一种桩基钢立柱调垂实时监测系统及方法与流程

1.本发明属于建筑施工技术领域，具体而言，涉及一种桩基钢立柱调垂实时监测系统及方法。


背景技术：

2.随着城市化进程不断加速，城市地下空间开发势在必行，在城市核心城区的建筑密度不断增大、施工场地日趋紧张、安全文明施工总体要求越来越高的情况下，逆作法日益成为城市地下空间开发的常用施工技术。
3.在逆作施工阶段，逆作立柱受力较为复杂，承担主体结构梁板自重和施工荷载，并将上部结构等荷载传递给桩基。随着基坑深度越来越深，设计对逆作立柱的垂直度精度要求不低于，甚至更高。逆作垂直度需要在施工全过程控制，除立柱随钢筋笼下放过程需要监测外，后期浇筑桩身及管内混凝土的振动、土方开挖、行车等对其垂直度都将产生影响，也需要进行监测。垂直度精度不高，将影响逆作竖向支承体系的承载能力和稳定性，也影响后续结构柱竖向钢筋连接、外包混凝土施工等。如果偏差过大影响到后期施工，将产生较高的处理费用。目前基坑施工中立柱调垂设备及纠偏技术主要分为三种，即气囊法调垂系统、调直架法调垂系统和液压调垂盘法调垂系统，但它们在基坑施工中调垂过程相对复杂，且施工较为繁琐，价格昂贵。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种桩基钢立柱调垂实时监测系统及方法，以解决现有技术中钢立柱调垂过程复杂，施工繁琐，价格昂贵的技术问题。
5.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
6.本发明提供一种桩基钢立柱调垂实时监测系统，安装于桩基孔顶部的地面上，包括定位机构、钢立柱、测量机构、调垂机构和数据处理机构，所述测量机构设置于所述钢立柱的内部，所述数据处理机构为手持式仪器；
7.其中，所述定位机构包括调平板和固定板，所述调平板和所述固定板的中心均开设有于所述桩基孔大小相适配的通孔，所述调平板的底部于所述地面接触，所述固定板设置于所述调平板的上方，所述调平板上对称设置有四组千斤顶，所述固定板的底部四角设置有固定杆，所述固定杆的底部与所述调平板的顶部固定连接，所述固定板的上方设置有四组卡座；
8.所述钢立柱垂直设置于所述桩基孔的内部，且与所述桩基孔的中心轴重合，所述钢立柱的两侧对称设置有两组支撑杆，所述钢立柱的底部对称设置有四组调垂拉环；
9.所述测量机构包括十字架、主测斜仪、移动光靶和副测斜仪，所述十字架设置于所述钢立柱的顶端，所述主测斜仪设置于所述十字架的顶部，所述移动光靶设置于所述钢立柱的底端，且与所述钢立柱的内壁滑动接触，所述移动光靶包括主光靶盘、调节螺杆和爬升件，所述副测斜仪设置于所述钢立柱的顶端外表面，所述副测斜仪的下方设置于副光靶盘；
10.所述调垂机构包括紧绳器和钢丝拉绳，所述紧绳器设置有四组，且对称设置于所述钢立柱的外侧，所述紧绳器的底部设置有固定座，所述固定座与所述固定板固定连接，所述钢丝拉绳的一端绕设于所述紧绳器上，所述钢丝拉绳的另一端套设于所述调垂拉环上。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述钢立柱的顶端外侧对称设置有四组支撑耳，两组所述支撑杆分别贯穿同一侧的所述支撑耳，所述卡座的顶部呈半圆弧开槽结构，所述支撑杆的两端分别架设于四组所述卡座上，所述千斤顶的输出端贯穿所述固定板后于所述卡座固定连接。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述钢立柱的顶端内壁堆成设置有四组安装块，所述十字架的端部分别于所述安装块螺栓连接，所述十字架的中心开设有激光孔，所述主测斜仪和所述副测斜仪均采用激光发生器，所述主测斜仪的激光发射端与所述激光孔对应。