專利名稱：便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及預制樁的測斜，具體的指一種用于灌入過程中的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置。
背景技術：
目前，由于場地不平、坡度較大、打樁機本身傾斜、穩(wěn)樁不力等原因，樁基，尤其是預制樁在灌入過程中經(jīng)常會產(chǎn)生不同程度的傾斜。樁基傾斜過大會影響其承載力，甚至使樁基報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，研制一種能夠實時監(jiān)測樁基發(fā)生偏斜時傾角和傾向的儀器顯得尤為重要。在本發(fā)明之前，樁基傾斜度的測量一般分為間接法和直接法兩類。間接法包括瑞雷波法、傾斜回波法、模擬法、彈性波法以及吊錘法等；直接法則包括測斜儀法、井徑儀法、陀螺儀法等。幾種主要方法簡介如下:(1) 2001年，李延輝提出了一種利用瑞雷波檢測樁斜的方法。該方法利用不同頻率的瑞雷波相速度的變化反映出在深度方向的介質特性，而頻散曲線與地下介質結構存在著內(nèi)在關系?；谌鹄撞ㄔ趯訝罱橘|中的頻散特性提出的瑞雷波檢測樁斜方法，其可行性得到了試驗驗證；(2)2002年，鄧業(yè)燦等人提出了一種樁基傾斜無損檢測方法，即傾斜回波法。其過程為在樁頭施加一瞬時作用力后，使受力的質點產(chǎn)生振動而形成各種彈性波，利用安裝在樁頭上的傳感器檢測并處理信號得到時程曲線、振幅譜曲線和樁底反射系數(shù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷出樁基是否傾斜以及傾斜的方向；(3)測斜儀是目前使用時間較長、應用較多的樁基測斜儀器，如SR-1M便攜式數(shù)字管樁測斜儀是目前國內(nèi)專用于管樁測斜的儀器。它是針對基坑支護的預應力管樁，在基坑開挖前將測斜管插入到管樁孔內(nèi)，并在測斜管和管樁孔之間灌入填充材料，使測斜管同管樁同步發(fā)生側移變形，然后根據(jù)對變形前后的數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析得到偏斜值；(4)井徑儀也是當今樁基測斜較常用的裝置，如灌注樁測斜中常見的JJY-2、JJY_5型井徑儀等。其孔斜的測試是利用原用于鉆孔灌注樁成孔質量檢測探管中的垂直度檢測裝置(測斜儀)進行的，即在管樁的內(nèi)孔嘗試連續(xù)多點測量其頂角，再根據(jù)所測得的頂角計算內(nèi)孔的垂直度即可得到管樁的垂直度變化情況，從而得到偏斜值的大小和方向；(5)公開號為CN102425192A的中國專利申請《樁基傾斜實時監(jiān)測預警系統(tǒng)》中，將測斜傳感器和陀螺儀傳感器安裝在樁基上，和樁基一起打入地下，并通過導線引出，連接到信號采集器上，以此對樁基傾斜進行實時監(jiān)測；上述現(xiàn)有技術確實在一定程度上解決了樁基測斜的問題，并在各種樁基偏斜檢測中得到了較為可靠的數(shù)據(jù)，基本滿足了各類型樁基測斜的需要。但目前的樁基測斜技術主要還存在如下問題:(I)精度不夠高。尤其對于間接法測斜(如上述瑞雷波法、傾斜回波法)，由于彈性波在樁身傳播時因樁體材料不均勻、裂隙較多等常見因素很容易導致波在傳播方向上的偏差，進而導致測得的數(shù)據(jù)并不可信；(2)適用范圍較局限。上述測斜方法的應用對象具有局限性，如測斜儀法和井徑儀法都只適用于預制管樁而不能用于預制實體樁；(3)操作較為繁瑣。如測斜儀使用時需要在測斜管和管樁孔間填充材料；再如井徑儀使用時需安裝滑輪測井電纜、直流絞車等裝置；(4)直接法的測試元件在預制樁灌入過程中隨時可能發(fā)生脫落或損壞，一旦損壞，測試儀器將不能使用，導致后續(xù)預制樁灌入過程產(chǎn)生的偏斜將無法得到控制；(5)成本較高。井徑儀和陀螺儀測斜裝置都有較高的成本，使測斜工作的應用范圍受到資金、成本的影響；(6)自動化、同步化程度不高。現(xiàn)有技術中很少能滿足實時監(jiān)測，如彈性波法只能測得樁基瞬時的偏斜情況，而無法對樁基的偏斜進行實時、連續(xù)的檢測；(7)可重復使用性不高。例如上述測斜儀法和井徑儀法，使用過的測斜管一般都不可再次使用，否則會引起測量結果的較大誤差；(8)加工、維修較困難。