本實用新型涉及工程技術中鉆孔灌注樁成孔或地下連續墻成槽施工質量檢測技術領域，具體涉及一種成孔成槽多參數綜合檢測裝置。

背景技術：

鉆孔灌注樁成孔的孔徑、孔斜(垂直度)、孔深和沉渣厚度是評價樁孔施工質量的四個主要技術指標，《建筑樁基技術規范JGJ94-2008》、《建筑地基基礎設計規范GB50007-2011》、天津地方規范《鉆孔灌注樁成孔、地下連續墻成槽檢測技術規程DB/T29-112-2010》和江蘇省地方規范《鉆孔灌注樁成孔、地下連續墻成槽質量檢測技術規程DGJ32TJ 117-2011》等規范均對此作了明確規定。

其中，在現有技術中，孔徑和孔斜通常采用一種檢測設備進行檢測，如超聲波成孔檢測設備，沉渣厚度采用另一種檢測設備進行檢測，如電參量法或測針測餅法沉渣厚度檢測儀。在工程實際檢測中，成孔施工完成后，先用成孔檢測設備對孔徑孔斜進行檢測，然后再換用沉渣厚度檢測設備檢測孔底沉渣厚度。這樣，要完成一次完整的成孔施工質量檢測任務，需要準備多套不同設備，在檢測過程中，不同設備之間的更換需耗費更多的時間，影響施工進度。

此外，現有的孔底沉渣厚度檢測方法包括帶傾角測量的測針測餅法，該方法采用傾角傳感器實時測定探頭的傾斜角度并上傳到檢測儀器，實時顯示傾角-探針伸出長度曲線，從傾角曲線上尋找角度突然變大的拐點，拐點對應的探針伸出長度即為沉渣厚度，沒有拐點出現即判定為沉渣厚度超出了探針檢測范圍。但是該方法存在如下不足：當沉渣表面很平整時，測針抵住硬巖并將探頭頂起，若探頭不明顯傾斜，傾角曲線無明顯變化拐點，此時會誤判為沉渣厚度超出了探針檢測范圍；當沉渣表面很不平整時，探頭起始傾斜角度就很大，探頭在傾斜狀態下工作時，測針稍遇阻力即會使探頭傾斜角度更大，在傾角曲線上會誤判為已經達到沉渣下表面。因而該方法測量結果既不可靠也不準確。

技術實現要素：

有鑒于此，有必要提供一種既能提高成孔檢測效率，又能提高孔徑、孔斜和沉渣厚度檢測準確性和可靠性的成孔成槽多參數綜合檢測裝置。

一種成孔成槽多參數綜合檢測裝置，包括檢測探頭、通過電纜與檢測探頭連接的地面電纜絞車、通過信號線與地面電纜絞車連接的地面主機；

檢測探頭包括密封腔體組件、電機組件、探針組件、探頭電路板和超聲波換能器；

密封腔體組件包括從下到上依次同軸設置的腔底盤、腔體、腔體蓋；腔體蓋的頂部設有用于固定電纜一端的固定孔，腔體蓋與腔體的頂部密封連接；腔體的底部設有底部固定座，底部固定座的下側通過動密封螺母與腔底盤密封連接；

電機組件包括軸承座、電機、第一齒輪；軸承座的兩端通過連接件與腔體內壁固定；電機固定于軸承座上，且電機的動力輸出端與設于軸承座上方的第一齒輪軸連接；

探針組件包括探針、牽引螺母、絲桿、第二齒輪、兩個導向軸；探針設置在牽引螺母底部，探針依次穿過并伸出底部固定座、動密封螺母和腔底盤；牽引螺母與絲桿同軸套合；絲桿的軸承部固定在軸承座上，絲桿的頂部通過設于軸承座上方的第二齒輪與第一齒輪嚙合；兩根導向軸與絲桿平行設置，且導向軸的一端固定在軸承座上，導向軸的另一端固定在動密封螺母的限位孔內；牽引螺母兩側的限位凸起與兩根導向軸滑動配合；

