专利名称：矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及预制桩的灌入，具体的指一种用于灌入过程中的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置。
背景技术：
目前，由于场地不平、坡度较大、打桩机本身倾斜、稳桩不力等原因，桩基，尤其是预制桩在灌入过程中经常会产生不同程度的倾斜。桩基倾斜过大会影响其承载力，甚至使桩基报废，造成巨大的经济损失。因此，研制一种能够实时监测桩基发生偏斜时倾角和倾向的仪器显得尤为重要。在本发明之前，桩基倾斜度的测量一般分为间接法和直接法两类。间接法包括瑞雷波法、倾斜回波法、模拟法、弹性波法以及吊锤法等；直接法则包括测斜仪法、井径仪法、陀螺仪法等。几种主要方法简介如下:(1) 2001年，李延辉提出了一种利用瑞雷波检测桩斜的方法。该方法利用不同频率的瑞雷波相速度的变化反映出在深度方向的介质特性，而频散曲线与地下介质结构存在着内在关系。基于瑞雷波在层状介质中的频散特性提出的瑞雷波检测桩斜方法，其可行性得到了试验验证；(2)2002年，邓业灿等人提出了一种桩基倾斜无损检测方法，即倾斜回波法。其过程为在桩头施加一瞬时作用力后，使受力的质点产生振动而形成各种弹性波，利用安装在桩头上的传感器检测并处理信号得到时程曲线、振幅谱曲线和桩底反射系数，根据这些数据判断出桩基是否倾斜以及倾斜的方向；(3)测斜仪是目前使用时间较长、应用较多的桩基测斜仪器，如SR-1M便携式数字管桩测斜仪是目前国内专用于管桩测斜的仪器。它是针对基坑支护的预应力管桩，在基坑开挖前将测斜管插入到管桩孔内，并在测斜管和管桩孔之间灌入填充材料，使测斜管同管桩同步发生侧移变形，然后根据对变形前后的数据监测与分析得到偏斜值；(4)井径仪也是当今桩基测斜较常用的装置，如灌注桩测斜中常见的JJY-2、JJY_5型井径仪等。其孔斜的测试是利用原用于钻孔灌注桩成孔质量检测探管中的垂直度检测装置(测斜仪)进行的，即在管桩的内孔尝试连续多点测量其顶角，再根据所测得的顶角计算内孔的垂直度即可得到管桩的垂直度变化情况，从而得到偏斜值的大小和方向；(5)公开号为CN 102425192A的中国专利申请《桩基倾斜实时监测预警系统》中，将测斜传感器和陀螺仪传感器安装在桩基上，和桩基一起打入地下，并通过导线引出，连接到信号采集器上，以此对桩基倾斜进行实时监测；上述现有技术确实在一定程度上解决了桩基测斜的问题，并在各种桩基偏斜检测中得到了较为可靠的数据，基本满足了各类型桩基测斜的需要。但目前的桩基测斜技术主要还存在如下问题:(I)精度不够高。尤其对于间接法测斜(如上述瑞雷波法、倾斜回波法)，由于弹性波在桩身传播时因桩体材料不均匀、裂隙较多等常见因素很容易导致波在传播方向上的偏差，进而导致测得的数据并不可信；(2)适用范围较局限。上述测斜方法的应用对象具有局限性，如测斜仪法和井径仪法都只适用于预制管桩而不能用于预制实体桩；(3)操作较为繁琐。如测斜仪使用时需要在测斜管和管桩孔间填充材料；再如井径仪使用时需安装滑轮测井电缆、直流绞车等装置；(4)直接法的测试元件在预制桩灌入过程中随时可能发生脱落或损坏，一旦损坏，测试仪器将不能使用，导致后续预制桩灌入过程产生的偏斜将无法得到控制；(5)成本较高。井径仪和陀螺仪测斜装置都有较高的成本，使测斜工作的应用范围受到资金、成本的影响；(6)自动化、同步化程度不高。现有技术中很少能满足实时监测，如弹性波法只能测得桩基瞬时的偏斜情况，而无法对桩基的偏斜进行实时、连续的检测；(7)可重复使用性不高。例如上述测斜仪法和井径仪法，使用过的测斜管一般都不可再次使用，否则会引起测量结果的较大误差；(8)加工、维修较困难。