一种灌注桩灌注面高度确定装置及方法与流程

本发明涉及工程技术领域，更具体地，涉及一种灌注桩灌注面高度确定装置及方法。

背景技术：

随着社会经济的飞速发展，钻孔灌注桩已成为如今地基基础中最常用的桩基形式之一。由于高层建筑的需要，两层、三层地下室已经非常普遍，基础越来越深，因此如何准确的判定水下灌注混凝土是否正好达到设计标高，成为影响工程桩施工质量、工期要求及施工成本控制的重要因素。

钻孔灌注桩用于工程桩时，往往桩顶标高与自然地面有一定的距离，即桩孔内有一个不灌注混凝土的空灌段。随着高层建筑的发展，我国基坑工程的规模也迅速扩大，基坑开挖深度越来越深，工程桩的空灌段也越来越深。对于采用钢筋混凝土内支撑作为支撑体系、地下水位高等特点的项目，钻孔灌注工程桩施工通常都是从地面开始。由于桩孔的空灌段距地面较深，灌注面上方有一定深度的沉渣和大量的泥浆水，给灌注面高度检测带来较大难度。现有灌注桩灌注面高度的检测手段一般采用下探法进行，即用测绳连接测锤，将测锤放到浇筑好的混凝土桩内，人为的感觉测锤有无接触混凝土面，进而来判断灌注面是否达到设计标高。

现有灌注面高度测量方法虽然操作简便，但是其精度较差。由于测量过程中主要以测绳拉动测锤的手感进行预判，这种单凭手感主观判断的方式，存在较大的误差。除此之外，混凝土上面的沉渣也会对测量产生影响，导致判断的结果不准确，要么灌注过高，浪费混凝土，要么灌注深度不够，影响桩基质量，同时影响后期施工工期。因此现在亟需一种方法解决上述问题。

技术实现要素：

本发明为克服上述技术缺陷，提供一种灌注桩灌注面高度确定方法及装置。

第一方面，本发明提供一种灌注桩灌注面高度确定装置，包括：测锤、测绳和测力计，所述测锤和测力计通过所述测绳连接。

第二方面，本发明提供一种灌注桩灌注面高度确定方法，包括：

实时获取灌注桩灌注过程中所述测力计的测量读数；

若所述测力计的测量读数满足预设条件，则确定所述灌注桩灌注面灌注至设计标高。

本发明提供的灌注桩灌注面高度确定方法及装置，通过设置了测绳、测锤和测力计的组合测量方法，在操作简便的基础上减少了人为因素的影响，提高了灌注桩灌注面高度确定准确度。

附图说明

图1为本发明实施例灌注桩灌注面高度确定装置结构示意图；

图2为本发明实施例灌注桩灌注面高度确定方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有灌注桩灌注面高度的检测手段一般采用下探法进行，即用测绳连接测锤，将测锤放到浇筑好的混凝土桩内，人为的感觉测锤有无接触混凝土面，进而来判断灌注面是否达到设计标高。

该方法虽然操作简便，但是由于测量过程中主要以测绳拉动测锤的手感进行预判，这种单凭手感主观判断的方式，存在较大的误差。除此之外，混凝土上面的沉渣也会对测量产生影响，导致判断的结果不准确，要么灌注过高，浪费混凝土，要么灌注深度不够，影响桩基质量，同时影响后期施工工期。

针对现有技术中存在的问题，图1为本发明实施例灌注桩灌注面高度确定装置结构示意图，如图1所示，包括测锤11、测绳12和测力计13，测锤11和测力计13通过测绳12连接。

与现有技术中下探法采用的装置相比，本发明实施例中的灌注桩灌注面高度确定装置(以下简称高度确定装置)在测绳12的一方设置了一个测力计13，在实际测量中，不同于下探法中仅靠手感主观判断的方式，本发明实施例中的高度确定装置可以实时观测测力计13的读数，并根据测力计13的读数变化来进行高度确定，减少主观影响。

具体的，在利用高度确定装置确定灌注桩灌注面高度是否达到设计标高时，首先将高度确定装置的测锤11通过侧绳12下放至桩顶设计标高，此时读出测力计13的测量读数。

随着灌注面的不断升高，灌注面会慢慢淹没测锤11，在这一过程中，测力计13的读数会不断变化。实时获取测力计13的读数，若测力计13的读数满足预设条件，表明此时灌注面已淹没测锤11，而测锤11是置于桩顶设计标高处，故此时可以确定灌注桩灌注面已灌注至设计标高。

