压桩垂直度检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种压桩垂直度检测装置，属于桩基工程中的压桩施工技术领域。


背景技术：

2.压桩设备现在主要分为静力压桩和振动锤桩两种方式。静压法施工是通过静力压桩机以压桩机自重及桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。
3.静压桩施工工艺低噪音、无振动、无污染，但对于碎块石含量高或基岩埋深浅的地层适用性差；振动锤桩施工是利用其高频振动，以高加速度振动桩身，导致桩周围的土体结构因振动发生变化，强度降低，减少桩侧与土体的摩擦阻力，提高打桩效率，同时具有较广的地层应用范围，如碎石土、强风化基岩地层均可适用。
4.然而振动锤桩机压桩过程中，由于地基岩土性状、层厚、承载力等各方面的不均匀性，导致送桩过程中对桩体垂直度的控制非常困难。桩体偏移不仅会影响成桩质量，更会影响到后期上部结构安装质量。所以送桩过程中需要第一时间采取纠偏措施，桩体的垂直度显得尤为重要。
5.传统的桩体垂直度测量是在桩基就位后，通过经纬仪在桩的相邻两侧作垂直度观察，在桩身垂直正交方向上设置两根吊砣垂线进行观察校正，打桩机尚需配备一把长条水准尺，以随时测量桩身的垂直度，而压桩过程中对桩体垂直度未采取控制措施，由此可能造成压桩过程中桩体偏斜，而且，桩顶标高控制是在压桩接近桩体顶标高时，由测量人员不间断测量，在控制过程中人为因素影响较大，准确度较差。
6.另外，现有技术通过外置抱箍、两根吊砣垂线及刻度盘确定桩身偏移存在问题。首先，吊砣垂线在振动锤桩过程中晃动过于猛烈，短时间内难以静置下来，等待时间过长；其次，外置吊砣垂线及刻度盘需要配备人工读数反馈偏移量，速度慢、人力配置增加、人为因素影响较大，准确度降低；最后，外置抱箍在打桩过程中随着桩身入土深度的不断增加，无法再抱住桩体，垂直度检测深度有限。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是：提供一种压桩垂直度检测装置，借助常规的控制程序即可较方便地实现压桩垂直度的检测，并且不受桩身入土深度的影响。
8.为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：压桩垂直度检测装置，包括顶部具有铰接连接头的桩锤，桩锤的底部具有锤击平面，桩锤的中部具有空腔，空腔的底部设置有连通锤击平面的检测圆孔，检测圆孔的轴线与锤击平面相垂直，空腔内通过吊线设置有吊坨，吊坨的底端设置有红外感应器，红外感应器的红外线发射方向为竖向朝下，吊坨位于检测圆孔的上方，当锤击平面处于水平状态时，红外感应器发射出的红外线指向检测圆孔的中心位置，红外感应器配设有控制器。
9.进一步的是：红外感应器的控制器配设有报警器。
10.进一步的是：红外感应器的控制器中包含计时器。
11.进一步的是：桩锤的底部设置有圆柱形的定位槽，定位槽的底面为锤击平面，检测圆孔位于锤击平面的中心位置。
12.进一步的是：铰接连接头包括与桩锤固定连接的半球体，半球体的平面一侧与桩锤的顶面对接，半球体的顶端固定连接有球形接头。
13.进一步的是：吊坨为正方体，正方体的其中一个角部处于尖端铅垂向下的状态。
14.进一步的是：吊坨为中空结构，并且在吊坨的顶部设置有卡接孔，吊线上固定设置有与卡接孔相适配的卡扣件，卡扣件具有连通吊坨内腔的通孔。
15.进一步的是：桩锤通过铰接连接头连接于机架上，吊线的上端固定在桩锤上方的机架上。
16.进一步的是：空腔的底部为锤击平板，锤击平面为锤击平板的下表面，锤击平板的上表面设置有圆环形刻度线，圆环形刻度线以检测圆孔的圆心为中心呈环形阵列分布，吊坨的侧面安装有红外摄像头。
17.本发明的有益效果是：实施时，桩锤通过铰接连接头连接于机架上，以便桩锤的锤击面与桩头正面接触，打桩时受力均匀。当桩身竖直并未发生倾斜，桩锤的锤击平面接触桩头时，锤击平面保持水平状态，吊坨下端的红外光束透射入检测圆孔内。当桩身倾斜也即桩顶面倾斜时，此时在压桩过程中，当桩锤的锤击平面接触桩头顶面后，锤击平面也发生偏移，检测圆孔随之同步偏移，而吊坨下端的红外光束铅垂不变，故当偏移到一定程度时，红外光束无法透射入检测圆孔内，此时红外感应器的控制器则会得到相应的信号，提醒操作员现有桩身垂直度偏差超过范围，应及时调整纠偏。本发明的检测装置设置在桩锤内，不受桩身入土深度的影响。并且检测时机是在压桩前当桩锤的锤击平面刚好接触桩头顶面时，此时还未实际开始打桩，振动较小，甚至可以忽略。本发明实施更为方便，检测结果也更为准确。
附图说明
18.图1是本发明实施时的整体结构示意图。
19.图2为本发明中的圆环形刻度线的布置示意图。
20.图3为本发明中的吊坨顶部连接结构放大部。
