混凝土坯層厚度監測方法
【專利摘要】本發明屬于水利工程混凝土澆筑施工中振搗質量控制技術，其公開了一種混凝土坯層厚度監測方法，能夠實時計算出澆筑振搗坯層厚度，達到有效的監控目的，實現安全生產。本發明的技術要點為：選擇并劃分任意待澆筑振搗施工區，建立與之對應的四維格網，然后通過獲取振搗作業信息計算有效振搗影響范圍，并與振搗施工區對應的四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程，并通過計算獲得混凝土表面高程，最后通過計算混凝土表面高程與當前振搗區對應的四維格網的平均高程的差值來獲得。本發明適用于振搗質量監控。
【專利說明】
混凝土坯層厚度監測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水利工程混凝土澆筑施工中振搗質量控制技術，具體涉及一種混凝土坯層厚度監測方法。
【背景技術】
[0002]混凝土振搗是混凝土澆筑的關鍵工藝，工藝過程中振搗質量的監測與控制是混凝土質量控制的重要環節之一。目前施工現場振搗施工，通過振搗棒的交錯插入來保證混凝土澆筑區域的全覆蓋，大多以粗放的經驗方式來控制振搗棒插入深度、插入角度、振搗時長、振搗間距、覆蓋時間等過程控制參數，從而保證混凝土振搗密實。一般的經驗控制方式為:當混凝土不再顯著下沉、不出現氣泡、開始泛漿則認為混凝土已振搗密實，此時拔出振搗棒防止過分振搗而引起骨料下沉離析。但實際操作中，施工人員難以做到振搗棒插入深度、插入角度、振搗時長、振搗間距的精確把握，根據個人經驗操作而隨意性強，很大程度上受人為因素和工作條件的影響，難以避免出現欠振、過振、漏振等問題，可能產生質量缺陷且難以及時獲知和處理。這已成為混凝土振搗質量控制的通病，因此需要采用精細化、智能化的技術手段和設備有效的監測和控制混凝土振搗質量，混凝土振搗質量智能監控是解決該問題的有效途徑。
[0003]在通過混凝土振搗質量智能監控方法進行混凝土振搗質量監控時，混凝土澆筑振搗坯層是作為質量評定基本單元的基礎，而在混凝土澆筑過程中平鋪法和臺階法的使用極其靈活，如何自動識別混凝土澆筑坯層是振搗質量控制的基礎。傳統的混凝土振搗質量控制，混凝土澆筑振搗坯層識別通過人工抽查的記錄進行，而在實際操作中，僅針對平鋪法施工工藝進行記錄來識別澆筑振搗坯層，坯層的覆蓋時間來源于初略估計的整個坯層平均覆蓋時間，對單個坯層的振搗質量控制較粗獷，難以避免漏振現象；而針對階梯法施工工藝，澆筑振搗坯層的識別和單個坯層振搗質量控制均淡化，更難以獲得坯層覆蓋時間、難以避免漏振、過振、欠振現象。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是:提出一種混凝土坯層厚度監測方法，能夠實時計算出澆筑振搗坯層厚度，達到有效的監控目的，實現安全生產。
[0005]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0006]混凝土坯層厚度監測方法，包括以下步驟:
[0007]a.選擇并劃分任意待澆筑振搗施工區，建立與之對應的四維格網，該四維格網中的每個網格對應代表所述待施工區域中的一部分區域；為每個格網節點配置包括X、y、z、t的參數屬性，分別代表X坐標、y坐標、高程、時間；
[0008]b.實時獲取當前振搗作業信息；
[0009]c.通過振搗影響范圍結合獲取的當前振搗作業信息計算有效振搗影響范圍，并與振搗施工區對應的四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，判斷出該有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點，再根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程；
[0010]d.利用獲取的振搗作業信息計算振搗棒垂直插入深度；
[0011]e.通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標，從而獲取混凝土表面高程;
[0012]f.計算獲得當前振搗影響區域的坯層厚度=混凝土表面高程-當前振搗區對應的四維格網的平均高程；
[0013]g.更新有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點高程值為混凝土表面高程。
[0014]具體的，步驟a中，為每個格網節點配置包括x、y、z、t的參數屬性的具體方法為:
[0015]al.賦予X，y, z為網格中心點對應施工區域點的實際坐標值；
[0016]a2.賦予時間t為計算格網節點的實際時間值。
[0017]具體的，步驟b中，所述當前振搗棒作業信息為當前振搗棒的一次施工過程信息。
