一種基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置及基樁三維檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置及基樁三維檢測方法，所述檢測裝置包括基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置，基于內設通孔的基樁，所述通孔沿基樁軸向方向延伸，包括鉆孔雷達、牽引模塊和中央控制模塊，所述鉆孔雷達包括相互連接的井中天線和雷達主機，所述雷達主機與中央控制模塊連接，所述檢測方法包括定位井中天線、三維掃描探測、移位探測、傳輸數(shù)據(jù)、生成三維圖像等步驟，采用本發(fā)明所述的技術方案可以實現(xiàn)對基樁完整性、樁底沉渣厚度和鋼筋籠長度的檢測，并可以得到三維圖像，讓探測人員直觀地看到基樁及基樁外圍的情況。
【專利說明】一種基于鉆孔雷達的基粧三維檢測裝置及基粧三維檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基樁完整性檢測領域，更具體地，涉及一種基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置及基于該裝置的基樁三維檢測方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)行建筑基樁完整性檢測的常規(guī)檢測方法中較為普遍的是聲波透射法、高應變和低應變法以及鉆芯法，這幾種檢測方法多年來得到較快的發(fā)展并日趨完善，但還存在不少問題。其中聲波透射法、低應變法和高應變法是無損檢測方法但存在較大的測試盲區(qū)，它們可歸屬于二維檢測技術方法，只能判斷異常出現(xiàn)的深度位置而不能判斷其方位，而且由于方法本身的限制無法判斷出樁底出現(xiàn)異常時，是由樁底沉渣還是持力層造成的；鉆芯法是有損檢測方法屬于直接法，能較直觀的反映出鉆孔位置處的基樁情況，用其評判整樁的完整性類別存在以點代面的問題。同時，以上四種檢測方法均不能描述出待檢基樁和其鋼筋籠的輪廓，而隨著建設工程的多樣化和質量要求的提高，現(xiàn)代建筑會伴生很多特殊的基樁設計和施工工藝，對這些基樁的探測往往讓常規(guī)檢測手段無能為力，這就要求能有一種有效的檢測方法來解決這些問題。
[0003]鉆孔雷達探測是一種把發(fā)射和接收天線都放進鉆孔中的地質雷達測試方法，其在地下發(fā)射信號和接收信號，突破了地面地球物理方法的局限性而實現(xiàn)一種更大范圍的探測，研究和應用鉆孔雷達技術使得現(xiàn)代建筑可以進行大范圍的地下巖層探測并得到可靠的精度。近年來，鉆孔雷達技術在工程中的應用越來越普遍，其解決實際問題的優(yōu)勢也愈加明顯，鉆孔雷達技術的應用研究主要有地質調查、工程勘察、環(huán)境調查、水電大壩勘察、探測斷裂帶、空洞探測、喀斯特地區(qū)調查和鹽層調查等領域，但現(xiàn)有技術中，鉆孔雷達的應用僅限于二維探測或檢測。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有檢測技術在基樁檢測中存在較大的測試盲區(qū)，對缺陷的具體大小、方位較難準確判斷，而且無法準確的檢測樁底沉渣和鋼筋籠的情況等問題，提出了一種基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置和一種基樁三維檢測方法。
[0005]利用本發(fā)明所述的基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置可以讓鉆孔雷達的井內天線停頓于基樁軸向通孔內的任意位置，從而實現(xiàn)對基樁本身及基樁底部地質情況的三維探測。
[0006]為了達到上述目的，采用如下技術方案:
[0007]—種基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置，基于內設通孔的基樁，所述通孔沿基樁軸向方向延伸，包括:
[0008]鉆孔雷達，包括相互連接的井中天線和雷達主機，所述井中天線設置于通孔內，用于對所在空間進行三維掃描探測，所述雷達主機用于接收井中天線發(fā)送的探測數(shù)據(jù)；[0009]牽引模塊，與井中天線連接，用于帶動井中天線在通孔內移動或定位；
[0010]中央控制模塊，與雷達主機連接，用于接收雷達主機傳輸?shù)奶綔y數(shù)據(jù)并繪制三維圖像。
[0011]作為一種具體實施例，所述井中天線包括依次連接的定位單元，定向天線及配重，所述定位單元包括微型控制單元和與微型控制單元連接的微型電機和若干個位置傳感器，所述微型控制單元與中央控制模塊連接，其中:
[0012]微型控制單元、用于控制微型電機的轉動；
[0013]微型電機，用于驅動定向天線沿軸向轉動；
[0014]位置傳感器，用于確定定向天線在通孔內的方位；
[0015]定向天線，用于定向發(fā)射和定向接收電磁波。
[0016]作為一種具體實施例，所述牽引模塊包括驅動電機及用于收放井中天線的牽引繩，所述牽弓I繩一端與電機輸出端連接，一端連接井中天線。
[0017]利用本發(fā)明所述的基樁三維檢測方法可以實現(xiàn)對基樁完整性、樁底沉渣厚度、鋼筋籠和樁身輪廓及持力層的檢測，并可以得到三維圖像，讓探測人員直觀地看到基樁及基樁外圍的情況。
[0018]為了達到上述目的，采用如下技術方案:
[0019]一種基于權利要求1所述基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置的基樁三維檢測方法，包括以下步驟完成:
[0020]SI牽引模塊將井中天線放至基樁通孔內的待檢深度位置；
[0021]S2井中天線對所在空間進行三維掃描探測，并將探測數(shù)據(jù)發(fā)送至雷達主機；
[0022]S3牽引模塊改變井中天線的深度位置，井中天線對所在空間進行三維掃描探測，并將探測數(shù)據(jù)發(fā)送至雷達主機；
[0023]S4雷達主機接收井中天線發(fā)送的探測數(shù)據(jù)并傳送給中央控制模塊；
[0024]S5中央控制模塊基于收到的探測數(shù)據(jù)繪制三維圖像，并根據(jù)三維圖像判斷基樁完整性及其輪廓，揭露樁底和持力層情況。
[0025]作為一種具體實施例，所述步驟S3中，牽引模塊改變井中天線的深度位置的方式是在相鄰測點間距間勻速提升井中天線。
[0026]作為一種具體實施例，所述通孔貫穿基樁底部，與持力層連通。
[0027]作為一種具體實施例，所述步驟SI之前，還包括沿基樁軸向方向鉆孔以形成通孔的步驟。
[0028]作為一種具體實施例，所述步驟SI之前，還包括在基樁施工時在沿軸向預埋PVC管以形成通孔的步驟。
[0029]作為一種具體實施例，所述步驟S2或S3中，所述井中天線通過轉動定向天線控制探測方向實現(xiàn)360度全向探測。
[0030]作為一種具體實施例，所述步驟S2或S3中，所述井中天線通過分時分向探測方式實現(xiàn)360度全向探測。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0032]本發(fā)明通過在基樁的軸向通孔內放入井中天線，并通過預埋管或鉆孔到持力層，可以實現(xiàn)對基樁本身及基樁底部地質情況的探測，本發(fā)明在探測過程中通過轉動定向天線或分時分向探測可以實現(xiàn)360度方向發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，基于該探測的后期三維成圖可以三維呈現(xiàn)樁身完整性、樁底沉渣厚度、鋼筋籠和樁身輪廓及持力層情況等信息。本發(fā)明的技術方案具有分辨率高、抗干擾能力強、可進行三維探測等特點，可以更加全面地顯示出基樁的信息，具有良好的應用前景和實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明所述基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置的一個優(yōu)選實施例的結構示意圖。