某些结构较复杂的仪器(如陀螺仪)，在使用时一旦损坏则需要到指定的厂家、维修店维修，现场一般无法修复，同时造成了工期的延误和成本的增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，能够对矩形或空心矩形截面的预制桩进行倾向、倾角的高精度测量，同时，设备成本低、操作简单、拆卸方便，并可重复使用。为解决上述技术问题，本发明提供的一种矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，包括支撑机构、监测调节机构和人机交互平台；所述监测调节机构包括框状的护板，护板通过所述支撑机构水平设置，护板在同一水平面上开有八个滑动槽，每一滑动槽内均设有测距传感器，用于测量预制桩外表面一点与测距传感器之间的距离，八个测距传感器中，每两个测距传感器一组、平行设置，任意相邻两组测距传感器正交布置；所述人机交互平台包括显示屏和操作平台，操作平台与测距传感器的信号输出端连接，用于接收测距传感器测量信号和输入的测距传感器水平位置信号、计算预制桩倾角和倾向并通过显示屏显
/Jn o上述技术方案的所述八个测距传感器中，每组测距传感器连接一个水平调节机构；水平调节机构包括卡槽、插锁和两根连杆，所述卡槽竖向设置于护板的边沿，插锁设置于卡槽内、可沿卡槽竖向移动和定位，两根连杆的一端分别与相应的两个测距传感器的后端铰接、另一端均与插锁铰接。进一步地，所述卡槽包括平行且相对设置的导向槽和固定槽，固定槽内侧设有一列槽孔；所述插锁的一端位于导向槽内，另一端与固定槽的槽孔配合，用于插锁的竖向定位。上述技术方案中，所述滑动槽的外侧标有刻度，用于每一测距传感器的水平位置读数。上述技术方案中，所述测距传感器为激光测距传感器或者超声波测距传感器。
上述技术方案中，所述支撑机构包括底板和三脚架；所述底板的底面与三脚架铰接，所述护板设置于底板上。上述技术方案中，所述护板为矩形框状结构，矩形框的一边与另外三边为可拆卸连接。进一步地，所述支撑机构包括横截面呈矩形框状且与护板相配置的底板和三脚架，底板的一边与另外三边为可拆卸连接；所述底板的底面与三脚架铰接，所述护板设置于底板上。上述技术方案中，所述显示屏和操作平台与护板为可拆卸连接。上述技术方案中，所述人机交互平台还包括水准仪，用于监测调节机构的调平。与现有技术相比，本发明的有益效果在于:(I)监测精度高。尤其是采用高精度的激光测距传感器或者超声波测距传感器时，测量误差能够控制在0.1mm范围，能精确计算出预制桩的倾向和倾角；(2)适用性广泛。既能对预制实体桩进行监测，也适用于预制管桩；(3)操作过程简单。利用本装置进行监测时，仅需架设好仪器并打开监测调节机构，其数据采集过程和倾向、倾角的实时监测均通过人机交互平台内置的软件进行数据分析与处理，完全实现自动化；(4)成本低。激光/超声波测距传感器是常用的传感监测元件，市场购买方便，装置整体的框架设计轻巧简单，制造成本低廉；(5)自动化、同步化程度高。该装置能实时对桩身的倾向、倾角数据进行测量与记录，将分析结果以数据及图像形式自动反映在显示屏上，还可通过测得数据判断桩身是否严重偏斜并能对严重偏斜的情况发出警报；(6)重复使用性高。该装置与预制桩相互独立，采用的是非接触测量方法，完成一次测试工作后，可回收整套设备，以备下次使用；(7)该测斜装置可广泛运用于岩土工程领域中矩形或空心矩形截面预制桩偏斜的监测，并适用于对工程中圆形或圆环形截面(因计算方法不同需更换测量软件)预制桩偏斜程度进行精确的测量，应用前景广阔，经济效益显著。
图1为本发明一个实施例的立体结构示意图；图2为图1装置的主视图；图3为图1装置的右视图；图4为图1装置的俯视图；图5和图6为本装置对矩形截面预制桩测斜的原理图；图中:1 —显不屏,2 —卡槽(其中:2.1 —导向槽、2.2 —固定槽)，3 —测距传感器，4 一护板，5 —底板，6 —插锁，7 —连杆，8 —销轴，9 一连接件，10 —三脚架，11 一水准仪，
12 一操作平台。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述:
