一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统及方法，包括运动模块、惯性测量模块、声呐探测模块、驱动模块和控制模块；声呐探测模块利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来采集声呐数据并反馈至控制模块；控制模块用于获取声呐探测模块的数据并处理后输出控制指令至驱动模块，驱动模块用于根据控制指令驱动运动模块进行运动；将声呐技术应用于桩底溶洞探测，利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来探测桩底的溶洞发育情况，解决了如何有效、快捷的对钻孔灌注桩桩底溶洞进行探测的技术问题，以确保每根桩桩底3倍桩径不小于5m范围内没有溶洞。径不小于5m范围内没有溶洞。径不小于5m范围内没有溶洞。

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统及方法


[0001]本专利技术属于岩溶探测
，具体涉及一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在岩溶发育地区选择桩基础来处理工程问题时，由于钻孔灌注桩不受地层变化限制、不需要接桩和截桩、节省钢材、噪声小、适合大型工程、施工安全，且不会产生由抽水引起地面沉降等优点，从而得到广泛的应用。但是在大量岩溶地区的应用实践中，特别在大直径工程桩中，专利技术人发现一桩一孔施工勘察难以判断桩底是否存在溶洞、软弱夹层等不良地质体。通常除施工勘察外，还辅以物探手段来确认粧底是否存在不良地质体。
[0004]当处于地区地形地质情况复杂，溶洞等地质病害众多地区修建桥梁，其桩底是否存在溶洞、溶洞规模、洞内充填情况、以及桩基与溶洞所处位置关系等，均严重影响桥梁桩基的安全性能，也是公路建设者极为关心的问题。因此，为消除工程的安全隐患，需要在成桩前后对桩底溶洞的发育情况进行探测，而目前对此类问题尚缺乏行之有效的解决方法。虽然一些科技工程者在此方面进行了一些探索，提出了地质雷达、高密度电法仪及瞬变电磁仪等探测方法，也在不同的工程中进行了实际应用，但效果均不理想。因此，有必要在此方面开展深入的研究工作。
[0005]处于岩溶区的桥梁桩基在勘察，施工和检测阶段利用“一桩一钻探孔”的小钻孔勘测，对于桩基直径较大的钻孔灌注桩桩底的溶洞和其他异常地质体的位置、大小、形态等情况不能完全清楚地反映出来，在不能摸清地下地质形态的情况下施工可能会发生卡钻、重锤掉落、泥浆漏失、孔壁坍塌等一系列的问题，大大增加了桩基的施工难度，从而对桩基的施工质量有很大的影响并且为桥梁安全埋下了隐患。如果用补充钻孔再次验证，如沿桩基四周设置 4～5孔，无形中增加了工程量，拖后了施工工期。
[0006]如何解决特殊地质引起的安全问题和如何解决完工后的工程质量问题，值得研究。许多工程需要处理地下岩溶问题。在岩溶发育地区选择桩基础来处理工程问题时，由于钻孔灌注桩不受地层变化限制、不需要接桩和截桩、节省钢材、噪声小、适合大型工程、施工安全，且不会产生由抽水引起地面沉降等优点，从而得到广泛的应用。但是在大量岩溶地区的应用实践中，特别在大直径工程桩中，专利技术人发现一桩一孔施工勘察难以判断桩底是否存在溶洞、软弱夹层等不良地质体。通常除施工勘察外，还辅以物探手段来确认桩底是否存在不良地质体。传统的地震反射法和探地雷达法难以在桩孔中的泥浆中工作，不常应用于钻孔灌注桩桩底溶洞的探测。弹性波CT法和管波测试法可以用于钻孔灌注桩桩底溶洞探测，但前者探测时至少需要桩周2个钻孔，且探测干扰大；后者对桩底溶洞的探测依然需要超前钻孔，且难以分辨溶洞的方位，使得这些方法在工程中未得到广泛的应用。实际工程中大多还是采用一桩一孔，这样极易漏判，而采用一桩多孔则工作过于繁琐。所以，当下在施
工勘察阶段，需要有效、快捷的探测手段对钻孔灌注桩桩底溶洞进行探测是目前需要解决的难题，以实现确保每根桩桩底3倍桩径不小于5m范围内没有溶洞。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述问题，本专利技术提出一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统及方法，探索将声呐技术应用于桩底溶洞探测，利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来探测桩底的溶洞发育情况。
[0008]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，包括运动模块、惯性测量模块、声呐探测模块、驱动模块和控制模块；
[0010]所述运动模块包括水平运动单元和垂直运动单元，水平运动单元用于水平运动，垂直运动单元用于上下运动；
[0011]所述惯性测量模块用于检测运动模块的姿态并反馈至控制模块；
[0012]所述声呐探测模块利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来采集声呐数据并反馈至控制模块；
[0013]所述控制模块用于获取声呐探测模块的数据并处理后输出控制指令至驱动模块，所述驱动模块用于根据控制指令驱动运动模块进行运动。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统的工作方法，包括：