[0034]圖2為圖1中預埋管基樁部分的俯視圖。
[0035]圖3為本發(fā)明所述基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置的雷達井中天線的構造圖。
[0036]圖中:10_基樁；11_鋼筋籠；12_通孔；20_PVC管；30-持力層；40_井中天線；41-定位單元；411-微型控制單元；412_微型電機；42_定向天線；43_配重；50_牽引繩；60-雷達主機；70_驅動電機；80_樁底沉渣；100-中央控制模塊。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明做進一步說明:
[0038]參見圖1，本發(fā)明所述的基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置，基于內設通孔12的基樁10，所述通孔12沿基樁10軸向方向延伸，探測裝置包括:
[0039]鉆孔雷達，包括相互電連接的井中天線40和雷達主機60，所述井中天線40設置于通孔12內，用于對所在空間進行三維掃描探測，所述雷達主機60用于接收井中天線40發(fā)送的探測數(shù)據(jù)。
[0040]所述井中天線40上包括從上到下依次連接的定位單元41、定向天線42、配重43及連接電纜，所述定位單元41至少包括一個微型控制單元411、一個用于驅動定向天線旋轉的微型電機411及若干個用于確定定向天線42在通孔12中所在方位的位置傳感器，微型控制單元411與中央控制模塊100連接，其中微型電機411可控制定向天線42在井下勻速緩慢轉動，定向天線42可定向發(fā)射和定向接收電磁波。
[0041]牽引模塊,與井中天線40連接,用于帶動井中天線40在通孔12內移動或定位。
[0042]中央控制模塊100，與雷達主機60連接，用于接收雷達主機60傳輸?shù)奶綔y數(shù)據(jù)并繪制三維圖像。
[0043]所述牽引模塊包括驅動電機70及用于收放井中天線40的牽引繩50，所述牽引繩50 一端與電機輸出端連接，一端連接井中天線40，與牽引繩50并列還設置有電纜線，電纜線一端連接井中天線40的連接電纜，另一端與雷達主機60連接，用于供應電力并允許高速數(shù)據(jù)傳輸。
[0044]在本實施例中，基樁10為混凝土樁，基樁10內預埋有PVC管20，可以利用鉆機沿著PVC管20內部鉆進到基樁10底部的持力層30，則井中天線40可以沿著PVC管20和鉆孔下放到持力層30所在空間，以方便井中天線40對基樁10底部環(huán)境進行探測。
[0045]基于上述結構和設置，本發(fā)明所述的基樁三維檢測方法，包括以下步驟完成:
[0046]SI牽引模塊將井中天線40放至基樁通孔12內的待檢深度位置。
[0047]本步驟中，驅動電機70通過放開牽引繩50使井中天線40逐步下沉，直至停留在預設待檢深度位置，在通孔12開口位置還設有一個滑輪90形成對牽引繩50的支撐，牽引繩50通過滑輪90可以改變牽引方向。
[0048]在對基樁10進行檢測前，提前一天向預埋PVC管20中注滿清水。
[0049]為了在基樁10中形成通孔，以便形成鉆孔雷達的井中天線上下暢行的通道，在本步驟之前還可能通過以下兩種方式來達成:
[0050]一是在基樁10基樁施工時在基樁中間從樁底到樁頂預埋PVC管20，PVC管20直徑應比雷達井中天線40直徑稍大，為使井中天線40能順利到達樁底，必須保證PVC管20完好無損。
[0051]另一種方式中，可以利用鉆芯法對基樁10實施檢測后的通孔12作為井中天線40的通道，對于未采用過鉆芯法探測的基樁10，也可以沿基樁10軸向方向鉆孔至樁底持力層30或其他任何需要檢測的深度，從而使得檢測基樁10內鋼筋籠11、樁底沉渣80和持力層30的結構情況成為可能。