其中，预设条件可以根据实际需要进行设置，例如：根据实时获取的测力计13读数与测锤11置于桩顶设计标高时的初始测量值之间的差值进行设置；或者根据测力计13的测量读数的变化率进行设置。

可以理解的是，在对测力计13进行测量读数时，是按照一定的时间间隔进行读取，那么测力计13的测量读数的变化率计算方式为：首先计算上一次的测量读数与本次测量读数之间的差值，再将计算出的差值除以上一次的测量读数，得到本发明实施例提供的测力计测量读数的变化率。

本发明实施例提供的灌注桩灌注面高度确定装置，通过设置了测绳、测锤和测力计的组合测量方法，并通过观察实时测量数据来判断灌注面高度，在操作简便的基础上减少了人为因素的影响，提高了灌注桩灌注面高度确定准确度。

在上述实施例的基础上，可参考图1所示，测绳12的长度等于地面标高到桩顶设计标高的长度。

在本发明实施例中，测绳12长度设置为地面标高到桩顶设计标高的长度。由于每次进行测量时，都需要将测锤11放置于桩顶设计标高的位置并进行读数。若测绳12长度刚好等于地面标高到桩顶设计标高的长度，每次测量时只需要将测绳12的最上端与地面标高对齐，测锤11就刚好处于桩顶设计标高的位置，不用预先进行测量，节省了操作步骤，能够提高测量的效率。

在上述实施例的基础上，参考图1所示，测锤11为短钢筋。

灌注桩是一种就位成孔，灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩。在实际施工现场，钢筋是一种十分常见的原材料，也方便获取。本发明实施例中，利用短钢筋制成测锤11，方便测试人员就地取材，节约制作成本，也简化了制作的步骤。

在上述实施例的基础上，参考图1所示，测锤11的形状包括：圆柱体、长方体或正方体。优选的，图1以长方体为例对本发明实施例进行说明。

在本发明实施例中，测锤11的形状是规则的立方体，包括但不限于圆柱体、长方体或正方体，由于测锤11的形状是规则的，所以能够直接根据测锤11的外部尺寸计算出测锤11的体积，再根据测锤11的体积，来帮助确定测锤11在灌注过程中受到的浮力变化，进而通过浮力变化结合测力计13的读数变化来判断灌注面是否达到设计标高。

例如：若灌注过程中混凝土上方有泥浆，那么需要根据测锤11的体积、混凝土的密度和泥浆的密度才能测得测锤11在灌注过程中受到的浮力变化，具体的测量过程如下：

首先计算出测锤11的体积v，然后测出混凝土的密度ρ砼和泥浆的密度ρ浆。当测锤11完全置于泥浆中时，由受力平衡可知：

g＝f1+f浮1，

其中g为测锤11的重力，f1为测锤11完全置于泥浆中时测力计13的读数，f浮1为此时测锤11受到的浮力，且f浮1＝ρ浆gv，其中g为重力加速度，v为测锤11体积，故此时测力计13的读数f1＝g-f浮1。

相应的，当测锤11完全置于混凝土中时，由受力平衡可知：

g＝f2+f浮2，

其中，f2为测锤11完全置于混凝土中时测力计13的读数，f浮2为此时测锤11受到的浮力，且f浮2＝ρ砼gv，故此时测力计13的读数f2＝g-f浮2。

此时测力计13的读数变化幅值为：

δf＝f1-f2＝f浮2-f浮1＝ρ砼gv-ρ浆gv。

若灌注过程中混凝土的上方没有泥浆则需要根据测锤11的体积和混凝土的密度测得测锤11在灌注过程中受到的浮力变化，具体的测量过程如下：

当测锤置于桩顶设计标高时，由受力平衡可知，

g＝f1，

其中g为测锤11的重力，f1为测锤11置于桩顶设计标高时测力计13的读数。

相应的，当测锤11完全置于混凝土中时，由受力平衡可知：

g＝f2+f浮2，

其中，f2为测锤11完全置于混凝土中时测力计13的读数，f浮2为此时测锤11受到的浮力，且f浮2＝ρ砼gv，故此时测力计13的读数f2＝g-f浮2。

此时测力计13的读数变化幅值为：

δf＝f1-f2＝ρ砼gv。

其中，δf为读数变化幅值，ρ砼为混凝土密度，g为重力加速度，v为测锤11体积。

进行灌注面高度确定时，先将测锤11通过侧绳12下放至桩顶设计标高，获取测力计13的读数，随着灌注面的上升，实时获取测力计13的测量值，当测量值与之前的读数的差值大于等于δf时，表明此时所述灌注桩灌注面已达到设计标高。

