一种水下混凝土灌注界面自动探测装置及探测方法与流程

本发明属于混凝土灌注施工技术领域，尤其是涉及一种水下混凝土灌注界面自动探测装置及探测方法。

背景技术：

随着社会的高速发展，国内土木建筑技术不断变革，近几年土木建筑技术也逐步向国际社会输出，月来越多的新技术应用到土木建筑的各个环节，但水下混凝土灌注时，混凝土与泥浆界面的探测仍然是原始的。常用的探测方法是：使用测绳末端系线坠进行人工探测的方法，这种方法无法实现连续探测，且探测的精度受探测人的经验限制，一旦探测不及时或探测不够精准，将会导致灌注桩体质量问题或造成桩头混凝土过高，施工成本增加。如图1所示，采用传统测绳加线坠进行人工探测的方法对水下混凝土灌注界面进行探测时，需利用测绳1-1，并在测绳1-1的末端系上一个线坠1-2，在水下混凝土灌注过程中，人工将线坠1-2缓慢放入孔1-3(或槽)内，待线坠1-2到达混凝土与泥浆界面时，用手反复提放线坠1-2，根据手感来判断混凝土与泥浆界面的位置，从而计算导管埋置深度及混凝土灌注高度，进而决定拔导管的时机(施工规范规定导管底口埋入混凝土中的深度为2m～6m)及终止混凝土灌注的时机。

上述传统测绳加线坠进行人工探测的方法，存在以下缺陷和不足：

第一、凭探测人的手感来决定混凝土与泥浆的界面，误差难以满足施工要求。

第二、人工探测难以实现连续探测，在混凝土灌注过程中，一旦出现塌孔不能及时发现。

第三、关键数据不能及时传出，监管人员无法远程监控。

第四、水下混凝土灌注属于隐蔽工程施工，缺少有效的质量监控手段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其结构简单、设计合理且加工制作及使用操作简便、使用效果好，能简便、快速完成水下混凝土灌注界面自动探测过程，并且探测结果准确。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征在于：包括对混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面进行探测的探头、对探头进行上下提升的提升机构、与探头连接的控制装置和对探头的提升高度进行检测的提升高度检测装置，所述提升高度检测装置与所述控制装置连接，所述混凝土灌注腔为已施工成型的孔或槽；所述探头包括吊架和安装于吊架正下方的配重件，所述配重件的容重与所述混凝土灌注腔内所灌注混凝土的容重相同；所述配重件上部装有呈竖直向布设的连杆，所述吊架下方装有同轴套装于连杆上的导向套，所述吊架底部开有供连杆穿出的通孔；所述吊架内装有触发开关，所述连杆为对触发开关进行控制的控制杆，所述触发开关包括固定触头和与所述固定触头配合使用的移动触头，所述移动触头固定在连杆上端；所述移动触头通过数据传输线与所述控制装置连接，探头通过数据传输线吊装于所述提升机构下方。

上述一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征是：所述配重件为空心球。

上述一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征是：还包括支架，所述提升机构和所述控制装置均安装在支架上。

上述一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征是：还包括安装于支架上的控制柜，所述控制装置安装于控制柜内；所述控制装置包括控制器以及分别与控制器连接的数据存储器、远程数据传输单元、计时电路和参数输入单元，所述移动触头通过数据传输线与控制器连接。

上述一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征是：所述提升机构为电动提升机构，所述电动提升机构由所述控制装置进行控制且其与所述控制装置连接。

上述一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征是：所述电动提升机构包括电动机、供数据传输线缠绕的线盘和带动线盘进行同步转动的转动轴，所述转动轴由电动机进行驱动且二者之间通过传动机构进行传动连接，所述电动机由所述控制装置进行控制且其与所述控制装置连接。

上述一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，其特征是：所述提升高度检测装置包括对转动轴的转动圈数与转动角度进行检测的码表，所述码表与所述控制装置连接。