探頭電路板的一端固定在腔體蓋內側，且探頭電路板設于軸承座的另一側；探頭電路板包括控制單元、傾角傳感器、電流A/D轉換器、RS485接口、電源模塊；電源模塊分別與控制單元、電機電連接；電流A/D轉換器一端與電機電連接，電流A/D轉換器另一端與控制單元電連接；傾角傳感器與控制單元電連接；控制單元通過與RS485接口電連接的電纜接收地面主機的控制信號和向地面主機傳輸傾角信號和電機工作電流信號；控制單元的輸出端與電機的控制端電連接；其中，電機工作電流的相對變化等效于探針所受壓力的相對變化；

超聲波換能器設于腔體的側壁上，且超聲波換能器通過電纜的信號線與地面主機電連接。

采用本實用新型的成孔成槽多參數綜合檢測裝置，能在檢測探頭從孔口下放到孔底的過程中啟動孔徑孔斜檢測功能，通過超聲波換能器測定不同深度位置的孔徑和孔斜，能在檢測探頭下放到孔底后啟動沉渣厚度檢測功能，通過同步測定檢測探頭的傾角和探針壓力，兩者相互驗證，提高了沉渣下分界面判定的可靠性和準確性，進而實現了下放一次檢測探頭即可完成成孔成槽多參數檢測功能，提高了檢測效率和準確性。另外，通過探頭傾角參量來判斷探頭的初始狀態，并對探頭初始狀態做出調整，可保證探針垂直向下伸出，提高檢測結果的準確性；將探針絲桿與電機平行設置，大大減小了探頭的長度，有利于增大沉渣厚度檢測的量程范圍；將電機工作電流等效于探針所受壓力，簡化了探頭結構，提高了探頭工作可靠性和準確性。

附圖說明

圖1為本實用新型成孔成槽多參數綜合檢測裝置的結構示意圖；

圖2為檢測探頭的結構示意圖；

圖3為圖2中I處放大圖；

圖4為檢測探頭的剖面圖；

圖5為探頭電路板的結構框圖；

圖6A為壓力-探針伸出長度曲線；

圖6B為傾角-探針伸出長度曲線。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型提供一種成孔成槽多參數綜合檢測裝置，如圖1所示，包括：檢測探頭100、地面主機200和地面電纜絞車300，檢測探頭100通過電纜400與地面電纜絞車300連接，地面電纜絞車300通過信號線與地面主機200連接。

如圖1至4所示，檢測探頭100包括密封腔體組件101、電機組件102、探針組件103、探頭電路板104和超聲波換能器105。具體的，密封腔體組件101包括從下到上依次同軸設置的腔底盤1011、腔體1012、腔體蓋1014。腔體蓋1014的頂部設有用于固定電纜400一端的固定孔1016。腔體蓋1014與腔體1012的頂部密封連接。腔體1012的底部設有底部固定座1017，底部固定座1017的下側通過動密封螺母1013與腔底盤1011密封連接。優選的，腔體蓋1014的上方一側設有與電纜400的防水插頭連接的防水插座1015。

電機組件102包括軸承座1021、電機1022、第一齒輪1023。軸承座1021的兩端通過連接件與腔體1012內壁固定。電機1022固定于軸承座1021上，且電機1022的動力輸出端與設于軸承座上方的第一齒輪1023軸連接。

探針組件103包括探針1031、牽引螺母1032、限位開關觸頭1033、絲桿1034、上限位開關1035、下限位開關1036、下限位開關固定座1037、第二齒輪1038、兩個導向軸1039。探針1031設置在牽引螺母1032底部，探針1031依次穿過并伸出底部固定座1017、動密封螺母1013和腔底盤1011。牽引螺母1032與絲桿1034同軸套合，且牽引螺母1032的上方設有限位開關觸頭1033。絲桿1034的軸承部固定在軸承座1021上，絲桿1034的頂部通過設于軸承座(1021)上方的第二齒輪1038與第一齒輪1023嚙合。兩根導向軸1039與絲桿1034同軸套合，且導向軸1039的一端固定在軸承座1021上，導向軸1039的另一端固定在動密封螺母1013的限位孔內。牽引螺母1032兩側的限位凸起與兩根導向軸1039滑動配合。上限位開關1035的一端固定在軸承座1021底部。下限位開關固定座1037設于底部固定座1017同軸套合。下限位開關固定座1037上設有與上限位開關1035相對設置的下限位開關1036。

