灌注樁成樁質量自動監測控制裝置及方法與流程
2024-02-28 13:32:15 1
本發明涉及土木工樁基礎施工技術領域，具體涉及一種灌注樁成樁質量自動監測控制裝置及方法。
背景技術：
隨著我國城市化進程的加速發展，建築土地成本隨之升高，高層和超高層建築越來越多，因此城市地下空間的開發與利用成為了當前城市基本建設的熱點之一，這樣直接導致以下結果：1、作為建築基礎的形式更多採用鑽孔樁基礎，且樁徑越來越大、樁長越來越長，2、鑽孔灌注樁樁頂埋深越來越大，且空孔長度與樁身長度的比例越來越大。
按照《建築樁基技術規範》(JGJ94-2008)的有關規定：「澆築樁身混凝土時，應有專人測量導管埋深及管內外混凝土灌注面的高差，填寫水下混凝土灌註記錄。要求導管埋入混凝土深度宜為2～6m。嚴禁將導管提出混凝土灌注面，並應控制提拔導管速度。」
常規的樁身混凝土面標高量測方法是通過一個帶著測繩的測錘進行量測，測錘重量大約1kg，呈錐形。測錘通過人工向樁孔內放入，由於混凝土中含有碎石等粗骨料，當測錘在混凝土中通過時，其測量人員的手感與在泥漿中的手感不一樣，通過這種感覺確認混凝土面的標高，這種測量方式隨著混凝土面埋深的增加，其量測誤差越來越大。
隨著空孔深度的增加，測錘量測誤差越來越大，混凝土面的標高控制難以精確，待樁身混凝土凝固，基坑開挖後，坑內樁身柱高低不一，呈「石林」狀。其直接導致的結果是：
1、工程材料的浪費造成工程成本的上升；
2、樁頭的截取難度增加，不僅增加運出和處置費用，而且造成堆放地塊的使用，同時造成坑內施工工期的延長。
鑽孔樁砼灌注面的控制是灌注樁成樁質量控制的一個關鍵環節。為克服重錘法確定砼灌面高程的弊端，國內的工程施工單位做了諸多嘗試。如江西省地質工程(集團)公司的朱景萍等，2007提出了採用專門的混凝土取樣器來判定砼灌面高程的方法。專用的混凝土取樣器在混凝土面接近設計樁頂標高時下入孔內取出混凝土，考察其質量，以判斷其是否該中止灌注。該方法對砼灌注面離場面較大的工程無法使用，取樣器很難插到界面。
在我國的香港、澳門地區，樁基工程項目多採用全套管護壁的貝諾特工法，鑽進中能避開樁孔質量問題，同時能準確估算所需砼的理論方量，避免砼超灌，還能準確估計砼灌面的標高；同時由於環境保護等因素的考慮，泥漿應用較少，用常規方法容易得到砼灌面的位置。雖然該方法避開了測量砼灌面高程的複雜問題，但是其配套機械設備卻非常昂貴，在現有的競爭條件和單價水平下，一般國內的施工方難以採用。
因此，在基樁混凝土灌注過程中，對實時監測控制鑽孔灌注樁在灌注過程中混凝土與泥漿界面的標高、指導混凝土灌注導管提拔高度和拆卸導管長度、實時計算當前餘下未灌混凝土方量、灌注混凝土達到設計標高處時自動報警等功能顯得相當重要；同時測量孔底沉渣厚度和樁孔泥漿比重也必不可少。
參考文獻：
[1]連紹平。採用探測杆測定樁頂混凝土面。探礦工程，1999,3,380
[2]文木春。一種簡易的測量樁基混凝土深度測量儀[[J]。施工技術，2006,35(11):98a
[3]張國強，曹慧賓。水下混凝土灌註標高定位研究[[J]。地質裝備，2006,2:33-360
[4]朱景萍，劉留春，賀學慶，等。靈江特大橋大直徑水下鑽孔灌注樁施工技術陰。建築施工，2007,29(3):211-213 0
[5]宋小軍。保證水下灌注樁灌注樁成樁質量的技術條件及方法[[J]。工程勘察，1998,3:9-13,69a
[6]史敏，劉海平。大直徑水下混凝土灌注樁灌注樁成樁質量影響因素[[J]。工程勘察，1999,1:39一20
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種灌注樁成樁質量自動監測控制裝置及方法，通過該裝置和方法，可對基樁混凝土灌注質量進行自動實時監測控制，確保基樁混凝土灌注過程中不出現樁身質量問題。