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述调节螺杆设置于所述主光靶盘的下方，且所述调节螺杆的一端与所述主光靶盘的底部中心固定连接，所述爬升件设置有至少三组，所述爬升件包括连接条、滚轮、爬升履带和爬升电机，所述滚轮设置有两组，且分别转动连接于所述连接条的两端，所述爬升履带绕设于两组所述滚轮的外表面，所述爬升履带的外表面与所述钢立柱的内壁滑动接触，所述爬升电机设置于所述连接条的一端，且所述爬升电机的输出端与其中一组所述滚轮的中心固定连接。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述连接条的两端分别铰接由第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆的另一端分别与所述调节螺杆的两端铰接，所述调节螺杆的中部套设有活动铰接环，所述活动铰接环上铰接有第三连杆，所述第三连杆的另一端与所述第一连杆的中部铰接，所述活动铰接环的上方设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述调节螺杆螺纹配合，所述活动铰接环的下方设置有弹簧件，所述弹簧件的另一端与所述调节螺杆的底部抵接。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述数据处理机构包括数据采集模块、所述数据转换模块和数据显示模块，所述数据采集模块用于收集所述钢立柱垂直度的监测数据，所述数据转换模块用于将采集到的数据信号转换为统一格式，所述数据显示模块采用/('触摸屏，用于显示所述数据采集模块收集的实时垂直度数据。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述主光靶盘的中心与所述主测斜仪的激光发射端相对应，所述副光靶盘与所述副测斜仪的激光发射端相对应，所述主光靶盘和所述副光靶盘的信号输出端与所述数据采集模块电性连接。
17.另一方面，一种桩基钢立柱调垂实时监测方法，包括以下步骤：
18.6，主测斜仪安装，钢立柱水平放置，将移动光靶放入钢立柱的底端，旋转锁紧螺母，使活动铰接环向下移动，通过第三连杆和第一连杆的铰接作用，使三组爬升件向外张开，直至爬升履带均与钢立柱内壁抵接，在钢立柱顶端的安装块上放入十字架，通过移动光靶上的主光靶盘采集主测斜仪发出的激光信号，调节激光信号对准主光靶盘的中心后将十字架与安装块螺栓固定；
19.6，定位机构安装，将调平板吊装放置于基坑孔周围的地面上，并使中心通孔于基坑孔的中心对应；
20.6，钢立柱吊装，使用吊车将钢立柱垂直吊起，然后将四组钢丝拉绳的一端分别固
定在钢立柱底端的调垂拉环上，另一端固定在紧绳器上，缓慢将钢立柱放入基坑孔内，放入至设计高度后，将支撑杆插入至支撑耳上，并将支撑杆的两端分别架设在卡座顶部的开槽内，再次观察主光靶盘上激光信号，判断钢立柱的垂直度，并通过四组千斤顶调节两组支撑杆四角的高度，使钢立柱垂直度符合要求，然后转动紧绳器，将四组钢丝拉绳绷紧；
21.6，副测斜仪安装，将副测斜仪和副光靶盘安装与钢立柱的外侧，并在手持式监测仪器上将主测斜仪和副测斜仪当前的采集数据同步，并将副测斜仪数据归零，使副测斜仪当前采集数据为垂直状态的数据；
22.6，主测斜仪拆除，拆出十字架，然后启动爬升件上的爬升电机，滚轮转动带动爬升履带与钢立柱内壁产生摩擦，从而使移动光靶向钢立柱顶端爬升移动，到顶后去除移动光靶；
23.6，桩基浇筑，在钢立柱内插入浇筑导管，并向基坑孔内浇筑规定标号的混凝土，浇筑过程中实时观察副光靶盘接收到的激光信号，当产生偏差时，调节对应方向的紧绳器，通过钢丝拉绳微调钢立柱底端的倾斜，保证钢立柱整体的垂直度。
24.相对于现有技术，本发明的有益效果是：
25.()通过简单实用的钢丝拉绳调垂法，不仅使施工操作简便，同时节约了施工成本，并且可以随时进行钢立柱垂直度的调整，节省了施工时间，提高了垂直度的精度；
