放在樁頂上作為量測基準點，搭配壓力感測器或位移計進行打樁高程之量測，並將訊號傳輸至水面上。

另一常見之水下高程量測方式係藉由垂吊一壓力感測模組至樁頂上，讀取此壓力模組之感測值得到樁頂之位置資訊。

然而，上述之水下高程量測方式均需要將樁錘移開樁頂表 面，並將一量測表面或感測裝置置放於樁基頂部，才能進行量測；換言之，上述之水下高程量測方式均需要中斷打樁作業，並於原本之打樁作業程序中安插高程量測程序，方能進行量測，如此一來，不僅使作業繁瑣度增加，且易耗損不必要之時間與能量，造成不必要之成本。

為解決先前技術中所提及的課題，本發明提供了一種樁頂高程量測方法及裝置。

本發明的樁頂高程量測裝置主要包含一樣架，此樣架包含一內側表面與一容置空間，其中此容置空間係由此內側表面圍繞包圍所形成的。

本發明的樁頂高程量測裝置亦包含一高程計，此高程計設於所述之內側表面，並且此高程計更包含一致動器，一感應器，以及一位移計；其中位移計與致動器連接，且致動器亦包含一延展部，感應器設置於延展部上一末端位置。

此外，本發明更提供了一種樁頂高程量測方法。首先，透過本發明所揭露之樁頂高程量測裝置進行樁頂高程量測；接著感應器感測到一訊號變化，並啟動致動器驅使其延展部向下位移以起始一尋邊動作；最後感應器偵測到一定位訊號，並停止致動器之動作以及讀取位置訊息，計算得出高程差。

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅 為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

1‧‧‧樣架

1b‧‧‧套筒

2‧‧‧樁錘

3‧‧‧樁基

400‧‧‧內測表面

401‧‧‧溝槽

402‧‧‧支柱

403‧‧‧容置空間

404‧‧‧連接部

404b‧‧‧伸縮連接部

500‧‧‧高程計

501‧‧‧位移計

502,502a‧‧‧致動器

502b‧‧‧延展部

503‧‧‧感應器

6‧‧‧打樁機構

a.~g.‧‧‧步驟

F‧‧‧作用力

(圖1)本發明之一實施例樁頂高程量測裝置之剖面示意圖

(圖2)本發明之一實施例樁頂高程量測裝置之部分剖面示意圖

(圖3)本發明之一實施例樁頂高程量測方法之動作示意圖

(圖4)本發明之一實施例樁頂高程量測裝置之部分剖面放大示意圖

(圖5)本發明之一實施例樁頂高程量測裝置之部分示意圖

(圖6)本發明之一實施例樁頂高程量測方法之流程示意圖

(圖7)本發明之一實施例樁頂高程量測方法之流程示意圖

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：請參照圖1，圖1係本發明之實施例樁頂高程量測裝置之剖面示意圖；其中，打樁作業於樣架1的容置空間403中進行。

由圖1可見，本實施例之樣架1為一環形架結構，此環形架由複數個支柱402所圍繞組合而成，並界定出一內部之容置空間403與外部空間；更進一步地說明，該內部之容置空間403係由該樣架1的複數個水平向、垂直向，或斜向支柱402之內側表面400所圍繞界定的；圖1中所示之樣架1僅為一優選的實施樣態，本發明中樣架之實施樣態不以此為限，其內側表面之樣態亦不以此為限。

其中，本發明之高程計500透過一連接部404與該內側表面 400連結，或設置於該內側表面400上，或於該內側表面400上設置一溝槽401，並將該高程計500設置於該溝槽401中，或將該高程計500透過一連接部404連結於該溝槽401中。優選地，該連接部404為一伸縮連接部404b，該伸縮連接部404b可調整其長度，藉以調整該高程計500之水平位置，並將其設置於該容置空間403中一量測位置。該量測位置提供該感應器503一最佳量測距離，同時亦不阻礙樁基3或打樁機構6之運作。其中該感應器503可為超音波感應器、光感應器、或磁感應器；當感應器503為磁感應器時，其磁感應閾值為0.1釐米到40釐米之間，因此所述之最佳量測距離於本實施例中落在此磁感應閾值之區間。

