CN119163011A - 一种管桩桩底标高达标与否的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，预先在桩机的控制系统中导入桩底控制信息，桩底控制信息包含每个桩位对应的预计桩底标高信息；然后通过桩位识别系统自动识别正在施工的桩位坐标，结合桩底控制信息，确定该桩位对应的预计桩底标高；同时实时测量正在施工管桩的桩顶标高，结合桩长，得到实际桩底标高；将实际桩底标高和预计桩底标高对比，如果满足设计要求，即认为管桩桩底标高达标，否则没有达标。本发明能够实时自动判定管桩桩底标高是否达标，有利于准确指导管桩施工，提高管桩施工质量，整个过程不需要人为参与，避免了人为参与对结果的影响。

Description

一种管桩桩底标高达标与否的判断方法

技术领域

本发明涉及管桩施工过程控制，具体涉及一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，属于管桩施工技术领域。

背景技术

桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础形式，广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等工程中，其主要用于提高地基与基础的承载力，是应用最广泛的深基础形式。桩基础按施工方法可分为灌注桩和预制桩两大类。预制桩因其质量可视可控、成本低、工期短、现场清洁等优点，在市场应用越来越广泛。

预制桩包括木桩、钢桩、管桩等，其中又以管桩应用最为广泛，施工方式一般为锤击和静压。锤击即通过打桩机将管桩打入地下。

桩基质量的主控项目之一为承载力，管桩的承载力发挥模式分为端承桩和摩擦桩两大类。端承桩在施工过程中一般采取双控，即同时要求贯入度和桩底标高符合要求。一般是先控制贯入度，贯入度满足要求后收锤，收锤后核验桩底标高是否满足要求，不满足要求的情况下将组织商议后续处理方式。故在端承桩施工过程中，桩底是否按照设计要求进入持力层一定深度对于承载力发挥起到重要影响，也是重要的控制因素。另外，桩基工程属于隐蔽工程，在管桩打入地下后，便难以再准确测量其桩底标高，不具备可追溯性，因此，很容易出现人为因素导致的桩底标高失真，为桩基质量安全带来巨大风险，也为建设单位产生了大量不必要的成本。因此，如何在施工过程中客观准确地判定管桩桩底标高是否达标就显得尤为重要，也是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

目前的桩底标高测量方式一般为人工先测量桩顶标高，结合桩长数据，计算出桩底标高。再通过人工查阅该桩位附近的地勘钻孔数据，估算该桩位的持力层标高信息，结合设计的持力层进入深度要求，判断该桩位桩底标高是否达标。该过程需要人工测量大量数据，既消耗人力，也容易出现人为因素导致的数据失真。而持力层标高信息为人工估算，受估算人员经验的影响较大，难以保证准确。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，本发明能够实时自动判定管桩桩底标高是否达标，有利于准确指导管桩施工，提高管桩施工质量，整个过程不需要人为参与，避免了人为参与对结果的影响。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，按如下步骤进行，

1）将地勘图纸中各钻孔点位的坐标和持力层标高信息导入到系统平台中，同时将施工图纸中各桩位坐标及各桩位桩底应进入持力层深度信息导入系统平台中；系统平台根据各钻孔点位的坐标和持力层标高信息拟合生成地质模型，再结合通过施工图纸导入的各桩位坐标和桩底应进入持力层深度信息，确定各桩位的预计桩底标高信息；将桩位坐标和预计桩底标高信息作为桩底控制信息下发到桩机上的控制系统；

2）通过桩位识别系统自动识别当前正在施工的桩位坐标，并与通过施工图纸中导入的各桩位坐标匹配，确定正在施工的桩位对应施工图纸中的桩位及桩位坐标，结合桩底控制信息，确定该正在施工桩位坐标对应的预计桩底标高信息；

