专利名称：钻孔沉渣厚度超声测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测设备，特别是一种适用于对钻孔沉渣厚度进行超声测量 的系统。
背景技术：
钻孔灌注桩具有承载力高、施工方便等特点，道路、桥梁、码头、高层建筑等基础建 设中被广泛采用。其施工工艺是利用钻孔机在桩位成孔，然后在桩孔内放入钢筋骨架再灌 混凝土而成的就地灌注桩。钻孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，若其出现塌孔、缩 径、桩孔偏斜、沉渣超标等问题，将直接影响到桩身质量和造成桩承载力下降，成为工程质 量和安全的大隐患。目前，国内沉渣检测方法主要有重锤法和取芯法。重锤法的做法是浇筑混凝土前， 手持绳缆系吊一约2 3kg带锥尖的重锤，放入孔底，凭手感探测沉渣的存在；取芯法在浇 筑混凝土成桩并达到初始龄期后，在桩的中心轴线钻孔，并取芯超过桩尖深度，凭取芯观察 有无沉渣泥层存在以及判定其厚度。也有人提出压力探测法，即吊系一个平板下到钻孔底 部，然后加压到一定压力后，记录平板深度，此处认为是渣顶，之后再用渣底探测锥刺入沉 渣中，当所施加的压力到了某个值后，认为触及到了渣底，记录探测锥的深度，由渣顶和渣 底深度可求出沉渣厚度。此外，人们还试图借助于地球物理测井技术(如使用微电极系测 求孔底沉渣的界面等)或用静力触探测定沉渣。但该这些检测方法存在弊端①重锤法凭手感作探测，既无客观依据又无可靠的 定量准则，不仅会因人而异，而且会导致设计、施工、监理之间的不同判断与争论；②取芯方 法，虽直观可靠，但属事后判断；③压力探测法对渣顶渣底的阈值压力会因沉渣组成、孔底 地质状况而改变，确定具体情况下的阈值压力是个难点；④地球物理测井技术或用静力触 探测定沉渣的方法，需要沉渣与泥浆之间有明显的界面或大差异的物理参数，但实际上由 于沉渣在孔底的堆积情况因地基土层而异，也因人工造浆(膨润土)或自然造浆而异，因此 在沉渣与泥浆之间没有明显的界面，更没有明显不同的物理参数可以用于鉴别和区分。因 此这些方法远达不到准确测量沉渣厚度的目的，这对大直径深桩基础施工和工程质量是个 很大的隐患。
实用新型内容针对上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种准确描述孔底的形状， 准确地测量沉渣的厚度的钻孔沉渣厚度超声测量系统。为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案—种钻孔沉渣厚度超声测量系统，包括井下仪和井上仪，所述井下仪通过电缆连 接井上仪，所述井下仪的下部设置有超声换能器，超声换能器向下每发射一次超声波信号 能接收第一、第二两个反射面的反射波信号，并将发射信号和接收到的反射波信号通过所 述电缆传送到所述井上仪，所述井上仪对所述井下仪传送来发射信号和反射波信号进行处理、分析，计算沉渣的厚度。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述井上仪包括地面处理装置、 依次连接的调理装置、模数转换装置、数字信号处理装置和数据处理、绘图、显示、存储与打 印装置，所述调理装置、所述模数转换装置、所述数字信号处理装置和所述数据处理、绘图、 显示、存储与打印装置分别连接所述地面处理装置。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述井下仪包括连接所述地面处 理装置的发射信号产生装置、连接所述发射信号产生装置的功率驱动装置，连接所述功率 驱动装置的发射换能器装置和连接所述调理装置的接收换能器装置。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中第一反射面为泥浆层与沉渣层的 分界面，所述第二反射面为泥浆层与沉渣层的分界面。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述沉渣厚度为H2, H2 = ο. 5*ν2*α2-、)，其中、为超声从发射到接收到由第一反射面反射回来回波信号的时间，t2 为从发射到接收到由第二反射面反射回来的回波信号的时间，V1为泥浆中超声的声速，V2 为沉渣中声速。