专利名称：灌注桩质量自动监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对钻孔灌注桩灌注全过程实施自动检测的仪器。
钻孔灌注桩普遍用于桥梁和建筑工程的地基基础，其施工工艺是用钻孔机在地面或河床上钻孔，成孔后用导管法灌注水下混凝土即将导管插入成孔内泥浆中至接近井底，由导管向成孔中灌混凝土拌合料，待导管埋入拌合料一定深度(4-6米)，提升导管(1-2米)，再灌拌合料，重复以上过程使混凝土拌合料填充井孔，完成灌桩过程。这种灌桩工艺在施工过程中稍有不慎，就会造成导管拔出水下混凝土拌合料，使井孔中的泥浆反到导管内，再次从导管倒入拌合料时出现断桩事故；或者导管上提较多，使其埋置深度较浅(如小于0.5米)出现灌桩缩径事故。这些事故当时难以发现，只能待桩的强度形成后，用无破损测试或钻芯取样的方法测出。处理的方法一般是在原事故桩的两侧各加一桩(骑马桩法)，或将原事故桩钻碎后重灌混凝土。无论怎样处理其工程造价和工期都将造成很大的浪费。
本实用新型的目的在于提供一种灌注桩质量自动监测仪，以防止出现断桩或缩径等质量事故。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的灌注桩质量自动监测仪具有单片机及其外围电路、键盘、显示器、打印机，其技术方案是它还具有两个压力传感器、两路低通放大器、减法器、报警电路、日历/时钟电路，位于往成孔中灌混凝土拌合料的导管上下方的两个压力传感器将泥浆或拌合料的压力转换为电信号，其输出端分别与两路低通放大器的输入端相连接，两路低通放大器的输出端分别与单片机的输入端相连接，这样上述电信号经两路低通放大器放大后送单片机进行数据采集，以获得两压力传感器所在位置的绝对压力，同时两路低通放大器的输出端还分别与减法器的输入端相连接，减法器的输出端与单片机的输入端相连接，利用减法器取出两路信号之差，为单片机提供压差数据，单片机的输出端与报警电路的输入端相连接，日历/时钟电路的输出端与单片机的输入端相连接。
本实用新型由于具有两个压力传感器、两路低通放大器、减法器、报警电路、日历/时钟电路。这样它能够在灌注桩灌注过程中，随时指示导管在拌合料中埋置的位置是否安全可靠，当埋置深度小于4米或拔出混凝土拌合料面时，立即给出声音警告和图象提示，并打印记录。这样，施工技术人员、监理人员在室内便可及时准确地了解施工现场的情况，指导施工，使事故发生率大大降低。即使发生断桩或缩径，在混凝土初凝前也很容易处理。灌注桩质量自动监测仪安装在现有的灌注桩设备上具有明显的提高质量、节省费用、便于监理、简便操作等特点。
本实用新型下面将结合实施例作进一步详述
图1为本实用新型灌注桩质量自动监测仪的方框图。
图2为单片机及其外围电路、各接口电路图。
图3为两个压力传感器、两路低通放大器、减法器的电路图。
图4为报警电路的电原理图。
图5为日历/时钟电路的电原理图。
图6为单片机通信接口的电原理图。
图7为本实用新型灌注桩质量自动监测仪使用时的示意图。
图8为施工过程中两个压力传感器的压力差曲线。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型具有单片机及其外围电路6、键盘8、显示器9、打印机10、两个压力传感器1和2、两路低通放大器3和4、减法器5、报警电路11、日历/时钟电路7。位于往成孔中灌混凝土拌合料的导管上下方的两个压力传感器1和2将泥浆和拌合料的压力转换为微弱的电信号，其输出端分别与两路低通放大器3和4的输入端相连接，两路低通放大器3和4的输出端分别与单片机的输入端相连接，这样上述电信号经两路低通放大器3和4放大后送单片机进行数据采集，以获得两点(两压力传感器所在位置)的绝对压力，同时两路低通放大器3和4的输出端还分别与减法器5的输入端相连接，减法器5的输出端与单片机的输入端相连接，利用减法器5取出两路信号之差，为单片机提供压差数据，单片机的输出端与报警电路11的输入端相连接，日历/时钟电路7的输出端与单片机输入端相连接。