26.()在钢立柱吊装过程中，首先进行平面定位，通过定位机构的调平架，精确地对钢立柱的平面位置进行确定，保证了钢立柱的水平定位不受后续施工工序的影响，从而确保了钢立柱的平面定位精度；
27.(3)利用实时监测系统可以迅速、直观地掌握钢立柱垂直度的变化情况，精度高，操作方便，并且可以很好地配合钢丝拉绳调垂，从而对钢立柱的垂直度进行调整，既方便施工，又保证施工质量。
28.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
29.图1是本发明所公开的一种桩基钢立柱调垂实时监测系统的结构示意图；
30.图2是本发明所公开的一种桩基钢立柱调垂实时监测系统的剖视结构示意图；
31.图3是图2中a处的放大视图；
32.图4是本发明所公开的一种桩基钢立柱调垂实时监测系统的俯视结构示意图；
33.图5是本发明所公开的移动光靶的结构示意图；
34.图6是本发明所公开的一种桩基钢立柱调垂实时监测系统的通信连接示意图；
35.图7是本发明所公开的一种桩基钢立柱调垂实时监测方法的流程示意图；
36.附图标记说明：10、桩基孔；20、地面；100、定位机构；101、调平板；1011、千斤顶；1012、卡座；102、固定板；1021、固定杆； 200、钢立柱；201、支撑耳；202、支撑杆；203、安装块；204、调垂拉环；300、测量机构；301、十字架；3011、激光孔；302、主测斜仪；303、移动光靶；3031、主光靶盘；3032、调节螺杆；3033、爬升件；30331、连接条；30332、滚轮；30333、爬升履带；30334、爬升电机；3034、第一连杆；3035、第二连杆；3036、活动铰接环； 3037、第三连
杆；3038、锁紧螺母；3039、弹簧件；301、副测斜仪； 3041、副光靶盘；400、调垂机构；401、紧绳器；4011、固定座；402、钢丝拉绳；500、数据处理机构；501、数据采集模块；502、数据转换模块；503、数据显示模块。
具体实施方式
37.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
38.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.实施例一
43.参照附图1-6所示，本发明提供一种技术方案：一种桩基钢立柱调垂实时监测系统，安装于桩基孔10顶部的地面20上，包括定位机构100、钢立柱200、测量机构300、调垂机构400和数据处理机构 500，测量机构300设置于钢立柱200的内部，数据处理机构500为手持式仪器，手持仪器方便操作和观察，符合在恶劣施工现场环境下使用；
44.其中，定位机构100包括调平板101和固定板102，调平板101 和固定板102的中心均开设有于桩基孔10大小相适配的通孔，调平板101的底部于地面20接触，固定板102设置于调平板101的上方，调平板101上对称设置有四组千斤顶1011，固定板102的底部四角设置有固定杆1021，固定杆1021的底部与调平板101的顶部固定连接，固定板102的上方设置有四组卡座1012，调平板101对准桩基孔 10，使其方便后续精确地对钢立柱200的平面位置进行定位，并通过卡座1012活动支撑钢立柱200，方便调节的同时支撑牢固稳定可靠；
45.钢立柱200垂直设置于桩基孔10的内部，且与桩基孔10的中心轴重合，钢立柱200的两侧对称设置有两组支撑杆202，钢立柱200 的底部对称设置有四组调垂拉环204，钢立柱200为桩基孔10浇筑成型提供支撑，提高了桩基的强度；