某些結構較復雜的儀器(如陀螺儀)，在使用時一旦損壞則需要到指定的廠家、維修店維修，現(xiàn)場一般無法修復，同時造成了工期的延誤和成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，能夠對圓形或圓環(huán)形截面的預制樁進行傾向、傾角的高精度實時測量，同時，設備成本低、操作簡單、拆卸方便、便于攜帶運輸，并可重復使用。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，包括支撐機構、監(jiān)測機構和人機交互平臺；所述支撐機構包括四根長度可調的支柱；所述監(jiān)測機構包括監(jiān)測梁和一對監(jiān)測臂，一對監(jiān)測臂分別與監(jiān)測梁的兩端鉸接、可繞監(jiān)測梁在水平面上轉動，監(jiān)測梁、一對監(jiān)測臂中部分別開有至少兩個孔槽，用于設置測距傳感器，監(jiān)測梁和一對監(jiān)測臂的底部均開有空腔，所述四根支柱分別與監(jiān)測梁的兩端底部和一對監(jiān)測臂的自由端底部鉸接并可置于空腔內(nèi)；所述人機交互平臺與監(jiān)測機構可拆卸連接，人機交互平臺包括顯示屏和工作臺，工作臺與測距傳感器的信號輸出端連接，用于接收測距傳感器測量信號和輸入的測距傳感器水平位置信號、計算預制樁傾角和傾向并通過顯示屏顯示。上述技術方案中，所述監(jiān)測梁由兩部分拼接組成。進一步地，所述組成監(jiān)測梁的兩部分呈凸凹配合，拼接處通過拼接插鎖固定。上述技術方案中，所述支柱由至少兩根金屬桿件嵌套構成，各金屬桿件上均設置有卡孔，用于支柱的長度調節(jié)和固定。上述技術方案中，所述一對監(jiān)測臂的自由端分別設有監(jiān)測臂回收固定插鎖，用于回收狀態(tài)下監(jiān)測臂自由端與監(jiān)測梁的固定。上述技術方案中，所述一對監(jiān)測臂的鉸接端分別設有監(jiān)測臂工作固定插鎖，用于工作狀態(tài)下監(jiān)測臂與監(jiān)測梁的垂直固定。上述技術方案中，所述測距傳感器為激光測距傳感器或者超聲波測距傳感器。
上述技術方案中，所述顯示屏和工作臺與監(jiān)測梁為可拆卸連接。上述技術方案中，所述人機交互平臺還包括水準儀，用于工作狀態(tài)下監(jiān)測機構的調平。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:(I)監(jiān)測精度高。尤其是采用高精度的激光測距傳感器或者超聲波測距傳感器時，測量誤差能夠控制在0.1mm范圍，能精確計算出預制樁的傾向和傾角；(2)適用性廣泛。既能對預制實體樁進行監(jiān)測，也適用于預制管樁；(3)操作過程簡單。利用本裝置進行監(jiān)測時，僅需架設好儀器并打開監(jiān)測機構，其數(shù)據(jù)采集過程和傾向、傾角的實時監(jiān)測均通過人機交互平臺內(nèi)置的軟件進行數(shù)據(jù)分析與處理，完全實現(xiàn)自動化；(4)成本低。激光/超聲波測距傳感器是常用的傳感監(jiān)測元件，市場購買方便，裝置整體的框架設計輕巧簡單，制造成本低廉；(5)自動化、同步化程度高。該裝置能實時對樁身的傾向、傾角數(shù)據(jù)進行測量與記錄，將分析結果以數(shù)據(jù)及圖像形式自動反映在顯示屏上，還可通過測得數(shù)據(jù)判斷樁身是否嚴重偏斜并能對嚴重偏斜的情況發(fā)出警報；(6)重復使用性高。該裝置與預制樁相互獨立，采用的是非接觸測量方法，完成一次測試工作后，可回收整套設備，以備下次使用；(7)本裝置采用了便攜、可折疊的構造，具體來說，四根支柱可置于監(jiān)測梁和監(jiān)測臂的底部空腔內(nèi)、一對監(jiān)測臂可折疊并與監(jiān)測梁平行并攏等，具有極優(yōu)的運輸及搬運條件，適用于各種工況條件；(8)該測斜裝置可廣泛運用于巖土工程領域中圓形或圓環(huán)形截面預制樁偏斜的監(jiān)測，并適用于對工程中圓形或圓環(huán)形截面抗滑樁的偏斜程度進行精確測量，應用前景廣闊，經(jīng)濟效益顯著。


