專利名稱：一種即時(shí)監(jiān)控沉管灌注樁質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程地基處理的質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)。
沉管灌注樁是當(dāng)前應(yīng)用于中、低層建筑進(jìn)行常規(guī)地基加固處理中最常用的措施。目前，全國(guó)各地普遍采用的沉管灌注樁施工方法主要有錘擊沉管法與震動(dòng)沉管法兩大類。為了保證沉管灌注樁的施工質(zhì)量，所采用的規(guī)范規(guī)定凡采用沉管灌注樁施工工藝進(jìn)行地基加固的工程，必須先打試樁，由試樁來確定單樁承載力，作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。規(guī)定工程驗(yàn)收必須做大量的動(dòng)測(cè)單樁承載力，必要時(shí)還必須做靜荷載試驗(yàn)。對(duì)于特殊地區(qū)，如在寧波等地區(qū)的沉管灌注樁工程，則必須進(jìn)行全面“跑樁”，即對(duì)每一根工程樁進(jìn)行按設(shè)計(jì)荷載的1.5倍進(jìn)行快速試樁，以保證施工質(zhì)量。這些措施對(duì)于提高施工質(zhì)量，防止工程事故發(fā)生都起到了很好的作用。但是這些均屬于事后檢測(cè)。而一旦檢測(cè)出樁基存在質(zhì)量問題時(shí)，均在施工完成后所采取補(bǔ)救措施進(jìn)行補(bǔ)救。這樣，勢(shì)必要化費(fèi)大量的人力、物力，而且事倍功半。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能即時(shí)監(jiān)控沉管灌注樁成樁質(zhì)量的方法。該方法能對(duì)地基處理中沉管灌注樁的成樁過程進(jìn)行即時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)，并能對(duì)與質(zhì)量相關(guān)的量——單位長(zhǎng)度內(nèi)的成樁平均直徑和樁長(zhǎng)進(jìn)行有效的控制，并為樁機(jī)操作人員提供直觀的動(dòng)態(tài)成樁過程，從而達(dá)到控制沉管樁成樁質(zhì)量的目的。
本發(fā)明的基本思路是將沉管灌注樁的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)分成若干個(gè)測(cè)量單位(亦稱采樣點(diǎn))，樁機(jī)沉管每上拔一個(gè)測(cè)量單位就對(duì)料面進(jìn)行一次測(cè)量，計(jì)算出料面的變化高度，從而推算出該測(cè)量單位內(nèi)的成樁平均直徑。如果所測(cè)得某段的平均直徑小于最小控制直徑，樁機(jī)操作人員就將沉管反插超過該位置，然后上拔，進(jìn)行第二次補(bǔ)充灌注，直到樁徑達(dá)到或超過控制直徑，這樣就能有效地控制樁體直徑，使其在每個(gè)測(cè)量單位內(nèi)的平均直徑都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
本發(fā)明所述的方法是，應(yīng)用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字電路和傳感器技術(shù)對(duì)沉管灌注樁的成樁過程進(jìn)行即時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其具體作法是采用位移傳感器測(cè)量沉管上下位移，位置傳感器測(cè)量料面高度的變化，所測(cè)得的兩個(gè)量通過數(shù)字電路的整形放大，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由計(jì)算機(jī)將處理結(jié)果和模擬的樁形圖顯示在屏幕上，另一方面將數(shù)據(jù)存盤、打印輸出。而經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理后所得到的兩個(gè)量，即分別為單位長(zhǎng)度內(nèi)的成樁平均直徑和樁長(zhǎng)。通過有效地控制這兩個(gè)量的變化范圍，即可對(duì)沉管灌注樁的施工質(zhì)量得到即時(shí)有效的控制。
本發(fā)明所述的方法的理論依據(jù)是見