[0052]S2井中天線40所在空間進行三維掃描探測，并將探測數(shù)據(jù)發(fā)送至雷達主機60。
[0053]在本步驟中，井中天線40沿著基樁10中因預埋PVC管20或鉆孔形成的通孔12下放到通孔底部，則井中天線40對自身所在空間的周圍空間進行三維掃描探測，其探測過程是利用一個天線發(fā)射高頻寬帶電磁波，另一個天線接收來自混凝土樁身缺陷部位或地下巖土介質的反射波。雷達波的傳播受到介質電磁性質及幾何形態(tài)的影響，接收端電磁波強度和波形將隨之發(fā)生變化。據(jù)此，根據(jù)接收端電磁波的雙程走時(Travel Time)、振幅(Amplitude)和波形(Waveform)資料,可以推測出樁身完整性及地下巖土介質的結構特征。
[0054]為了獲得360度全向數(shù)據(jù)，井中天線40通過置于其上的定位單元41和定向天線42之間的配合動作控制定向天線42的探測方向進行全向探測，也可以通過分時分向探測方式實現(xiàn)360度全向探測，在上述探測中，均可利用位置傳感器確定定向天線42的方位關系，從而進一步保證全向探測的完整性和可靠性。在探測的同時，井中天線40通過電纜線將探測數(shù)據(jù)傳送到雷達主機60。
[0055]為了實現(xiàn)定位，其中一種比較常見的方法是在鋼筋籠的某個方向預置一條特殊的鋼筋(如直徑較大)，則由于該鋼筋的特殊性，其對于井中天線40的反射波有所不同，基于該差異化的反射波即可判斷出該鋼筋的位置，而以該鋼筋位置為參考即可實現(xiàn)對定向天線42位置狀態(tài)的確定。
[0056]S3牽引模塊改變井中天線40的深度位置，井中天線40對所在空間進行三維掃描探測，并將探測數(shù)據(jù)發(fā)送至雷達主機60 ；
[0057]為了實現(xiàn)對基樁10的不同位置均進行檢測，井中天線40的檢測實際是一個動態(tài)過程，其根據(jù)事先預定好的不同深度位置進行多次探測，其中相鄰探測點的距離越小，探測得到基樁10的整體結構就越清楚。本實施例中，井中天線40從通孔12底部開始探測，并由牽引模塊勻速提升井中天線40從而改變井中天線40的深度位置，使其保持一定的速度按一定的測點間隔勻速提升，完成每個預定測點處的全向測試。與步驟S2的過程類似地，井中天線40獲得探測數(shù)據(jù)也通過電纜線發(fā)送至地面雷達主機60處。
[0058]S4雷達主機60接收井中天線40發(fā)送的探測數(shù)據(jù)并傳送給中央控制模塊100。
[0059]本步驟中，雷達主機60接收到井中天線40發(fā)送的探測數(shù)據(jù)后轉換為中央控制模塊100可以識別的格式，并傳遞給中央控制模塊100。[0060]S5中央控制模塊100基于收到的探測數(shù)據(jù)繪制三維圖像，并根據(jù)三維圖像判斷基樁完整性。
[0061]本實施例中，中央控制模塊100可以是工控機、個人電腦或者其他具有計算功能的計算機設備，中央控制模塊100對來自雷達主機60的探測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、并依據(jù)鋼筋、密實混凝土、不密實混凝土、樁周巖土層、樁底巖層等不同介質電阻率和介電常數(shù)差異，分析各測點的全向實測數(shù)據(jù)，繪制剖面圖和整樁三維立體圖，從而顯示出基樁的輪廓、鋼筋籠的輪廓、樁底沉渣80、持力層30甚至更深層周邊地質情況和樁身完整性(包括缺陷立體位置、程度等)，根據(jù)需要，還可以對存在異常的部位進行同深度和同半徑的切片提取成圖。
[0062]上述三維圖像的生成由中央控制模塊100中預設的三維成圖軟件完成，其通過預先建立的坐標，并在該坐標中按預設的標準導入鉆孔雷達獲得的數(shù)據(jù)，即可得到三維圖像，鑒于該成像過程為本領域的常用技術手段，此處不再贅述。
[0063]基于上述三維圖像，探測人員還進一步可以實現(xiàn)勾畫基樁的形狀、判斷基樁是否存在缺陷(如離析、夾泥、縮徑、空洞等)、判定檢測樁底沉渣80的厚度、檢測鋼筋籠的長度等情況、查明樁底持力層30或更深層地質情況。