同时，本发明公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好的水下混凝土灌注界面自动探测方法，其特征在于：由下至上向所述混凝土灌注腔内灌注混凝土过程中，采用所述自动探测装置对所述混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面进行连续探测，过程如下：

步骤一、混凝土灌注界面初次探测，包括以下步骤：

步骤101、探头下放及提升高度确定：所述控制装置控制所述提升机构将探头由上至下下放至所述混凝土灌注腔内，并采用所述提升高度检测装置对此时探头的提升高度进行检测，且将所检测的高度信息同步传送至所述控制装置；

步骤102、混凝土灌注界面探测：待所述混凝土灌注腔内泥浆与混凝土界面上升至与探头中的配重件接触时，连杆向上移动并控制触发开关闭合，所述控制装置根据触发开关的闭合信号判断得出此时的混凝土灌注界面位于步骤101中探头的提升高度处；

所述混凝土灌注界面为所述混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面；

步骤二、混凝土灌注界面后续探测，过程如下：

步骤201、探头提升：当触发开关处于闭合状态时，所述控制装置控制所述提升机构将探头在所述混凝土灌注腔内竖直向上提升，使连杆向下移动并使触发开关断开；

步骤202、探头下放、提升高度确定及混凝土灌注界面探测：当触发开关处于断开状态时，所述控制装置控制所述提升机构将探头在所述混凝土灌注腔内竖直下放，直至配重件与所述混凝土灌注腔内泥浆与混凝土界面上接触，使连杆向上移动并使触发开关闭合；此时，采用所述提升高度检测装置对此时探头的提升高度进行检测，且将所检测的高度信息同步传送至所述控制装置，所述控制装置根据触发开关的闭合信号判断得出此时的混凝土灌注界面位于此时探头的提升高度处；之后，返回步骤201。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的自动探测装置结构简单、加工制作简便且投入成本较低。

2、所采用的自动探测装置结构设计合理，包括对混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面进行探测的探头、对探头进行上下提升的提升机构、与探头连接的控制装置和对探头的提升高度进行检测的提升高度检测装置，探头包括吊架和安装于吊架正下方的配重件，配重件的容重与混凝土灌注腔内所灌注混凝土的容重相同；配重件上装有连杆，连杆由配重件带动进行上下移动，吊架下方装有同轴套装于连杆上的导向套，吊架内装有触发开关，连杆为对触发开关进行控制的控制杆，各组件安装简便、结构紧凑且体积小，占用空间小，不会对混凝土灌注过程造成任何影响。

3、所采用的自动探测装置使用操作简便，由于混凝土的密度约2.42吨/立方米，泥浆密度1.1吨/立方米，利用混凝土与孔内泥浆的密度差异，设计探头中配重件的外形尺寸，使配重件进入混凝土中10cm时，其所受到的混凝土浮力与重力刚好相同，能通过探头连杆带动触发开关闭合，从而使电动机反向转动并牵引探头上升；当探头上升后，配重件受混凝土的浮力减小，并触发开关断开，使电动机正转整个探头在重力作用下继续下行，直至配重件再次进入混凝土中10cm，再次利用浮力与重力差通过连杆带触发开关闭合。依此往复，使探头保持配重件始终在混凝土中0～10厘米，只要混凝土面上升或下降，探头将随动上升或下降。

4、所采用的自动探测方法简单、设计合理且投入成本较低。

5、使用效果好且实用价值高，实现了自动连续探测、探测精度更高，根据水下混凝土灌注的现状条件，设计好可靠的混凝土界面探头(12)，并将探测信号通过数据传输线传输到控制装置，控制装置控制电动机转动，实现自动探测功能。同时，数据可储存并实现远程监控，支架的结构简洁、实用、稳定且安全，设计好，设计选配好相关元器件，并根据需要进行改造，使各元器件建立好可靠的接口，并组装成体系，进行现场测试，然后根据测试结果进一步完善。由上述内容可知，本发明方法简单、设计合理且投入成本较低、使用效果好，实现了水下混凝土灌注界面的自动连续探测、探测精度更高，解决了水下混凝土灌注施工连续探测的问题，探测结果不受人的经验影响，降低了技术人员的劳动强度，打破了人工探测的传统做法。