3）实时测量正在施工管桩的桩顶标高，根据桩顶标高，结合桩长，实时得到实际桩底标高；

4）将实际桩底标高和步骤2）得到的预计桩底标高信息对比，如果两个数据的差异满足设计要求，即认为管桩桩底标高达标，否则没有达标。

进一步地，步骤3）中桩长按如下方法确定，

a）在桩机的控制系统中预先导入施工图纸信息，施工图纸信息包含每个桩位的坐标、每个桩位的管桩规格和该管桩规格对应的管桩每米重量P；管桩规格包括管桩直径和壁厚；

b）管桩通过桩机上的吊具起吊时，实时测量管桩起吊过程中作用于吊具上的重量，并将重量实时传输给控制系统；当重量波动小于设定值且持续超过设定时间时，即认为管桩完全离地，此时重量即为管桩重量M；

c）通过所述桩位识别系统自动识别当前正在施工的桩位坐标，并与步骤a）预先导入控制系统的施工图纸信息结合，以确定该桩位管桩每米重量P，即得到桩长L=M/P。

进一步地，所述桩位识别系统包括GNSS接收机，所述GNSS接收机为沿桩机平台纵向中心对称设置的左右两个，两GNSS接收机与待施工的管桩位置固定且三者位于等腰三角形的三个顶点，通过两GNSS接收机直接测量得到等腰三角形中其中两个顶点的坐标，通过计算即得到第三个顶点的坐标，该第三个顶点的坐标即为当前施工的桩位坐标。

更进一步地，在桩机平台上位于两GNSS接收机的位置分别设有天线支架，两GNSS接收机设置在对应的天线支架顶端。

进一步地，所述吊具为吊钩且为两个，每个吊钩上设有称重传感器，起吊过程中，两个称重传感器的读数之和即为管桩起吊过程中作用于吊具上的重量。

进一步地，所述吊具为吊钩且为两个，在桩机平台上设有卷扬机，在桩机平台前方居中设有桩架，在桩架上端设有牵引定滑轮，每个吊钩分别与牵引钢绳一端连接，牵引钢绳另一端通过牵引定滑轮变向后与卷扬机连接；在桩架和牵引定滑轮之间设有称重传感器；起吊过程中，称重传感器的读数即为管桩起吊过程中作用于吊具上的重量。

步骤3）中桩长也可以按如下方法确定，管桩通过桩机上的吊具起吊时，实时测量管桩起吊过程中作用于吊具上的重量，重量持续增加至某一值后逐渐稳定，之后再骤降；刚开始骤降的瞬间，即为管桩顶部套入锤帽中且同时管桩底部接触地面的时刻，测量此时的地面标高和桩顶标高，则桩长L=桩顶标高-地面标高。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明预先将包含各地勘钻孔的坐标信息和持力层标高信息导入到系统平台中，系统平台根据导入信息生成地质模型，再结合通过施工图纸导入的各桩位坐标和桩底应进入持力层深度信息，确定各桩位的预计桩底标高信息。将桩位坐标和预计桩底标高信息作为桩底控制信息下发到桩机上的控制系统，再和实际施工桩位坐标比对，即可得到施工桩位预计桩底标高信息，同时通过桩顶标高和桩长实时测量得到实际桩底标高，即可知晓管桩桩底标高是否达标。本发明能够实时自动判定出管桩桩底标高是否达标，有利于准确指导管桩施工，提高管桩施工质量，整个过程不需要人为参与，避免了人为参与对结果的影响。

本发明中，需要测量的参数有桩顶标高、桩长、桩底标高和桩位坐标，这些参数都是将相关测量元器件的信号传输给施工控制系统，由控制系统自动解算出来，不需要人的参与。这些数据直接进入施工控制系统，各方均可查看，便于溯源，除了用于本发明管桩桩底标高达标与否的判断外，还可以用于施工中其他指标的计算和过程控制，有效地实现了施工过程的全监督，有利于施工质量的提升。

附图说明

图1-本发明管桩桩底标高达标与否的判断方法流程图。

图2-本发明桩机及其附属机构整体结构示意图。

图3-本发明管桩起吊示意图。

图4-本发明锤架位移测量机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方案做详细描述。

本发明一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，按如下步骤进行，同时请参见图1，

1）将地勘图纸中各钻孔点位的坐标和持力层标高信息导入到系统平台中，同时将施工图纸中各桩位坐标及各桩位桩底应进入持力层深度信息导入系统平台中；系统平台根据各钻孔点位的坐标和持力层标高信息拟合生成地质模型，再结合通过施工图纸导入的各桩位坐标和桩底应进入持力层深度信息，确定各桩位的预计桩底标高信息；将桩位坐标和预计桩底标高信息作为桩底控制信息下发到桩机上的控制系统。由于地勘图纸中是各个钻孔点位的持力层标高信息，这些点位是离散的，本发明先将地勘图纸中离散的钻孔点位对应的持力层标高信息拟合为连续的可知晓任意坐标点位持力层标高信息的地质模型，这样再结合施工图纸中各桩位坐标和桩底应进入持力层深度信息，就可以知晓各桩位对应的预计桩底标高信息。