圖1為本發(fā)明一個實施例在工作狀態(tài)下的立體結構示意圖；圖2為圖1裝置的右視圖；圖3為圖2的A處放大圖；圖4為圖1裝置在回收狀態(tài)下拼接前的立體結構示意圖；圖5為圖4裝置旋轉180°后的立體結構示意圖；圖6為圖4的俯視圖；圖7為圖1裝置在回收狀態(tài)下拼接后的立體結構示意圖；圖8為圖7的仰視圖；圖9為本裝置針對預制樁測斜的原理圖；圖中:1一監(jiān)測臂轉軸，2—監(jiān)測臂工作插鎖，3—監(jiān)測臂，4一測距傳感器，5—卡孔，6—監(jiān)測臂回收固定插鎖，7—支柱轉軸，8—支柱連接件，9一萬向軸，10—支柱擺動軸，11—工作臺，12—拼接插鎖，13一支柱，14一監(jiān)測梁，15—顯不屏，16一水準儀。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的詳細描述:如圖1至圖8所示，本發(fā)明的一種便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，包括支撐機構、監(jiān)測機構和人機交互平臺。具體來說:支撐機構包括四根長度可調的支柱13，本實施例中的每根支柱13均由三根金屬桿件嵌套構成，各金屬桿件上均設置有卡孔5，用于支柱13的長度調節(jié)和固定；監(jiān)測機構包括監(jiān)測梁14和一對監(jiān)測臂3。一對監(jiān)測臂3分別與監(jiān)測梁14的兩端通過監(jiān)測臂轉軸I鉸接、可繞監(jiān)測梁14在水平面上轉動。一對監(jiān)測臂3的自由端分別設有監(jiān)測臂回收固定插鎖6，用于回收狀態(tài)下監(jiān)測臂3自由端與監(jiān)測梁14的固定；一對監(jiān)測臂3的鉸接端分別設有監(jiān)測臂工作固定插鎖2，用于工作狀態(tài)下監(jiān)測臂3與監(jiān)測梁14的垂直固定。監(jiān)測梁14、一對監(jiān)測臂3中部分別開有兩個孔槽，孔槽內(nèi)開有螺紋，用于設置測距傳感器4，為確保測量精度，本實施例的測距傳感器4優(yōu)選高精度的激光測距傳感器或者超聲波測距傳感器，其測量精度可達0.1mm。監(jiān)測梁14和一對監(jiān)測臂3的底部均開有空腔，上述支撐機構的四根支柱13中，兩根支柱13分別與監(jiān)測梁14的兩端底部鉸接并可置于監(jiān)測梁14底部的空腔內(nèi)，另兩根支柱13分別與監(jiān)測臂3的自由端底部鉸接并可置于監(jiān)測臂3底部的空腔內(nèi)。為保證各支柱13的旋轉和擺動自由度，本裝置中，支柱13鉸接處的結構為:監(jiān)測梁14或監(jiān)測臂3上通過支柱轉軸7設置支柱連接件8，支柱連接件8連接萬向軸9的一端，萬向軸9另一端通過支柱擺動軸10連接支柱13?；厥諣顟B(tài)下(如圖8所示)，支柱連接件8連同萬向軸9、支柱13與監(jiān)測梁14或監(jiān)測臂3平行并置于相應空腔內(nèi)；工作狀態(tài)下(如圖1至圖3所示)，支柱連接件8連同萬向軸9繞支柱轉軸7旋轉并與監(jiān)測梁14或監(jiān)測臂3垂直，支柱13可繞支柱擺動軸10在一定角度內(nèi)擺動。為進一步減小裝置長度，本實施例的監(jiān)測梁14由兩部分拼接組成，兩部分呈凸凹配合，拼接處通過拼接插鎖12固定。本實施例的人機交互平臺包括顯示屏15、工作臺11和水準儀16，工作臺11與監(jiān)測梁14通過監(jiān)測梁14外側面的插槽插接、便于拆裝，插接后的工作臺11與監(jiān)測梁14外側面垂直，工作臺11和 水準儀16設置于工作臺11上。工作臺11與測距傳感器4的信號輸出端連接，用于接收測距傳感器4測量信號和輸入的測距傳感器4水平位置信號、計算預制樁傾角和傾向并通過顯示屏15顯示。測距傳感器4的數(shù)據(jù)采集線可布置在監(jiān)測梁14及監(jiān)測臂3外側。水準儀16與上述支撐機構配合，以調節(jié)監(jiān)測梁14和監(jiān)測臂3所在平面，確保在施工現(xiàn)場的不利場地條件下監(jiān)測機構的調平。本發(fā)明的工作原理如圖9所示。灌入地表前，預制樁樁身在打樁機作用下，直立吊起，其在水平面上的投影為對應于圓心A的圓形截面。當樁身在打樁機械的作用下灌入地表時，產(chǎn)生樁身的傾斜，中心B所對應的橢圓為預制樁偏斜后的水平投影截面，它由圓心C所在的圓形截面投影而來。預制樁偏斜的傾向為圖9中矢量AB所指示的方向。預制樁偏斜后樁身橫截面所在平面與預制樁偏斜后投影截面夾角的余角即為預制樁的傾角，即圖9中的Z CBD0設預制樁橫截面半徑為R，預制樁投影橢圓的半長軸為a，記所求傾角為β，根據(jù)幾何關系得預制樁偏斜的傾角為