圖1，當(dāng)沉管上拔一個(gè)測(cè)量單位H時(shí)，在沉管出料口1下形成一段高度為H，直徑為D的圓柱體，其體積等于沉管上拔H時(shí)的落料量(圖1)，其數(shù)學(xué)模型為V1＝V2而V1＝H·π·(D/2)2V2＝(H＋dH)·π·(d/2)2因此D=d1+dH/H------(1)]]>其中V1——測(cè)量單位內(nèi)的樁體體積V2——樁機(jī)上拔一個(gè)測(cè)量單位落料的體積dH——料面的下降高度，上升為負(fù)d——樁機(jī)沉管內(nèi)徑D——成樁平均直徑在(1)式中，d為已知數(shù)，dH可通過位置傳感器測(cè)得，H的控制則通過位移傳感器，這樣就能測(cè)量出單位長(zhǎng)度內(nèi)的平均直徑。
在有些沉管灌注樁的成樁工藝中，為了使樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要空中加料，因此，從圖2中得出沉管灌注樁樁長(zhǎng)的通用公式為L(zhǎng)＝(DP＋Ho)＋Hs-Hf-∑dH(2)
其中DP——沉管下打深度L——樁長(zhǎng)Ho——參考零點(diǎn)(2)與地面的距離(3)(圖2A)Hs——空中加料的加料高度(圖2B)Hf——參考零點(diǎn)(2)與初始料面(4)的距離∑dH——各采樣點(diǎn)料面下降高度之和式(2)中，DP可通過位移傳感器測(cè)得，其余各量均可通過位置傳感器測(cè)得。Ho的值是固定的，而為了使各采樣點(diǎn)的直徑都達(dá)到或超過最小控制直徑，一般地，∑dH為正，所以要有效地控制樁長(zhǎng)，就必須有效地控制DP、Hs和Hf的大小。
由式(1)可以看出，當(dāng)沉管中已無料時(shí)，dH為零，這樣計(jì)算出的直徑顯然是不對(duì)的，所以必須加入下列判斷條件∑V1-V≥0(3)其中∑V1——樁體總體積V——加料總體積(＝[(Lc＋Ho)＋Hs-Hf]·π·(d/2)2)如果式(3)成立，則表示沉管內(nèi)無砂，這時(shí)就結(jié)束監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明只要使用不同的位置傳感器就可應(yīng)用于砂、碎石、混凝土的沉管灌注樁。
下面以加砂沉管灌注樁(即砂樁)為例，詳細(xì)地說明本發(fā)明的內(nèi)容細(xì)節(jié)及其實(shí)施過程。
圖3為監(jiān)控砂樁質(zhì)量的硬件功能圖，圖4為安裝示意圖。
下面以加砂沉管灌注樁(即砂樁)為例，詳細(xì)地說明本發(fā)明的內(nèi)容細(xì)節(jié)及其實(shí)施過程。
圖3為監(jiān)控砂樁質(zhì)量的硬件功能圖，圖4為安裝示意圖。在圖3中，IBM-PC(上位機(jī))與數(shù)據(jù)采集控制器(下位機(jī))通過RS-232C串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，下位機(jī)與傳感器和聲光報(bào)警器則通過多芯屏蔽電纜連接。位移傳感器7安裝在滑輪組8上，由一組磁極和兩個(gè)磁敏器件組成，其功能為測(cè)量沉管位移向量及其運(yùn)動(dòng)方向，磁敏器件采用高性能的霍爾元件。位置傳感器由步進(jìn)電機(jī)5，步進(jìn)電機(jī)控制器6，接觸傳感器9、10，鋼芯電纜12，定滑輪13、14和參考點(diǎn)基準(zhǔn)面11組成。接觸傳感器10和參考點(diǎn)基準(zhǔn)面11主要用來確定接觸傳感器9的初始位置。當(dāng)測(cè)量直徑小于最小控制直徑時(shí)，由聲光報(bào)警器通知樁機(jī)操作人員，使其能進(jìn)行正確操作。
上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)方框圖如圖5所示，其主控模塊下掛四個(gè)模塊文件存取模塊、參數(shù)輸入模塊、運(yùn)行調(diào)試模塊和顯示統(tǒng)計(jì)模塊。其核心部分是運(yùn)行模塊，它主要完成與下位機(jī)的通信，處理數(shù)據(jù)，判斷結(jié)果，動(dòng)態(tài)地直觀地顯示成樁過程，從而有效地控制下位機(jī)的動(dòng)作。其它模塊則完成結(jié)果的讀寫，結(jié)果的顯示，各種參數(shù)的輸入。