2）通过桩位识别系统自动识别当前正在施工的桩位坐标，并与通过施工图纸中导入的各桩位坐标匹配，确定正在施工的桩位对应施工图纸中的桩位及桩位坐标，结合桩底控制信息，确定该正在施工桩位坐标对应的预计桩底标高信息；

3）实时测量正在施工管桩的桩顶标高，根据桩顶标高，结合桩长，实时得到实际桩底标高；

4）将实际桩底标高和步骤2）得到的预计桩底标高信息对比，如果两个数据的差异满足施工图纸上的设计要求，即认为管桩桩底标高达标，否则没有达标。

本发明预先将包含桩位坐标和预计桩底标高的桩底控制信息导入控制系统，将桩底控制信息和实际施工桩位坐标比对，即可得到实际施工桩位对应的预计桩底标高信息，同时通过桩顶标高和桩长实时测量得到实际桩底标高，即可知晓管桩桩底标高是否达标。本发明能够实时自动判定出管桩桩底标高是否达标，有利于准确指导管桩施工，提高管桩施工质量，整个过程不需要人为参与，避免了人为参与对结果的影响。

通过上述描述可以看出，本发明需要知晓的参数有桩长、桩顶标高、桩底标高和桩位坐标。以下对此分别进行逐一说明。

一、桩长测量。

桩长可以有多种测量方法，以下给出其中较为优选的两种。

桩长测量方法1：

a）跟地勘图类似，在桩机的控制系统中预先导入施工图纸信息，施工图纸信息包含每个桩位的坐标、每个桩位的管桩规格和该管桩规格对应的管桩每米重量P；管桩规格包括管桩直径和壁厚；

b）管桩通过桩机上的吊具起吊时，实时测量管桩起吊过程中作用于吊具上的重量，并将重量实时传输给控制系统；当重量波动小于50kg且持续超过5秒时，即认为管桩完全离地，此时重量即为管桩重量M。由于刚开始离地时管桩通常会有晃动，故重量往往会有一定的波动，波动过程中出现的最大值通常比管桩实际重量要大，所以需要等管桩稳定后再进行读数，此时才能得到真正的管桩重量。如果要等到读数完全没有波动，需要的时间较长，影响施工效率，对测量结果也没有实质性提升。故本发明将波动较小且持续一定时间即认为管桩处于稳定状态，这样处理也不会影响最终桩长测量结果。

c）通过桩位识别系统自动识别当前施工的桩位坐标，并与步骤a）预先导入控制系统的施工图纸信息结合，以确定该桩位对应的管桩每米重量P，即可得到管桩长度L=M/P。

桩长测量方法2：

管桩起吊打桩的流程为先将锤架提升至较管桩长度略高的高度，然后左右两个吊钩拉住缠绕在管桩上的钢绳，将管桩从地面吊起，吊至管桩完全悬空后，将管桩套入锤架上的锤帽内，然后吊钩缓慢下降至管桩接触地面，管桩下降过程中锤架同步下降，桩顶保持处于锤帽内，避免管桩倾倒，管桩的重量由吊钩主要承担转变为地面主要承担，此时吊钩受力骤降。方法2正是基于管桩施工的特点而设计，具体如下。

管桩通过桩机上的吊具起吊时，实时测量管桩起吊过程中作用于吊具上的重量，重量持续增加至某一值后逐渐稳定，之后再骤降；刚开始骤降的瞬间，即为管桩顶部套入锤帽中且同时管桩底部接触地面的时刻，测量此时的地面标高和桩顶标高，则桩长L=桩顶标高-地面标高。

