本发明属于桩基施工技术领域，具体为溶洞桩基护筒的位置检测方法及检测装置。
背景技术：
岩溶地区的地下分布着大量各种大小的溶洞，在地下溶洞较大的岩溶地区采用钻孔(冲击)灌注桩进行桥梁或其它建筑工程桩基施工时，一般采用护筒跟进法进行施工，即钻孔成形后马上下放圆形护筒保护孔壁。施工完成的桩基位置和倾斜度必须在预设范围内，这是保证工程质量的重要因素。为了防止最终成型的桩基产生明显偏移和倾斜，目前常采用钻孔设备控制桩基位置和倾斜度，成形后采用钢筋笼和测斜仪检测。施工过程中护筒的中心位置和倾斜度对最终桩基的位置和倾斜度的影响较大，因此对护筒中心位置和倾斜度要求较高，但目前对于桩基护筒的中心位置和倾斜度尚无有效的检测方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种能检测溶洞桩基护筒任一深度的中心位置和倾斜度、操作安全可靠、检测装置简单、成本低、检测速度快的溶洞桩基护筒的位置检测方法及检测装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
溶洞桩基护筒的位置检测方法，包括如下步骤：
第一步：预制并分别组装地面测量钢架和孔内检测架，地面测量钢架中心设有两层平行间隔的钢化玻璃，孔内检测架中心可拆卸地设有红外线发射器；
第二步：沿孔洞内的桩基护筒下放孔内检测架，孔内检测架的中心线位于桩基护筒的中心线上，且孔内检测架上端面与桩基护筒的中心线垂直；
第三步：在孔洞入口放置地面测量钢架，地面测量钢架上的钢化玻璃水平设置，并且两层钢化玻璃的中心都位于桩基的预设中心线上；
第四步：红外线发射器稳定发射红外光束射向钢化玻璃，红外光束在两层钢化玻璃上投影点的水平距离之差小于5mm，观察并记录红外光束在每层钢化玻璃上投影点与钢化玻璃中心的距离值，两个距离值的平均值为此平面位置桩基护筒偏离桩基的预设中心线的距离；
第五步：红外光束沿孔内检测架中心线或者平行于孔内检测架中心线向上发射，红外光束在两层钢化玻璃投影点的水平距离之差与两层钢化玻璃距离的比值为桩基护筒的倾斜度。
优选地，所述第四步中，观察并记录红外光束在每层钢化玻璃上投影点之前，检查红外光束是否竖直向上发射，检查方法为：红外线发射器稳定发射红外光束射向钢化玻璃，红外光束在两层钢化玻璃上投影点的水平距离之差小于5mm，则红外光束竖直向上发射，否则检查并调整各装置至预设位置，至红外光束在两个钢化玻璃上投影点的水平距离之差小于5mm。
优选地，所述第四步中，将孔内检测架下放于桩基护筒内的不同深度，检测不同深度桩基护筒偏离桩基的预设中心线的距离。
优选地，孔洞入口埋设地表钢护筒，所述第三步中，地面测量钢架放置在地表钢护筒上方。桩基的预设中心线和地表钢护筒的中心线重合。
优选地，红外线发射器安装方式为两种：
(a)：红外线发射器悬吊于孔内检测架中心，红外光束保持竖直向上发射，
(b)：红外线发射器固定于孔内检测架中心，红外光束向上发射且与孔内检测架上端面垂直，即红外光束沿孔内检测架中心线或者平行于孔内检测架中心线向上发射。
优选地，在进行桩基护筒的位置检测前，在预设位置埋设地表钢护筒，沿地表钢护筒内部钻孔形成孔洞，沿孔洞下放桩基护筒。
优选地，所述桩基护筒为钢护筒或混凝土护筒。
用于上述检测桩基护筒的位置的检测装置，检测装置包括地面测量钢架和孔内检测架。
地面测量钢架包括两层相互平行的正方形钢架，两层正方形钢架之间通过钢材焊接。两层钢架之间的距离为1m，每层钢架的四个角点与另一层钢架的对应角点通过1m长的角钢焊接固定，正方形的边长与地表钢护筒的直径相等。
优选地，每层正方形钢架的对角线焊接角钢，角钢延长线的交叉处即每层钢架的中心安装有钢化玻璃。钢化玻璃的中心位于对应钢架的中心，两层钢化玻璃的中心连线与每层钢架垂直。
钢化玻璃为边长取40～50cm的正方形透明钢化玻璃。
孔内检测架包括两层相互平行的钢环，两层平行的钢环之间通过钢材焊接。两层钢环之间的距离为1～2m，两层钢环通过四根角钢焊接固定。
孔内检测架的每层钢环设有相互垂直的两个圆管，两个圆管交叉于钢环中心，每个圆管内设有两个弹簧和两个铁棒，弹簧一端固定于钢环中心，另一端与铁棒连接。
