本發(fā)明涉及基樁成孔檢測領域，尤其是涉及基樁成孔質量檢測系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及該基樁成孔質量檢測系統(tǒng)的檢測方法。

背景技術：

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑施工技術也得到了快速的發(fā)展。樁基已經(jīng)成為了當前建筑體的主要基礎形式，而在樁基施工過程中，鉆孔灌注樁屬于地下隱蔽工程，有許多地質因素和人為因素影響成樁質量，無法直觀的對其整個施工過程進行完全透明監(jiān)控，成孔質量的好壞直接影響到混凝土澆注后的成樁質量。如：樁孔的孔徑偏小則使得成樁的側摩阻力、樁尖端承載力減少,整樁的承載能力降低;又如：樁孔上部擴徑將導致成樁上部側阻力增大,使得下部側阻力不能完全發(fā)揮作用,同時單樁的混凝土澆注量增加,費用提高;再如：樁孔偏斜在一定程度上改變了樁豎向承載受力特性，削弱了基樁承載力的有效發(fā)揮，并且還容易產(chǎn)生鋼筋籠吊放困難、塌孔、鋼筋保護層厚度不足等問題。因此，配備相應的檢測設備對其各個環(huán)節(jié)進行檢測是非常必要的。成孔質量檢測能夠對鉆孔施工給予必要的監(jiān)督與指導，現(xiàn)已經(jīng)成為鉆孔灌注樁施工過程中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。同時，井徑資料對于綜合判斷巖性、解釋其他測井曲線和計算固井水泥量都是非常重要的。

現(xiàn)有儀器一般由兩部分組成：一部分是反映井徑變化的井下機械結構，這部分包括有把機械位移變成電信號的轉換裝置；常見的井徑儀有三或四個臂,在彈簧的作用下末端張開緊貼井壁，隨著井徑的變化,臂的末端也隨著張開或合攏,同時帶動電位器滑臂移動，于是井徑的變化就變成了電阻值的變化，當通過電纜給電位器供電時,變化的電阻間電位差就反映了井徑的變化；另一部分是地面記錄部分，記錄電位差變化，事先經(jīng)過井徑規(guī)刻度，這個變化就是井徑大小。上述井徑測試儀為接觸式，其設備沉重、誤差較大，不方便攜帶，不能滿足基樁干孔成孔質量快速檢測的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種重量輕、攜帶方便、檢測效率和檢測精度高的基樁成孔質量檢測系統(tǒng)。本發(fā)明另一目的在于提供該基樁成孔質量檢測系統(tǒng)的檢測方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術方案：

本發(fā)明所述的基樁成孔質量檢測系統(tǒng)，基樁成孔質量檢測系統(tǒng)，包括探頭、垂直升降裝置；

所述探頭包括：用于吊裝在所述基樁成孔內的殼體，水平設置在所述殼體內的承載板，所述承載板上朝著四個方向分別設置有激光測距儀，位于殼體的側壁上對應于每個所述激光測距儀的激光發(fā)射窗位置處分別開設有激光孔；殼體頂壁上沿所述基樁成孔徑向水平設置有吊板，所述吊板上水平開設有滑槽，吊板上對稱于殼體中垂線間隔設置有兩個定滑輪組件；殼體內設置有單片機和無線收發(fā)模塊，位于殼體的底壁中心位置處設置有蓄電池，所述蓄電池的輸出端分別與所述單片機、無線收發(fā)模塊和激光測距儀的電源輸入端連接，四個激光測距儀的控制信號輸入端相互并聯(lián)后與單片機的控制信號輸出端連接，每個激光測距儀的數(shù)據(jù)信號輸出端分別與單片機的數(shù)據(jù)信號輸入端連接，單片機通過串行接口與無線收發(fā)模塊通信連接；

所述垂直升降裝置包括：設置在所述基樁成孔孔口處支架上的深度計數(shù)器、絞車、數(shù)據(jù)采集器；所述絞車的卷筒鋼絲繩依次繞過所述深度計數(shù)器的計數(shù)輪、所述兩個定滑輪組件的兩個定滑輪后與所述支架固定連接；所述數(shù)據(jù)采集器與設置在殼體內的無線收發(fā)模塊無線通信連接，數(shù)據(jù)采集器的長度數(shù)據(jù)信號輸入端與深度計數(shù)器的長度數(shù)據(jù)信號輸出端連接，數(shù)據(jù)采集器的通信接口與移動終端有線通信連接。