[0018]具體的，步驟b中，所述振搗作業信息至少包括坐標信息、方位信息、采集時間、旋轉角度、插入角度、振搗深度；通過設置于振搗機前臂頂點上的定位天線和設置于振搗機后臂上的定向天線分別獲取坐標信息(xg，yg，zg)和方位信息β ;通過設置于振搗機前臂上的角度傳感器獲取振搗前臂的旋轉角度α ;通過設置于振搗前臂與振搗臺架連接支點上的角度傳感器獲取振搗臺架的旋轉角度ω ;通過設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器分別獲取振搗棒的插入角度Y和振搗深度h。
[0019]具體的，步驟c中，所述有效振搗影響范圍等于振搗影響范圍以振搗點旋轉β +ω度；
[0020]所述根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程的方法是:
Zl + Zl +...+ Zn
[0021]Za =-;
η
[0022]式中，Za為當前振搗區對應的四維格網的平均高程，Z1...Zn為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的高程值，η為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的個數。
[0023]具體的，步驟d中，通過步驟b所獲取的插入深度和插入角度數據計算獲得振搗棒垂直插入深度的具體方法為:垂直插入深度H = h*cos (y),插入角度Y在范圍O?85度之間。
[0024]具體的，步驟e中，通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標的具體方法為:
[0025]X = xK+xg+b*sin ( a ) *sin ( β )；
[0026]Y = yK+yg+b*sin ( α ) *cos ( β )；
[0027]Z = zK+zg_b*cos ( α ) - ka - k*cos ( Y ) +h*cos ( Y )；
[0028]其中，xK、yK、zK為基站坐標；b為小壁長；ka為定位天線支架高；k為振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器的安裝位置到振搗頭距離，所述z的值即為混凝土表面高程。
[0029]具體的，步驟b中，所述振搗作業信息至少包括坐標信息、方位信息、采集時間、插入角度、振搗深度；通過設置于振搗機的振搗臺架上的定位天線和定向天線分別獲取坐標信息(xg，yg，zg)和方位信息β ;通過設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器分別獲取振搗棒的插入角度Y和振搗深度h，所述振搗臺架不可旋轉。
[0030]具體的，步驟c中，所述有效振搗影響范圍等于振搗影響范圍以振搗點旋轉β度；所述根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程的方法是;
Ζ\ Λ- Zz Λ- , , , Λ- Za
[0031]Za =-;
η
[0032]式中，Za為當前振搗區對應的四維格網的平均高程，Z1...Zn為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的高程值，η為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的個數。
[0033]具體的，步驟e中，通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標的具體方法為:
[0034]X = xK+xg+b*cos ( β )；
[0035]Y = yK+yg+b*sin(3 )；
[0036]Z = zK+zg-ka - k*cos ( y ) +h*cos ( y )；
[0037]其中，xK、yK、zK為基站坐標；b為定位天線到振搗臺架中心的距離；ka為定位天線支架高；k為設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器到振搗頭距離，所述Z的值即為混凝土表面高程。
[0038]本發明的有益效果是:能夠實時計算出澆筑振搗坯層厚度，達到有效的監控目的，防止漏振、過振、欠振，實現安全生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明的方法流程圖；
[0040]圖2為實施例1的設備安裝位置示意圖；
[0041]圖3為實施例1的安裝角度示意圖；
[0042]圖4為實施例1的旋轉角度正視圖；
[0043]圖5為實施例1的旋轉角度俯視圖；
[0044]圖6為實施例2的設備安裝位置示意圖；
[0045]圖7為實施例2的旋轉角度正視圖；
[0046]圖8為實施例2的旋轉角度俯視圖。
【具體實施方式】
[0047]本發明旨在提出一種混凝土坯層厚度監測方法，能夠實時計算出澆筑振搗坯層厚度，達到有效的監控目的，實現安全生產。其核心思想為:選擇并劃分任意待澆筑振搗施工區，建立與之對應的四維格網，然后通過獲取振搗作業信息計算有效振搗影響范圍，并與振搗施工區對應的四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程，并通過計算獲得混凝土表面高程，最后通過計算混凝土表面高程與當前振搗區對應的四維格網的平均高程的差值來獲得。