两种方法虽然都涉及管桩重量测量，但桩长测量原理完全不同。方法1直接将重量M作为计算桩长的依据，管桩每米重量P，M/P即为桩长L。方法2只是将特定时刻得到的管桩重量作为测量标高的时机，在桩长实际计算中不会用到管桩重量，该时刻下，管桩底部刚好接触地面，故此时桩长为地面标高和桩顶标高的差值。通过测量地面标高和桩顶标高，即可得到桩长。

本发明桩长测量涉及起吊，而起吊相关的结构可以参见图2和图3，从图上可以看出，所述吊具为吊钩20且为两个，每个吊钩20上设有称重传感器26。在桩机平台2上设有卷扬机21，在桩架3上端设有牵引定滑轮22，每个吊钩20分别与牵引钢绳23一端连接，牵引钢绳23另一端通过牵引定滑轮22变向后与卷扬机21连接，由卷扬机驱动牵引钢绳收放实现管桩的起吊。起吊过程中，两个称重传感器26的读数之和即为管桩起吊过程中作用于吊具上的重量。实际操作中，当两个称重传感器的读数之和超过1t后才开始进行测量，实时监测重量。这是由于在起吊开始后，起吊重量才有可能大于1t，而起吊过程只占整个施工过程的一小部分，大部分时候是不需要监测重量的，重量超过1t后才监测，这样可以节约系统资源，也可以反映出目前桩机处于作业中的吊运环节。

上述两桩长测量方法中，也可以不在吊钩上设置称重传感器，而改造吊钩的牵引钢绳23经过的牵引定滑轮22，即在桩架3和牵引定滑轮22之间设置称重传感器。起吊过程中，称重传感器的读数即为管桩起吊过程中作用于吊具上的重量。通过称重传感器测量牵引定滑轮受力情况的改变，基于同样的原理，也能测量出管桩重量。

本发明桩长测量在管桩施工的起吊环节自动实现的，不改变现有的起吊操作，也不需要人为参与，只需要对现有桩机结构进行适应性改进（吊钩上或者牵引定滑轮上增设称重传感器）即可，且改造简单。本发明避免了测量过程人为参与对结果的影响，同时节省了人力成本。方法1通过管桩重量计算长度，由于规范要求中桩长为整数米，如10米、12米、15米，故最后计算出的桩长L以米为单位确定并按四舍五入规则取整即可，因此即使称重传感器在测量时存在些许误差，因为四舍五入而抵消，不会对最终结果有影响，而方法2重量只是确定标高测量时机，本身不用于桩长计算，对重量的精度要求更低。故两方法对重量传感器精度、安装要求较低，成本便宜，更容易实现。

二、桩顶标高测量。

桩顶标高除了作为管桩施工的基础数据外，本发明在确定桩底标高以及方法2测量桩长的时候，都需要用到桩顶标高；故桩顶标高的测量是本发明重要一环。

为测量桩顶标高，本发明专门提出了一种实时测量管桩桩顶标高的结构，参见图2和图4，包括桩机1，桩机1包括桩机平台2和在桩机平台前端中部设置的桩架3，桩架3前侧通过锤抱箍4设有锤架5，锤架5在驱动机构的驱动下可通过锤抱箍4沿桩架3上下升降。

在桩机平台2上设有天线支架6，天线支架6顶端设有检测高程的GNSS接收机7。本发明将GNSS接收机设置在天线支架顶端，而天线支架位于桩机平台远离桩架的空旷位置，这样可以避免桩架、锤架等对GNSS接收机的影响，能够准确进行高程测量。

本发明还包括锤架位移测量机构，参见图4，锤架位移测量机构包括拉绳8、减速机构和位移传感器9，所述减速机构包括若干定滑轮10组成的定滑轮组和若干动滑轮11组成的动滑轮组，定滑轮组位于动滑轮组正上方，所有定滑轮10水平并排间隔固定在滑轮支架12上，所有动滑轮11水平并排间隔固定在配重13上；拉绳8的一端固定在滑轮支架12上，拉绳的另一端按定滑轮10、动滑轮11的顺序从一侧开始依次交替绕过所有定滑轮和动滑轮后从定滑轮10转向向下引出，向下引出的拉绳8通过变向定滑轮14变向后竖直向上并与锤抱箍4固定连接；滑轮支架12固定在桩机平台2上并位于桩架3后方；位移传感器9与配重13连接用于检测锤架下行过程中配重经减速后产生的位移量；减速机构用于将拉绳8另一端的位移减速后传递给配重13。