单片机采用高性能的80C196，它本身带有较多的进口，并具有多路A/D转换器，可使本监测仪具有较高的集成度和可靠性。其外围电路包括地址译码器U2、U3、程序存贮器U4和数据存贮器U5。电阻R1、按钮REST和电容C2构成其复位电路；C3、C4、OSC1是其时钟产生电路。本监测仪的人工控制采用键盘8进行，包括传感器灵敏度设定、井号输入、打印控制及日期/时间修改等。键盘包括16个键，分别是0-9十个数字键、小数点键、打印控制键、功能选择键、确认键、取消键和复位键。采用矩阵型键盘，共需4路输出和4路输入信号，采用HSO作输出、ACH0-ACH3作输入信号。R2是输入端上拉电阻排。液晶显示器(LCD)9采用MGLS图形点阵型，可直接与80C196的总线相联，因此，其数据线直接与80C196的数据总线(D0-D7)相联，数据/指令(D/I)、读/写(R/W)、两个片选信号(CSA和CAB)与80C196地址总线(A0-A3)相联，使能端(E)由译码芯片U3译码产生；液晶显示器需要负电源(V0)，为了调节显示器的辉度，本监测仪采用晶体管BG1、电阻R3、R4和电位器W5控制其V0。打印机10采用TP系列微型打印机，它的打印数据由80C196的P1口输出，为了节省硬件系统资源，其选通信号由80C196的高速输出端HSO0产生，打印状态信号由80C196的两位P2引脚和两路高速输入引脚HSI检测。两个压力传感器1和2的类型可选择，由键盘进行相应的设置，更换传感器后只要重新对系统配置进行设置即可。两路低通放大器3和4分别由U10、U11、U9C、U9D及相应的外围元件构成。其中，U10、U11为仪表放大器AD620芯片，其电压放大倍数由W1和W3控制，可在1-1000之间调节，且具有很高的稳定度，W2和W4用于对放大器的零点进行调整。U9C、R9、R10、C9、C10，以及U9D、R11、R12、C11、C12分别构成二阶的低通滤波器，以滤除高频干扰信号，进一步提高被检测信号的稳定度。D2-D5构成限幅电路，以防止信号超过0-5V范围，损坏单片机80C196。U9B、R6-R8构成减法器5的电路，计算两压力传感器压力差，为单片机提供必要的判断依据。采用80C196的HSO1作报警控制信号(ALARM)，相应的报警电路11如图4所示，通过80C196的HSO1控制三极管BG2的导通，进而控制蜂鸣器BZ发出声音报警。日历/时钟电路7可提供实际时间，以备存档，采用PCF8583时钟芯片U6，如图5所示。其计数信号由晶体OSC2产生并可由C13进行微调。为了使时钟连续走时，为时钟电路设置了3.6V的后备电池，并可由R5和D1为其充电；同时，由于PCF8583还具备256字节的存贮器，其一些基本配置也存在该芯片中，如传感器的类型和灵敏度等。如图6所示，为便于和计算机进行数据通信，预留了计算机接口12。除1个RS232口外还设置了1个RS422接口，以方便数据的远距传送。RS232口采用MAX232芯片U7，C5-C8是该芯片必须的外围元件，以产生RS232标准所需的±12V电压；RS422接口采用MAX483芯片U8，由于该芯片只能工作于半双工方式，其发送和接收由80C196输出的SCTL信号控制。IN1-IN3是来自传感器、经过放大和相减的模拟信号，由ACH4-ACH6引入80C196进行数据采集。SCL、SDA和CLOCK是日历/时钟电路的输出信号；TXD、RXD和SCTL是计算机通信接口控制信号。