21.图中标记：1-桩锤，2-锤击平面，3-检测圆孔，4-吊线，5-吊坨，6-红外感应器，7-红外摄像头，8-铰接连接头，9-卡接孔，10-卡扣件，11-桩体，12-地面线，13-控制室。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步说明。
23.如图1至图3所示，本发明包括顶部具有铰接连接头8的桩锤1，桩锤1的底部具有锤击平面2，桩锤1的中部具有空腔，空腔的底部设置有连通锤击平面2的检测圆孔3，检测圆孔3的轴线与锤击平面2相垂直，空腔内通过吊线4设置有吊坨5，吊坨5的底端设置有红外感应器6，红外感应器6的红外线发射方向为竖向朝下，吊坨5位于检测圆孔3的上方，当锤击平面2处于水平状态时，红外感应器6发射出的红外线指向检测圆孔3的中心位置，红外感应器6配设有控制器。在实施时，桩锤1通过铰接连接头8连接于机架上，以便桩锤1的锤击平面2与桩头正面接触，打桩时受力均匀。为了提高桩锤1的灵活度，一般采用球形铰接或者类球形
铰接的连接方式，具体地，本发明中铰接连接头8包括与桩锤1固定连接的半球体，半球体的平面一侧与桩锤1的顶面对接，半球体的顶端固定连接有球形接头。在装配时，将球形接头装入机架的配合腔内即可。为了便于布置电线，通常可在铰接连接头8中部设计通孔结构。吊线4的上端可直接固定在桩锤1的内部，也可固定在桩锤1上方的机架上，本实施例中吊线4的上端固定在桩锤1上方的机架上，并且可以由装置中连接红外感应器6等部件所需的电线兼作为吊线4。
24.本发明的工作原理如下：当桩身竖直并未发生倾斜，桩锤1的锤击平面2接触桩头时，锤击平面2保持水平状态，吊坨5下端的红外光束透射入检测圆孔3内。当桩身倾斜也即桩顶面倾斜时，此时在压桩过程中，当桩锤1的锤击平面2接触桩头顶面后，锤击平面2也发生偏移，检测圆孔3随之同步偏移，而吊坨5下端的红外光束铅垂不变，故当偏移到一定程度时，红外光束无法透射入检测圆孔3内，此时红外感应器6的控制器则会得到相应的信号，提醒操作员现有桩身垂直度偏差超过设计范围，应及时调整纠偏。由上述工作原理可知，本发明的检测圆孔3直径大小可根据桩身垂直度偏差要求进行具体设计。
25.按照《建筑桩基技术规范》中规定第一节桩下压时垂直度偏差不应大于0.5％、打桩过程中桩身垂直度偏差大于1％的原则设置刻度，一般规定桩孔垂直度≤1％h(h为桩孔垂深)。以2m桩长为例，本发明的检测圆孔3直径可设计为4cm，即半径为2cm。视刚性桩的桩顶面倾斜度即为桩身倾斜度，即桩身倾斜导致桩顶水平位移在2cm范围内误差可以被接受。
26.可以理解的是，红外感应器6的输出信号可以以数据或者文字的形式在显示屏幕上体现，但为了更方便地起到提醒作用，可以设计各类声光报警器，当现有桩身垂直度偏差超过设计范围时发出报警信号，即红外感应器6的控制器优选配设有报警器。另外，为了提高检测准确性，还可加入计时控制单元，即红外感应器6的控制器中包含计时器，当红外感应器6发出的射线无法透射入检测圆孔3内的时间稳定超过1s时，再触发声光报警器，避免因吊线4的晃动产生误差。
27.当现有桩身垂直度偏差超过设计范围时，红外光束无法透射入检测圆孔3内，只能照射在桩锤1内部空腔的底部某个位置，为了更直观地观测偏差情况，本发明将空腔的底部设置为锤击平板，锤击平面2为锤击平板的下表面，锤击平板的上表面设置有圆环形刻度线，圆环形刻度线以检测圆孔3的圆心为中心呈环形阵列分布，吊坨5的侧面安装有红外摄像头7。通过红外摄像头7及圆环形刻度线，可以观测红外光束在锤击平板的上表面的偏移情况，红外摄像头7传输影像至控制室，借助圆环形刻度线可以观测红外光束在锤击平板的上表面的具体偏移情况，让驾驶员了解到目前朝哪个方向偏移了，应该如何纠偏。圆环形刻度线的精度可设计为1cm。红外摄像头7可设计为多个，并且应尽量对称分布，以方便吊坨5维持铅垂状态。
28.为了便于打桩时定位，桩锤1的底部设置有圆柱形的定位槽，定位槽的底面为锤击平面2，检测圆孔3位于锤击平面2的中心位置。
29.吊坨5一般采用底部具有锥形尖端的结构，可采用铅质材料进行制作，为便于加工，本发明中的吊坨5为正方体，正方体的其中一个角部处于尖端铅垂向下的状态。
30.为了便于布置电线，吊坨5为中空结构，并且在吊坨5的顶部设置有卡接孔9，吊线4上固定设置有与卡接孔9相适配的卡扣件10，卡扣件10具有连通吊坨5内腔的通孔。用于连接红外摄像头7及红外感应器6的电线可以从吊坨5的内部进行走线，并从卡扣件10的通孔
穿出。采用卡接孔9与卡扣件10的配合方式，装配也较为方便。具体地，卡扣件10可以采用弹性卡扣，也可采用单向铰接的活动扣。卡扣件10向下挤入时，其卡接部可以朝中间聚拢变形，进入指定位置向上提拉吊线4时，卡扣件10锁死，卡设在卡接孔9的内边沿，不能再被拉出吊坨5悬挂端。