本发明位移传感器需要全程测量锤架每锤的下行位移，并依此来计算桩顶标高，而锤架在不同阶段的速度跨度很大，在锤击初期或者地质比较松软的情况下，一锤下去，锤架可能下落几米，这种情况下，速度很快；而在管桩入土后期每锤下行速度很慢，特别是收锤阶段，更是以毫米计。所以现有的检测对象对位移传感器提出了很高的要求。在速度很快的情况下，位移传感器可能出现检测失灵的状况。基于此，本发明通过减速机构，将锤架5的下落速度减速后再传递给位移传感器9，确保位移传感器9能够可靠检测，锤架实际下落位移就是位移传感器检测到的位移乘以减速比。实施例中，通过滑轮组作为减速机构可以将锤架下行速度调速至1/2-1/16（实际使用1/8或1/10），锤抱箍和滑轮组之间用钢绳连接，动滑轮组下方用一配重牵引向下运动，配重下方再连接位移传感器，结合减速倍数，即可求得锤与桩机平面的相对位置。在桩机平面上安装有GNSS接收机，可以求得桩机平面的高程，再结合与锤的相对位置，结合锤长，即可求得管桩桩顶标高。

本发明只需要前期将相关常数标定好，后期实际测量时，位移传感器与测量系统连接，测量系统实时读取位移传感器检测值，测量系统即可自动计算出桩顶实时标高。该桩顶标高除了用于确定桩底标高和方法2中用于管桩长度测量外，还可以作为施工数据储存在测量系统中，用于控制施工质量和费用结算。

进一步地，所述位移传感器9为编码器，编码器通过滑轮轴与测速定滑轮15连接；测速绳16一端与配重13固定连接，另一端绕测速定滑轮15一周后向下与收线装置17连接。配重下落过程中，测速绳上端会跟着下落，收线装置会实时将测速绳收紧，收紧过程中使得测速定滑轮发生转动，编码器根据测速定滑轮的转动角度及直径，即可得到相应位移。编码器技术成熟，测量精度高，工作可靠。

所述变向定滑轮14为两个，分别固定安装在桩架3下方的前侧和后侧，位于桩架后侧的变向定滑轮用于将拉绳由竖直向下变向为向前；位于桩架前侧的变向定滑轮用于将拉绳由向前变向为竖直向上。通过两变向定滑轮14，可以实现拉绳可靠的变向，又不会与周围发生干涉。实际安装中，两个变向定滑轮不一定需要在同一水平线上。前侧的变向定滑轮的安装位置需要尽量低，但装在平台平面以下的任意位置都有可能在管桩起吊过程中被碰撞导致损坏，所以只能安装在平台上方，这也是为什么要装拉绳支架（下文会介绍）的原因。

进一步地，在锤抱箍4上固定安装有竖直朝上的拉绳支架18，所述拉绳8的另一端固定在拉绳支架18的顶部。拉绳支架应靠内安装，使与拉绳连接处离前侧的变向定滑轮的水平距离在1-2cm，既避免与变向定滑轮碰撞，也尽可能缩短与变向定滑轮的水平距离，减少偏角产生的影响。因为桩机平台2有一定高度，通过拉绳支架18的设置，可以确保管桩19收锤的时候，拉绳8另一端始终是朝上的。如果拉绳另一端低于桩机平台，转向定滑轮会失效，这种情况下管桩入土越深，反而会通过拉绳拉动配重上行，导致桩顶标高测量异常。即使拉绳另一端在平台上方，由于实际安装环境难以做到拉绳绕过转向定滑轮后就竖直向上，会和竖直方向有一定的外偏角度，如果拉绳另一端距离转向定滑轮比较近，该偏角就比较明显，其结果就导致拉绳另一端的较小位移（收锤阶段位移都很小）在减速后可能就难以在位移传感器上检测出来，从而影响位移传感器的测量精度。实施例中，锤抱箍4为上下设置的两组，拉绳支架18竖直朝上固定安装在下方的锤抱箍4上。