[0015]通过运动模块的水平运动单元带动探测系统实现水平运行，通过垂直运动单元实现上下运动；
[0016]通过惯性测量模块检测运动模块的姿态并反馈至控制系统；
[0017]通过声呐探测模块采集声呐数据并反馈至控制模块；
[0018]通过控制模块获取声呐探测模块的数据并处理后输出控制指令至驱动模块，驱动模块根据控制指令驱动运动模块的运动。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]1、本专利技术提供的钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，通过运动模块、惯性测量模块、声呐探测模块、驱动模块和控制模块配合作用，其中的运动模块可采用机器人，随着机器人在桩底岩溶中运动，声呐探测模块可以判断水下机器人的运动方向或者是否受到障碍阻挡，并且可以采集到各种各样的数据，包括桩底基岩的质量检测的数据、珠串状的多层溶洞探测数据，将声呐技术应用于桩底溶洞探测，利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来探测桩底的溶洞发育情况，解决了如何有效、快捷的对钻孔灌注桩桩底溶洞进行探测的技术问题，以确保每根桩桩底3倍桩径不小于5m范围内没有溶洞。
[0021]2、本专利技术钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统的工作方法中采用先进行钻探方式进行初步勘测，然后在对作业区实施物探来勘测溶洞的大概所处位置和溶洞的分布、埋藏深度以及大小，结合无损声呐探测系统的声呐探测模块和运动模块，有效深入桩底岩溶，可以判断是否受到障碍阻挡，并且可以采集到各种各样的数据，包括桩底基岩的质量检测的数据、珠串状的多层溶洞探测数据，同时可以获取多个方向的探测数据，多范围内的障碍物信息，提高探测的效率，这样不仅能快速而且较为准确的了解岩溶的发育和地层的分
布，还能为桩基的施工提供详细可靠的地质勘察资料也为以后的质量检测提供有效的手段，从而施工进度得到了保证，工程质量也得到了提高，同时节省了大量人力物力。
[0022]2、本专利技术的运动模块采用水下机器人，其周边采用圆环形保护框架，可避免与钻孔灌注桩壁碰撞造成机器人损伤，设置四个浮力块，可以达到水中浮力、重力的平衡调节，便于机器人动力设计，并且浮力块采用低密度复合材料，在水中具有较大的正浮力，可用于完成水下机器人的配平，水下机器人底部安装有清理淤泥的装置，可以使得去除桩孔的淤泥，利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来探测桩底的溶洞发育情况。
[0023]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
[0024]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，其特征在于，包括运动模块、惯性测量模块、声呐探测模块、驱动模块和控制模块；所述运动模块包括水平运动单元和垂直运动单元，水平运动单元用于水平运动，垂直运动单元用于上下运动；所述惯性测量模块用于检测运动模块的姿态并反馈至控制模块；所述声呐探测模块利用桩孔中的泥浆作为声波传播和耦合的介质来采集声呐数据并反馈至控制模块；所述控制模块用于获取声呐探测模块的数据并处理后输出控制指令至驱动模块，所述驱动模块用于根据控制指令驱动运动模块进行运动。2.如权利要求1所述的钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，其特征在于，声呐探测模块包括声呐检测装置和单片机，所述声呐检测装置包括水声换能器、接收电路和接收信号处理模块，所述水声换能器接收水中的声信号经过接收电路传输至接收信号处理模块，接收信号处理模块与单片机通信连接。3.如权利要求2所述的钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，其特征在于，所述单片机还与发射信号处理模块通信连接，电路信号转换为发射信号经过功放电路的放大，进而传输至发射电路，所述发射电路与换能器的发射传感器通信连接。4.如权利要求1所述的钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，其特征在于，所述水平运行单元包括多个水平设置的水平螺旋桨，所述垂直运行单元包括多个竖直设置的上下螺旋桨。5.如权利要求1所述的钻孔灌注桩桩底岩溶无损声呐探测系统，其特征在于，所述运动模块包括框架、浮力块和螺旋桨，框架顶部安装有若干个浮力块，框架内部安装有多个水平方向配置的第一螺旋桨和多个竖直方向配置的第二螺旋桨。6.如权利要求1所述的钻孔灌注桩桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚守峰，李涛，郝前勇，高焕兵，王成军，张恒，林志军，
申请(专利权)人：山东省交通规划设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：