一种地基承载力检测及基坑底部三维探测设备的制作方法

1.本发明涉及地基测试技术领域，尤其涉及一种地基承载力检测及基坑底部三维探测设备。


背景技术：

2.钎探，就是在基坑开挖达到设计标高后，按相关国家规定对基坑底面及以下的土层进行探察，判断土质的情况是否与设计地勘提供的资料相符，并探察基坑底面以下是否存在坑穴、古墓、古井、防空掩体及地下埋设物等。该项是建筑工程中必不可少的工序，是判断可否进入下一步基础施工的重要依据。传统钎探是用φ20～25mm的钢筋作钢钎，钎尖呈60
°
锥状，长度2.1m，每300mm作一刻度。钎探时，用质量为10kg的大锤将钢钎打入土中，落锤高500mm，记录每打入300mm的锤击数，据此可判断土质的软硬情况。随着科技的不断发展，继续采用传统钎探方式存在很大的弊端，主要体现在以下几点：
3.一、工作效率低。传统钎探靠工人抡锤，对于大型工程工地，需要探测量巨大，拖延工期。
4.二、反应地基情况不客观。由于主要靠人工抡锤，这就可能导致同一个孔每次抡锤高度存在差异，钢筋砸入土中的深度也有所不同，判断也不准确，另外同一个工地不同钎探班组的工人因身高等原因导致抡锤高度不同，强度不同，记录次数也存在较大差异，导致最后结果不能真实反应地基真实情况。
5.三、安全隐患。由于对工艺技术的熟练程度不同，且大锤存在质量缺陷或经过一段时间试用后维护不到位，因此在钎探过程中可能对别人或者自己造成伤害，再加上防护没有做到位，可能造成伤亡。
6.四、每个点的钎探工作都需要多人完成，有人负责定位、有人负责锤击、有人负责钎杆固定、有人负责记录读数等，需要人工量大。
7.五、国内也有通过锤机打桩的，但锤机设备较大，能解决人工锤击力度恒定的问题，但是锤击力度调节十分麻烦，且钎探的数据依然需要人工记录，依然有很大误差，而且设备很重，若是需要前往国外做项目建设，锤机运输麻烦，运输成本也高。
8.六、由于探测计算需要专业的技术人员进行分析计算，钎探工作量大所以现场钎探工作大都由专业性不强的工人作业，工人将钎探数据人工抄录后送至技术部门，由技术部进行分析技术，这种钎探过程抄录会有很多误差，必需要专业技术人员前往现场针对可能有误的地方进行勘验核实，若是大型国外工程，工程工期长，出现的问题更多，效率更慢。
9.因此，急需研发一种地基承载力检测及基坑底部三维探测设备。


技术实现要素：

10.本发明的目的就在于提供一种地基承载力检测及基坑底部三维探测设备，具备操作方便、测量数据准确的优点。
11.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种地基承载力检测及基坑底部
三维探测设备，包括钎杆、钎头、弹簧、受冲板、冲击板、拉杆、电机、主动齿轮和外壳；
12.所述冲击板位于外壳内，拉杆固定在冲击板的顶部，弹簧套设在拉杆上，弹簧底部与冲击板连接，弹簧顶部与外壳的内顶壁连接，所述拉杆的上端部穿出外壳的顶壁设置且穿出的部分设置有用于与主动齿轮啮合的齿，所述主动齿轮为不完全齿轮，所述主动齿轮固定在电机的转动轴上，所述电机固定在外壳的顶壁，
13.所述受冲板位于冲击板的下方且可与冲击板相碰撞，所述外壳内侧开设有用于放置受冲板的腔室，腔室的上下两侧壁可分别与受冲板的上下两侧壁碰撞，所述钎杆的一端固定在受冲板的底壁，另一端穿出外壳设置，钎头设置在钎杆远离受冲板的一端。
14.优选的，所述拉杆为方杆，外壳顶壁开设有仅供拉杆穿出的方孔。
15.优选的，所述外壳的内侧截断面呈多边形设置，所述冲击板与受冲板均为与外壳内侧截断面相匹配的多边形板。
16.优选的，其特征在于，所述外壳外侧壁上设置有把手。
17.优选的，所述电机的转轴上沿其轴线方向设置有多个主动齿轮，多个主动齿轮间齿数均不相同且均可与拉杆上的齿进行啮合，所述外壳的顶壁设置有滑轨，所述电机设置于滑轨上且可沿滑轨向电机转轴轴线方向移动，所述电机与外壳间通过固定件固定相对位置。
