[发明专利]一种超声波成孔检测探头装置及其检测方法

说明书

本发明公开了一种超声波成孔检测探头装置，包括电缆线、控制单元、电子罗盘、陀螺仪、加速度计、声波发射接收单元，声波发射接收单元包括多个超声波发射接收单元。本发明还公开了一种超声波成孔检测探头控制方法，控制单元实时读取电子罗盘、陀螺仪、加速度计数据，确定装置摆动位置、空间姿态和超声波发射接收单元的空间指向，控制完成发射接收超声波的检测过程，得到孔壁反射点。控制单元读取加速度计数据，判断检测过程中是否触碰孔壁，确定触碰时间，计算触碰孔壁点。根据孔壁反射点和触碰孔壁点，计算钻孔中心点和钻孔直径，最终得到钻孔的倾斜角和钻孔的倾斜方位角。检测过程中无需抑制探头装置的摆动，极大的简化了对地面绞车的要求。

技术领域

本发明属于岩土工程检测领域中的应用超声波法检测灌注桩成孔质量的技术领域，具体涉及一种超声波成孔检测探头装置，还涉及一种超声波成孔检测探头装置的检测方法。

背景技术

现有技术中，成孔检测有两种技术路线，一种基于机械接触法，一种基于超声波法。

机械接触法成孔检测仪通常采用的检测方法为：计算机控制绞车收放在成孔泥浆中的接触式检测装置，接触式检测装置的核心构件是多个可向外展开的类似于雨伞伞骨的机械臂，机械臂展开角度与某种电位器输出相关，计算机通过读取电位器的输出值换算接触式传感器多个机械臂向外伸展的角度，进而换算出成孔的等效直径。传统的机械接触法成孔检测仪最重要的缺陷是不能检测成孔的倾斜度，而成孔倾斜度检测是成孔检测中的一个必不可少的检测项目。专利号 2012102475720《可实现钻孔三维成像的检测装置及其方法》提出了一种在接触式传感器中增加磁阻传感器检测方位角、增加加速度计检测倾斜角的技术方法，以实现检测成孔孔径时，同时检测成孔倾斜度。这种方法存在一些问题：首先，每个机械臂与孔壁的具体接触点的接触性状有很强的随机性，这是岩土材料离散性导致的，提升传感器时多个机械臂与孔壁接触摩擦过程十分复杂，无法保证倾斜角的检测精度；其次，机械臂张开的力度过小，不足以影响传感器跟随孔壁倾斜，机械臂张开的力度过大，机械臂与成孔孔壁接触时受到接触性状随机性的影响很大。专利申请号CN201410244920.8《带有电子罗盘的地下连续墙质量检测装置及其方法》涉及一种使用电子罗盘指示方向，进而修正实际方位的机械接触法检测装置。

超声波成孔检测通常采用的检测方法为：计算机控制绞车收放放置在成孔泥浆中的探头装置，同时计算机控制探头装置向四周发射超声波并接收钻孔孔壁的反射波，通过反射位置计算得到成孔孔径，不同深度同一方向反射位置的变化可以反映成孔的倾斜度。超声波成孔检测过程中收放探头装置时，要确保探头装置始终处在一条铅锤线上，且不能发生扭转，即探头装置中的超声波传感器面对的方向不能发生改变。

超声波成孔检测的原理是反射波法，检测装置的超声波发射接收部分并不复杂，检测装置的复杂性是要求检测过程中确保探头装置“始终处在一条铅锤线上”、确保探头装置“不发生扭转”等特定要求带来的。确保探头装置“始终处在一条铅锤线上”，实际上是保证探头装置被放置在钻孔任意深度H处时探头装置的平面坐标不变，“不能发生扭转”实际上是保证检测的四个方向不变，带来的好处是(在假定钻孔截面是圆形的前提下)钻孔截面圆心平面坐标和半径的计算十分简单，钻孔截面圆心平面坐标随着深度的变化就可以反映桩孔的倾斜。

实际检测过程中，灌注桩的成孔往往有数十米甚至上百米深，放置在孔中的探头装置与电缆线构成一个摆系统，孔内电缆线长度相当于摆长，探头装置为摆端重物，收放电缆线时有多种因素会导致这个摆系统受到扰动发生摆动。例如，缠绕在绞车线轮上的电缆线长期受到弯曲作用处于平衡的自然弯曲状态，检测过程中从绞车放出电缆线时，电缆线处于铅锤拉直状态，这是一个克服电缆线弯曲状态建立新平衡的动态过程，会导致一定的摆动。再如，探头装置本身重心偏差，升降过程中受到的阻力不均衡，上方孔口电缆悬挂装置刚性不足，甚至有时由于检测过于仓促，成孔结束后清孔导致的泥浆尚未完全静止，等等，都可能带来复杂的扰动，导致探头装置摆动和扭转，见图1( a) 。