46.测量机构300包括十字架301、主测斜仪302、移动光靶303和副测斜仪304，十字架301设置于钢立柱200的顶端，主测斜仪302 设置于十字架301的顶部，移动光靶303设置于钢立柱200的底端，且与钢立柱200的内壁滑动接触，移动光靶300包括主光靶盘3031、调节螺杆3032和爬升件3033，副测斜仪304设置于钢立柱200的顶端外表面，副测斜仪304的下方设置于副光靶盘3041，测量机构300 采用主、副双联同步监测钢立柱200垂直度，为后续施工作业提供参考指标，节约了后续补救措施的时间，同时在检测过程中不影响其他环节的作业，也不会造成设备埋入桩基坑内造成设备浪费的问题；
47.调垂机构400包括紧绳器401和钢丝拉绳402，紧绳器401设置有四组，且对称设置于钢立柱200的外侧，紧绳器401的底部设置有固定座4011，固定座4011与固定板102固定连接，钢丝拉绳402的一端绕设于紧绳器401上，钢丝拉绳402的另一端套设于调垂拉环 204上，钢丝拉绳402用于调节钢立柱200的垂直偏量，操作简单方便，装置结构简单，节省施工时间，保证了垂直度的调节精度。
48.本发明实施例还通过以下技术方案进行实现。
49.在本发明的实施例中，钢立柱200的顶端外侧对称设置有四组支撑耳201，两组支撑杆202分别贯穿同一侧的支撑耳201，卡座1012 的顶部呈半圆弧开槽结构，支撑杆202的两端分别架设于四组卡座 1012上，千斤顶1011的输出端贯穿固定板102后于卡座1012固定连接，千斤顶1011与卡座1012的配合可在钢立柱200吊装入坑时调节位置及垂直度，保证钢立柱200的水平定位及垂直度要求。
50.在本发明的实施例中，钢立柱200的顶端内壁堆成设置有四组安装块203，十字架301的端部分别于安装块203螺栓连接，十字架301 的中心开设有激光孔3011，主测斜仪302和副测斜仪304均采用激光发生器，主测斜仪302的激光发射端与激光孔3011对应，十字架的端部设置有长条孔，方便与安装块203固定时可调节主测斜仪的方向位置，保证其与主光靶盘3031的中心对应。
51.在本发明的实施例中，调节螺杆3032设置于主光靶盘3031的下方，且调节螺杆3032的一端与主光靶盘3031的底部中心固定连接，爬升件3033设置有至少三组，爬升件3033包括连接条30331、滚轮 30332、爬升履带30333和爬升电机30334，滚轮30332设置有两组，且分别转动连接于连接条30331的两端，爬升履带30333绕设于两组滚轮30332的外表面，爬升履带30333的外表面与钢立柱200的内壁滑动接触，爬升电机30334设置于连接条30331的一端，且爬升电机 30334的输出端与其中一组滚轮30332的中心固定连接，爬升件3033 对称分布，保证主光靶盘3031位于钢立柱200的中心位置，爬升履带30333通过与钢立柱200内壁的摩擦带动移动光靶303在钢立柱 200内移动，在完成钢立柱200定位后，且在桩基孔10浇筑前，可通过爬升件3033将移动光靶303提升至桩基孔10顶部并取出，减少设备损耗，有效降低施工成本。
52.在本发明的实施例中，连接条30331的两端分别铰接由第一连杆 3034和第二连杆3035，第一连杆3034和第二连杆3035的另一端分别与调节螺杆3032的两端铰接，调节螺杆3032的中部套设有活动铰接环3036，活动铰接环3036上铰接有第三连杆3037，第三连杆3037 的另一端与第一连杆3034的中部铰接，活动铰接环3036的上方设置有锁紧螺母3038，锁紧螺母3038与调节螺杆3032螺纹配合，活动铰接环3036的下方设置有弹簧件3039，弹簧件3039的另一端与调节螺杆3032的底部抵接，连杆的铰接结构使爬升件3033可伸缩不同幅
度，使其满足不同内径的钢立柱200的作业，适用范围广泛，可快速定位钢立柱200的中心，通用性强。