優選的，動密封螺母1013內設有壓入式密封圈和壓緊螺母，探針1031在密封圈內來回運動不漏水。具體的，探針1031與密封腔體組件101的動密封采用O型密封圈與唇形壓入式密封圈結合方式，通過調節唇形壓入式密封圈壓緊螺母的松緊程度來調節動密封的等級，提高密封腔體組件101的防水性能。唇形壓入式密封圈前端的O型密封圈作為第一層密封既可增強防水性能，又可阻擋泥漿細沙對唇形密封圈的損傷，提高動密封的防水效果和使用壽命。

探頭電路板104的一端固定在腔體蓋1014內側，且探頭電路板104設于軸承座1021的另一側。如圖5所示，探頭電路板104包括控制單元1041、傾角傳感器1042、電流A/D轉換器1043、RS485接口1044、電源模塊1045。電源模塊1045分別與控制單元1041、電機1022電連接。電流A/D轉換器1043的一端與電機1022電連接，電流A/D轉換器1043另一端與控制單元1041電連接。傾角傳感器1042與控制單元1041電連接。控制單元1041通過與RS485接口電連接的電纜400接收地面主機200的控制信號和向地面主機200傳輸實時測定的傾角信號和電機工作電流信號。其中，RS485接口通過RS485雙絞線與防水插座1015電連接。控制單元1041與上限位開關1035、下限位開關1036電連接。控制單元1041的輸出端與電機1022的控制端電連接。當限位開關觸頭1033觸碰下限位開關1036或上限位開關1035時，控制單元1041控制電機1022停止工作。控制單元1041通過控制電機1022工作控制探針以恒定速度V伸出，同時控制單元1041記錄電機開始工作到探針觸碰下限位開關1036之間的時間，即探針伸出時間T。探針伸出長度即為恒定速度V乘以探針伸出時間T。由于探針受到阻力后，電機的輸出功率增大，與此對應的，電機的輸入功率也增大，電機的工作電流也增大，因此，探針所受壓力通過測定探頭電機工作電流得到，也就是說，電機工作電流的相對變化等效于探針所受壓力的相對變化。地面主機200實時顯示壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線。根據圖6A、6B分別所示的壓力-探針伸出長度曲線、傾角-探針伸出長度曲線，當探針伸出長度為94mm時，傾角和壓力突變，則判定沉渣厚度為94mm。

超聲波換能器105設置在腔體1012的側壁上。超聲波換能器通過電纜400的信號線與地面主機200電連接。如圖2所示，超聲波換能器105為多個，多個超聲波換能器105沿腔體1012側壁底部同一周向成對設置，或沿腔體1012側壁底部不同高度的周向成對設置。

其中，地面電纜絞車既可為電動絞車，也可為手動絞車。電纜絞車帶有電纜下放深度檢測功能和下限位功能。探頭下放到孔底沉渣表面后電纜松弛，觸動電纜絞車的下限位開關，電纜絞車停止電纜下放。

使用本實用新型的壓力-傾角式沉渣測厚儀進行沉渣厚度測量的具體步驟如下：

步驟(1)：將檢測探頭的防水插座連接到與電纜絞車連接的電纜的防水插頭上，電纜絞車通過信號線與地面主機連接；并設置地面主機參數。

其中，地面主機參數包括但不限于：設計孔深、設計孔徑、超聲波發射功率、探針最大運動行程。

步驟(2)：地面主機控制電纜絞車下放檢測探頭，并記錄檢測探頭下放深度。

步驟(3)：在探頭下放過程中，地面主機按照設定的深度間隔或時間間隔自動控制超聲波換能器沿水平方向發射超聲波，超聲波換能器同步接收同側孔壁反射回的超聲波信號，并轉換成電信號，通過電纜傳輸至地面主機。

其中，地面主機根據反射的超聲波信號實時調整超聲波換能器通道的信號增益，衰減噪聲，增強孔壁的反射信號。

步驟(4)：地面主機對電信號進行顯示、存儲、分析和處理，確定孔壁反射信號返回時間，計算該側超聲波換能器與同側孔壁的距離。

具體的，地面主機對電信號進行程控放大、數字濾波、對數放大等預處理過程，將經A/D轉換后的數字信號進行顯示、存儲、分析和處理。地面主機根據回波波形確定孔壁反射信號返回時間，計算該側超聲波換能器與同側孔壁的距離。