所述兩個定滑輪組件均由滑輪支座和通過轉軸設置在所述滑輪支座頂部的滑輪構成，兩個滑輪支座的下部分別通過貫穿所述滑槽的螺栓與所述吊板連接。

所述殼體為正四棱柱形結構，所述激光測距儀為相位式激光測距儀，所述移動終端為手提電腦。

本發(fā)明所述基樁成孔質量檢測系統(tǒng)的檢測方法，按照下述步驟進行：

第一步、測量時保證所述探頭在所述基樁成孔中鉛垂度升降，同時保證四個所述相位式激光測距儀的指向不變，通過所述深度計數(shù)器得到測試點的深度值；探頭采集的數(shù)據(jù)為某時刻四個相位式激光測距儀零基點到孔壁的距離，所述移動終端分別將該時刻采集的數(shù)據(jù)記錄為對應的四個相位式激光測距儀的零基點到探頭中心點距離,得到探頭中心點到孔壁的四個距離d1、d2、d3、d4；

第二步、基樁成孔平均半徑的檢測分析與計算方法為：

四個相位式激光測距儀順時針朝著四個方向布置在尼龍承載板上，在零深度處設定以探頭中心點為坐標原點0，第一相位式激光測距儀指向設為y軸正向，第二相位式激光測距儀指向設為x軸正向，第三相位式激光測距儀指向設為y軸負向，第四相位式激光測距儀指向設為x軸負向，豎直鉛垂線為z軸建立三維直角坐標系（x，y，z），因為探頭沿鉛垂線升降，所以不同深度處探頭的中心點坐標為（0，0，z）；根據(jù)三維直角坐標系的巧妙設定，四個相位式激光測距儀測定的坐標值具有確定性，在某一深度處，四個相位式激光測距儀所測定的坐標分別為，每一點滿足公式，r為基樁成孔該深度處的半徑，x、y為基樁成孔圓上任一點的坐標，x0、y0為基樁成孔圓的中心坐標；

選第一相位式激光測距儀、第二相位式激光測距儀、第三相位式激光測距儀組成下列方程組：

將第一個方程式與第三個方程式相減得到：，由于探頭在孔內探測，在不移動所述坐標原點0且探頭保持垂直的情況下，第二個方程式中x0一定小于d2，所以（d2-x0）一定大于零，將y0代入第二個方程式中得到唯一的解x0，進而可求得大于零的半徑r，得到中心坐標（x0,y0,z）與半徑r；

第三步、根據(jù)4點選3點的組合，選第一、第二、第三相位式激光測距儀，第一、第二、第四相位式激光測距儀，第二、第三、第四相位式激光測距儀的測量數(shù)據(jù)按照第二步所述方法組成三個不同的方程組，并利用第二步所述的計算分析方法即可求得孔的3個中心坐標（x0,y0,z）與半徑r；

第四步、將3次求得的中心坐標（x0,y0,z）與半徑r取平均值得出平均中心點（xp,yp,z）與平均半徑rp作為孔的中心坐標與半徑；平均半徑rp分析與計算方法流程框圖如圖5所示；

第五步、基樁成孔傾斜測量分析與計算方法是：

在基樁成孔零深度處求得的中心坐標與半徑記作（xp0,yp0,z0），以零深度為基準，按公式計算孔的傾斜值，所有傾斜值即可以繪成一條深度-傾斜曲線；xp0、yp0為在深度z為零位置計算得到的基樁成孔圓的圓心坐標。

當所述基樁成孔某一深度偏心較大時（如800mm孔徑的樁，偏心距離達到250mm時需要調整，計算公式為d/2-d/2，其中d為樁直徑，d為本探頭等效直徑300mm），由于所述探頭具有一定的尺寸，探頭將貼到某一側孔壁，在探頭貼到該孔壁之前，調整垂吊所述探頭的設備，使探頭平移至位于這一深度孔的中心點，再以第二步所述方法建立新的三維直角坐標系；新求得的孔中心坐標校正到原坐標系的公式為：