53.在本发明的实施例中，数据处理机构500包括数据采集模块501、数据转换模块502和数据显示模块503，数据采集模块501用于收集钢立柱200垂直度的监测数据，数据转换模块502用于将采集到的数据信号转换为统一格式，数据显示模块503采用/('触摸屏，用于显示数据采集模块501收集的实时垂直度数据，副光靶盘3041与副测斜仪304的激光发射端相对应，主光靶盘3031和副光靶盘3041 的信号输出端与数据采集模块501电性连接，主光靶盘3031和副光靶盘3041分别接收来自主测斜仪302和副测斜仪304发出的激光信号，并通过靶盘接受到信号的不同位置从而判断钢立柱200垂直度的变化数据信号，并将信号传输至数据采集模块501上，数据采集模块 501将信号传输至数据转换模块502解码并转换格式后有数据显示模块503投放至手持式监测仪器的显示屏上，方便作业人员清晰直观的得到实时监测数据。
54.实施例二
55.参照附图所示，本发明实施例另提供的一种桩基钢立柱调垂实时监测方法，包括以下步骤：
56.6，主测斜仪安装，钢立柱200水平放置，将移动光靶303放入钢立柱200的底端，旋转锁紧螺母3038，使活动铰接环3036向下移动，通过第三连杆3037和第一连杆3034的铰接作用，使三组爬升件 3033向外张开，直至爬升履带30333均与钢立柱200内壁抵接，在钢立柱200顶端的安装块203上放入十字架301，通过移动光靶303 上的主光靶盘3031采集主测斜仪302发出的激光信号，调节激光信号对准主光靶盘3031的中心后将十字架301与安装块203螺栓固定；
57.6，定位机构安装，将调平板吊装放置于基坑孔周围的地面上，并使中心通孔于基坑孔的中心对应；
58.6，钢立柱吊装，使用吊车将钢立柱200垂直吊起，然后将四组钢丝拉绳402的一端分别固定在钢立柱200底端的调垂拉环204上，另一端固定在紧绳器401上，缓慢将钢立柱200放入基坑孔内，放入至设计高度后，将支撑杆202插入至支撑耳201上，并将支撑杆202 的两端分别架设在卡座1012顶部的开槽内，再次观察主光靶盘3031 上激光信号，判断钢立柱200的垂直度，并通过四组千斤顶1011调节两组支撑杆202四角的高度，使钢立柱200垂直度符合要求，然后转动紧绳器401，将四组钢丝拉绳402绷紧；
59.6，副测斜仪安装，将副测斜仪304和副光靶盘3041安装与钢立柱200的外侧，并在手持式监测仪器上将主测斜仪302和副测斜仪 304当前的采集数据同步，并将副测斜仪304数据归零，使副测斜仪 304当前采集数据为垂直状态的数据；
60.6，主测斜仪拆除，拆出十字架301，然后启动爬升件3033上的爬升电机30334，滚轮30332转动带动爬升履带30333与钢立柱200 内壁产生摩擦，从而使移动光靶303向钢立柱200顶端爬升移动，到顶后去除移动光靶303；
61.6，桩基浇筑，在钢立柱200内插入浇筑导管，并向基坑孔内浇筑规定标号的混凝土，浇筑过程中实时观察副光靶盘3041接收到的激光信号，当产生偏差时，调节对应方向的紧绳器401，通过钢丝拉绳402微调钢立柱200底端的倾斜，保证钢立柱200整体的垂直度。
62.需要说明的是，主测斜仪302、主光靶盘3031、爬升电机30334、副测斜仪304、副光
靶盘3041、数据采集模块501、数据转换模块502 和数据显示模块503的具体型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
63.需要说明的是，主测斜仪302、主光靶盘3031、爬升电机30334、副测斜仪304、副光靶盘3041、数据采集模块501、数据转换模块502 和数据显示模块503的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
64.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。