实际使用时，根据水下混凝土灌注腔的截面尺寸及混凝土供应能力，计算混凝土界面上升速度，通过对探头进行合理设计，当探头下部配重触及到混凝土界面时，通过连杆传力使触发开关闭合，并通过数据传输线将信号传输到控制装置，再通过控制装置控制电动机转动并带动传动机构工作，传动机构带动线盘转动实现正反方向的绕线，绕线时带动码表工作并计数，同时将探头上升的高度数据进行存储并能同步传送至远程监管人员，实现水下混凝土灌注时水下混凝土界面自动探测结果的远程传输目的。

6、适用范围广，适用于地铁车站的围护结构以及公路、铁路桥梁桩基工程中针对水下混凝土灌注的施工。

综上所述，本发明设计合理、使用操作简便且使用效果好，能简便、快速完成水下混凝土灌注界面自动探测过程，并且探测结果准确。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有水下混凝土灌注探测方法的探测状态示意图。

图2为本发明水下混凝土灌注界面自动探测装置的结构示意图。

图3为本发明探头的结构示意图。

图4为本发明水下混凝土灌注界面自动探测装置的结构示意图。

图5为采用本发明进行水下混凝土灌注界面探测时的方法流程框图。

附图标记说明:

1—数据传输线； 1-1—测绳； 1-2—线坠；

1-3—孔； 1-4—泥浆层； 1-5—已灌注混凝土；

2—吊架； 3—连杆；

4—配重件； 5—触发开关； 6—密封件；

7—控制柜； 8—电动机； 9—传动机构；

10—支架； 11—线盘； 12—探头；

13—导向套； 14—转动轴； 15-1—控制器；

15-2—数据存储器； 15-3—远程数据传输单元；

15-4—参数输入单元； 15-5—计时电路； 16—码表。

具体实施方式

如图2、图3所示的一种水下混凝土灌注界面自动探测装置，包括对混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面进行探测的探头12、对探头12进行上下提升的提升机构、与探头12连接的控制装置和对探头12的提升高度进行检测的提升高度检测装置，所述提升高度检测装置与所述控制装置连接，所述混凝土灌注腔为已施工成型的孔1-3或槽；所述探头12包括吊架2和安装于吊架2正下方的配重件4，所述配重件4的容重与所述混凝土灌注腔内所灌注混凝土的容重相同；所述配重件4上部装有呈竖直向布设的连杆3，所述吊架2下方装有同轴套装于连杆3上的导向套13，所述吊架2底部开有供连杆3穿出的通孔；所述吊架2内装有触发开关5，所述连杆3为对触发开关5进行控制的控制杆，所述触发开关5包括固定触头和与所述固定触头配合使用的移动触头，所述移动触头固定在连杆3上端；所述移动触头通过数据传输线1与所述控制装置连接，探头12通过数据传输线1吊装于所述提升机构下方。

本实施例中，所述配重件4为空心球。

并且，所述配重件4为一个密闭结构，且具有耐水压能力，具体能耐10个标准大气压的压力。

本实施例中，所述吊架2的重量为触发所述触发开关5动作所需触发力的5倍以上。

本实施例中，所述连杆3与导向套13之间设置有密封件6，通过密封件6使在10个标准大气压的压力下，所述连杆3与导向套13之间不会渗漏水。

同时，本发明所述的水下混凝土灌注界面自动探测装置，还包括支架10，所述提升机构和所述控制装置均安装在支架10上。

本实施例中，如图5所示，本发明所述的水下混凝土灌注界面自动探测装置，还包括安装于支架10上的控制柜7，所述控制装置安装于控制柜7内；所述控制装置包括控制器15-1以及分别与控制器15-1连接的数据存储器15-2、远程数据传输单元15-3、计时电路15-5和参数输入单元15-4，所述移动触头通过数据传输线1与控制器15-1连接。

