模型桩测孔仪及桩孔孔径测量方法

摘要

本发明提供模型桩测孔仪及桩孔孔径测量方法，其中，包括定位杆、测距仪、至少一对上支撑臂以及至少一对下支撑臂，定位杆包括上杆和下杆，测距仪固设在上杆上，下杆的底部固设下连接件，每对下支撑臂的一端铰接在下连接件上，在测距仪和下连接件之间设置至少一对上连接件，各上连接件均滑动设置在定位杆上，每个上连接件上均设置定位片，每对上支撑臂的一端铰接在对应的上连接件上，位于定位杆同侧的上支撑臂的另一端与对应的下支撑臂的另一端铰接设置。本发明提供的模型桩测孔仪，完全可以满足室内模型试验中桩孔孔径测量使用要求，精度高、测量方便、结构简单且价格低廉。

权利要求

1.模型桩测孔仪，其特征在于:包括定位杆、测距仪、至少一对上支撑臂以及至少一对下支撑臂，所述定位杆包括上杆和可拆卸连接在所述上杆的下端的下杆，所述测距仪固设在所述上杆上，所述下杆的底部固设下连接件，每对所述下支撑臂的一端通过铰接轴俯仰铰接在所述下连接件上且每对所述下支撑臂均沿所述定位杆对称设置，在所述测距仪和所述下连接件之间设置至少一对上连接件，每对所述上连接件均沿所述定位杆对称设置，各所述上连接件均滑动设置在所述定位杆上，每个所述上连接件上均设置用于反射测距仪信号的定位片，每对所述上支撑臂的一端通过铰接轴俯仰铰接在对应的所述上连接件上且每对所述上支撑臂均沿所述定位杆对称设置，位于所述定位杆同侧的所述上支撑臂的另一端与对应的所述下支撑臂的另一端通过铰接轴铰接设置，每对上连接件两侧的铰接轴的轴距与下连接件两侧对应铰接轴的轴距相等，所述定位杆上设置滑槽，所述上连接件为对称分布在所述定位杆两侧且与所述滑槽滑动设置的滑块，所述上连接件和所述下连接件之间设置定位块，所述定位块的横截面为圆形或边数为偶数的正多边形，所述定位块的半径或一组对边距离等于所述上支撑臂和所述下支撑臂均与所述定位杆平行时一对所述上支撑臂之间的距离或一对所述下支撑臂之间的距离。

2.根据权利要求1所述的模型桩测孔仪，其特征在于：所述上杆上固设定位板，所述测距仪固设在定位板上。

3.根据权利要求1所述的模型桩测孔仪，其特征在于：所述上杆和所述下杆通过螺纹连接实现可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的模型桩测孔仪，其特征在于：所述上杆的下端内壁上设置卡槽且所述下杆的上端外周面上设置用于与所述卡槽卡设固定的活动卡块结构，所述活动卡块结构包括活动卡块、设于所述下杆的上端内壁中且与所述活动卡块顶压配合的弹性件以及设于所述活动卡块下方且与所述活动卡块连接的活动按钮，所述上杆和所述下杆通过所述卡槽以及所述活动卡块结构实现可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的模型桩测孔仪，其特征在于：各所述上支撑臂 和各所述下支撑臂形状相同，每个所述上支撑臂上的两个铰接轴的轴距等于每个所述下支撑臂上的两个铰接轴的轴距。

6.利用权利要求1～5任意一项所述的模型桩测孔仪的桩孔孔径量测方法，包括以下步骤：

步骤1、向测距仪方向拉伸上连接件，当上支撑臂和下支撑臂均与定位杆平行时测量测距仪与各定位片之间的距离L1；

测量各对上连接件两侧的铰接轴的轴距或者各对下连接件两侧的铰接轴的轴距L3；

测量各上支撑臂上的两个铰接轴的轴距a，测量各下支撑臂上的两个铰接轴的轴距b；

步骤2、将下杆的下端伸入桩孔且上支撑臂与下支撑臂的铰接部低于桩孔孔沿，当测量位置与桩孔孔沿的距离短于所述定位杆的长度时，下杆的下端直接下降至所需测量位置，并通过测距仪分别测量出测距仪与各定位片之间的距离L2，然后偶数个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式求出：其中，

