一种旋挖桩基施工质量检测方法及装置

技术领域

本发明涉及旋挖桩基施工检测技术领域，尤其涉及一种旋挖桩基施工质量检测方法及装置。

背景技术

旋挖桩基作为一种常见的桩基施工方式，也称为旋转钻孔灌注桩或搅拌桩等。它利用旋转钻头不断向下钻掘土层，同时进行灌注浆液，再在桩孔中加入钢筋，最后浇筑混凝土，形成一根混凝土桩。旋挖桩的直径长度可根据需要灵活调整。

旋挖桩基施工是各类建筑工程中至关重要的一部分，其工程质量直接决定着整体工程的质量。然而，当前对于旋挖桩基施工质量的检测主要依赖于人工操作，现有技术中对桩基础施工监测方式主要分为前期放样和事后检测，但是这两种检测方式需要通过大量计算确定各钻孔桩中心坐标，而且需要通过人工对每个孔进行复测，施工适量较差，施工作业周期长，人员成本高，且事后检测无法全面检查各桩的质量，人工检测数据的准确性和真实性也无法保证。这导致了旋挖桩基施工质量的不可靠，严重影响了整体工程的质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种旋挖桩基施工质量检测方法及装置，通过自动化手段对钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高等重要施工参数进行同步监测，实现智能化、信息化，保证工程质量。

本发明提供一种旋挖桩基施工质量检测方法,该方法包括：

步骤S1：在旋挖钻机上安装自动检测设备，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，所述旋挖钻机施工参数包括：钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高；

步骤S2：判断监测数据是否在预设参数范围内，若监测数据不在预设参数范围内，则自动生成质量检测报告，所述质量检测报告包括桩号、旋挖钻机施工参数和监测数据；

步骤S3：根据质量检测报告，对旋挖钻机施工参数进行调整。

优选地，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，包括：

通过GPS定位系统和捷联惯性算法，获得钻具中心位置；

通过双轴倾角传感器，获得钻杆的倾斜角度和方向，基于钻杆的倾斜角度和方向获得钻杆垂直度和桩身垂直度；

通过霍尔传感器，获得钻头钻速；

通过绝对值编码传感器，获得钻孔深度，

基于钻头钻速和钻孔深度获得桩底标高；

利用多传感器融合核心算法，对获得的的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据融合，并形成监测数据，以对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录。

优选地，所述通过GPS定位系统和捷联惯性算法，获得钻具中心位置，包括：

对GPS定位系统中定位定向天线的参数进行初始化，并基于初始化后的参数计算得到姿态矩阵，

其中，

基于姿态矩阵获取更新速度，公式为：

其中，

基于更新速度获取更新位置，公式为：

其中，p

基于更新位置获取当前旋挖钻机的钻具中心位置。

优选地，所述通过双轴倾角传感器，获得钻杆的倾斜角度和方向，基于钻杆的倾斜角度和方向获得钻杆垂直度和桩身垂直度，包括：

基于双轴倾角传感器实时监测旋挖机钻杆的倾斜状态，基于旋挖钻机的倾斜状态实时监测钻杆的倾斜角度和方向，基于钻杆的倾斜角度和方向获得钻杆垂直度和桩身垂直度。

优选地，所述通过霍尔传感器，获得钻头钻速，包括：

基于霍尔传感器获取感应的磁铁数量；

将相邻磁铁感应时间间隔设置为T，基于相邻磁铁感应时间间隔T和感应的磁铁数量C获取当前旋挖机的钻头钻速v，公式为：

其中，v为当前旋挖机的钻头钻速，T为相邻磁铁感应时间间隔，C为感应的磁铁数量。

优选地，所述通过绝对值编码传感器，获得钻孔深度，包括：

将绝对值编码传感器的初始数值作为基准面编码值；

基于绝对值编码传感器获取当前编码值；

基于卷扬机和绝对值编码传感器获取步长；

基于所述基准面编码值、当前编码值和步长获取钻孔深度，公式为：

L＝(x

其中，L为当前钻挖机的钻孔深度，x

优选地，所述利用多传感器融合核心算法，对获得的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据融合，并形成监测数据，包括：

对获得的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据预处理；

基于卡尔曼滤波法对预处理后的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行融合，并形成监测数据，公式为：

预测步骤：根据上一时刻的状态向量和状态转移矩阵，计算下一时刻的状态向量的预测值，公式为：

X

P

更新步骤：根据新的观测数据和观测矩阵，调整预测值，以获得更准确的状态估计向量，公式为：

X

P

计算监测数据：将状态估计向量和估计误差协方差矩阵的估计值合并成监测数据矩阵，公式为：S＝[X

其中，X

与现有技术相比，本发明提供的一种旋挖桩基施工质量检测方法具有如下有益效果：本发明在旋挖钻机上安装自动检测设备，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，所述旋挖钻机施工参数包括：钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高；判断监测数据是否在预设参数范围内，若监测数据不在预设参数范围内，则自动生成质量检测报告，所述质量检测报告包括桩号、旋挖钻机施工参数和监测数据；根据质量检测报告，对旋挖钻机施工参数进行调整。通过多传感器融合核心算法将钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据融合，以对施工参数进行全面、同步、准确监测，实现智能化、信息化，保证工程质量，降低人工成本。