18.优选的，所述固定件包括固定在电机上的定位板以及开设在定位板上的第一定位孔，所述壳体或滑轨上开设有与第一定位孔配对使不同主动齿轮分别与拉杆啮合的多个第二定位孔，所述第一定位孔与第二定位孔内插设有用于定位的定位销。
19.优选的，所述壳体的顶壁设置有操作屏和数据处理器，所述操作屏、数据处理器和电机间通过导线电信号连接。
20.优选的，所述钎杆中空设置，所述钎杆内设置有雷达波发射接收器和深度感应器，钎杆的侧壁开设有供导线穿入钎杆内部的数据线孔，所述数据处理器与雷达波发射接收器及深度感应器电信号连接。
21.优选的，所述钎杆由工程塑料制成。
22.与现有技术相比，本发明的优点在于：
23.一、工作效率高，在电机与不完全齿轮的工作下钎杆能够连续的进行冲击动作，通过机械方式可以使得所定点的探测能够一次性到位，不用中断休整；
24.二、真实反应地基情况，由于采用机械方式，每次对下部输出能量可控制，锤击次数比较准确，均差较小；
25.三、精准记录数据，数据储存安全可靠，通过gps外部定位方式，可以事先将需要测定的点位输入设备中，然后现场定位探测，因此设备可以准确记录每个点位的坐标、锤击时间、锤击次数、每次输入能量，记录的数据存于存储器中，还可以通过网络上传网络云盘备份，保证数据安全可靠，通过雷达波可在钎杆周围土壤情况，形成三维立体图；
26.四、及时反馈问题，避免返工。锤击过程中遇到异常点位时，可及时停止，及时修正避免返工，或遇地勘资料不相符情况，可以第一时间反馈地勘单位和设计院，及时对方案进行调整，充分保证上部结构的安全性和可靠性；
27.五、节约人工，缩短工期，由于操作简单，不需要现场记录和抡锤等工作，只需要一到两名工人现在操作；
28.六、安全可靠，装置设置一些列保护，对电机和操作人员进行保护；
29.七、对于国外某些项目，缺乏地勘报告时，可以预先派人做施工前勘察，得到确切的地下资料信息，为后期设计做依据；
30.八、应用范围广，钎杆由工程塑料制成，相较于钢材耐酸性较好，降低一些酸性土地中对设备的磨损。
附图说明
31.图1为本实施例的整体结构示意简图；
32.图2为本实施例中主动齿轮与拉杆的配合示意简图；
33.图3为本实施例中多个主动齿轮的分布示意简图；
34.图4为本实施例中滑轨与固定件的结构示意简图。
35.图中：1、外壳；11、把手；12、滑轨；13、操作屏；14、数据处理器；15、腔室；2、电机；21、主动齿轮；3、拉杆；4、冲击板；5、受冲板；6、弹簧；7、钎杆；71、钎头；72、雷达波发射接收器；73、深度感应器；74、数据线孔；8、定位板；81、第一定位孔；9、第二定位孔。
具体实施方式
36.下面将对本发明作进一步说明。
37.实施例：
38.如图1、2所示，一种地基承载力检测及基坑底部三维探测设备，包括钎杆7、钎头71、弹簧6、受冲板5、冲击板4、拉杆3、电机2、主动齿轮21和外壳1。
39.外壳1的外侧壁上设置有供操作人员持握的把手11，冲击板4位于外壳1内，拉杆3固定在冲击板4的顶部，弹簧6套设在拉杆3上，弹簧6底部与冲击板4连接，弹簧6顶部与外壳1的内顶壁连接，主动齿轮21固定在电机2的转动轴上，电机2固定在外壳1的顶壁。弹簧6为压缩弹簧，在本实施例中为了避免弹簧6的径向弯曲可选取弹簧6的直径略小于外壳1的内径设置，由外壳1的内径对弹簧6的运动轨迹进行限位。
40.拉杆3的上端部穿出外壳1的顶壁设置且穿出的部分设置有用于与主动齿轮21啮合的齿，主动齿轮21为不完全齿轮，在本实施例中主动齿轮21上齿的分布区域不超过齿轮的一半，以使得当主动齿轮21与拉杆3不再啮合时，拉杆3能够在弹簧6回弹时正常下落至初始位置，当主动齿轮21与拉杆3再次啮合时能够实现正常的举升，从而达到对该点位探测时的不中断，使探测能够一步到位，提高工作效率。为了避免拉杆3在上下移动过程出现偏转使主动齿轮21与拉杆3不再啮合，设置拉杆3为方杆，外壳1顶壁开设有仅供拉杆3穿出的方孔，外壳1的内侧截断面呈方形设置，冲击板4与受冲板5均为与外壳1内侧截断面相匹配的方形板，在方孔以及外壳1内侧壁的限位作用下能够有效的避免拉杆3旋转不与主动齿轮21啮合的情况发生，确保拉杆3与主动齿轮21间的啮合—分离—啮合过程能够得到循环，以实现下钎杆7的工作连续不间断，提高工作效率的目的。