請參照圖2，圖2係本發明之實施例樁頂高程量測裝置之部分剖面示意圖，為求清楚闡述本發明之機構，圖2中移去套筒1b之一部分側面。

由圖2可見，本實施例之樣架1為一套筒狀1b之結構；此套筒1b含有一內側表面400，該內側表面400環繞成圓柱形並界定出一容置空間403，打樁作業於此容置空間403中進行。圖2中所示之套筒1b為另一優選的實施樣態，與圖1中所示之樣架1具有相同之功能性，故本發明中樣架之實施樣態不以圖1或圖2中所示之結構為限，其內側表面之樣態亦不以圖1或圖2中所示之結構為限。

其中，本發明之高程計500設置於該內側表面400上；高程計500與內側表面400之連結方式可為透過一如圖1中所示之連接部404、伸縮連接部404b、或其他具備連接功能之機構據以實施，不以此為限。

如圖2所示，本發明之高程計500具有一致動器502(502a, 502b)，該致動器502包含一延展部502b；一感應器503，設置於該延展部502b上一末端位置；一位移計501，與該致動器502連接，藉以讀取該致動器502之位移資訊。當該致動器502啟動時，該延展部502b將伸長並向下位移，並帶動設置於其末端之感應器503向下位移，以偵測樁基頂部之邊緣位置，而位移計501便可讀取致動器502之位移資訊，或者是延展部502b之位移資訊。本實施例中位移計501設置於致動器502之頂部位置，然而位移計501的設置方式不以本圖為限，位移計501亦可以是設置於致動器502內部之數位裝置，只要具備讀取該致動器502之位移資訊之功能便屬於本發明之範疇。另外，本發明之一較佳實施例中，該位移計501之位移精確度為±0.05釐米。

當樁錘2施與樁基3一作用力F時，樁基3下移深入地基，當樁基3下移時感應器503偵測到樁基3之位移，便啟動致動器502並使延展部502b向下位移，接連帶動延展部502b末端的感應器503向下位移，起始一向下尋邊的動作；當感應器503接近樁基3下緣時，感應器503將偵測到一定位訊號，代表已到達樁錘2之邊緣，並指認出樁頂位置，此時高程計500將停止致動器502的動作，尋邊動作結束；該位移計501讀取此時之位置訊息並計算本次打樁動作之高程差。

本發明之一最佳實施例中，感應器503為一磁感應器；當樁錘2施與樁基3一作用力F時，樁基3下移深入地基，由於樁基3係金屬材質製成，因此當樁基3下移時磁感應器503將感測到一訊號變化，便啟動致動器502並使延展部502b向下位移，接連帶動延展部502b末端的磁感應器503向下位移，起始一向下尋邊的動作；當磁感應器503接近樁基3下緣時，磁 感應器503將偵測到一定位訊號，代表該磁感應器503已指認出樁頂位置，此時高程計500將停止致動器502的動作，尋邊動作結束；該位移計501讀取此時之位置訊息並計算本次打樁動作之高程差。

如前述之定位訊號可於本發明之樁頂高程量測裝置進行校正時決定，其可為一特徵波型或一訊號之數據急遽變化之位置，此定位訊號依實際狀況並依照本發明之概念實施，不以此限。

請參照圖3，圖3係本發明之實施例樁頂高程量測方法之動作示意圖，其中高程計500乃係設置於樣架1之內側表面400上，為求簡明地闡述方法，圖3不呈現樣架1之樣態與連結機構。

請由左至右地參照圖3；圖3a中，本發明之高程計500已經由水下位置監控模組確認處在樣架1內側之容置空間403中一量測位置，等待進行高程量測之程序；所述之水下位置監控模組可為一攝影機、一水下無人載具、或一感測器；此時高程計500乃是經由連接部404或伸縮連接部404b固定於水下位置監控模組所確認之量測位置。

於打樁之一作業階段中，打樁機構6啟動並致使樁錘2施與樁基3一作用力F，推動樁基3往下鑽入地基中；樁基3受力而鑽入地基之過程中，因打樁機構6持續作動並施力推動樁基3，因此樁錘2與樁基3之樁頂緊貼不分離，並持續有一向下位移。

接著參照圖3b；圖3b所示為上一階段之打樁作業已結束之狀態，此時打樁機構6不再施力推動樁基3，因此樁基3靜止，樁錘2處於一固定位置，樁錘2與樁基3依舊保持緊貼不分離，且樁錘2與樁基3由向下位移轉為停止之狀態改變，將對於高程計500中之感應器503產生一訊號變 化。

接著參照圖3c；感應器503得到此一訊號變化後，高程計500藉由啟動致動器502使延展部502b向下位移，接連帶動延展部502b末端的感應器503向下位移而起始一尋邊動作。當感應器503到達樁頂之邊緣時，感應器503將指認一定位計號，並停止致動器502之動作；接著高程計500藉由位移計501讀取此時之位置訊息並計算本次打樁動作之高程差。