每层钢环包括两个半径不同的同心钢圈，两个钢圈通过两根垂直的圆管连接，两根圆管的交叉点为钢圈的圆心，即为钢环的中心。
优选地，每根所述圆管内部放置两个可伸缩的弹簧，每个弹簧一端固定在钢圈的圆心位置，另一端连接一根铁棒，铁棒另一端从圆管内伸出。弹簧伸缩带动铁棒在圆管内滑动。
更优选地，铁棒另一端为圆头，圆头从圆管露出的长度为5～10cm。
优选地，上层钢环的上方设置一管件，管件位于两层钢环圆心的连线上，管件内部放置一红外线发射器。
上层钢环上方20cm处焊接一个直径50cm的圆架，圆架与钢环平行，圆架中心位于两层钢环中心的连线上，圆架中心可拆卸地设置一根竖向管件，管件内部放置一个红外线发射器。
优选地，所述管件利用吊链悬吊于所述圆架中心，管件内的红外线发射器发射的红外光束竖直向上。此种安装方式用于检测桩基护筒的中心位置相对桩基的预设中心线的偏移量。
优选地，所述管件与圆架垂直，并且与圆架相对固定，管件内的红外线发射器发射的红外光束沿孔内检测架中心线或者平行于孔内检测架中心线向上。此种安装方式用于检测桩基护筒相对预设桩基的倾斜度。
优选地，检测装置还包括一测量圆盘，所述测量圆盘包括两块平行间隔的相同的透明玻璃圆盘，透明玻璃圆盘上有带刻度的尺度，供直接读数，两块透明玻璃圆盘的中心通过一连接杆连接固定。透明玻璃圆盘的最小刻度为1mm。
优选地，所述测量圆盘可移动地放置于两层钢化玻璃之间，具体的，放置于下层钢化玻璃上，贴着下层钢化玻璃进行平移。
圆架四周均匀焊接4个吊环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能检测桩基护筒任一深度的中心位置和倾斜度；不需要工人进入桩基护筒内操作，操作安全可靠；检测装置简单，成本低，方便现场制作；检测方法操作步骤少，速度快；操作原理清晰易懂，现场施工人易学易做；适用于钻孔桩的钢护筒和混凝土护筒以及人工挖孔桩的护壁中心位置。
附图说明
图1为本发明一个实施例的现场检测示意图；
图2为本发明一个实施例的地面测量钢架立体示意图；
图3为本发明一个实施例的地面测量钢架俯视示意图；
图4为本发明一个实施例的测量圆盘示意图；
图5为本发明一个实施例的孔内检测架立面示意图；
图6为本发明一个实施例的孔内检测架俯视示意图；
图7为本发明一个实施例的圆管、弹簧和铁棒示意图；
图8为本发明一个实施例的管件悬吊安装示意图；
图9为本发明一个实施例的管件固定安装示意图。
附图标记
1、地面测量钢架，2、孔内检测架，3、地表钢护筒，4、桩基护筒，5、表层岩土，6、下层岩土，7、地下溶洞，8、钢绳，9、圆管，10、弹簧，11，铁棒，12、管件，13、吊链，14、红外线发射器
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的溶洞桩基护筒的位置检测方法及检测装置作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，用于检测桩基护筒的中心位置和倾斜度的检测装置，包括地面测量钢架1和孔内检测架2。测量时，地面测量钢架1位于地面上，孔内检测架2位于预设桩基护筒孔内。
如图2和图3所示，地面测量钢架1包括两层相互平行的钢架，两层钢架相同，两层钢架之间的距离为1m，通过钢材焊接。每层钢架为正方形钢架，正方形的边长与地表钢护筒3的直径相等。每层钢架的四个角点与另一层钢架的对应角点通过1m长的角钢焊接固定。即，两层钢架通过四根相互平行的1m长的角钢连接。每层正方形钢架的对角线焊接角钢，角钢的交叉处安装有钢化玻璃，钢化玻璃为边长40～50cm的正方形透明钢化玻璃，钢化玻璃的中心位于对应钢架的中心，两层钢化玻璃的中心连线与每层钢架垂直。
两层钢化玻璃之间放置一测量圆盘，如图4所示，测量圆盘包括两块平行间隔的相同的透明玻璃圆盘，透明玻璃圆盘上有带刻度的尺度，供直接读数，两块透明玻璃圆盘的中心通过一连接杆连接固定。透明玻璃圆盘的最小刻度为1mm。测量圆盘可移动地放置于两层钢化玻璃之间，具体的，放置于下层钢化玻璃上，贴着下层钢化玻璃进行平移。