则桩孔在测量位置的平均孔径可根据下式求出：

当测量位置与桩孔孔沿的距离超出所述定位杆的长度时，在上杆和下杆之间连接一个或多个连接杆，并记录连接杆的总长度L4，当下杆的下端下降至所需测量位置之后，通过测距仪测量出测距仪与定位片之间的距离L2，然后偶数个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式求出：其中，

则桩孔在测量位置的平均孔径可根据下式求出：

7.根据权利要求6所述的桩孔孔径量测方法，步骤1中，测量出所述铰接部的铰接轴轴线与所述铰接部的外缘之间的距离L5，并在步骤2中计算出的每个方向桩孔的半径Rn的基础上加上L5，使得测量位置桩孔的孔径D更加精准。

说明书

模型桩测孔仪及桩孔孔径测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及室内模型试验中桩的孔径测量，尤其涉及模型桩测孔仪及桩孔孔径测量方法。

背景技术

[0002] 桩作为一种构件，在地基处理及基础工程领域中广泛采用，因其承载力高，传力特性优秀，已成为高层建筑、大型工业厂房等工程中的重要组成部分。因此室内模型试验中也有大量关于桩的实验项目，成桩好坏，特别是桩孔孔径是否满足设计要求直接与整个室内模型试验的成功与否息息相关，因此桩孔的检测工作在室内模型试验中显得十分重要。目前桩基工程中桩孔孔径的检测工具主要有红外线孔径仪、机械传感伞式孔径仪等。红外线孔径仪是通过孔径仪自身发射红外线，并通过接收反射的红外线，根据红外线的传播速度，计算孔径大小。虽然室内模拟试验中，桩孔底部的积水不深，但是要测量位于积水中部位的桩孔孔径的时候，红外线孔径仪还是需要插入水中，由于红外线会受到积水、泥浆及孔壁土层的影响，所以实际测量误差一般在5厘米左右，在量测应用于室内模型试验中桩的孔径时，无法满足精度要求。机械传感伞式孔径仪是利用伞式机械臂的伸缩使连接的传感器产生变化，从而测量孔径大小。由于电子器件的使用会对水下作业测量精度产生一定影响，因此机械传感伞式孔径仪测量精度会随着使用逐渐降低，并且机械传感伞式孔径仪需要连接电力，因此对现场检测产生了不便。当前市面常见的孔径仪价格一般在1万元以上，价格较为昂贵。因此如何提供一种较为精密的、受环境影响小、测量简单便捷、成本低廉的的孔径检测仪及检测方法是当前急需解决的问题。

[0003] 为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了模型桩测孔仪，同时还提供桩孔孔径测量方法。

[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：模型桩测孔仪，包括定位杆、测距仪、至少一对上支撑臂以及至少一对下支撑臂，所述定位杆包括上杆和可拆卸连接在所述上杆的下端的下杆，所述测距仪固设在所述上杆上，所述下杆的底部固设下连接件，每对所述下支撑臂的一端通过铰接轴俯仰铰接在所述下连接件上且每对所述下支撑臂均沿所述定位杆对称设置，在所述测距仪和所述下连接件之间设置至少一对上连接件，每对所述上连接件均沿所述定位杆对称设置，各所述上连接件均滑动设置在所述定位杆上，每个所述上连接件上均设置用于反射测距仪信号的定位片，每对所述上支撑臂的一端通过铰接轴俯仰铰接在对应的所述上连接件上且每对所述上支撑臂均沿所述定位杆对称设置，位于所述定位杆同侧的所述上支撑臂的另一端与对应的所述下支撑臂的另一端通过铰接轴铰接设置，每对上连接件两侧的铰接轴的轴距与下连接件两侧对应铰接轴的轴距相等。