41.受冲板5位于冲击板4的下方且可与冲击板4相碰撞，为了使得受冲板5与冲击板4自身的强度足够，在本实施例中受冲板5与冲击板4均由钢板制成。外壳1内侧开设有用于放置受冲板5的腔室15，腔室15的上下两侧壁可分别与受冲板5的上下两侧壁碰撞，以此来限定受冲板5在竖直方向上的移动距离，在使用使能够根据及弹簧6的形变程度准确的计算以
及控制每次钎杆7打入地下的深度，在对多个点进行探测时能够有效的减少钎杆7插入地下数据的偏差，使得探测结果更加准确，当受冲板5与腔室15内底壁碰触时可判断为低级承载力不足，判断地基为软地基。在未使用时，也能避免钎杆7与外壳1分离，使该探测设备结构完整。钎杆7的一端固定在受冲板5的底壁，另一端穿出外壳1设置，钎头71设置在钎杆7远离受冲板5的一端。
42.在具体使用时，电机2转动向上提升拉杆3及连接部冲击板4，从而压缩弹簧6，达到一定冲击力后(即拉杆3与主动齿轮21不再啮合后)，电机2释放拉杆3，弹簧6释放压力，向下推动冲击板4撞击钎杆7顶部的受冲板5，从而将钎杆7压到土中，完成钎杆7的一次压入，随着电机2的不断工作，主动齿轮21与拉杆3间不断重复啮合分离操作(即拉杆3的提升与释放)每次受冲板5所受的力均相同，以解决工人因身高等原因导致抡锤高度不同，强度不同，记录次数存在较大差异的问题，尽可能真实的反应地基真实情况。拉杆3与主动齿轮21间的配合，使钎杆7能够不间断的进行打入地下的动作，通过控制电机2的转速可控制钎杆7的打入速度，以机械间的配合大大提高了工作效率，节约工期和人工成本。
43.如图2、3、4所示，为了更好的适应不同探测点的地层情况，根据需要调节受冲板5所受的冲击力。本技术中设计电机2的转轴上沿其轴线方向设置有多个主动齿轮21，多个主动齿轮21间齿数均不相同且均可与拉杆3上的齿进行啮合，外壳1的顶壁设置有滑轨12，电机2设置于滑轨12上且可沿滑轨12向电机2转轴轴线方向移动，电机2与外壳1间通过固定件固定相对位置。通过改变主动齿轮21的齿数来改变拉杆3的提高量，从而达到改变弹簧6回复形变时对受冲板5的撞击力的目的，对锤击钎杆7的力度调节过程较为方便，能够快速的进行调节，减少整体的施工工期。并且所调节的冲击力大小是可预知的，控制每次冲击力大小，可以保证数据可以较客观真实反应地基情况，并且有效的减少误差的产生。
44.滑轨12的设置在于对电机2位置在垂直于主动齿轮21轴线方向的限定，使得拉杆3能够电机2移动后快速的与下一个主动齿轮21啮合，完成啮合后操作人员使用定位件对电机2在滑轨12上的位置进行固定即可。在本实施例中，固定件包括固定在电机2上的定位板8以及开设在定位板8上的第一定位孔81，壳体或滑轨12上开设有与第一定位孔81配对使不同主动齿轮21分别与拉杆3啮合的多个第二定位孔9，当第一定位孔81与指定的第二定位孔9配对后，将定位销插入第一定位孔81与第二定位孔9内即可完成定位工作，整个定位工作简单快速，能够有效的缩短整个工期所耗时间。在其他实施例中固定件可设置为螺栓，第二定位孔9对应设置为螺纹孔与螺栓进行配合。
45.为了提高本技术的智能化程度，以及避免记录人员记错记漏现象的发生，本探测器具备自主记录探测数据的功能。壳体的顶壁设置有操作屏13和数据处理器14，操作屏13、数据处理器14和电机2间通过导线电信号连接。钎杆7中空设置，钎杆7内设置有雷达波发射接收器72和深度感应器73，钎杆7的侧壁开设有供导线穿入钎杆7内部的数据线孔74，数据处理器14与雷达波发射接收器72及深度感应器73电信号连接。本技术中设计数据线设置于钎杆7管道内部可以更好保护数据线，延长数据线的使用寿命，同时减少数据线对探测工作造成的干扰。