本发明实施例中，通过将测锤11的形状设置为圆柱体、长方体或正方体的规则立方体，使得我们能够通过测量测锤11的尺寸来计算得出测锤11的体积，然后结合混凝土密度和泥浆密度来计算得到δf的值，操作方便快捷。

图2为本发明实施例灌注桩灌注面高度确定方法的流程示意图，如图2所示，包括：

步骤21，实时获取灌注桩灌注过程中所述测力计的第一测量值；

步骤22，若所述第一测量值满足预设条件，则确定所述灌注桩灌注面灌注至设计标高。

可以理解的是，本发明实施例提供的方法能够对灌注桩灌注面高度进行确定，从而判断灌注桩灌注面高度是否达到设计标高。

具体的，在步骤21中，本发明实施例在进行灌注面高度确定之前，需要先将高度确定装置的测锤通过侧绳下放至桩顶设计标高，然后对灌注桩进行灌注，并读取灌注过程中测力计所测得的实时读数，即本发明实施例提供的第一测量值。优选的，本发明实施例提供的灌注桩灌注过程是按照一定灌注速度进行均匀灌注，同时测力计也按照一定测量频率进行测量，从而实时得到测力计测得的第一测量值以及第一测量值的变化率。

在步骤22中，本发明实施例在判断灌注面高度是否达到设计标高时，依据是第一测量值是否满足预设条件。由于第一测量值是实时获取的，是一个随灌注面高度改变而动态变化的值，所以每一次得到测力计的第一测量值后，都需要判断其是否满足预设条件。预设条件可以根据实际情况进行设置，优选的，本发明实施例中的预设条件可以根据实时获取的测力计读数与测锤置于桩顶设计标高时的初始测量值之间的差值进行设置，也可以根据测力计的测量读数的变化率进行设置。若第一测量值满足预设条件，表明此时灌注面已淹没测锤，而测锤是置于桩顶设计标高处的，故此时可以确定灌注桩灌注面已达到设计标高。

本发明实施例提供的灌注桩灌注面高度确定方法，通过设置了测绳、测锤和测力计的组合测量方法，在操作简便的基础上减少了人为因素的影响，提高了灌注桩灌注面高度确定准确度。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述预设条件为所述测力计的第一测量值与第二测量值的差大于等于第一预设阈值，其中，所述第二测量值为所述测锤下放至桩顶设计标高时所述测力计测得。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例在进行灌注面高度确定之前，会将测锤下放至桩顶设计标高，此时读出测力计的读数，即本发明实施例提供的第二测量值。

进一步地，本发明实施例提供一种利用变化幅值的方式确定所述灌注桩灌注面是否灌注至设计标高。具体地，在进行灌注面高度确定时，首先将测锤下放至桩顶设计标高，随着灌注面不断上升，测力计的读数会不断变化，此时实时获取测力计的第一测量值，并判断第一测量值与第二测量值的差是否大于等于第一预设阈值，若满足第一测量值与第二测量值的差大于等于第一预设阈值，表明此时灌注面已经完全淹没测锤，而测锤又置于桩顶设计标高处，故可依此判断灌注桩灌注面高度已达到设计标高。若测力计的第一测量值与第二测量值的差小于第一预设阈值，则确定灌注桩灌注面未灌注至设计标高。

例如，测锤下放至桩顶设计标高处时测力计的第二测量值为10n，将其完全没入混凝土中时，测力计的读数为4n，可以得到第一预设阈值为6n。此时，将测锤下放至桩顶设计标高，当灌注面达到测锤的底端后，随着灌注面的上升，测力计的读数会不断减小，从10n到9n，8n，7n，6n，5n，4n，3.9n，第一测量值与第二测量值的差也从0n到1n，2n，3n，4n，5n，6n，6.1n，在第一测量值与第二测量值的差小于第一预设阈值6n时，表明灌注桩灌注面未达到设计标高。在第一测量值和第二测量值的差快要达到所述第一预设阈值时，可以放慢灌注的速度，方便实时获取数据，在第一测量值到达4n时，第一测量值与第二测量值的差为6n，刚好等于第一预设阈值，此时满足预设条件，可以确定灌注桩灌注面已达设计标高。