[0006] 优选的，所述上杆上固设定位板，所述测距仪固设在定位板上。

[0007] 优选的，所述定位杆上设置滑槽，所述上连接件为对称分布在所述定位杆两侧且与所述滑槽滑动设置的滑块。

[0008] 优选的，所述上连接件和所述下连接件之间设置定位块，所述定位块的横截面为圆形或边数为偶数的正多边形，所述定位块的半径或一组对边距离等于所述上支撑臂和所述下支撑臂均与所述定位杆平行时一对所述上支撑臂之间的距离或一对所述下支撑臂之间的距离。

[0009] 优选的，所述上杆和所述下杆通过螺纹连接实现可拆卸连接。

[0010] 优选的，所述上杆的下端内壁上设置卡槽且所述下杆的上端外周面上设置用于与所述卡槽卡设固定的活动卡块结构，所述活动卡块结构包括活动卡块、设于所述下杆的上端内壁中且与所述活动卡块顶压配合的弹性件以及设于所述活动卡块下方且与所述活动卡块连接的活动按钮，所述上杆和 所述下杆通过所述卡槽以及所述活动卡块结构实现可拆卸连接。

[0011] 优选的，各所述上支撑臂和各所述下支撑臂形状相同，每个所述上支撑臂上的两个铰接轴的轴距等于每个所述下支撑臂上的两个铰接轴的轴距。

[0012] 利用上述模型桩测孔仪的桩孔孔径量测方法，包括以下步骤：

[0013] 步骤1、向测距仪方向拉伸上连接件，当上支撑臂和下支撑臂均与定位杆平行时测量测距仪与各定位片之间的距离L1；

[0014] 测量各对上连接件两侧的铰接轴的轴距或者各对下连接件两侧的铰接轴的轴距L3；

[0015] 测量各上支撑臂上的两个铰接轴的轴距a，测量各下支撑臂上的两个铰接轴的轴距b；

[0016] 步骤2、将下杆的下端伸入桩孔且上支撑臂与下支撑臂的铰接部低于桩孔孔沿，当测量位置与桩孔孔沿的距离短于所述定位杆的长度时，下杆的下端直接下降至所需测量位置，并通过测距仪分别测量出测距仪与各定位片之间的距离L2，然后偶数个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式求出：

[0017]

[0018] 其中，

[0019] 则桩孔在测量位置的平均孔径可根据下式求出：

[0020]

[0021] 当测量位置与桩孔孔沿的距离超出所述定位杆的长度时，在上杆和下杆之间连接一个或多个连接杆，并记录连接杆的总长度L4，当下杆的下端下降至所需测量位置之后，通过测距仪测量出测距仪与定位片之间的距离L2，然后偶数个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式求出：

[0022]

[0023] 其中，

[0024] 则桩孔在测量位置的平均孔径可根据下式求出：

[0025]

[0026] 优选的，步骤1中，测量出所述铰接部的铰接轴轴线与所述铰接部的外缘之间的距离L5，并在步骤2中计算出的每个方向桩孔的半径Rn的基础上加上L5，使得测量位置桩孔的孔径D更加精准。