进一步地，所述滑轮支架12为上端封闭、下端敞口的管状结构，定滑轮组、动滑轮组、配重13、位移传感器9、测速定滑轮15和收线装置17均位于管状空腔中；拉绳8另一端通过下端敞口穿出。通过管状空腔将相应构件隐藏于内，一方面对相应部件进行很好地保护，防止外部因素的干扰和影响，使之工作可靠，另一方面使整体结构看起简洁、规整。同时管状空腔具有约束限位作用，确保配重在管腔内上下移动，避免配重水平晃动带来的钢绳缩放。实施例中，在配重两侧分别设有滚轮，配重通过滚轮与管状空腔内壁贴合，可以使配重下行更丝滑顺畅。

基于前述设计的实时测量管桩桩顶标高的结构，本发明按如下步骤测量桩顶标高，

S1）常数C标定；通过桩机1预先将管桩19起吊至竖直状态；并按现有方法测量得到管桩桩顶标高标定读数X_桩0；读取桩机平台支架上的GNSS接收机获得的标定用标高Y₀，同时得到桩顶标高为X_桩0时对应的位移传感器标定读数Z₀；设减速机构的减速比为n，则得到拉绳另一端的标定位移量为nZ₀；有等式X_桩0=Y₀+nZ₀+C；则常数C=X_桩0-Y₀-nZ₀。测量时，管桩桩顶标高标定读数X_桩0可以通过人工标定，即将GNSS接收机直接放置在管桩顶部测量其标高。为了防止GNSS接收机周围较高金属构件对测量的影响，可以把管桩锤入地面一定深入后（也可以直接锤击到位），再测量Y₀和Z₀，然后保持管桩不动，移开桩机，将GNSS接收机直接放置在管桩顶部测量其标高，即可测量得到不受干扰的准确的X_桩0；

S2）在实际测量时，实时读取位移传感器读数Z，则拉绳另一端的实时位移量为nZ；GNSS接收机获得的标高读数为Y；则桩顶实时标高X_桩=Y+nZ+C。

所述减速比为2-16。

理论上，要求桩机平台测量时处于水平状态，但考虑到实际施工现场环境的复杂性，桩机平台并不是一直处于水平状态，左右之间可能会有倾斜。鉴于此，本发明GNSS接收机为左右两个，沿桩机平台纵向中心对称设置，步骤S2）中的Y为两GNSS接收机获得的标高读数的算术平均值。

同样地，前后之间也可能会存在一定程度的倾斜，不同的倾角会对测量结果带来不同的影响，为消除该影响，本发明设置与倾角相关的常数A，常数A为两个GNSS接受机的连线到锤竖向中心线的直线距离，采用卷尺测量即可。

则步骤S2）实际测量中，还需要通过倾角测量仪同时测量桩机平台相对水平面的倾斜角度θ，则桩顶实时标高X_桩=Y+nZ+C+A*tgθ。

在桩长测量方法2中，除了需要知晓桩顶标高外，还需要知晓地面标高。为测量地面标高，本发明在桩机平台2前端中间位置安装一个竖直向下对准桩机前腿25的激光测距仪24，前腿升降，则激光测距仪数据变化相同的量。激光测距仪前端加装一个保护管，防止激光测距仪灯口被弄脏。

按如下步骤测量地面标高，

1）常数E标定；在桩机静止状态下，按现有方法（即采用GNSS接收机、水准仪或全站仪等测量设备人工测量所在地面位置标高）测量得到地面标高标定读数X_地0；读取桩机平台支架上的GNSS接收机获得的标定用标高Y₁，同时得到地面标高X_地0时的激光测距仪标定读数F₀；有等式X_地0=Y₁+F₀+E；则常数E=X_地0-Y₁-F₀；