[0064]應該理解，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，凡是對本發(fā)明的各種改動或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發(fā)明的權利要求和等同技術范圍之內，則本發(fā)明也意味著包含這些改動和變型。
【權利要求】
1.一種基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置，基于內設通孔的基樁，所述通孔沿基樁軸向方向延伸，其特征在于，包括: 鉆孔雷達，包括相互連接的井中天線和雷達主機，所述井中天線設置于通孔內，用于對所在空間進行三維掃描探測，所述雷達主機用于接收井中天線發(fā)送的探測數(shù)據(jù)； 牽引模塊，與井中天線連接，用于帶動井中天線在通孔內移動或定位； 中央控制模塊，與雷達主機連接，用于接收雷達主機傳輸?shù)奶綔y數(shù)據(jù)并繪制三維圖像。
2.如權利要求1所述的基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置，其特征在于，所述井中天線包括依次連接的定位單元，定向天線及配重，所述定位單元包括微型控制單元和與微型控制單元連接的微型電機和若干個位置傳感器，所述微型控制單元與中央控制模塊連接，其中: 微型控制單元、用于控制微型電機的轉動； 微型電機，用于驅動定向天線沿軸向轉動； 位置傳感器，用于確定定向天線在通孔內的方位； 定向天線，用于定向發(fā)射和定向接收電磁波。
3.如權利要求1所述的基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置，其特征在于，所述牽引模塊包括驅動電機及用于收放井中天線的牽引繩，所述牽引繩一端與電機輸出端連接，一端連接井中天線。
4.一種基于權利要求1所述基于鉆孔雷達的基樁三維檢測裝置的基樁三維檢測方法，其特征在于，包括以下步驟完成: SI牽引模塊將井中天線放至基樁通孔內的待檢深度位置； S2井中天線對所在空間進行三維掃描探測，并將探測數(shù)據(jù)發(fā)送至雷達主機； S3牽引模塊改變井中天線的深度位置，井中天線對所在空間進行三維掃描探測，并將探測數(shù)據(jù)發(fā)送至雷達主機； S4雷達主機接收井中天線發(fā)送的探測數(shù)據(jù)并傳送給中央控制模塊； S5中央控制模炔基于收到的探測數(shù)據(jù)繪制三維圖像，并根據(jù)三維圖像判斷基樁完整性及其輪廓，揭露樁底和持力層情況。
5.如權利要求4所述的基樁三維檢測方法，其特征在于，所述步驟S3中，牽引模塊改變井中天線的深度位置的方式是在相鄰測點間距間勻速提升井中天線。
6.如權利要求4所述的基樁三維檢測方法，其特征在于，所述通孔貫穿基樁底部，與持力層連通。
7.如權利要求4所述的基樁三維檢測方法，其特征在于，所述步驟SI之前，還包括沿基樁軸向方向鉆孔以形成通孔的步驟。
8.如權利要求4所述的基樁三維檢測方法，其特征在于，所述步驟SI之前，還包括在基樁施工時在沿軸向預埋PVC管以形成通孔的步驟。
9.如權利要求4所述的基樁三維檢測方法，其特征在于，所述步驟S2或S3中，所述井中天線通過轉動定向天線控制探測方向實現(xiàn)360度全向探測。
10.如權利要求4所述的基樁三維檢測方法，其特征在于，所述步驟S2或S3中，所述井中天線通過分時分向探 測方式實現(xiàn)360度全向探測。
【文檔編號】E02D33/00GK103898931SQ201410145306
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】鄧鋒華, 楊學順, 成永春, 李海洋, 劉元輝 申請人:廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司, 廣州市建筑科學研究院有限公司