[0027] 本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著地进步，具体的说，模型桩测孔仪，在使用的时候，先将上连接件向测距仪方向拉伸，当上支撑臂和下支撑臂均与定位杆平行时测量测距仪与各定位片之间的距离L1，测量各对上连接件两侧的铰接轴的轴距或者各下连接件两侧的铰接轴的轴距L3，测量各上支撑臂上的两个铰接轴的轴距a，测量各下支撑臂上的两个铰接轴的轴距b；然后将下杆的下端伸入桩孔且上支撑臂与下支撑臂的铰接部低于桩孔孔沿，下杆的下端下降至所需测量位置，并通过测距仪测量出测距仪与各定位片之间的距离L2，然后利用公式即可计算出测量位置桩孔多个方向上的半径，进而求出桩孔在测量位置的孔径，将各个方向上的半径进行平均然后翻倍，即可精确得到高位置桩孔的孔径，如果测量位置与桩孔孔沿的距离超出所述定位杆的长度时，在上杆和下杆之间连接一个或多个连接杆，并记录连接杆的总长度L4，当下杆的下端下降至所需测量位置之后，通过测距仪测量出测距仪与定位片之间的距离L2，即可通过公式计算出测量位置桩孔多个方向上的半径，进而求出桩孔在测量位置的孔径，将各个方向上的半径进行平均然后翻倍，即可精确得到高位置桩孔的孔径，如果需要进一步提高精度，测量出铰接部的铰接轴轴线与所述铰接 部的外缘之间的距离L5，并在计算出每个方向桩孔的半径Rn的基础上加上L5，使得测量位置桩孔的孔径D更加精准。本发明的模型桩测孔仪，定位杆设置成分体结构，在测量桩孔比较深的位置的时候，可以方便的增加连接杆，这样能够始终保证测距仪在桩孔孔沿处，不用伸入桩孔中，在重力的作用下，上连接件沿定位杆滑动，上支撑臂和下支撑臂的铰接部始终抵在桩孔孔壁上，如果测量积水、泥浆中桩孔的孔径，上支撑臂和下支撑臂的铰接部可以伸入泥水中，只要保证定位片位于积水、泥浆之上，就可以精确得到该处桩孔的半径，误差仅有几毫米，由于室内模型试验中，桩孔中的积水、泥浆一般都比较浅，本发明的模型桩测孔仪完全可以满足使用要求。本发明的模型桩测孔仪，精度高、测量方便、结构简单且价格低廉。

[0028] 更进一步的，上杆上固设定位板，测距仪固设在定位板上，方便安装测距仪。

[0029] 更进一步的，定位杆上设置滑槽，上连接件为对称分布在所述定位杆两侧且与滑槽滑动设置的滑块，滑槽与滑块的配合，能防止上支撑臂的摆动，减小上支撑臂和下支撑臂各个铰接部的摩擦力，保证上连接件在定位杆上的顺畅滑动。

[0030] 更进一步的，设置定位块，在上连接件向测距仪方向拉伸的时候，上支撑臂或下支撑臂碰到定位块时，则判定上支撑臂和下支撑臂与定位杆平行，提升了效率且防止上支撑臂和下支撑臂的铰接部由于外凸或内凸而影响测量精度。

[0031] 更进一步的，上杆和下杆通过螺纹连接实现可拆卸连接，方便拆装。

[0032] 更进一步的，上杆的下端内壁上设置卡槽且所述下杆的上端外周面上设置用于与卡槽卡设固定的活动卡块结构，活动卡块结构包括活动卡块、设于下杆的上端内壁中且与活动卡块顶压配合的弹性件以及设于活动卡块下方且与活动卡块连接的活动按钮，上杆和所述下杆通过卡槽以及活动卡块结构实现可拆卸连接，方便拆装。

[0033] 更进一步的，上支撑臂和所述下支撑臂形状相同，所述上支撑臂上的两个铰接轴的轴距等于所述下支撑臂上的两个铰接轴的轴距，减少了测量工作量且方便计算桩孔的半径。

[0034] 桩孔孔径量测方法，测量精度高且测量方便。

[0035] 更进一步的，在步骤1中测量出铰接部的铰接轴轴线与铰接部的外缘之间的距离L5，并在步骤2中计算出的测量位置桩孔的半径的基础上加上L5，进一步增加了测量位置桩孔半径的精度。