如图1至图4所示，本发明的一种矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，包括支撑机构、监测调节机构和人机交互平台。具体来说:支撑机构包括底板5和三脚架10。底板5的横截面呈矩形框状，为便于整个装置的安装，底板5的一边与另外三边为可拆卸连接，本实施例中采用插槽插接。底板5—体式的三边底部分别设有连接件9，每一连接件9通过销轴8与三脚架10的支脚连接；监测调节机构包括矩形框状的护板4，矩形框的一边与另外三边为可拆卸连接，护板4与上述底板5相配置并焊接在底板5上，护板4的四边分别开有一组两个滑动槽，每一滑动槽内均设有测距传感器3，用于测量预制桩外表面一点与测距传感器3之间的距离，一共有四组、八个测距传感器3。滑动槽外侧标有刻度(为确保精度，刻度的精度可为0.1mm),用于每一测距传感器3的水平位置 读数。每组测距传感器3连接一个水平调节机构。每一水平调节机构包括卡槽2、插锁6和两根连杆7，卡槽2竖向设置于护板4的边沿，它包括平行且相对设置的导向槽2.1和固定槽2.2，固定槽2.2内侧设有一列槽孔，插锁6的一端位于导向槽2.1内、可沿导向槽2.1竖向滑动，插锁6的另一端与固定槽2.2的槽孔配合、用于插锁6的竖向定位。两根连杆7的一端分别与相应的两个测距传感器3的后端铰接、另一端均与插锁6铰接。通过插锁6的竖向移动带动两根连杆7的一端移动，从而经连杆7带动一组测距传感器3水平移动。为确保测量精度，本实施例的测距传感器3优选高精度的激光测距传感器或者超声波测距传感器，其测量精度可达0.1mm ；本实施例的人机交互平台包括显示屏1、操作平台12和水准仪11，操作平台12与底板5螺纹连接且位于同一水平面，显示屏I和水准仪11固定在操作平台12上。操作平台12与测距传感器3的信号输出端连接，用于接收测距传感器3测量信号和输入的测距传感器3水平位置信号、计算预制桩倾角和倾向并通过显示屏I显示。水准仪11则与上述三脚架10配合使用，以调节底板5所在平面，确保在施工现场的不利场地条件下监测调节机构的调平。本发明的工作原理如图5和图6所示。灌入地表前，预制桩桩身在打桩机作用下，直立吊起至设定桩位，图5中矩形(或空心矩形)在设定桩位水平面上的投影截面对应于以M为中心的矩形。当桩身在打桩机械的作用下灌入地表时，产生桩身的倾斜，中心M’所对应的矩形ABCD为预制桩偏斜后的水平投影截面，它由预制桩横截面A’ BCD’投影而来。在图5所示的矩形投影截面ABCD中，偏斜后桩身轴线在水平面的投影矢量M’ Q所指示的方向(任意假设指向)为实际预制桩偏斜的倾向，该矢量可分解为垂直于BC的矢量M’ P和垂直于⑶的矢量M’ N。上述三个矢量的(M’ Q、M’ P、M’ N)的角度叠加关系如图6所示。虚线ad’、cd’表示的是偏斜后桩身轴线实际位置bd’在桩身两相邻垂直面的位移投影分量。由几何关系知，待测的倾角为Zbd’b’(设为Y)，而根据上述矢量关系通过计算可得到:
TtI 72~~~二Y =--arctanytan cr+ tan p其中a为幺3(1’(1(&(1’倾角的余角)，@为Zed’d (Cd’倾角的余角)，Y为待测
桩身实际倾角。通过图6中矢量的叠加关系可得桩身实际倾向0为Z adb或其余角，换算可得桩身倾向的计算公式:
权利要求
1.一种矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:包括支撑机构、监测调节机构和人机交互平台；所述监测调节机构包括框状的护板(4)，护板(4)通过所述支撑机构水平设置，护板(4)在同一水平面上开有八个滑动槽，每一滑动槽内均设有测距传感器(3)，用于测量预制桩外表面一点与测距传感器(3)之间的距离，八个测距传感器(3)中，每两个测距传感器(3) —组、平行设置，任意相邻两组测距传感器(3)正交布置；所述人机交互平台包括显示屏(I)和操作平台(12)，操作平台(12)与测距传感器(3)的信号输出端连接，用于接收测距传感器(3)测量信号和输入的测距传感器(3)水平位置信号、计算预制桩倾角和倾向并通过显示屏(I)显示。