r η ■ Rp=arcsm —
a本發(fā)明需要解決的一個關鍵問題是獲得預制樁偏斜后投影截面的橢圓方程，而橢圓方程的一般表達式為
A1x2+A2xy+A3y2+A4x+A5y+A6=0該表達式中有4、4、^、 、 、慫六個待定系數(shù)，通過本發(fā)明測斜裝置中的六個測距傳感器4測得橢圓上六個點的坐標，分別代入橢圓方程即可求解六元一次方程組，運算得到橢圓方程，進而計算出該橢圓投影截面的特征值，包括中心點位置、長軸值、短軸值等。上述求解矢量AB及橢圓方程的計算過程均為現(xiàn)有技術，可通過編制簡單的計算程序在人機交互平臺中自動運算，并最終以數(shù)據(jù)及圖像的形式反映在顯示屏15上。當樁基的偏移超過一定限度，導致某個測距傳感器4采集不到數(shù)據(jù)信息或者超過人為設置的傾向和傾角警報值時，認為樁身傾斜嚴重，需立刻停止灌入，并采取相應的工程措施進行補救。將上述裝置應用于預制樁灌入過程中的測斜時，其操作主要為:一、前期準備1、根據(jù)工程設計要求，將預制樁通過打樁機械提至設計孔正上方，保持固定；2、拼接監(jiān)測梁14，使其兩部分拼接處的“凹”、“凸”面拼合，并通過拼接插鎖12固定;3、打開監(jiān)測臂回收固定插鎖6，展開監(jiān)測臂3至極限處(與監(jiān)測梁14垂直)，通過監(jiān)測臂工作固定插鎖2固定；4、打開監(jiān)測梁14和監(jiān)測臂3的共四根支柱13 ；5、拼接、安裝人機交互平臺；6、通過羅盤確定正北方向N，將本裝置的兩監(jiān)測臂3調整為正北方向N，并使兩監(jiān)測臂3中部的測距傳感器4 對正預制樁樁身，同時調整各支柱13長度并與水準儀16配合使用，將監(jiān)測機構調平；二、實施監(jiān)測7、開啟本測斜裝置并調試各測距傳感器4 ；8、調試結束后，打樁機工作，預制樁被灌入地表；9、在預制樁灌入過程中，測距傳感器4實時監(jiān)測樁身與測距傳感器4的直線距離大小，結合事先已知的測距傳感器4水平位置可確定測點的坐標位置；10、測距傳感器4所采集的樁身測點坐標數(shù)據(jù)通過已編制的計算程序進行處理并以數(shù)據(jù)及圖像的形式反映在顯示屏15上；三、偏斜預警11、當樁基的偏斜超過一定限度時，顯示和/或語音提示樁身傾斜嚴重，需立刻停止灌入，并采取相應的工程措施進行補救；四、監(jiān)測結束12、關閉測距傳感器4、工作臺11及顯示屏15 ；13、拆卸人機交互平臺；14、回收監(jiān)測梁14和監(jiān)測臂3的支柱13 ；15、打開監(jiān)測臂工作固定插鎖2，回收監(jiān)測臂3至與監(jiān)測梁I平行，固定監(jiān)測臂回收固定插鎖6 ；16、打開拼接插鎖12，分離監(jiān)測梁14 ；17、收起并撤走儀器，待下次使用。本發(fā)明的核心在于監(jiān)測梁14、監(jiān)測臂3及其上六個測距傳感器4的設置，能夠通過獲取預制樁偏斜后投影截面的橢圓方程實時、自動化測定圓形或圓環(huán)形截面預制樁灌入過程中發(fā)生偏斜時傾角和傾向，且設備成本低、操作簡單，并可重復使用，同時，監(jiān)測梁14、監(jiān)測臂3及四根支柱13為可折疊回收和拆裝的結構，使得設備的體積能夠顯著縮小，極大地方便了攜帶和運輸，所以其保護范圍并不限于上述實施例。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如:監(jiān)測梁14也可以是一體式結構，當其采用拼接的兩部分時，還可采取其他常規(guī)配合、固定方式，如栓接等；監(jiān)測梁14和監(jiān)測臂3上的孔槽還可以是更多個，以便調節(jié)測距傳感器4的位置，適應不同的測量環(huán)境和不同規(guī)格的預制樁；測距傳感器4選擇激光測距傳感器或者超聲波測距傳感器是為了確保裝置的測量精度較高，采用其他測距傳感器4也能夠實現(xiàn)本發(fā)明技術方案；工作臺11和顯示屏15可用便攜式電腦代替，實施例中的計算程序也在外部設備中進行，工作臺11的數(shù)據(jù)采集和輸出方式可以是有線或無線方式等。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權利要求