下位機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示，其主要芯片是單片微型計(jì)算機(jī)(單片機(jī))，配合相應(yīng)的外圍電路，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，計(jì)數(shù)位移傳感器的脈沖，判斷沉管的運(yùn)行方向，控制接觸傳感器的升降，并對(duì)不合格的直徑進(jìn)行報(bào)警，從而完成對(duì)砂面變化量、沉管位移量的測(cè)量，并有效地干預(yù)沉管的上拔和下打。為了有效地抑制干擾，下位機(jī)的輸入輸出口全部采用光電隔離。與上位機(jī)的通信采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴纹瑱C(jī)的串行口中斷接收并執(zhí)行上位機(jī)命令，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷的功能是當(dāng)沉管下打時(shí)，對(duì)位移傳感器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；沉管每上拔一個(gè)測(cè)量單位時(shí)，驅(qū)動(dòng)位置傳感器測(cè)量一次砂面的變化。外部中斷與接觸傳感器相連，使下位機(jī)能快速地響應(yīng)接觸傳感器的中斷，并作出相應(yīng)的動(dòng)作。
由于應(yīng)用了數(shù)學(xué)技術(shù)、采用了高性能的元器件和屏蔽技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)具有高性能高可靠性的特征。
本發(fā)明中所采用的位置傳感器可采上述的接觸傳感器外，也可使用超聲波、紅外線、激光等測(cè)距傳感器來完成對(duì)料面的高度的測(cè)量，位移傳感器也可用光敏器件、機(jī)械開關(guān)來代替磁敏器件。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是能即時(shí)地反映出質(zhì)量不合格因素，并迅速地進(jìn)行正確的處理，使施工質(zhì)量合格率達(dá)到很高的水平，有效地排除因人為或客觀因素造成的質(zhì)量問題。運(yùn)用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能，也使原本非常繁瑣的原始數(shù)據(jù)的處理，變得非常輕松、快速、準(zhǔn)確，這樣也有效地杜絕了在數(shù)據(jù)后處理過程中的弄虛作假行為。
權(quán)利要求
1.一種即時(shí)監(jiān)控沉管灌注樁質(zhì)量的方法，其特征是該方法采用位移傳感器測(cè)量沉管上下位移，位置傳感器測(cè)量料面高度變化，所測(cè)得的兩個(gè)量通過數(shù)字電路整形放大，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行有效的控制，由計(jì)算機(jī)將處理結(jié)果和模擬的樁形圖顯示在屏幕上，另一方面將數(shù)據(jù)存盤，打印輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種即時(shí)監(jiān)控沉管灌注樁質(zhì)量的方法，其特征是所述的經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后所得的兩個(gè)量，分別為單位長(zhǎng)度內(nèi)的成樁平均直徑和樁長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種即時(shí)監(jiān)控沉管灌注樁質(zhì)量的方法，其特征是所述的位置傳感器是接觸傳感器，或是超聲波、紅外線、激光測(cè)距傳感器，位移傳感器可用光敏器件和機(jī)械開關(guān)代替磁敏器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能即時(shí)監(jiān)控沉管灌注樁質(zhì)量的方法。該方法在沉管灌注樁的成樁過程中采用位移傳感器測(cè)量沉管上下位移，位置傳感器測(cè)量料面高度的變化，所測(cè)得的兩個(gè)量通過數(shù)字電路整形放大，并對(duì)經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到的兩個(gè)與沉管灌注樁質(zhì)量相關(guān)的量——單位長(zhǎng)度內(nèi)的平均成樁直徑及樁長(zhǎng)進(jìn)行有效的控制，從而達(dá)到有效地監(jiān)控沉管灌注樁成樁質(zhì)量的目的。
文檔編號(hào)E02D5/38GK1150203SQ9511890
公開日1997年5月21日 申請(qǐng)日期1995年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月2日
發(fā)明者徐曉原, 樂子炎, 徐勤朗 申請(qǐng)人:徐曉原, 樂子炎, 徐勤朗