2.根据权利要求1所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述八个测距传感器(3)中，每组测距传感器(3)连接一个水平调节机构；水平调节机构包括卡槽(2)、插锁(6)和两根连杆(7)，所述卡槽(2)竖向设置于护板(4)的边沿，插锁(6)设置于卡槽(2)内、可沿卡槽(2)竖向移动和定位，两根连杆(7)的一端分别与相应的两个测距传感器(3)的后端铰接、另一端均与插锁(6)铰接。
3.根据权利要求2所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述卡槽(2)包括平行且相对设置的导向槽(2.1)和固定槽(2.2)，固定槽(2.2)内侧设有一列槽孔；所述插锁(6)的一端位于导向槽(2.1)内，另一端与固定槽(2.2)的槽孔配合，用于插锁(6)的竖向定位。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述滑动槽的外侧标有刻度，用于每一测距传感器(3)的水平位置读数。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述测距传感器(3)为激光测距传感器或者超声波测距传感器。
6.根据要求I至3中任一权利要求所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述支撑机构包括底板(5)和三脚架(10);所述底板(5)的底面与三脚架(10)铰接，所述护板(4)设置于底板(5)上。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述护板(4)为矩形框状结构，矩形框的一边与另外三边为可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述支撑机构包括横截面呈矩形框状且与护板(4)相配置的底板(5)和三脚架(10)，底板(5)的一边与另外三边为可拆卸连接；所述底板(5)的底面与三脚架(10)铰接，所述护板(4)设置于底板(5)上。
9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述显示屏(I)和操作平台(12)与护板(4)为可拆卸连接。
10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，其特征在于:所述人机交互平台还包括水准仪(11)，用于监测调节机构的调平。
全文摘要
一种矩形或空心矩形截面预制桩自动化测斜装置，包括支撑机构、监测调节机构和人机交互平台；监测调节机构包括框状的护板，护板通过支撑机构水平设置，护板在同一水平面上开有八个滑动槽，每一滑动槽内均设有测距传感器，用于测量预制桩外表面一点与测距传感器之间的距离，八个测距传感器中，每两个测距传感器一组、平行设置，任意相邻两组测距传感器正交布置；人机交互平台包括显示屏和操作平台，操作平台与测距传感器的信号输出端连接，用于接收测距传感器测量信号和输入的测距传感器水平位置信号、计算预制桩倾角和倾向并通过显示屏显示。本发明能够对矩形或空心矩形截面预制桩进行倾向、倾角的高精度测量，设备成本低、拆卸方便，可重复使用。
文档编号E02D33/00GK103147466SQ201310075160
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者唐辉明, 谭钦文, 雍睿, 李长冬, 易贤龙, 代先尧, 王娇, 梁德明 申请人:中国地质大学(武汉)