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述超声波的速度V2采用如下公 式得到V2 = 2*d/t，其中d为把所述沉渣层的部分沉渣抽出来，装到容器中，用尺子测量得 到的厚度，t为把超声换能器紧贴在沉渣上表面，发射和接收超声波，从发射到接收的时间。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述井上仪对所述井下仪取得的 多次数据取平均值作为最终获取的沉渣厚度。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述井上仪还对所述井下仪在多 个位置上的测量结果把孔底的形状表现出来。本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其中所述井下仪通过穿过滑轮的电缆 连接绞车，所述绞车通过所述电缆连接井上仪，所述滑轮设置在钻孔的正上方。采用本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，通过多次测量，更加准确的描述 孔底的形状，也更加准确地确定了沉渣的厚度。
图1是本实用新型钻孔沉渣厚度超声测量系统结构原理示意图；图2是本实用新型钻孔沉渣厚度超声测量系统井上仪和井下仪的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型钻孔沉渣厚度超声测量系统的实施方式进行详细说 明。参见图1和图2，本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，包括井下仪1和井上 仪2。井下仪1通过穿过滑轮3的电缆4连接绞车5，通过绞车5下放和升起井下仪1，绞车 5通过电缆4连接井上仪2，滑轮3设置在钻孔的正上方，其中电缆4优选为铠装电缆。井上仪2包括地面处理装置201、依次连接的调理装置202、模数转换装置203、数 字信号处理装置204和数据处理、绘图、显示、存储与打印装置205，以上装置分别连接地面 处理装置201，井下仪1的下部设置有超声换能器，包括通过电缆4连接地面处理装置201的发射信号产生装置101、连接发射信号产生装置101的功率驱动装置102，连接功率驱动 装置102的发射换能器装置103和连接调理装置204的接收换能器装置104。在地面处理装 置201的控制下，发射信号产生装置101产生超声发射信号，并经功率驱动装置102进行功 率放大后，驱动发射换能器装置103向沉渣发射出超声脉冲信号；沉渣界面的反射波被接 收换能器装置104接收后通过电缆4送入调理装置202，经过调理装置202对信号的放大、 滤波等信号调理，再由模数转换装置203将模拟信号转换成为数字信号送入数字信号处理 装置204，数字信号处理装置204对数字化后的超声信号进行更高级的处理，如FFT、数字滤 波、相关、时变放大、脉冲压缩等，从而获得相应的参数，如声时差、波幅、衰减系数等；数据 处理后通过数据处理、绘图、显示、存储与打印装置205以图像、报表等形式输出结果。其中 的发射换能器装置103和接收换能器装置104也可以是收发二合一的换能器。地面处理装置201控制各个装置的运行，控制发射信号的形式、参数，控制功率放 大倍数、回波放大倍数及滤波器中心频率、带宽等参数；同时还要与数字信号处理、数据处 理等模块进行数据交互。钻孔上部充满着一定比重的泥浆，下部沉淀着沉渣，其厚度记为H2,孔底端面一般 是岩石或硬质土层。设置本实用新型的钻孔沉渣厚度超声测量系统，及其本系统的工作过程为在钻孔的正上方固定好滑轮3，电缆4绕过滑轮3并吊系着井下仪1下放到钻孔 中，待井下仪1下放到沉渣上方一定距离后(根据设计孔深和发放电缆4的长度确定，记为 H1),停止下放并静止；井下仪1的超声换能器开始向钻孔底部发射超声波，超声波遇到泥浆层6与沉渣 层8的分界面后反射回来作为第一次反射波被超声换能器接收，经处理电路和转换电路处 理后，经电缆4传送到井上仪2 ；另一部分超声波穿过泥浆层6与沉渣层8的分界面到达沉 渣层8与孔底9的分界面后反射回来作为第二次反射波被超声换能器接收，再经过处理电 路和转换电路处理后，经电缆4传送到井上仪2 ；井上仪2对发射信号和接收的反射信号进行处理、分析，获取超声从发射到接收 到由第一反射面反射回来回波信号的时间、。再获取从发射到接收到由第二发射面反射回 来的回波信号的时间t2。