46.在本实施例中钎杆7由工程塑料制成，该材质具有自重轻，强度高，韧性好，耐酸碱腐蚀性好，保温隔热等性能特点。减轻自重便于携带，耐腐蚀性好可以增加装置使用的范围，减少在酸性土地中对设备的磨损。工程塑料保温隔热性能好可以保证钎杆7内部装置不
受外部环境影响，且与传统钢材相比，工程塑料对雷达波的影响很低，因而可以保证雷达波发射接收器72正常工作。
47.工作时，操作操作屏13即可通过数据处理器14控制电机2的转速以及工作状态，同时电机2的工作状态、转速以及雷达波发射接收器72、深度感应器73所采集的信息会在操作屏13上显示记录。钎杆7内的雷达波发射接收器72主要向自身周围及下方发射雷达波并接受返回波，并通过雷达波数据线传输给数据处理器14，数据处理器14对数据进行处理，生成三维图像和承载力计算值并显示在操作屏13上。
48.具体使用过程：
49.操作员根据场地地勘报告中的土层类型，在操作屏13上设置修正系数，通过数据处理器14进行计算，数据处理器14将计算得到的压缩位移通过电机2数据传输线传输给电机2，电机2开始工作，向上提升拉杆3及连接部冲击钢板，从而压缩弹簧6，达到一定冲击力后，电机2释放拉杆3，弹簧6释放压力，向下推动冲击板4撞击钎杆7顶部的受冲板5，从而将钎杆7压到土中。钎杆7中设置的深度感应装置，每入土300mm，记录撞击次数，并通过数据传输线传输给数据处理器14，数据处理器14对数据进行计算及分析，最后通过数据处理器14中定位系统进行点位定位，并对点位的坐标、冲击次数及点位下部雷达波三维图像进行储存。
50.地下三维立体成像探测主要是通过钎杆内部埋设的雷达波发射接收装置完成，该装置通过购买市场成品，该装置向周围发射米级雷达波，雷达波属于电磁波，频率越高，穿透力强且衰减越少，通过障碍时出现衍射、折射、反射及干涉等波动性现象。其中反射对测量发射装置与障碍物之间的距离及障碍物大小是有益的，而电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播探测，对判断障碍物大小十分有益。电磁波在不同土层中传播速率不同，衰减程度不同，且在穿越土层分界线时会产生发射波，波的频幅会出现大幅衰减，但此衰减程度远远小于穿越障碍物的衰减程度不同，因此可以通过波的衰减程度不同从而判断土层类别，土层之间的分界线及障碍物。在不同深度发射雷达波会产生多条反射波，反射波数据传输至数据处理器，通过两两反射波相交原理就可以在三维立体上精确计算障碍物深度轮廓等信息，再在显示器中三维成像显示。
51.雷达波确定物体距离方法为：
52.x＝(δt
×
c)/2000
×
γ
ꢀꢀ
x＝c/(2
×
δf^')
×
γ
53.式中：δt为雷达波发出和返回时间差(ms)，c为雷达波传播速率，δf^'为幅频信号曲线上缺陷相邻振峰间的频差,γ为修正系数
54.当数据存在异常时，系统会通知操作员暂停工作，同时生成数据报告，报告通过邮件等形式及时反馈给技术人员或设计院。这样既可以避免重复工作，又可以通知各方对问题及时进行处理，避免耽误工期。
55.当受冲板5与腔室15内底壁接触时，系统会提示由于钎杆7插入位移过大，地基承载力不足，为软弱地基。其中，数据处理器中的地基承载力计算方法为：
56.fak＝(n
×
0.85-2)
×
9.8
×
α
57.式中：fak为地基承载力标准值，n为锤击次数，α为土层差异修正系数
58.位移计算方法为：
59.(l^2
×
x)/2＝p
×
β
60.式中：l为电机需要提升位移，k为高强度弹簧系数，p为单次输入能量,β为外力修正系数。
61.在本实施例中电机2还设置过载保护和过热保护，可以有效保护操作者的安全。
62.以上对本发明所提供的一种地基承载力检测及基坑底部三维探测设备进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。