本发明实施例提供的灌注桩灌注面高度确定方法，通过设置了测绳、测锤和测力计的组合测量方法，并通过观察实时测量数据结合预设阈值来判断灌注面高度是否达到设计标高，操作简便，准确度高。

在上述实施例的基础上，若所述混凝土上方有泥浆，所述方法还包括：

根据所述测锤的体积、混凝土密度以及泥浆密度，确定所述第一预设阈值大小。

实际施工中，会面对不同的施工环境。在一些水下灌注桩中，灌注面上方会有泥浆。灌注的过程是将混凝土通过竖立的导管，依靠混凝土的自重进行灌注的方法，随着混凝土的不断灌注，位于混凝土上方的泥浆也不断升高。由于泥浆的密度一般远低于混凝土的密度，所以泥浆和混凝土几乎不会发生混合的现象。此时计算第一预设阈值需要考虑泥浆的因素。

首先计算出测锤的体积v，然后测出混凝土的密度ρ砼和泥浆的密度ρ桨。当测锤完全置于泥浆中时，由受力平衡可知：

g＝f1+f浮1，

其中g为测锤的重力，f1为测锤完全置于泥浆中时测力计的读数，f浮1为此时测锤受到的浮力，且

f浮1＝ρ浆gv，

其中g为重力加速度，v为测锤体积，故此时测力计的读数为：

f1＝g-f浮1。

相应的，当测锤完全置于混凝土中时，由受力平衡可知：

g＝f2+f浮2，

其中，f2为测锤完全置于混凝土中时测力计的读数，f浮2为此时测锤受到的浮力，且

f浮2＝ρ砼gv，

故此时测力计的读数f2＝g-f浮2。

此时第一预设阈值为：

δf＝f1-f2＝f浮2-f浮1＝ρ砼gv-ρ浆gv。

进行灌注面高度确定时，先将测锤通过侧绳下放至桩顶设计标高，此时测锤没入泥浆中，测力计的读数为第二测量值。随着灌注面的上升，测力计的示数即第一测量值会不断减小。当减小至第一测量值与第二测量值的差大于等于第一预设阈值时，表明测锤已完全没入混凝土中，则可以判断此时所述灌注桩灌注面已达到设计标高。

例如，所述测锤的体积为10^-3m³，所述混凝土的密度为2500kg/m³，所述泥浆的密度为1500kg/m³，则测锤完全置于泥浆中时受到的浮力为

f浮1＝ρ浆gv＝1500kg/m³*10n/kg*10^-3m³＝15n，

测锤完全置于混凝土中时受到的浮力为

f浮2＝ρ砼gv＝2500kg/m³*10n/kg*10^-3m³＝25n，

故此时第一预设阈值为

δf＝f1-f2＝f浮2-f浮1＝25n-15n＝10n。

当第一测量值与第二测量值的差大于等于10n时，表明测锤已完全没入混凝土中，则可以判断此时灌注桩灌注面已达到设计标高

在上述实施例的基础上，若所述混凝土上方无泥浆，所述方法还包括：

根据所述测锤的体积、混凝土密度，确定所述第一预设阈值大小。

若混凝土的上方没有泥浆，则需要根据测锤的体积和混凝土的密度来计算第一预设阈值，具体过程如下：

当测锤置于桩顶设计标高时，由受力平衡可知，

g＝f1，

其中g为测锤的重力，f1为测锤置于桩顶设计标高时测力计的读数。

相应的，当测锤完全置于混凝土中时，由受力平衡可知：

g＝f2+f浮2，

其中，f2为测锤完全置于混凝土中时测力计的读数，f浮2为此时测锤受到的浮力，且f浮2＝ρ砼gv，故此时测力计的读数f2＝g-f浮2。

此时第一预设阈值为：

δf＝f1-f2＝ρ砼gv。

其中，δf为第一预设阈值，ρ砼为混凝土密度，g为重力加速度，v为测锤体积。

进行灌注面高度确定时，先将测锤通过侧绳下放至桩顶设计标高，此时测锤还未接触到灌注面，测力计的读数为第二测量值。随着灌注面的上升，测力计的示数即第一测量值会不断减小。当减小至第一测量值与第二测量值的差大于等于第一预设阈值时，表明测锤已完全没入混凝土中，则可以判断此时所述灌注桩灌注面已达到设计标高。