如图5和图6所示，孔内检测架2包括两层相互平行的钢环，两层钢环相同，它们之间的距离为1～2m，两层钢环通过四根角钢焊接固定。每层钢环包括两个半径不同的同心钢圈，两个钢圈通过两根垂直的圆管9连接，两根圆管9的交叉点为钢圈的圆心。如图7所示，每根圆管9内部放置两个可伸缩的弹簧10，每个弹簧10一端固定在钢圈的圆心位置，另一端连接一根铁棒11，铁棒11另一端为圆头，从圆管9内伸出，圆头从圆管9露出的长度为5～10cm。弹簧10伸缩带动铁棒11在圆管9内滑动。因此，孔内检测架2具有八个伸缩弹簧10和八个铁棒11。
孔内检测架2的上下层的圆管9在材料、尺寸和强度参数方面必须完全相同，圆管9内的弹簧10和圆头铁棒11要求也是如此，这样才能保证在检测过程中孔内检测架2与桩基护筒4中心重合。弹簧10须保证5～10cm的自由伸缩量，且能产生促使圆头铁棒11滑动的弹簧力，但是弹簧力不可过大以免检测过程中铁棒11被桩基护筒4内壁卡住。
孔内检测架2上层钢环的上方20cm处焊接一个直径50cm的圆架，圆架中心位于两层钢环圆心的连线上，圆架中心可拆卸地设置一根竖向管件12，管件12内部放置一个红外线发射器14，红外线发射器14发射的红外光束与管件12所在直线重合，红外线发射器14向上发射的红外光束直径不能超过1cm。管件12设置方式有两种：第一种如图8所示，利用吊链13将管件12悬吊于所述圆架中心，管件12始终保持与水平面垂直，位于管件12内的红外线发射器14发出的红外光束保持竖直向上；第二种如图9所示，管件12固定于所述圆架中心，管件12始终保持与钢环所在平面垂直，位于管件12内的红外线发射器14发出的红外光束保持与钢环所在平面垂直。上述管件12第一种设置方式用于检测桩基护筒4的中心位置相对桩基的预设中心线的偏移量，第二种设置方式用于检测桩基护筒4相对预设桩基的倾斜度。
圆架四周均匀焊接四个吊环，用于起吊整个孔内检测架2。
利用上述检测装置进行检测的原理是：地面测量钢架1的中心位于桩基的预设中心线上，放置在地面测量钢架1中心的透明玻璃圆盘用于读取红外光束的偏移量；当孔内检测架2放于某一深度时，孔内检测架2上下两层钢环上的伸缩弹簧10和铁杆可以确保孔内检测架2中心与桩基护筒4的中心重合。检测桩基护筒4的中心线相对桩基的预设中心线的偏移量，即桩基护筒4的平面位置时，孔内检测架2上方中心位置悬吊一管件12并保证管件12竖直，红外线发射器14放置在管件12内，可以向上发射一束竖直的红外光束，并可投射到地面测量钢架1中心的透明玻璃圆盘内，此时可读取某一深度桩基护筒4的中心偏位。检测倾斜度时，孔内检测架2上方中心位置安装一管件12并保证管件12与孔内检测架2上下平面垂直，红外线发射器14放置在管件12内可以向上发射一束倾斜红外光束，其倾斜角度与桩基护筒4倾斜度相等，这束倾斜红外光束投射到地面测量钢架1中心的上下两个透明玻璃圆盘内，上下两个透明玻璃圆盘的读数之差与上下透明玻璃高差之比即是桩基护筒4的倾斜度。
利用上述检测装置进行溶洞桩基护筒的位置检测方法包括如下步骤：
第一步：在预设位置埋设地表钢护筒3，沿地表钢护筒3内部钻孔形成孔洞，沿孔洞下放桩基护筒4，预制孔内检测架2和地面测量钢架1。
此步骤中，在预设桩基位置埋设地表钢护筒3，地表钢护筒3起定位作用，地表钢护筒3的中心线即为桩基的预设中心线。桩基护筒4可为钢护筒或混凝土护筒。孔内检测架2和地面测量钢架1应保证足够的强度，避免在使用过程产生明显的变形和损坏，制作精度误差应小于5mm。
第二步：沿桩基护筒4下放孔内检测架2至某一深度，确保红外线发射器14位于桩基护筒4中心线上。
此步骤中，孔内检测架2为预先组装好备用，管件12采用第一种设置方式，即利用吊链13将管件12悬吊于圆架中心，管件12内的红外线发射器14发出的红外光束保持竖直向上。下放孔内检测架2的具体方式为：用四根有长度注记的钢绳8与孔内检测架2顶部的四个吊环固定，打开管件12内的红外线发射器14，把孔内检测架2架下放于桩基护筒4内上部。
第三步：在地表钢护筒3上方放置地面测量钢架1，地面测量钢架1上的钢化玻璃的中心位于桩基的预设中心线上，把测量圆盘放置于上下两层钢化玻璃之间，使测量圆盘的透明玻璃圆盘的中心和钢化玻璃的中心重合，钢化玻璃和透明玻璃圆盘均为水平设置。