附图说明

[0036] 图1是本发明实施例中模型桩测孔仪的结构示意图。

具体实施方式

[0037] 下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0038] 模型桩测孔仪的实施例

[0039] 如图1所示，包括定位杆、测距仪3、两个上支撑臂7、7’以及两个下支撑臂8、8’，测距仪3可以采用红外测距仪、雷达测距仪以及激光测距仪，本实施例中采用红外测距仪，定位杆包括上杆1和可拆卸连接在上杆1的下端的下杆11，测距仪3固设在上杆1上，下杆11的底部固设下连接件9，两个下支撑臂8、8’的一端通过铰接轴俯仰铰接在下连接件9上且两下支撑臂8、8’沿定位杆对称设置，在测距仪3和下连接件9之间设置两个上连接件5、5’，两个上连接件5、5’沿定位杆对称设置，两个上连接件5、5’均滑动设置在定位杆上，上连接件5、5’上均设置用于反射测距仪3的红外信号的定位片4、4’，两上支撑臂7、7’的一端通过铰接轴俯仰铰接在对应的上连接件5、5’上且两上支撑臂7、7’沿定位杆对称设置，位于定位杆同侧的上支撑臂7、7’和下支撑臂8、8’的另一端通过铰接轴铰接设置，上连接件7、7’两侧的铰接轴的轴距与下连接件8、8’两侧的铰接轴的轴距相等；本实施例中，为了减少了测量工作量且方便计算桩孔的半径，上支撑臂7、7’和下支撑臂8、8’形状相同，上支撑臂7、 7’上的两个铰接轴的轴距等于下支撑臂8、8’上的两个铰接轴的轴距；为了方便测距仪3的安装，上杆
1上固设定位板2，测距仪3固设在定位板2上；为了防止上支撑臂7、7’的摆动，减小上支撑臂
7、7’和下支撑臂8、8’各个铰接部的摩擦力，保证上连接件5在定位杆上的顺畅滑动，在定位杆上设置滑槽6，上连接件5为对称分布在定位杆两侧且与滑槽6滑动设置的滑块；为了在上连接件5向测距仪3方向拉伸的时候，上支撑臂7、7’或下支撑臂8、8’快速定位，提升定位效率且防止上支撑臂7、7’和下支撑臂8、8’的铰接部由于外凸或内凸而影响测量精度，上连接件5和下连接件9之间设置定位块10，定位块10的横截面为圆形或边数为偶数的正多边形，定位块10的半径或一组对边距离等于上支撑臂7、7’和下支撑臂8、8’均与定位杆平行时两上支撑臂7、7’之间的距离或两下支撑臂8、8’之间的距离，本实施例中，定位块10的横截面为正方形，且由于上支撑臂7、7’和下支撑臂8、8’形状相同，上支撑臂7、7’和下支撑臂8、8’均与定位杆平行时两上支撑臂7、7’之间的距离和两下支撑臂8、8’之间的距离相等，此时定位块10在定位杆上设置的位置比较灵活，在上支撑臂和下支撑臂均与定位杆平行时，定位块可以设置在两上支撑臂7、7’之间，也可设置在两下支撑臂8、8’之间，本实施例中定位块设置在两上支撑臂7、7’之间，本实施例中上杆1和下杆11通过螺纹12连接实现可拆卸连接，方便拆装。

[0040] 本实施例的模型桩测孔仪，在使用的时候，先将上连接件向测距仪方向拉伸，当上支撑臂和下支撑臂均与定位杆平行时分别测量测距仪与两定位片之间的距离L1，测量两个上连接件两侧的铰接轴的轴距或者下连接件两侧的铰接轴的轴距L3，测量上支撑臂上的两个铰接轴的轴距a，测量下支撑臂上的两个铰接轴的轴距b；然后将下杆的下端伸入桩孔且上支撑臂与下支撑臂的铰接部低于桩孔孔沿，下杆的下端下降至所需测量位置，并通过测距仪分别测量出测距仪与两定位片之间的距离L2，然后利用公式即可 计算出测量位置两个方向上桩孔的半径，进而求出桩孔在测量位置的孔径，将两个方向上的半径进行平均然后翻倍，即可精确得到高位置桩孔的孔径，如果测量位置与桩孔孔沿的距离超出所述定位杆的长度时，在上杆和下杆之间连接一个或多个连接杆，并记录连接杆的总长度L4，当下杆的下端下降至所需测量位置之后，通过测距仪分别测量出测距仪与两定位片之间的距离L2，即可通过公式计算出测量位置两个方向上桩孔的半径，进而求出桩孔在测量位置的孔径，将两个方向上的半径进行平均然后翻倍，即可精确得到高位置桩孔的孔径，如果需要进一步提高精度，测量出铰接部的铰接轴轴线与所述铰接部的外缘之间的距离L5，并在计算出每个方向桩孔的半径Rn的基础上加上L5，使得测量位置桩孔的孔径D更加精准。本发明的模型桩测孔仪，定位杆设置成分体结构，在测量桩孔比较深的位置的时候，可以方便的增加连接杆，这样能够始终保证测距仪在桩孔孔沿处，不用伸入桩孔中，在重力的作用下，上连接件沿定位杆滑动，上支撑臂和下支撑臂的铰接部始终抵在桩孔孔壁上，如果测量积水、泥浆中桩孔的孔径，上支撑臂和下支撑臂的铰接部可以伸入泥水中，只要保证定位片位于积水、泥浆之上，就可以精确得到该处桩孔的半径，本发明的模型桩测孔仪，精度高、测量方便、结构简单且价格低廉。