假设泥浆中超声的声速为V1,沉渣中声速为V2，则可求出沉渣厚 度，H2 = 0. 5*ν2*( 2-、)。沉渣中速度的确定，可以用标定的方式得出，其中一种方法为在清孔的时候会把 部分沉渣从孔底抽出来，利用这些抽到地面的沉渣来标定超声在其中的声速V2。首先把沉 渣放到一个容器中，用尺子等方式测量其厚度d，把换能器紧贴沉渣上表面，发射接收超声 波，假设从发射到接收到底面回波的经历的时间为t，则声速为V2 = 2*d/t。井下仪1在一个位置上重复发送多次超声波进行测量，井上仪2对多次数据取平 均值作为最终获取的沉渣厚度。一个位置测完后，调整井下仪1的位置，按照上述方法进行另一个位置沉渣厚度 的测量，并利用井下仪1在多个位置上的测量结果把孔底9的形状表现出来，同时也可由这 些数据确定出更准确的沉渣厚度。以上的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的 范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实
5用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护 范围内。
权利要求1.一种钻孔沉渣厚度超声测量系统，包括井下仪(1)和井上仪O)，所述井下仪(1)通 过电缆(4)连接井上仪O)，其特征在于，所述井上仪( 包括地面处理装置001)、依次连 接的调理装置002)、模数转换装置003)、数字信号处理装置(204)和数据处理、绘图、显 示、存储与打印装置005)，所述调理装置002)、所述模数转换装置003)、所述数字信号 处理装置(204)和所述数据处理、绘图、显示、存储与打印装置(20 分别连接所述地面处 理装置001)，所述井下仪(1)的下部设置有超声换能器，所述超声换能器包括连接所述地 面处理装置(201)的发射信号产生装置(101)、连接所述发射信号产生装置(101)的功率驱 动装置(102)，连接所述功率驱动装置(10 的发射换能器装置(10 和连接所述调理装置 (202)的接收换能器装置(104)，所述超声换能器向下每发射一次超声波信号能接收第一、 第二两个反射面的反射波信号，并将发射信号和接收到的反射波信号通过所述电缆(4)传 送到所述井上仪ο)，所述井上仪( 根据公式压=ο. 5*ν2*α2-、)对所述井下仪(1)传 送来发射信号和反射波信号进行处理、分析，计算沉渣的厚度，其中，H2为沉渣厚度，、为超 声从发射到接收到由第一反射面反射回来回波信号的时间，t2为从发射到接收到由第二反 射面反射回来的回波信号的时间，V1为泥浆中超声的声速，V2为沉渣中声速，所述V2采用如 下公式得到V2 = 2*d/t，其中，d为把沉渣层(8)的部分沉渣抽出来，装到容器中，用尺子 测量得到的厚度，t为把超声换能器紧贴在沉渣上表面，发射和接收超声波，从发射到接收 的时间。
2.根据权利要求1所述的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其特征在于，所述井下仪(1)通 过穿过滑轮⑶的电缆⑷连接绞车(5)，所述绞车(5)通过所述电缆⑷连接井上仪(2)， 所述滑轮C3)设置在钻孔的正上方，所述第一反射面为泥浆层(6)与沉渣层(8)的分界面， 所述第二反射面为泥浆层(6)与沉渣层(8)的分界面。
3.根据权利要求2所述的钻孔沉渣厚度超声测量系统，其特征在于，所述井上仪(2)对 所述井下仪(1)取得的多次沉渣厚度数据取平均值作为最终获取的沉渣厚度。
专利摘要一种钻孔沉渣厚度超声测量系统，包括井下仪和井上仪，所述井下仪通过电缆连接井上仪，所述井下仪的下部设置有超声换能器，超声换能器向下每发射一次超声波信号能接收第一、第二两个反射面的反射波信号，并将发射信号和接收到的反射波信号通过所述电缆传送到所述井上仪，所述井上仪对所述井下仪传送来发射信号和反射波信号进行处理、分析，计算沉渣的厚度。从而提供一种准确描述孔底的形状，准确地测量沉渣的厚度的钻孔沉渣厚度超声测量系统。
文档编号E21B47/04GK201884023SQ20102053505
公开日2011年6月29日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者曹茂永 申请人:山东科技大学