一种基于取芯试验评价桩基质量的系统及其使用方法与流程

本发明涉及工程试验领域，尤其涉及一种基于取芯试验评价桩基质量的系统及其使用方法。

背景技术：

混凝土是我国建筑工程中最主要的建筑材料之一，它的质量直接关系到建筑结构的安全。钻芯法是利用混凝土钻芯机，直接从所需检测的结构或构建上钻取混凝土芯样。传统的检测钻进过程全程依靠操作工人的经验，当取芯芯样无法取出时，无法判定桩身质量；尤其是桩端沉渣厚度，仅靠操作工人经验无法确定；同时无法实现过程再现，不利于监控过程的监控。无法实现钻芯过程远程观测与控制。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于取芯试验评价桩基质量的系统，能够在对桩基无法取出时，通过传感器对数据进行记录，对数据进行分析，减少工人判断的主观性，增加桩基测试的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于取芯试验评价桩基质量的系统，包括支撑架、固定在支撑架顶端的液压缸、由液压缸带动升降的升降板、固定在升降板顶端的驱动件以及由驱动件带动转动的钻头，还包括数据分析系统；

所述液压缸的液压系统内安置有油压变送器，所述升降板的侧边设置有测量进尺的位移测量装置，所述支撑架上设置有转速测量装置；

所述数据分析系统包括数据采集模块数据处理模块；数据采集模块包括压力采集单元、转速采集单元和移速采集单元；数据处理模块包括压力-深度处理单元、转速-深度处理单元、移速-深度处理单元；

压力采集单元，对钻机工作过程中钻头的配压进行实时检测并输出压力值信号到压力-深度处理单元；

转速采集单元，对钻机工作过程中钻筒的转速进行实时检测并输出转速值信号到转速-深度处理单元；

移速采集单元，对钻机工作过程中钻头的移速进行实时检测并输出移速值信号到移速-深度处理单元；

压力-深度处理单元，实时记录压力值信号并绘制成p-s曲线；

转速-深度处理单元，实时记录转速值信号并绘制成v-s曲线；

移速-深度处理单元，实时记录移速值信号并绘制成v-s曲线。

通过采用上述技术方案，在对桩基取芯的过程中，通过设置在设备上的三个传感器采集钻头收到的压力、钻头的转速和钻头前进素的数据，形成p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线，通过三条曲线的走势对桩基的质量、桩基底端的持力层以及桩基底端的沉渣层（若有）进行检测，多条曲线件的相互弥补能够更加真实的反映出桩基和持力层的密度、质量，能够在无法取样时，根据曲线对桩基和混凝土进行判断。

本发明进一步设置为：所述数据分析系统还包括数据存储模块和远程监测模块；数据存储模块，接收来自数据处理模块处理完的p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线数据将三个曲线进行时间标记并存储，同时将此时的测量出的数据发送给远程监控模块；远程监控模块，接收来自数据存储模块传递的p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线数据并实时检测。

通过采用上述技术方案，数据存模块对检测的数据进行标记，便于以后随时对数据进行调用，从而实现检测过程的再现；远程检测模块能够在检测的同时获得检测的数据，能够对检测进行远程监控和远程观测。

本发明进一步设置为：所述数据分析系统还包括数据分析模块；数据分析模块接收来自数据处理模块处理完的p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线数据并调用数据存储模块与此曲线最近接的历史数据进行对比分析。

通过采用上述技术方案，数据分析模块调用存储模块的历史数据，将检测数据与历史数据进行对比，帮助工作人员对数据进行分析。

本发明进一步设置为：所述数据处理模块还包括自比对单元，自比对单元将p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线进行自比对，若某条曲线数据的变化幅度与其余两条曲线有较大的差异，自比对单元对其进行标记。

通过采用上述技术方案，某条曲线数据的变化幅度与其余两条曲线有较大的差异时，一般为特殊情况，有特殊的诱因，多半为传感器故障，通过标记模块对此曲线的差异部分进行标记，能够对工作人员进行警示，检测传感器的故障。

本发明进一步设置为：所述数据处理模块还包括标注单元，标注单元通过工人对自比对单元中标记的数据进行分析，判定标记数据出现原因，进行标注并将标注数据发送给数据存储模块和数据分析模块。

通过采用上述技术方案，标注单元对标记的曲线进行标记，能够在调用历史数据时，直观的了解曲线差异的原因，便于后期的调用使用。

本发明的另一目的在于提供一种基于取芯试验评价桩基质量的系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：钻机的放置，将钻机放置到待检测的地点并进行固定；