本發明之樁頂高程量測方法藉由於打樁之過程中重複圖3a~圖3c之動作對每一打樁階段之高程差進行量測，直至樁基打入地基之一預定深度。如前述之定位訊號可於本發明之樁頂高程量測裝置進行校正時決定，其可為一特徵波型或一訊號之數據急遽變化之位置，此定位訊號依實際狀況並依照本發明之概念實施，不以此限。

本發明之樁頂高程量測方法可包含一準備動作，即藉由水下位置監控模組確認高程計500之位置；當高程計500已處在樣架1內側之容置空間403中一量測位置時，即可進行如圖3a~圖3c之高程量測程序；當高程計500尚處在遠離樣架1之位置時，則繼續調整高程計500之位置，並再次藉由水下位置監控模組確認高程計500之位置，直至高程計500已處在樣架1內側之容置空間403中一量測位置，即可結束此一準備動作並進行如圖3a~圖3c之高程量測程序。

本發明之樁頂高程量測裝置更可包含一計時器，藉以提供致動器502一時程資訊，作為致動器502執行尋邊動作指令之參數。

請參照圖4，圖4係本發明之實施例樁頂高程量測裝置之部分剖面放大示意圖，本實施例之樣架1為一套筒狀1b之結構；此套筒1b含 有一內側表面400，該內側表面400環繞成圓柱形並界定出一容置空間403，打樁作業於此容置空間403中進行。圖2中所示之套筒1b為另一優選的實施樣態，與圖1中所示之樣架1具有相同之功能性，故本發明中樣架之實施樣態不以圖1或圖2中所示之結構為限，其內側表面之樣態亦不以圖1或圖2中所示之結構為限。

更進一步的，本實施例於套筒1b之內側表面400上設置有一溝槽401，藉以放置或收納本發明之高程計500。其中高程計500可透過一連接部404、一伸縮連接部404b、或其他具備連接功能之機構設置於該內側表面400上；當高程計500係透過伸縮連接部404b連接到內側表面400上時，高程計500藉由伸縮連接部404b水平移動至一量測位置，其中此一量測位置提供感應器503一最佳量測距離，於某些狀況中，此量測位置位於該溝槽401中。

請參照圖5，圖5係本發明之實施例樁頂高程量測裝置之部分示意圖，本實施例之樣架1為一環形架結構，此環形架由複數個水平向、垂直向，或斜向支柱402所圍繞組合而成，而所述之內側表面400為這些支柱402的內側表面的交集合，因此本實施例中此一內側表面400為一不連續表面。此一內側表面400更進一步界定出一容置空間403，打樁作業於此容置空間403中進行。

本發明之高程計500透過一伸縮連接部404b設置於該內側表面400上，高程計500可藉由伸縮連接部404b之收縮水平移動至一量測位置，進行後續之高程量測。如圖5所示，此量測位置之最佳選擇為一可提供感應器503一最佳感測距離，並且不阻礙樁基3與打樁機構6之路徑與動作 之位置。

本發明之一最佳實施例中，感應器503為一磁感應器，其磁感應閾值為0.1釐米到40釐米之間，因此所述之最佳量測距離於本實施例中落在此磁感應閾值之區間。

本發明之另一實施例中，樁頂高程量測裝置包含一水下位置監控模組；該水下位置監控模組為一攝影機、一水下無人載具、或一感測器，藉以監控高程計500之位置，確保高程計500位在一正確之量測位置上。

另外，本發明之另一實施例中，致動器502為一線性馬達或一液壓致動器，當致動器502為一液壓致動器時，其致動距離為0.1釐米到3000釐米之間。其中，本發明之高程計500更包含一位移計501，用以備讀取該致動器502之位移資訊，此位移計501為一設置於致動器502內部之數位裝置；然而本實施例僅提供位移計501之一較佳設置位置與實施樣態，熟悉本領域之從業人員應知悉本發明之位移計501之設置位置與實施樣態不以此限。另外，於本發明之一較佳實施例中，該位移計501之位移精確度為±0.05釐米。

請參照圖6並同時對照圖2，圖6係本發明之實施例樁頂高程量測方法之流程示意圖；首先進行一準備動作，藉由水下位置監控模組確認高程計500之位置；當高程計500已接近樣架1或套筒1b，並處在樣架1內側之容置空間403中一量測位置時，即可啟動樁頂高程量測程序；當高程計500尚處在遠離樣架1或套筒1b之位置時，則繼續調整高程計500之位置，並再次藉由水下位置監控模組確認高程計500之位置，直至高程計500已處在樣架1內側之容置空間403中一量測位置，即可結束此一準備動作並 啟動樁頂高程量測程序。