從而完成探頭在基樁成孔該深度處的偏心校正。

本發(fā)明優(yōu)點在于采取非機械式探測豎井傾斜數(shù)據(jù)，重量輕，攜帶方便，檢測效率和檢測精度高，尤其適用于現(xiàn)場測試的基樁干孔成孔質量檢測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明所述探頭的結構示意圖。

圖3.1是本發(fā)明四個所述相位式激光測距儀的平面布置示意圖。

圖3.2是圖3.1的a-a向結構示意圖。

圖4是本發(fā)明所述探頭的仰視結構示意圖。

圖5是本發(fā)明所述平均半徑檢測分析與計算方法的程序框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。

如圖1-4所示，本發(fā)明所述的基樁成孔質量檢測系統(tǒng)，包括探頭、垂直升降裝置；

所述探頭包括：用于吊裝在所述基樁成孔1內的正四棱柱形結構的殼體2，水平設置在殼體2內的尼龍承載板3，尼龍承載板3上朝著四個方向分別設置有相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4，位于殼體2的側壁上對應于每個相位式激光測距儀的激光發(fā)射窗位置處分別開設有激光孔5；殼體2頂壁上沿基樁成孔1徑向水平設置有吊板6，吊板6上水平開設有滑槽7，吊板6上對稱于殼體中垂線間隔設置有兩個定滑輪組件，兩個定滑輪組件均由滑輪支座8和通過轉軸設置在滑輪支座8頂部的滑輪9構成，兩個滑輪支座8的下部分別通過貫穿滑槽7的鎖緊螺栓10與吊板6連接；殼體2內設置有單片機11和無線收發(fā)模塊，位于殼體2底壁下表面凹腔內的中心位置處通過金屬拉條12固定有蓄電池13，蓄電池13的輸出端分別與單片機11、無線收發(fā)模塊和四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4的電源輸入端連接，四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4的控制信號輸入端相互并聯(lián)后與單片機11的控制信號輸出端連接，四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4的數(shù)據(jù)信號輸出端分別與單片機11的數(shù)據(jù)信號輸入端連接，單片機11通過串行接口與無線收發(fā)模塊通信連接；

所述垂直升降裝置包括：設置在基樁成孔1孔口處支架14上的深度計數(shù)器（品牌：天儀海波；型號：ty-26；產(chǎn)品名稱：帶深度計數(shù)滑輪絞車顯示器；規(guī)格：專用收線放線滑輪絞車）、絞車15、數(shù)據(jù)采集器16；絞車15的卷筒鋼絲繩17依次繞過深度計數(shù)器的計數(shù)輪18、兩個定滑輪組件的兩個定滑輪9后與支架14固定連接；數(shù)據(jù)采集器16與設置在殼體2內的無線收發(fā)模塊無線通信連接，數(shù)據(jù)采集器16的長度數(shù)據(jù)信號輸入端與深度計數(shù)器的長度數(shù)據(jù)信號輸出端連接，數(shù)據(jù)采集器16的通信接口與手提電腦19有線通信連接。

本發(fā)明所述的探頭采取非接觸的相位激光測量，因此探頭磨損小，測量可靠，精度高。探頭頂部兩端設置兩個定滑輪組件，與底部中心位置處固定的蓄電池，使得探頭的重心位于下部中心位置，解決了探頭的方向性與垂直度的難題。探頭數(shù)據(jù)采取無線傳輸模式，不僅給測量操作帶來了便捷，還消除了在操作中有線傳輸線對探頭方向性與垂直度的干擾問題。深度計數(shù)器無請求快速自動發(fā)送數(shù)據(jù)，使連續(xù)變化的深度數(shù)據(jù)離散化成高密度的數(shù)字深度數(shù)據(jù)。虛擬主機的設計思路，采集軟件安裝在移動電腦中，大大提高了設備的通用性，有利于推廣應用。

如圖1、圖3.1、圖5所示，本發(fā)明所述基樁成孔質量檢測系統(tǒng)的檢測方法，按照下述步驟進行：

第一步、測量時保證探頭在基樁成孔中鉛垂度升降，同時保證四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4的指向不變，通過深度計數(shù)器得到測試點的深度值；探頭采集的數(shù)據(jù)為某時刻四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4零基點到孔壁的距離，手提電腦分別將該時刻采集的數(shù)據(jù)記錄為對應的四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4的零基點到探頭中心點距離,得到探頭中心點到孔壁的四個距離d1、d2、d3、d4；