[0041] 在其他实施例中，与上述实施例不同的是，上杆的下端内壁上设置卡槽且下杆的上端外周面上设置用于与卡槽卡设固定的活动卡块结构，活动卡块结构包括活动卡块、设于下杆的上端内壁中且与活动卡块顶压配合的弹性件以及设于活动卡块下方且与活动卡块连接的活动按钮，上杆和所述下杆通过卡槽以及活动卡块结构实现可拆卸连接，同样可以很方便的进行拆装；在其他实施例中，与上述实施例不同的是，上支撑臂和下支撑臂均有两对，上连接件也设置两对，这样得到测量位置的桩孔孔径更加精确。

[0042] 桩孔孔径量测方法的实施例，如图1所示，包括以下步骤：

[0043] 步骤1、向测距仪3方向拉伸上连接件4，当上支撑臂7、7’和下支撑 臂8、8’均与定位杆平行时测量测距仪3与两定位片4、4’之间的距离L1，L1可以通过测距仪进行测量，也可以通过人工测量；

[0044] 测量上连接件5、5’两侧的铰接轴的轴距或者下连接件9两侧的铰接轴的轴距L3；

[0045] 测量上支撑臂7、7’上的两个铰接轴的轴距a，测量下支撑臂8、8’上的两个铰接轴的轴距b；

[0046] 步骤2、将下杆11的下端伸入桩孔且上支撑臂7、7’与下支撑臂8、8’的铰接部低于桩孔孔沿，当测量位置与桩孔孔沿的距离短于定位杆的长度时，下杆11的下端直接下降至所需测量位置，并通过测距仪3分别测量出测距仪3与两定位片4之间的距离L2，然后两个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式计求出：

[0047]

[0048] 其中，

[0049] 则桩孔在测量位置的平均孔径可根据下式求出：

[0050]

[0051] 当测量位置与桩孔孔沿的距离超出定位杆的长度时，在上杆1和下杆11之间连接一个或多个连接杆，并记录连接杆的总长度L4，当下杆11的下端下降至所需测量位置之后，通过测距仪3测量出测距仪3与定位片4之间的距离L2，

[0052] 然后两个方向中两个方向桩孔的半径Rn均可利用公式求出：

[0053]

[0054] 其中，

[0055] 则桩孔在测量位置的平均孔径可根据下式求出：

[0056]

[0057] 在其他实施例中，与上述桩孔孔径量测方法的实施例不同的是，步骤1中，测量出所述铰接部的铰接轴轴线与所述铰接部的外缘之间的距离L5，并在步骤2中计算出的两个方向桩孔的半径Rn的基础上加上L5，使得测量位置桩孔的孔径D更加精准,即当测量位置与桩孔孔沿的距离短于定位杆的长度时，两个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式计求出：

[0058]

[0059] 其中，

[0060] 当测量位置与桩孔孔沿的距离超出所述定位杆的长度时，两个方向中每个方向桩孔的半径Rn均可利用公式计求出：

[0061]

[0062] 其中，

[0063] 需要指出的是，当上支撑臂上的两个铰接轴的轴距等于下支撑臂上的两个铰接轴的轴距时，上述公式可以简化，方法是用a替换b或者用b替换a即可，具体公式不再赘述，另外，测距仪可以采用红外测距仪、雷达测距仪以及激光测距仪，本实施例中采用红外测距仪。

[0064] 应当说明的是，本发明中所述的轴距均指转轴轴线之间的距离。

[0065] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发 明请求保护的技术方案范围当中。