为操控简便，所述提升机构为电动提升机构，所述电动提升机构由所述控制装置进行控制且其与所述控制装置连接。

本实施例中，所述电动提升机构包括电动机8、供数据传输线1缠绕的线盘11和带动线盘11进行同步转动的转动轴14，所述转动轴14由电动机8进行驱动且二者之间通过传动机构9进行传动连接，所述电动机8由所述控制装置进行控制且其与所述控制装置连接。

本实施例中，所述电动机8为直流电机。

实际使用过程中，通过所述控制装置控制电动机8进行正反转。

本实施例中，所述提升高度检测装置包括对转动轴14的转动圈数与转动角度进行检测的码表16，所述码表16与所述控制装置连接。实际使用时，根据码表16所检测的转动圈数和转动角度，并结合线盘11上一圈所述数据传输线1的长度，对探头12的提升高度进行确定。

实际使用过程中，所述提升高度检测装置也可以采用其它类型的检测装置，如对数据传输线1中位于线盘11与所述混凝土灌注腔内之间的一个测点的竖向位移进行实时检测的位移检测单元。

如图5所示的一种水下混凝土灌注界面自动探测方法，由下至上向所述混凝土灌注腔内灌注混凝土过程中，采用所述自动探测装置对所述混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面进行连续探测，过程如下：

步骤一、混凝土灌注界面初次探测，包括以下步骤：

步骤101、探头下放及提升高度确定：所述控制装置控制所述提升机构将探头12由上至下下放至所述混凝土灌注腔内，并采用所述提升高度检测装置对此时探头12的提升高度进行检测，且将所检测的高度信息同步传送至所述控制装置；

步骤102、混凝土灌注界面探测：待所述混凝土灌注腔内泥浆与混凝土界面上升至与探头12中的配重件4接触时，连杆3向上移动并控制触发开关5闭合，所述控制装置根据触发开关5的闭合信号判断得出此时的混凝土灌注界面位于步骤101中探头12的提升高度处；

所述混凝土灌注界面为所述混凝土灌注腔内的泥浆与混凝土界面；

步骤二、混凝土灌注界面后续探测，过程如下：

步骤201、探头提升：当触发开关5处于闭合状态时，所述控制装置控制所述提升机构将探头12在所述混凝土灌注腔内竖直向上提升，使连杆3向下移动并使触发开关5断开；

步骤202、探头下放、提升高度确定及混凝土灌注界面探测：当触发开关5处于断开状态时，所述控制装置控制所述提升机构将探头12在所述混凝土灌注腔内竖直下放，直至配重件4与所述混凝土灌注腔内泥浆与混凝土界面上接触，使连杆3向上移动并使触发开关5闭合；此时，采用所述提升高度检测装置对此时探头12的提升高度进行检测，且将所检测的高度信息同步传送至所述控制装置，所述控制装置根据触发开关5的闭合信号判断得出此时的混凝土灌注界面位于此时探头12的提升高度处；之后，返回步骤201。

其中，泥浆与混凝土界面指的是所述混凝土灌注腔内泥浆层1-4与已灌注混凝土1-5之间的界面，所述泥浆层1-4位于已灌注混凝土1-5上方。

本实施例中，待配重件4进入混凝土中10cm时，配重件4所受到的混凝土浮力与重力刚好相同，能通过连杆3带动触发开关5闭合，从而使电动机10反向转动并牵引探头12上升；当探头12上升后，配重件4受混凝土的浮力减小，使触发开关5断开，此时电动机10正转并使探头12在重力作用下继续下行，直至配重件4再次进入混凝土中10cm，再次利用浮力与重力差通过连杆3控制触发开关5闭合。依此往复，使探头12保持配重件4始终在混凝土中0～10厘米，只要混凝土面上升或下降，探头12将随动上升或下降。

本实施例中，所述电动机8安装在支架10上，所述线盘11安装在支架10上，

并且，所述电动机8与控制器15-1连接。所述码表16与控制器15-1连接。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。