步骤二：钻机的调试，对钻机的各个零部件进行调试，使其满足工作条件；

步骤三：开机，启动钻机的各个零部件，使其工作；

步骤四：数据分析，对数据处理模块中的数据进行分析，形成曲线发送给显示器进行显示，通过曲线判断桩基和持力层的质量；

步骤五：数据处理模块对数据处理完成后，将数据通过无线传输的方式传递给远程监测端；

步骤六：测试完成后，关闭钻机，并将钻机复位。

通过采用上述技术方案，通过钻机对待检测的桩基和吃基层进行钻取，在钻取的过程中，传感器将数据信号显示到显示器上，通过对显示器上形成的曲线的走向对桩基的质量的进行判断，能够在无法取芯时对桩基和持力层的质量进行判断；钻取的同时将曲线发送至远程监控端，能够实现远程操作和监测。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.在对桩基取芯的过程中，通过设置在设备上的三个传感器采集钻头收到的压力、钻头的转速和钻头前进素的数据，形成p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线，通过三条曲线的走势对桩基的质量、桩基底端的持力层以及桩基底端的沉渣层（若有）进行检测，多条曲线件的相互弥补能够更加真实的反映出桩基和持力层的密度、质量，能够在无法取样时，根据曲线对桩基和混凝土进行判断；

2.数据存模块对检测的数据进行标记，便于以后随时对数据进行调用，从而实现检测过程的再现；远程检测模块能够在检测的同时获得检测的数据，能够对检测进行远程监控和远程观测；

3.数据分析模块调用存储模块的历史数据，将检测数据与历史数据进行对比，帮助工作人员对数据进行分析。

附图说明

图1为实施例的整体结构示意图；

图2为体现数据分析系统的结构示意图；

图3为数据采集模块和数据处理模块的结构示意图；

图4为v（移速）-s（深度）曲线的示意图；

图5为v（转速）-s（深度）曲线的示意图；

图6为p（压力）-s（深度）曲线的示意图。

图中：1、1、支撑架；11、滑槽；12、转速测量装置；2、液压缸；3、升降板；31、连接板；32、位移测量装置；4、第一电机；5、钻头；6、数据采集模块；61、压力采集单元；62、转速采集单元；63、移速采集单元；7、数据处理模块；71、压力-深度处理单元；72、转速-深度处理单元；73、移速-深度处理单元；74、自对比单元；75、标注单元；76、显示器；8、数据存储模块；81、远程监控模块；9、数据分析模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：实施例一：一种基于取芯试验评价桩基质量的系统，包括钻机和数据分析系统。参见图1，钻机包括支撑架1、固定在支撑架1顶端的液压缸2、由液压缸2带动升降的升降板3、固定在升降板3顶端的第一电机4以及由第一电机4带动转动的钻头5。钻头5为空心的圆筒。

液压缸2的缸体与支撑架1固定连接，液压缸2的活塞杆上固定有与升降板3固定连接的连接板31；升降板3与连接板31固定连接，且二者的表面相互平行。支撑架2上开设有供支撑块32滑动的滑槽11，滑槽11竖直设置，能够对连接板31的滑动和放置进行限位，使得连接板31水平并沿着竖直方向滑动。液压缸2的液压系统内安置有油压变送器，能够在钻机工作过程中测量钻头的配压（p）。

连接板31的侧边设置有测量进尺的位移测量装置32（一般为位移传感器）。位移测量装置32通过对连接板31与支撑架1单位时间内的位移，测出钻头的移速（v）。滑槽11的底端固定有转速测量装置12（一般为转速传感器），转速测量装置12通过对钻头的转速（v）进行测量。

参见图2和图3，数据分析系统包括数据采集模块6、数据处理模块7、数据存储模块8、远程监控模块81和数据分析模块9。数据采集模块6包括压力采集单元61、转速采集单元62和移速采集单元63。数据处理模块7包括压力（p）-深度处理单元71、转速（v）-深度处理单元72、移速（v）-深度处理单元73、自比对单元74和标注单元75。