本发明还提供一种旋挖桩基施工质量检测装置，该装置包括：

实时监测模块，用于在旋挖钻机上安装自动检测设备，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，所述旋挖钻机施工参数包括：钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高；

质量检测模块，用于判断监测数据是否在预设参数范围内，若监测数据不在预设参数范围内，则自动生成质量检测报告，所述质量检测报告包括桩号、旋挖钻机施工参数和监测数据；

参数调整模块，用于根据质量检测报告，对旋挖钻机施工参数进行调整。

与现有技术相比，本发明提供的旋挖桩基施工质量检测装置的有益效果与上述技术方案所述一种旋挖桩基施工质量检测方法的有益效果相同，在此不做赘述。

本发明还提供一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一项所述的一种旋挖桩基施工质量检测方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明提供的电子设备的有益效果与上述技术方案所述一种旋挖桩基施工质量检测方法的有益效果相同，在此不做赘述。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的一种旋挖桩基施工质量检测方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明提供的计算机可读存储介质的有益效果与上述技术方案所述一种旋挖桩基施工质量检测方法的有益效果相同，在此不做赘述。

为使本发明的上述目的、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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种旋挖桩基施工质量检测方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

本实施例中提到的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明，旨在以具体方式呈现相关概念，不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。

本发明实施例提供一种旋挖桩基施工质量检测方法,图1示出了本发明实施例所提供的一种旋挖桩基施工质量检测方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S1：在旋挖钻机上安装自动检测设备，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，所述旋挖钻机施工参数包括：钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高。

需要说明的是，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，包括：

步骤S1.1：通过GPS定位系统和捷联惯性算法，获得钻具中心位置；

具体地，对GPS定位系统中定位定向天线的参数进行初始化，并基于初始化后的参数计算得到姿态矩阵，

其中，

基于姿态矩阵获取更新速度，公式为：

其中，

基于更新速度获取更新位置，公式为：

其中，p

基于更新位置获取当前旋挖钻机的钻具中心位置。

步骤S1.2：通过双轴倾角传感器，获得钻杆的倾斜角度和方向，基于钻杆的倾斜角度和方向获得钻杆垂直度和桩身垂直度。

基于双轴倾角传感器实时监测旋挖机钻杆的倾斜状态，具体地，在旋挖机钻杆的适当位置安装双轴倾角传感器，对旋挖钻进行桩点引导及对垂直度的监测，通常可以将双轴倾角传感器固定在钻杆的头部或靠近钻头的地方。双轴倾角传感器的X轴和Y轴分别与钻杆的横向和纵向方向对应，以监测钻杆在不同方向的倾斜状态。基于旋挖钻机的倾斜状态实时监测钻杆的倾斜角度和方向，基于钻杆的倾斜角度和方向获得钻杆垂直度和桩身垂直度。具体地，根据钻杆在X轴和Y轴上的倾斜角度，可以计算钻杆的垂直度。应理解，垂直度通常用百分比表示，其中100％表示完全垂直，0％表示完全水平。钻杆垂直度＝(1-|tanθ

通过监测钻杆的倾斜状态，还可以间接计算桩身的垂直度。桩身垂直度是指桩在垂直方向上的偏离程度，根据钻杆的倾斜角度和方向，可以推断出桩身的倾斜情况，从而计算桩身垂直度，桩身垂直度计算方法与钻杆垂直度计算方法类似。

通过实时监测钻杆倾斜状态和计算钻杆垂直度和桩身垂直度，可以了解旋挖机的工作状态、钻孔的质量和桩基础的垂直度等情况。根据需要，可以将数据以图表或报表的形式呈现出来，以便更好地进行可视化分析和决策。