1.一種便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:包括支撐機構、監(jiān)測機構和人機交互平臺；所述支撐機構包括四根長度可調的支柱(13);所述監(jiān)測機構包括監(jiān)測梁(14)和一對監(jiān)測臂(3)，一對監(jiān)測臂(3)分別與監(jiān)測梁(14)的兩端鉸接、可繞監(jiān)測梁(14)在水平面上轉動，監(jiān)測梁(14)、一對監(jiān)測臂(3)中部分別開有至少兩個孔槽，用于設置測距傳感器(4)，監(jiān)測梁(14)和一對監(jiān)測臂(3)的底部均開有空腔，所述四根支柱(13)分別與監(jiān)測梁(14)的兩端底部和一對監(jiān)測臂(3)的自由端底部鉸接并可置于空腔內(nèi)；所述人機交互平臺與監(jiān)測機構可拆卸連接，人機交互平臺包括顯示屏(15)和工作臺(11 )，工作臺(11)與測距傳感器(4)的信號輸出端連接，用于接收測距傳感器(4)測量信號和輸入的測距傳感器(4)水平位置信號、計算預制樁傾角和傾向并通過顯示屏(15)顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述監(jiān)測梁(14)由兩部分拼接組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述組成監(jiān)測梁(14)的兩部分呈凸凹配合，拼接處通過拼接插鎖(12)固定。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述支柱(13)由至少兩根金屬桿件嵌套構成，各金屬桿件上均設置有卡孔(5)，用于支柱(13)的長度調節(jié)和固定。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述一對監(jiān)測臂(3)的自由端分別設有監(jiān)測臂回收固定插鎖(6)，用于回收狀態(tài)下監(jiān)測臂(3 )自由端與監(jiān)測梁(14)的固定。
6.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述一對監(jiān)測臂(3)的鉸接端分別設有監(jiān)測臂工作固定插鎖(2)，用于工作狀態(tài)下監(jiān)測臂(3)與監(jiān)測梁(14)的垂直固定。
7.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述測距傳感器(4)為激光測距傳感器或者超聲波測距傳感器。
8.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述顯示屏(15)和工作臺(11)與監(jiān)測梁(14)為可拆卸連接。
9.根據(jù)權利要求1至3中任一權利要求所述的便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，其特征在于:所述人機交互平臺還包括水準儀(16)，用于工作狀態(tài)下監(jiān)測機構的調平。
全文摘要
一種便攜折疊式圓形或圓環(huán)形截面預制樁測斜裝置，包括支撐機構、監(jiān)測機構和人機交互平臺；所述支撐機構包括四根長度可調的支柱；所述監(jiān)測機構包括監(jiān)測梁和一對監(jiān)測臂，一對監(jiān)測臂分別與監(jiān)測梁的兩端鉸接、可繞監(jiān)測梁在水平面上轉動，監(jiān)測梁、一對監(jiān)測臂中部分別開有至少兩個孔槽，用于設置測距傳感器，監(jiān)測梁和一對監(jiān)測臂的底部均開有空腔，所述四根支柱分別與監(jiān)測梁的兩端底部和一對監(jiān)測臂的自由端底部鉸接并可置于空腔內(nèi)；所述人機交互平臺與監(jiān)測機構可拆卸連接，人機交互平臺包括顯示屏和工作臺，工作臺與測距傳感器的信號輸出端連接，用于接收測距傳感器測量信號和輸入的測距傳感器水平位置信號、計算預制樁傾角和傾向并通過顯示屏顯示。
文檔編號E02D33/00GK103195107SQ20131007507
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權日2013年3月8日
發(fā)明者唐輝明, 易賢龍, 雍睿, 譚欽文, 李長冬, 代先堯, 王嬌, 梁德明 申請人:中國地質大學(武漢)