例如，测锤的体积为10^-3m³，混凝土的密度为2500kg/m³，则测锤完全置于混凝土中时受到的浮力为：

f浮2＝ρ砼gv＝2500kg/m³*10n/kg*10^-3m³＝25n，

故此时第一预设阈值为：

δf＝ρ砼gv＝25n，

当第一测量值与第二测量值的差大于等于25n时，表明测锤已完全没入混凝土中，则可以判断此时灌注桩灌注面已达到设计标高

本发明实施例提供的灌注桩灌注面高度确定方法，通过设置了测绳、测锤和测力计的组合测量方法，同时给出了有泥浆和无泥浆的两种情况的处理方法，方便施工人员根据实际情况因地适宜的处理，也能够提高灌注桩灌注面高度确定准确度。

在上述实施例的基础上，所述预设条件为：

所述第一测量值开始改变后，所述第一测量值的变化率小于第二预设阈值。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例在进行灌注面高度确定时，首先会将测锤通过侧绳下放至桩顶设计标高。优选的，灌注过程是以一定的速度均匀灌注。刚开始灌注时，灌注面离测锤有一定距离。若此时桩顶设计高度位置有泥浆，则从开始灌注起，到灌注面将要接触到测锤这一过程中，测锤受到重力大于测力计的拉力，实时获取的测力计的第一测量值为测锤自身重力与泥浆提供浮力的差值，从灌注面开始接触到测锤后，测力计的示数开始发生改变；若此时桩顶设计高度位置无泥浆，测锤受到重力和测力计的拉力保持平衡，测力计的拉力等于测锤自身重力。从开始灌注起，到灌注面将要接触到测锤这一段过程中，实时获取的测力计的第一测量值是保持不变的，恒等于测锤自身重力。当灌注面开始接触到测锤后，由于测锤会受到混凝土给测锤的浮力，根据受力平衡可知此时测力计的读数等于测锤重力减去混凝土给测锤的浮力。

由于测锤的位置是不变的，随着灌注面的上升，测锤排开混凝土的体积增加，测锤受到的浮力也增加，相应的，测力计的读数是慢慢减小的。当灌注面上升到淹没测锤后，测锤排开混凝土的体积不再变化，此时受到的浮力也几乎不变。

在本发明实施例中，设置第二预设阈值，用于与测力计的第一测量值的变化率进行比较，且第一测量值也以一定的时间频率进行获取。随着灌注面的上升，实时获取测力计的第一测量值，并与上一次测力计的读数来比较，计算得到所述变化率，并将所述变化率与第二预设阈值比较。其中，变化率的计算方式为：

其中fa为上一次的测力计实时获取的第一测量值，fb为本次的测力计实时获取的第一测量值，δt为每次测量的间隔时间。本发明实施例中的第二预设阈值可以根据实际情况进行设定，在本发明实施例中不做具体限定。

当第一测量值开始改变后，表明灌注面已经开始接触到测锤，此时计算第一测量值的变化率，并将该变化率与第二预设阈值比较。若变化率小于第二预设阈值，则表明测力计的读数随着灌注面的上升逐渐减小直至趋于稳定，此时可以得知，灌注桩灌注面已到达设计标高。

例如，当测锤置于桩顶设计标高时，测力计的读数为10n，第二预设阈值设置为0.05，每隔5秒对测力计读数进行记录，当第一测量值开始改变后，计算相应的变化率。

第一个5秒时测力计的读数为10n，读数与上一次的测量值相等，表明灌注面还未接触到测锤；

第二个5秒时测力计的读数为7.1n，第一测量值已经发生变化，减小了2.9n，表明此时灌注面已经与测锤接触，此时，变化率为：

0.58大于第二预设阈值0.05，表明灌注桩灌注面未达到设计标高；

第三个5秒时测力计的读数为4n，变化率为：

0.62大于第二预设阈值0.05，表明灌注桩灌注面未达到设计标高；

第四个5秒时测力计的读数为3.8n，变化率为：

0.04小于第二预设阈值0.05；

此时，适当加大监测频率，时间间隔可降为1秒读一次数，连续数秒计算变化率均小于且稳定在第二预设阈值0.05以下时，可确定灌注桩灌注面已达设计标高，停止灌注混凝土。

本发明实施例提供的灌注桩灌注面高度确定方法，通过设置第二预设阈值作为预设条件，能够仅根据每次实时获得的测力计的第一测量值来操作，当第一测量值开始改变后，根据所述第一测量值的变化率小于第二预设阈值来确定灌注面达到设计标高，方便快捷。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书定义的范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。