為解決上述技術問題，本發明公開的一種灌注樁成樁質量自動監測控制裝置，它包括現場監測控制主機、流體密度傳感器、測量電纜、深度計數滑輪和電機，所述流體密度傳感器的信號輸出端連接現場監測控制主機的流體密度傳感器信號輸入端，電機的輸出軸用於驅動收放線盤轉動，測量電纜的一端接入收放線盤的電纜轉節點，現場監測控制主機的流體密度傳感器信號輸入端通過收放線盤的電纜轉節點與測量電纜的一端電連接，測量電纜的另一端連接流體密度傳感器的信號輸出端，測量電纜纏繞在收放線盤上由收放線盤控制收放線，所述測量電纜在深度計數滑輪上進行收放，深度計數滑輪對測量電纜的收放線長度進行記錄，所述深度計數滑輪的深度反饋信號輸出端連接現場監測控制主機的深度反饋信號輸入端，現場監測控制主機的電機控制信號輸出端連接電機的控制信號輸入端，所述流體密度傳感器用於測量混凝土樁孔中的流體密度。
一種利用上述裝置的灌注樁成樁質量自動監測控制方法，它包括如下步驟：
步驟1：將升降線架放置在需灌注混凝土樁孔的孔口旁，在升降線架上安裝深度計數滑輪，將測量電纜置於深度計數滑輪上；
步驟2：操作現場監測控制主機控制電機使流體密度傳感器下探，流體密度傳感器下探的過程中實時測量混凝土樁孔中流體的密度，當流體密度傳感器檢測到流體的密度值達到沉渣密度值範圍區間時，通過深度計數滑輪得到此時流體密度傳感器相對於混凝土樁孔孔口的下探深度，該深度為沉渣頂部相對孔口的深度，將流體密度傳感器繼續下探直到孔底，通過深度計數滑輪得到混凝土樁孔的總深度，將上述混凝土樁孔的總深度減去沉渣頂部相對孔口的深度即可得到沉渣的厚度；
步驟3：在現場監測控制主機中設置液態混凝土的密度設計值和液態混凝土的灌註標高設計值，然後進行混凝土澆灌，現場監測控制主機通過流體密度傳感器測量混凝土樁孔中流體的密度，隨著混凝土的灌注量增加，當混凝土樁孔中流體的密度達到液態混凝土的密度設計值時，此時通過深度計數滑輪得到此時流體密度傳感器相對於混凝土樁孔孔口的下探深度，通過該下探深度得到此時液態混凝土的灌註標高；
現場監測控制主機控制電機提升流體密度傳感器，在流體密度傳感器提升的過程中繼續實時測量混凝土樁孔中流體的密度，當測量到的混凝土樁孔中流體的密度小於液態混凝土的密度設計值時，現場監測控制主機控制電機停止提升流體密度傳感器，並記錄流體密度傳感器相對於混凝土樁孔孔口的下探深度，這樣既可對液態混凝土的灌註標高進行實時監測，從而指導混凝土灌注導管在混凝土澆灌過程中能提升的最大高度和能卸下的灌注導管段的長度；
步驟4：在混凝土澆灌過程中，當對液態混凝土的灌註標高進行實時監測的結果顯示液態混凝土的灌註標高達到液態混凝土灌註標高設計值時停止混凝土澆灌。
所述步驟4中，根據液態混凝土的灌註標高實時監測值實時計算當前餘下未灌混凝土方量。
本發明相比於現有的基樁混凝土灌注質量控制方法，本發明的有益效果主要表現在：
1、本發明能實時監測控制鑽孔灌注樁在灌注過程中液態混凝土的標高，可大大提高混凝土灌注樁的合格率，克服混凝土資源的嚴重浪費，降低基礎開挖的難度，減少處理多餘混凝土棄塊的環境汙染和降低工程項目的建設成本；
2、本發明能指導混凝土灌注導管提拔高度和拆卸導管長度，克服非熟練灌注工人易出現拔出導管造成樁身斷樁或夾泥的質量問題，提高基樁合格率；
3、本發明能自動實時計算當前餘下未灌混凝土方量，可以更好安排混凝土用量，以免造成浪費；
4、本發明能測量孔底沉渣厚度，可以避免因沉渣不合格而造成基樁承載力不合格而產生建築下降不均的後果；
因此，本發明的裝置具備可操作性、有效性和實用性等優點，為基樁工程質量提供保障。
附圖說明
圖1為本發明的使用狀態下的結構示意圖；
圖2為本發明的電控部分的原理框圖。
其中，1—現場監測控制主機、2—升降線架、3—流體密度傳感器、4—測量電纜、5—深度計數滑輪、6—頻閃報警器、7—電機、8—液態混凝土、9—收放線盤、9.1—電纜轉節點、10—混凝土灌注導管、11—混凝土樁孔、12—沉渣、13—泥漿。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：