2）实际测量时，实时读取激光测距仪读数F；GNSS接收机获得的标高读数为Y；则此时地面标高X_地=Y+F+E。

考虑到桩机平台倾角的影响，跟桩顶标高测量一样，设置与倾角相关的常数A，常数A为两个GNSS接收机的连线到锤竖向中心线的直线距离；

则步骤2）实际测量中，同时测量桩机平台相对水平面的倾斜角度θ，则此时地面标高X_地=Y+F+E+A*tgθ。

本发明地面标高测量和桩顶标高测量时，都涉及GNSS接收机获得的标高读数Y以及常数A和倾斜角度θ；基于两者测量原理可知，两者共用同一个GNSS接收机获得的标高读数Y、同一个常数A和同一个倾斜角度θ。

三、桩底标高确定。

桩顶标高和桩长确定后，两者相减即为桩底标高，即桩底标高=桩顶标高-桩长。

四、桩位坐标确定。

本发明桩位坐标通过桩位识别系统自动识别。桩位坐标与桩底控制信息结合可以确定预计桩底标高，桩位坐标与施工图结合可以确定该坐标对应的管桩信息（管桩规格和该管桩规格对应的管桩每米重量）。本发明桩位识别系统主体就是前文介绍的两GNSS接收机7，两GNSS接收机7与待施工的管桩19（或者桩架）位置固定且三者位于等腰三角形的三个顶点，即等腰三角形的三条边长和三个角度已知。GNSS接收机除了可以测量高程外，也可以测量所在点的坐标。即通过两GNSS接收机7直接测量得到等腰三角形中其中两个顶点（两底角对应的顶点）的坐标，基于等腰三角形的信息通过简单的数学计算即得到第三个顶点（顶角对应的顶点）的坐标，该第三个顶点的坐标即为当前施工的桩位坐标。

实际施工的坐标往往和施工图纸上标注的坐标不完全一致，有些许差异，通过与施工图纸匹配，就很容易确定实际施工的桩位对应着施工图纸上的某桩位，施工图纸上该桩位的预计桩底标高信息通过桩底控制信息可以获取，则实际施工桩位的预计桩底标高信息参照施工图纸上对应桩位的标高信息确定即可。

通过上述记载可以看出，本发明需要测量的参数有桩顶标高、桩长、桩底标高和桩位坐标，这些参数都是将相关测量元器件的信号传输给施工控制系统，由控制系统自动解算出来，不需要人的参与。这些数据直接进入施工控制系统，各方均可查看，便于溯源，除了用于本发明管桩桩底标高达标与否的判断外，还可以用于施工中其他指标的计算和过程控制，有效地实现了施工过程的全监督，有利于施工质量的提升。

最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：按如下步骤进行，

1）将地勘图纸中各钻孔点位的坐标和持力层标高信息导入到系统平台中，同时将施工图纸中各桩位坐标及各桩位桩底应进入持力层深度信息导入系统平台中；系统平台根据各钻孔点位的坐标和持力层标高信息拟合生成地质模型，再结合通过施工图纸导入的各桩位坐标和桩底应进入持力层深度信息，确定各桩位的预计桩底标高信息；将桩位坐标和预计桩底标高信息作为桩底控制信息下发到桩机上的控制系统；

2）通过桩位识别系统自动识别当前正在施工的桩位坐标，并与通过施工图纸中导入的各桩位坐标匹配，确定正在施工的桩位对应施工图纸中的桩位及桩位坐标，结合桩底控制信息，确定该正在施工桩位坐标对应的预计桩底标高信息；

3）实时测量正在施工管桩的桩顶标高，根据桩顶标高，结合桩长，实时得到实际桩底标高；

4）将实际桩底标高和步骤2）得到的预计桩底标高信息对比，如果两个数据的差异满足设计要求，即认为管桩桩底标高达标，否则没有达标。

2.根据权利要求1所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：步骤3）中桩长按如下方法确定，

a）在桩机的控制系统中预先导入施工图纸信息，施工图纸信息包含每个桩位的坐标、每个桩位的管桩规格和该管桩规格对应的管桩每米重量P；管桩规格包括管桩直径和壁厚；

b）管桩通过桩机上的吊具起吊时，实时测量管桩起吊过程中作用于吊具上的重量，并将重量实时传输给控制系统；当重量波动小于设定值且持续超过设定时间时，即认为管桩完全离地，此时重量即为管桩重量M；