此步骤中，用水平尺检查地面测量钢架1以确保上下两层钢架水平，然后把测量圆盘放置于上下两层钢化玻璃之间、下层钢化玻璃上面，使测量圆盘的透明玻璃圆盘的中心和钢化玻璃的中心重合。两块透明玻璃圆盘上有相同尺度的刻度。
第四步：待红外线发射器14稳定后，观察红外光束在两块透明玻璃圆盘上的读数，如果红外光束在两块透明玻璃圆盘上的读数之差小于5mm说明红外光束的方向竖直，否则须检查不相等的原因，检查并调整各装置，至红外光束在两块透明玻璃圆盘上的读数之差小于5mm后才能正式开始检测。
此步骤中，最佳结果是红外光束在两块透明玻璃圆盘上的读数一致，说明红外光束的方向竖直向上，红外光束在两块透明玻璃圆盘上的读数不一致，例如，红外光束在上下两块透明玻璃圆盘上的读数分别为26mm和30mm，读数之差为4mm，在误差允许范围内(小于5mm)时，视为红外光束方向竖直向上，此为工程允许误差，不影响工程质量。红外光束在两块透明玻璃上的读数不一致，且读数之差大于误差允许范围时，需检查读数不一致的原因，即红外光束没有竖直向上，调整相应装置直到读数一致后才能开始正式检测。
第五步：缓慢同步下放孔内检测架2，根据钢绳8上的注记记录孔内检测架2所处桩基护筒4内的深度，同时记录固定深度的红外光束在两块透明玻璃圆盘的读数，两个读数的平均值即为桩基护筒4的中心偏移桩基的预设中心线的尺寸，依次从上至下，检测桩基护筒4内各深度的中心偏移量。
此步骤中，孔内检测架2上下移动须缓慢进行，速度控制在1～1.5m/min，防止其产生较大晃动。吊放孔内检测架2的四根钢绳8必须同步上下，根据钢绳8上的长度注记严格控制四根钢绳8的下放长度是相同的，以免孔内检测架2产生倾斜。孔内检测架2上方的吊链13悬吊的管件12在使用时要处于竖直方向，即与重力方向一致，放置在管件12内的红外线发射器14发出的红外光束才能竖直。如果投射在透明玻璃上的红外光束出现晃动，原因是红外线发射器14晃动，须等红外线发射器14完全静止后才能读数，此时，红外光束在上下透明玻璃圆盘上的读数分别为28mm和30mm，则桩基护筒4的中心偏移桩基的预设中心线的距离为两者的平均值29mm。
第六步：移走地面测量钢架1，提出孔内检测架2，取下孔内检测架2顶部悬吊的管件12，采用上述第二种方式重新设置管件12，然后打开管件12内的红外线发射器14，把孔内检测架2架下放于桩基护筒4内上部。
此步骤中，取下孔内检测架2顶部悬吊的管件12后，更换管件12安装方式，将管件12固定于所述圆架中心，管件12始终保持与钢环所在平面垂直，位于管件12内的红外线发射器14发出的红外光束保持与钢环所在平面垂直。
第七步：重复第三步，记录孔内检测架2在桩基护筒4内某一固定深度时红外光束在地面测量钢架1上的两块透明玻璃圆盘上投影点的读数，两个读数之差与两块透明玻璃圆盘距离的比值即为对应位置桩基护筒4的倾斜度。
此步骤中，下放孔内检测架2到某一深度，如2m深后固定，红外光束在测量钢架上下层钢化玻璃上投射出两个红点，移动测量圆盘，使测量圆盘的下层透明玻璃圆盘中心边缘与下层钢化玻璃上的红点重合，记录红外光束在两个透明玻璃圆盘的读数，读数之差与两个透明玻璃圆盘距离的比值即为孔内桩基护筒的倾斜度。如上层透明玻璃圆盘读数为10mm，下层透明玻璃圆盘读数为4mm，两读数之差为6mm，上下透明玻璃圆盘距离为1000mm，则倾斜度为6mm与1000mm的比值，为0.6％。
如图1所示为现场检测示意图，地表钢护筒3埋设地面上，用于预设桩基的定位，沿地表钢护筒3内钻孔，沿钻出的孔洞内下放桩基护筒4，桩基护筒4依次经过表层岩土5、地下溶洞7，接触下层岩土6的地面。孔内检测架2通过钢绳8悬挂于桩基护筒4内，地面测量钢架1位于地表钢护筒3上方。
上述检测方法适用的桩基护筒4内壁必须是光滑平整的，内壁不能存在深度超过2cm的凹洞或高度超过2cm凸出物，如遇孔内检测架2无法上下移动时，可水平旋转一定角度后再上下移动。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。