第二步、基樁成孔平均半徑的檢測分析與計算方法為：

四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4順時針朝著四個方向布置在尼龍承載板3上，在零深度處設定以探頭中心點為坐標原點0，第一相位式激光測距儀4.1的指向設為y軸正向，第二相位式激光測距儀4.2的指向設為x軸正向，第三相位式激光測距儀4.3的指向設為y軸負向，第四相位式激光測距儀4.4的指向設為x軸負向，豎直鉛垂線為z軸建立三維直角坐標系（x，y，z），因為探頭沿鉛垂線升降，所以不同深度處探頭的中心點坐標為（0，0，z）；根據(jù)三維直角坐標系的巧妙設定，四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4測定的坐標值具有確定性，在某一深度處，四個相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3、4.4所測定的坐標分別為，每一點滿足公式，r為基樁成孔該深度處的半徑，x、y為基樁成孔圓上任一點的坐標，x0、y0為基樁成孔圓的圓中心坐標；

選第一相位式激光測距儀4.1、第二相位式激光測距儀4.2、第三相位式激光測距儀4.3組成下列方程組：

將第一個方程式與第三個方程式相減得到：，由于探頭在孔內探測，在不移動所述坐標原點0且探頭保持垂直的情況下，第二個方程式中x0一定小于d2，所以（d2-x0）一定大于零，將y0代入第二個方程式中得到唯一的解x0，進而可求得大于零的半徑r，得到中心坐標（x0,y0,z）與半徑r；

第三步、根據(jù)4點選3點的組合，選第一、第二、第三相位式激光測距儀4.1、4.2、4.3，第一、第二、第四相位式激光測距儀4.1、4.2、4.4，第二、第三、第四相位式激光測距儀4.2、4.3、4.4的測量數(shù)據(jù)，按照第二步所述方法組成三個不同的方程組，并利用第二步所述的計算分析方法即可求得孔的3個中心坐標（x0,y0,z）與半徑r；

第四步、將3次求得的中心坐標（x0,y0,z）與半徑r取平均值得出平均中心點（xp,yp,z）與平均半徑rp作為孔的中心坐標與半徑；平均半徑rp分析與計算方法流程框圖如圖5所示；

第五步、基樁成孔傾斜分析與計算方法是：

在基樁成孔零深度處求得的中心坐標（xp0,yp0,z0）與半徑r，以零深度為基準，按公式計算孔的傾斜值，所有傾斜值即可以繪成一條深度-傾斜曲線；xp0、yp0為在深度z為零位置計算得到的基樁成孔圓的圓心坐標。

當基樁成孔某一深度偏心較大時（如800mm孔徑的樁，偏心距離達到250mm時需要調整，計算公式為d/2-d/2，其中d為樁直徑，d為本探頭等效直徑300mm），由于探頭具有一定的尺寸，探頭將貼到某一側孔壁，在探頭貼到該孔壁之前，調整垂吊探頭的設備，使探頭平移至位于這一深度孔的中心點，再以第二步所述方法建立新的三維直角坐標系；新求得的孔中心坐標校正到原坐標系的公式為:

從而完成探頭在基樁成孔該深度處的偏心校正。

由以上分析計算可知本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

1、采用三維直角坐標系的巧妙設定，使得相位式激光測距儀測定的坐標值具有確定性，求解得到唯一的中心坐標（x0,y0,z）與半徑r，具有計算速度快，達到實時計算顯示的目的。

2、孔徑中心點與半徑嚴密科學的數(shù)學推導，保證了孔傾斜計算的精確度。

3、對鉆孔的大偏心的調整，解決了大偏心鉆孔測試的難題。

本發(fā)明工作時動作關系為：主機（手提電腦19）根據(jù)不同深度，間隔通過無線收發(fā)模塊給四個相位式激光測距儀發(fā)送同時測量命令，同時記錄深度計數(shù)器此時發(fā)送的深度數(shù)據(jù)；四個相位式激光測距儀測量完畢后，主機（手提電腦19）接收數(shù)據(jù)時，采用輪錄的數(shù)據(jù)請求模式，首先按地址請求相位式激光測距儀4.1的測量數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)后再依次順序請求其它相位式激光測距儀的測量數(shù)據(jù)，然后保存計算顯示，完成一次測量，重復以上步驟直到測量完畢。