c）通过所述桩位识别系统自动识别当前正在施工的桩位坐标，并与步骤a）预先导入控制系统的施工图纸信息结合，以确定该桩位管桩每米重量P，即得到桩长L=M/P。

3.根据权利要求1或2所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：所述桩位识别系统包括GNSS接收机，所述GNSS接收机为沿桩机平台纵向中心对称设置的左右两个，两GNSS接收机与待施工的管桩位置固定且三者位于等腰三角形的三个顶点，通过两GNSS接收机直接测量得到等腰三角形中其中两个顶点的坐标，通过计算即得到第三个顶点的坐标，该第三个顶点的坐标即为当前施工的桩位坐标。

4.根据权利要求3所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：在桩机平台上位于两GNSS接收机的位置分别设有天线支架，两GNSS接收机设置在对应的天线支架顶端。

5.根据权利要求2所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：所述吊具为吊钩且为两个，每个吊钩上设有称重传感器，起吊过程中，两个称重传感器的读数之和即为管桩起吊过程中作用于吊具上的重量。

6.根据权利要求2所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：所述吊具为吊钩且为两个，在桩机平台上设有卷扬机，在桩机平台前方居中设有桩架，在桩架上端设有牵引定滑轮，每个吊钩分别与牵引钢绳一端连接，牵引钢绳另一端通过牵引定滑轮变向后与卷扬机连接；在桩架和牵引定滑轮之间设有称重传感器；起吊过程中，称重传感器的读数即为管桩起吊过程中作用于吊具上的重量。

7.根据权利要求1所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：步骤3）中桩长按如下方法确定，管桩通过桩机上的吊具起吊时，实时测量管桩起吊过程中作用于吊具上的重量，重量持续增加至某一值后逐渐稳定，之后再骤降；刚开始骤降的瞬间，即为管桩顶部套入锤帽中且同时管桩底部接触地面的时刻，测量此时的地面标高和桩顶标高，则桩长L=桩顶标高-地面标高。

8.根据权利要求1所述的一种管桩桩底标高达标与否的判断方法，其特征在于：步骤3）中桩顶标高按如下方法确定，

先设计一种实时测量管桩桩顶标高的结构，实时测量管桩桩顶标高的结构包括桩机，桩机包括桩机平台和在桩机平台前端中部设置的桩架，桩架前侧通过锤抱箍设有锤架，锤架在驱动机构的驱动下可通过锤抱箍沿桩架上下升降；

在桩机平台上设有天线支架，天线支架顶端设有检测高程的GNSS接收机；

还包括锤架位移测量机构，锤架位移测量机构包括拉绳、减速机构和位移传感器，所述减速机构包括若干定滑轮组成的定滑轮组和若干动滑轮组成的动滑轮组，定滑轮组位于动滑轮组正上方，所有定滑轮水平并排间隔固定在滑轮支架上，所有动滑轮水平并排间隔固定在配重上；拉绳的一端固定在滑轮支架上，拉绳的另一端按定滑轮、动滑轮的顺序从一侧开始依次交替绕过所有定滑轮和动滑轮后从定滑轮向下引出，向下引出的拉绳通过变向定滑轮变向后竖直向上并与锤抱箍固定连接；滑轮支架固定在桩机平台上并位于桩架后方；位移传感器与配重连接用于检测锤架下行过程中配重产生的位移量；减速机构用于将拉绳另一端的位移减速后传递给配重；

然后基于实时测量管桩桩顶标高的结构按如下步骤测量桩顶标高，

S1）常数C标定；通过桩机预先将管桩起吊至竖直状态；并按现有方法测量得到管桩桩顶标高标定读数X_桩0；读取桩机平台支架上的GNSS接收机获得的标定用标高Y₀，同时得到桩顶标高X_桩0时的位移传感器标定读数Z₀；设减速机构的减速比为n，则得到拉绳另一端的标定位移量为nZ₀；有等式X_桩0=Y₀+nZ₀+C；则常数C=X_桩0-Y₀-nZ₀；

S2）实际测量时，实时读取位移传感器读数Z，则拉绳另一端的实时位移量为nZ；GNSS接收机获得的标高读数为Y；则此时桩顶标高X_桩=Y+nZ+C。