步驟(5)：探頭上的多個超聲波換能器在同一深度位置依次完成一次超聲波換能器與同側孔壁的距離測定后，計算所述深度位置的孔徑和孔斜，直至檢測探頭到達孔底。

具體的，當探頭到達孔底，電纜絞車下限位開關動作，探頭停止下放，下行孔徑檢測結束。

步驟(6)：判斷是否檢測沉渣厚度；如果是，轉入步驟(7)；如果否，轉入步驟(10)。

步驟(7)：地面主機向檢測探頭的控制單元發送啟動測量信號，并開始記錄探針伸出時間；控制單元接收啟動信號后控制檢測探頭內的電機工作，使探針以恒定速度伸出；控制單元實時監測檢測探頭的傾角和電機工作電流，并傳輸至地面主機。

步驟(8)：地面主機實時顯示探頭壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線；其中，電機工作電流的相對變化等效于探針所受壓力的相對變化；探針伸出長度等于探針伸出時間乘以恒定速度。

步驟(9)：探針抵達沉渣底部的硬巖層時，探針伸出受阻并將檢測探頭慢慢頂起，電機負載驟然增大，電機工作電流也突然增大，檢測探頭的傾角也開始增大，地面主機的探頭壓力-探針伸出長度曲線和傾角-探針伸出長度曲線出現拐點；同時出現的拐點處對應的探針伸出長度即為沉渣厚度。

步驟(10)：參數檢測結束。

進一步的，沉渣厚度檢測完成后，收回探針，收回探針的具體過程如下：

步驟(A)：探針繼續伸出，直至到達探針運動最大行程，檢測探頭的限位開關觸頭觸碰下限位開關動作，控制單元控制電機停止工作，地面主機停止記錄探針伸出時間并向控制單元發送停止測量信號；

步驟(B)：控制單元接收停止測量信號，控制電機反轉，探針回收；限位開關觸碰上限位開關動作，控制單元控制電機停止工作。

優選的，在執行步驟(7)之前進行探頭傾角校正步驟；探頭傾角校正步驟過程如下：

步驟(a)：檢測探頭通過電纜絞車下放到孔底沉渣表面，檢測探頭的傾角傳感器實時檢測檢測探頭的傾角并傳輸至檢測探頭的控制單元，控制單元將傾角傳輸至地面主機；

步驟(b)：地面主機判斷傾角是否大于預設的探頭傾角閾值，如果是，慢慢上提檢測探頭，直至檢測探頭的傾角小于探頭傾角閾值，電纜絞車停止提升；如果否，轉入步驟(7)。

優選的，當步驟(6)判斷為不檢測沉渣厚度時，執行如下步驟：

步驟(6.1)：判斷提升檢測探頭時是否同步進行孔徑和孔斜測量；如果是，轉入步驟(6.2)；如果否，提升檢測探頭至孔口，轉入步驟(10)；

步驟(6.2)：在探頭提升過程中，地面主機按照設定的深度間隔或時間間隔自動控制超聲波換能器沿水平方向發射超聲波，超聲波換能器同步接收同側孔壁反射回的超聲波信號，并轉換成電信號，通過電纜傳輸至地面主機；

步驟(6.3)：地面主機對電信號進行顯示、存儲、分析和處理，確定孔壁反射信號返回時間，計算該側超聲波換能器與同側孔壁的距離；

步驟(6.4)：探頭上的多個超聲波換能器在同一深度位置依次完成一次超聲波換能器與同側孔壁的距離測定后，計算所述深度位置的孔徑和孔斜，直至檢測探頭到達孔口。

應當理解的，采用本實用新型的成孔成槽多參數綜合檢測裝置既可測沉渣厚度，也可測孔徑孔斜。

采用本實用新型的成孔成槽多參數綜合檢測裝置，能在檢測探頭從孔口下放到孔底的過程中啟動孔徑孔斜檢測功能，通過超聲波換能器測定不同深度位置的孔徑和孔斜，能在檢測探頭下放到孔底后啟動沉渣厚度檢測功能，通過同步測定檢測探頭的傾角和探針壓力，兩者相互驗證，提高了沉渣下分界面判定的可靠性和準確性，進而實現了下放一次檢測探頭即可完成成孔成槽多參數檢測功能，提高了檢測效率和準確性。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。