本發明的灌注樁成樁質量自動監測控制裝置，它包括現場監測控制主機1、流體密度傳感器3、測量電纜4、深度計數滑輪5和電機7，所述流體密度傳感器3的信號輸出端連接現場監測控制主機1的流體密度傳感器信號輸入端，電機7的輸出軸用於驅動收放線盤9轉動，測量電纜4的一端接入收放線盤9的電纜轉節點9.1，現場監測控制主機1的流體密度傳感器信號輸入端通過收放線盤9的電纜轉節點9.1與測量電纜4的一端電連接，測量電纜4的另一端連接流體密度傳感器3的信號輸出端，測量電纜4纏繞在收放線盤9上由收放線盤9控制收放線，所述測量電纜4在深度計數滑輪5上進行收放，深度計數滑輪5對測量電纜4的收放線長度進行記錄，所述深度計數滑輪5的深度反饋信號輸出端連接現場監測控制主機1的深度反饋信號輸入端，現場監測控制主機1的電機控制信號輸出端連接電機7的控制信號輸入端，所述流體密度傳感器3用於測量混凝土樁孔11中的流體密度。上述設計，結構簡單，方便對混凝土灌注過程進行監控，提高基樁合格率。
上述技術方案中，灌注樁成樁質量自動監測控制裝置還包括頻閃報警器6，所述現場監測控制主機1的報警信號輸出端連接頻閃報警器6的信號輸入端。
上述技術方案中，灌注樁成樁質量自動監測控制裝置還包括升降線架2，所述深度計數滑輪5安裝在升降線架2上。深度計數滑輪5用於對測量電纜4進行導向，並記錄測量電纜4的收放長度。
一種利用上述裝置的灌注樁成樁質量自動監測控制方法，它包括如下步驟：
步驟1：將升降線架2放置在需灌注混凝土樁孔11的孔口旁，在升降線架2上安裝深度計數滑輪5，將測量電纜4置於深度計數滑輪5上；
步驟2：操作現場監測控制主機1控制電機7使流體密度傳感器3下探，流體密度傳感器3下探的過程中實時測量混凝土樁孔11中流體的密度(混凝土樁孔11上部和中部為泥漿13，底部為沉渣12)，當流體密度傳感器3檢測到流體的密度值達到沉渣密度值範圍區間時，通過深度計數滑輪5得到此時流體密度傳感器3相對於混凝土樁孔11孔口的下探深度，該深度為沉渣頂部相對孔口的深度，將流體密度傳感器3繼續下探直到孔底，通過深度計數滑輪5得到混凝土樁孔11的總深度，將上述混凝土樁孔11的總深度減去沉渣頂部相對孔口的深度即可得到沉渣12的厚度；
步驟3：在現場監測控制主機1中設置液態混凝土8的密度設計值和液態混凝土8的灌註標高設計值，然後進行混凝土澆灌，現場監測控制主機1通過流體密度傳感器3測量混凝土樁孔11中流體的密度，隨著混凝土的灌注量增加，當混凝土樁孔11中流體的密度達到液態混凝土8的密度設計值時，此時通過深度計數滑輪5得到此時流體密度傳感器3相對於混凝土樁孔11孔口的下探深度，通過該下探深度得到此時液態混凝土8的灌註標高；
現場監測控制主機1控制電機7提升流體密度傳感器3，在流體密度傳感器3提升的過程中繼續實時測量混凝土樁孔11中流體的密度，當測量到的混凝土樁孔11中流體的密度小於液態混凝土8的密度設計值時，現場監測控制主機1控制電機7停止提升流體密度傳感器3，並記錄流體密度傳感器3相對於混凝土樁孔11孔口的下探深度，這樣既可對液態混凝土8的灌註標高進行實時監測，從而指導混凝土灌注導管10在混凝土澆灌過程中能提升的最大高度和能卸下的灌注導管段的長度(一段導管長為2～3米)；同時顯示已液態灌注混凝土8的立方量和還需液態混凝土8的立方量；
步驟4：在混凝土澆灌過程中，當對液態混凝土8的灌註標高進行實時監測的結果顯示液態混凝土8的灌註標高達到液態混凝土8灌註標高設計值時，現場監測控制主機1控制頻閃報警器6報警，停止混凝土澆灌。
上述技術方案的步驟4中，根據液態混凝土8的灌註標高實時監測值實時計算當前餘下未灌混凝土方量。
上述技術方案中，所述流體密度傳感器3的下探位置與混凝土樁孔11側壁之間的距離等於混凝土樁孔11直徑的三分之一。
上述技術方案中，沉渣密度值範圍區間為1.7～2.1g/cm3。液態混凝土8的密度設計值為2.2～2.4g/cm3。
本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。