压力采集单元61，通过液压缸2液压系统内安置的油压变送器，对钻机工作过程中钻头的配压（p）进行实时检测并输出压力值信号到压力（p）-深度处理单元71。

转速采集单元62，通过转速测量装置12对钻机工作过程中钻筒的转速（v）进行实时检测并输出转速值信号到转速（v）-深度处理单元72。

移速采集单元63，通过位移测量装置32对钻机工作过程中钻头的移速（v）进行实时检测并输出移速值信号到移速（v）-深度处理单元73。

压力（p）-深度处理单元71，实时记录压力值信号并绘制成p（压力）-s（深度）曲线（参见图6），同时将绘制成的成p（压力）-s（深度）曲线发送给自比对单元74。

转速（v）-深度处理单元72，实时记录转速值信号并绘制成v（转速）-s（深度）曲线（参见图5），同时将绘制成的成v（转速）-s（深度）曲线发送给自比对单元74。

移速（v）-深度处理单元73，实时记录移速值信号并绘制成v（移速）-s（深度）曲线（参见图4），同时将绘制成的成v（移速）-s（深度）曲线发送给自比对单元74。

自比对单元74，将得到的p（压力）-s（深度）曲线、v（转速）-s（深度）曲线和v（移速）-s（深度）进行相互比对，若某条曲线的变化幅度与其余两条曲线有较大的差异，自比对单元74对齐进行标记，标记完成后，将所有的曲线传递给标注单元75；若无明显差异，则直接发送数据到标注单元。

标注单元75，对自比对单元传输的曲线进行显示，并接收外界输入的原因数据，对曲线进行标注，将标注信息加入到系统内，并将标注后的曲线发送给数据存储模块8和数据分析模块9；若自比对单元74未对某条曲线进行标记，则无需标注。

数据存储模块8，接收来自数据处理模块7处理完的p（压力）-s（深度）曲线、v（转速）-s（深度）曲线和v（移速）-s（深度）曲线将三个曲线进行时间标记并存储，同时将此时的测量出的数据发送给远程监控模块81。

远程监控模块81，接收来自数据存储模块8传递的p（压力）-s（深度）曲线、v（转速）-s（深度）曲线和v（移速）-s（深度）曲线数据，并适时对存储模块8传递的信号进行监控。

数据分析模块9，接收来自数据处理模块7处理完的p（压力）-s（深度）曲线、v（转速）-s（深度）曲线和v（移速）-s（深度）曲线数据并调用数据存储模块8与此曲线最近接的历史数据进行对比分析。

支撑架1上设置有显示器76，显示器76能够接收数据处理模块71的图像，并进行实时输出；同时显示器76还能够调用数据存储模块8的历史数据，将检测数据与历史数据进行对比，辅助工作人员的分析。

结合图4、图5和图6，当混凝土桩基的内部比较均匀时，p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线的波动幅度较小，如0-a、b-c段；当桩基的内部出现离析、夹泥等缺陷时，p-s曲线中压力值会减小，v-s曲线的转速值和v-s曲线的移速值会增加，如a-b段；当钻头转入到桩底持力层时，由于持力层密度不及混凝土的密度，故p-s曲线中压力值会减小，v-s曲线的转速值和v-s曲线的移速值会增加，如c-d段。若桩底存在沉渣层（沉渣层的厚度较薄，密度较持力层），也能测出沉渣层的厚度。

使用方法：将支撑架1固定稳定后，开启钻机，开始工作，工作过程中，数据采集模块6开始工作，对工作过程中的钻头的压力（p）、钻头的移速（v）和钻头的转速（v）的实时数据进行记录通过数据处理模块7形成p-s曲线、v-s曲线和v-s曲线。工作人员通过对曲线的数值以及曲线的变化程度进行分析，能够在不取出桩基试样的情况下剖析出桩基的质量。随着钻进的继续，钻头进入到桩基底端的持力层，对持力层进行检测。

实施例二：：一种基于取芯试验评价桩基质量方法，包括以下步骤：

步骤一：钻机的放置，将钻机放置到待检测的地点并进行固定。

步骤二：钻机的调试，将液压缸2调节至初始位置并对第一电机4和钻头5进行检测，确定其无故障；之后对油压变送器、位移测量装置32和转速测量装置12进行检测，确定其能够稳定的工作；

步骤三：开机，先开启第一电机4带动钻头5转动，之后开启液压缸2，带动钻头向靠近桩基的方向运动，对桩基进行测试；

步骤四：数据分析，对数据处理模块7中的数据进行分析，并通过显示器76进行显示。先对自比对单元74标记的曲线进行分析，分析其可能造成的原因，分析原因并通过标注单元75进行记录；若由设备造成，则停止检测，对设备进行重新调试，重新开始检测。若自比对单元74无标记，则无需进行标注。之后采集好的数据与历史数据进行比对，借助历史数据帮助工作人员快速分析曲线形成的原因，并根据数据的情况判定桩基的质量。

步骤五：数据发送，数据处理模块7对数据处理完成后，将数据通过无线传输的方式传递给远程监测端81，从而实现数据的远程观测和监测。

步骤六：关机，测试完成后，将将钻头5取出，并关闭第一电机4和液压缸2。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。