樁頂高程量測程序開始後，若高程計500中之感應器503感測到一訊號變化，則啟動一計時器，藉以提供致動器502一預設值，作為致動器502執行動作指令之參數，並啟動致動器502起始一尋邊動作進行凸緣/邊緣偵測；若高程計500中之感應器503尚未感測到訊號變化，則不動作直到感應器503感測到訊號變化並進行上述後續之動作。

當致動器502起始一尋邊動作並進行凸緣/邊緣偵測後，若感應器503感測到一定位訊號，則停止致動器502之尋邊動作，並讀取當下之位置資訊，進行樁頂高度之計算；若感應器503尚未感測到一定位訊號，則使致動器502繼續該尋邊動作，直到感應器503感測到定位訊號並讀取當下之位置資訊，進行樁頂高度之計算。

當一階段之打樁動作以及樁頂高度計算結束後，則再次啟動樁頂高程量測程序，以進行下一打樁階段之樁頂高度計算。

接著請參照圖7，圖7係本發明實施例樁頂高程量測方法之流程示意圖。如圖7所示，本實施例之樁頂高程量測方法主要包含a.~g.步驟。係可以透過圖1~圖5中所載的樁頂高程量測裝置來實現。

首先執行a.步驟，提供本發明之樁頂高程量測裝置，接著執行b.步驟，感應器感測到一訊號變化，接著執行c.步驟，起始一尋邊動作，包含啟動該致動器並使該延展部向下位移，直到如d.步驟中所述，該感應器偵測到一定位記號，則執行e.步驟，停止該致動器，最後執行f.步驟，位移計讀取一位置訊息，以及g.步驟，計算一高程差。本發明之樁頂高程量測方法反覆進行該a~g步驟，且樁錘始終緊貼樁基頂部，直至一樁基打入一地 基之一預定深度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims (13)

1. 一種樁頂高程量測裝置，包含：一樣架，包含一內側表面，其中該內側表面圍繞並形成一容置空間；以及一高程計，設於該內側表面，該高程計更包含：一致動器，包含一延展部；一感應器，該設置於該延展部上一末端位置；一位移計，與該致動器連接；以及一水下位置監控模組，監控該高程計，該水下位置監控模組為一攝影機、一水下無人載具或一感測器。
2. 如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置，更包含一伸縮連接部，分別連接該內側表面與該高程計；其中該高程計藉由該伸縮連接部水平移動至一量測位置。
3. 如請求項2中所述之樁頂高程量測裝置，其中該內側表面更包含一溝槽，該溝槽收納該高程計。
4. 如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置，其中該感應器為一磁感應器、一光感應器、或一超音波感應器。
5. 如請求項4中所述之樁頂高程量測裝置，其中該磁感應器預設一磁感應閾值，該磁感應閾值為0.1釐米到40釐米之間。
6. 如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置，其中該致動器為一線性馬達或一液壓致動器。
7. 如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置，其中該致動器之致動距離為0.1釐米到3000釐米之間。
8. 如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置，其中該位移計之位移精確度為負0.05釐米~正0.05釐米。
9. 如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置，其中該樁頂高程量測裝置更包含一計時器。
10. 一種樁頂高程量測方法，包含：a.提供一如請求項1中所述之樁頂高程量測裝置；b.該感應器感測到一訊號變化；c.起始一尋邊動作，包含啟動該致動器並使該延展部向下位移；d.該感應器偵測到一定位記號；e.停止該致動器；f.該位移計讀取一位置訊息；以及g.計算一高程差。
11. 如請求項10中所述之樁頂高程量測方法，其中該樁頂高程量測方法反覆進行該a~g步驟，直至一樁基打入一地基之一預定深度。
12. 如請求項10中所述之樁頂高程量測方法，更包含一準備動作，包含：P1.使用一水下位置監控模組偵測該高程計之位置；以及P2.該高程計之位置接近該樣架，則啟動步驟a~g；該高程計之位置遠離該樣架，則調整該高程計之位置並重複P1~P2之步驟。
13. 如請求項10中所述之樁頂高程量測方法．其中該步驟c中之該尋邊動作更包含：C1.使用一計時器給予該致動器一時程資訊；以及C2.啟動該致動器並使該延展部向下位移。