步骤S1.3：通过霍尔传感器，获得钻头钻速。

具体地，基于霍尔传感器获取感应的磁铁数量；

将相邻磁铁感应时间间隔设置为T，基于相邻磁铁感应时间间隔T和感应的磁铁数量C获取当前旋挖机的钻头钻速v，公式为：

其中，v为当前旋挖机的钻头钻速，T为相邻磁铁感应时间间隔，C为感应的磁铁数量。

步骤S1.4：通过绝对值编码传感器，获得钻孔深度。

具体地，所述通过绝对值编码传感器，获得钻孔深度，包括：

将绝对值编码传感器的初始数值作为基准面编码值；

基于绝对值编码传感器获取当前编码值；

基于卷扬机和绝对值编码传感器获取步长；

基于所述基准面编码值、当前编码值和步长获取钻孔深度，公式为：

L＝(x

其中，L为当前钻挖机的钻孔深度，x

步骤S1.5：基于钻头钻速和钻孔深度获得桩底标高。

具体地，根据获得的钻头钻速和钻孔深度数据，可以计算出钻孔的体积。钻孔体积的计算公式为：钻孔体积＝钻头钻速×钻孔深度，这个公式可以用来评估钻孔的效率和质量。在已知钻孔体积的情况下，可以通过推算桩底标高的方式来确定桩的基础深度。桩底标高是指桩基础的底部在水平面上的投影位置，公式为，桩底标高＝钻孔体积/(桩截面积×桩长)。其中，桩截面积是指桩基础的横截面积，桩长是指桩基础的长度。

步骤S1.6：利用多传感器融合核心算法，对获得的的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据融合，并形成监测数据，以对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录。

优选地，所述利用多传感器融合核心算法，对获得的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据融合，并形成监测数据，包括：

对获得的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行数据预处理；

基于卡尔曼滤波法对预处理后的钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高进行融合，并形成监测数据，公式为：

预测步骤：根据上一时刻的状态向量和状态转移矩阵，计算下一时刻的状态向量的预测值，公式为：

X

P

更新步骤：根据新的观测数据和观测矩阵，调整预测值，以获得更准确的状态估计向量，公式为：

X

P

计算监测数据：将状态估计向量和估计误差协方差矩阵的估计值合并成监测数据矩阵，公式为：S＝[X

其中，X

步骤S2：判断监测数据是否在预设参数范围内，若监测数据不在预设参数范围内，则自动生成质量检测报告，所述质量检测报告包括桩号、旋挖钻机施工参数和监测数据。

需要说明的是，如果监测数据在预设参数范围内，那么系统会继续监控钻孔施工过程，并收集进一步的数据。然而，如果监测数据不在预设参数范围内，说明钻孔施工可能存在一些问题，例如钻杆倾斜度过大，钻头钻速过快或过慢等，系统将自动生成质量检测报告，所述质量检测报告包括桩号、旋挖钻机施工参数和监测数据。

步骤S3：根据质量检测报告，对旋挖钻机施工参数进行调整。

需要说明的是，如果监测数据显示钻孔施工可能存在问题，系统会自动生成一份质量检测报告。这份报告将包括出现问题的桩号、旋挖钻机的施工参数，例如钻头钻速、钻杆倾斜度等，以及相关的监测数据。这份报告可以作为现场工作人员进行决策的依据。然后，根据这份质量检测报告，现场工作人员可以调整旋挖钻机的施工参数，例如降低或提高钻头钻速，调整钻杆的倾斜度等，以确保钻孔施工的质量和效率。同时，工作人员还可以根据需要，将质量检测报告中的数据与预设参数进行对比，以更好地了解旋挖机的工作性能和钻孔的质量情况。通过这种自动的质量检测和参数调整机制，可以大大提高钻孔施工的效率和质量，同时减少人工检查和调整的工作量，提高整个施工过程的自动化和智能化程度。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种旋挖桩基施工质量检测方法具有如下有益效果：用北斗定位系统，实现钻机姿态调整与钻杆就位引导，代替传统的人工放样，旋挖钻机引导定位精度3-5cm；采用自动化监测手段，实现对施工过程中钻孔深度监测、对施工过程中桩身垂直度监测、对施工过程中旋挖钻机钻头转速监测，实现智能化、信息化，保证工程质量，降低人工成本。。

本发明实施例还提供一种旋挖桩基施工质量检测装置，该装置包括：

实时监测模块，用于在旋挖钻机上安装自动检测设备，所述自动检测设备用于基于多传感器融合核心算法对旋挖钻机施工参数进行实施监测和记录，并形成监测数据，所述旋挖钻机施工参数包括：钻具中心位置、钻杆垂直度、桩身垂直度、钻头钻速、钻孔深度和桩底标高；

质量检测模块，用于判断监测数据是否在预设参数范围内，若监测数据不在预设参数范围内，则自动生成质量检测报告，所述质量检测报告包括桩号、旋挖钻机施工参数和监测数据；

参数调整模块，用于根据质量检测报告，对旋挖钻机施工参数进行调整。

与现有技术相比，本发明提供的旋挖桩基施工质量检测装置的有益效果与上述技术方案所述一种旋挖桩基施工质量检测方法的有益效果相同，在此不做赘述。

此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该收发器、该存储器和处理器分别通过总线相连，计算机程序被处理器执行时实现上述一种旋挖桩基施工质量检测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种旋挖桩基施工质量检测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。