如图7所示，用钻孔机按设计要求钻孔，在成孔14内的泥浆16中插入导管15至接近井底18，同时在导管上安装两个压力传感器1和2，引出导线19接在监测仪其它部分20上。拌合料17倒入灌料斗13后顺导管15冲到成孔井底，冲击井底的泥浆，将泥浆由井底推至井口方向，随混凝土拌合料的增加，拌合料逐渐代替泥浆，(一般要求导管在拌合料中埋深4-6米)，埋管深度大于4米时可向上提管。两个压力传感器1和2分别在导管的底部和距导管底部向上4米处，设在导管的外壁上。如图8所示，当导管的埋深大于4米时，施工可保证不断桩不缩径，上下两压力传感器的压力差是一个较大的衡值(ΔP≈4×2.4t/m2)，表现在显示屏和打印纸上，说明工作正常，再从灌料口倒料一定数量，泥浆由井口排出井外，感到导管下料稍有阻力，埋管深度由4米到了6米以上时，导管上提，上、下两压力传感器上的压力均减小，且减小量相等，两传感器上的压力差仍是衡值(曲线段3′)。上传感器高出泥浆与拌合料分界面后，由于泥浆容重(1.3t/m3)明显小于拌合料容重(2.4t/m3)，继续上提时，上传感器的压力变化量明显减慢，同时两压力传感器间的压差也开始变小，显示屏压力曲线降低，同时发出声音提示，不能再向上提导管，而需灌注拌合料(曲线段4′)。重复以上过程直到拌合料将井孔灌满，一棵没有断桩和缩径质量问题的桩就完成了，如果现场工作人员，在声音提示和压力曲线指示的情况下还不能停止向上提导管，只是为省事，一次提升导管过多，使导管口附近的下传感器接近泥浆与拌合料界面，上下两压力传感器之间压力差减小到接近某特定值ΔP≈4×1.3t/m2，仪器将发出严重警告声音，同时将不良效果表现在显示屏的压力曲线上，这时断桩或缩径就发生了，要立即处理(曲线段5′)。无论施工人员是否处理，仪器将如实地把这一施工过程用压力曲线记录和打印出来，充分显示灌注桩质量监测仪的优势。图8中曲线段1′表示灌注拌合料前的压力差曲线，曲线段2′表示两压力传感器均高出拌合料时灌注拌合料过程的压力差曲线。
权利要求1.一种灌注桩质量自动监测仪，具有单片机及其外围电路、键盘、显示器、打印机，其特征在于它还具有两个压力传感器(1)和(2)、两路低通放大器(3)和(4)、减法器(5)、报警电路(11)、日历/时钟电路(7)，位于往成孔中灌混凝土拌合料的导管上下方的两个压力传感器(1)和(2)将泥浆和拌合料的压力转换为电信号，其输出端分别与两路低通放大器(3)和(4)的输入端相连接，两路低通放大器(3)和(4)的输出端分别与单片机的输入端相连接，这样上述电信号经两路低通放大器(3)和(4)放大后送单片机进行数据采集，以获得两压力传感器所在位置的绝对压力，同时两路低通放大器(3)和(4)的输出端还分别与减法器(5)的输入端相连接，减法器(5)的输出端与单片机的输入端相连接，利用减法器(5)取出两路信号之差，为单片机提供压差数据，单片机的输出端与报警电路(11)的输入端相连接，日历/时钟电路(7)的输出端与单片机的输入端相连接。
专利摘要灌注桩质量自动监测仪,具有单片机及其外围电路、键盘、显示器、打印机、两个压力传感器、两路低通放大器、减法器、报警电路、日历/时钟电路。安装于往成孔中灌拌合料的导管上的两个压力传感器,将泥浆或拌合料的压力转换为电信号,放大后送单片机进行数据采集,以获得两点的绝对压力,同时利用减法器取出两路信号之差,为单片机提供压差数据,随时指示导管在拌合料中埋置的位置是否安全可靠,防止出现断桩或缩径等质量事故。
文档编号G01M99/00GK2379798SQ9921106
公开日2000年5月24日 申请日期1999年5月18日 优先权日1999年5月18日
发明者崔少辉, 崔桂旺 申请人:崔少辉, 崔桂旺