[0048]下面結合附圖及實施例對本發明的方案作進一步的描述:
[0049]如圖1所示，本發明中的混凝土坯層厚度監測方法，包括以下實現步驟:
[0050]1.選擇劃分待澆筑振搗施工區，建立四維格網，為每個格網節點配置參數屬性:
[0051]選擇并劃分任意待澆筑振搗施工區，建立與之對應的四維格網，該四維格網中的每個網格對應代表所述待施工區域中的一部分區域；為每個格網節點配置包括x、y、z、t的參數屬性，分別代表X坐標、y坐標、高程、時間；
[0052]2.實時獲取當前振搗作業信息:
[0053]實時獲取當前振搗作業信息，所述作業信息包括坐標信息、方位信息、采集時間、旋轉角度、插入角度、振搗深度等信息；
[0054]3.計算有效振搗影響范圍與四維格網進行比對和匹配，確定振搗棒實時作業位置，計算四維格網的平均高程:
[0055]通過振搗影響范圍結合獲取的當前振搗作業信息計算有效振搗影響范圍，并與振搗施工區對應的四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，判斷出該有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點，再根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程；
[0056]本發明中所述的“振搗影響范圍”是一個固定范圍，跟振搗機的振搗棒數量有關，通常為8頭振搗機，5頭振搗機，4頭振搗機。即:根據振搗機型號可以確定振搗影響范圍，此時的振搗影響范圍沒有位置和角度屬性，當賦予振搗影響范圍位置和旋轉角度屬性時，稱為“有效振掲影響范圍”。
[0057]4.計算振搗棒垂直插入深度:
[0058]通過步驟2所獲取的插入深度和插入角度數據計算振搗棒垂直插入深度；
[0059]5.計算獲取混凝土表面高程:
[0060]通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標，從而獲取混凝土表面高程；
[0061]6.計算獲得當前振搗影響區域的坯層厚度:
[0062]計算獲得當前振搗影響區域的坯層厚度=混凝土表面高程-當前振搗區對應的四維格網的平均高程；
[0063]7.更新四維格網:
[0064]更新有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點高程值為混凝土表面高程。
[0065]實施例1:
[0066]本例中的振搗機的振搗臺架可旋轉，如圖2所示，定位天線、定向天線分別設置于位置1、2，即定位天線設置在振搗前臂頂點上用于獲取GPS坐標(xg，yg，zg)，定向天線設置于振搗后臂上用于獲取方位角β ;振搗前臂上的安裝位置3上設置角度傳感器用于獲取振搗前臂的旋轉角度α，振搗前臂與振搗臺架的支點的位置4上設置角度傳感器用于獲取振搗臺架的旋轉角度ω，振搗臺架的位置5上設置角度傳感器和深度傳感器用于獲取振搗棒的插入角度Y和振搗深度h ;對于各個傳感器的安裝角度和檢測的旋轉角度如圖3、4、5所示；
[0067]本例中的混凝土坯層厚度監測方法，包括以下步驟:
[0068]1.選擇任意澆筑振搗施工區，建立起澆筑振搗施工區域四維格網，每個格網節點包括x、Y、z、t屬性(其中X、Y、z、t,分別是X坐標、y坐標、高程和時間)；
[0069]具體實現上，賦予X，y, z為網格中心點對應施工區域點的實際坐標值；賦予時間t為計算格網節點的實際時間值。
[0070]2.通過上述設備實時獲取當前振搗作業信息(包括坐標信息、方位信息、采集時間、旋轉角度、插入角度、振搗深度)；
[0071]3.獲取的GPS坐標(Xg，yg, zg)、振搗機方位角β、振搗臺架旋轉角度ω及振搗影響范圍計算獲得有效振搗影響范圍，并與振搗區四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，計算獲得當前振搗區的四維格網的平均高程Za
[0072]振搗機方位角β在范圍O?360度之間；
[0073]振搗臺架旋轉角度ω在范圍-90?+90度之間；
[0074]有效振搗影響范圍等于振搗影響范圍以GPS振搗點旋轉β + ω度；
Z\ jT Z1., ,
[0075]Za =-;
η
[0076]式中，Za為當前振搗區對應的四維格網的平均高程，Z1...Zn為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的高程值，η為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的個數。
[0077]4.通過所獲取的插入深度和插入角度數據計算振搗棒垂直插入深度H =h*cos (y),具體的插入角度Y在范圍O?85度之間；
[0078]5.通過上述計算數據和采集數據計算出作業點混凝土表面坐標，獲取混凝土表明聞程:
[0079]X = xK+xg+b*sin ( a ) *sin ( β )；
[0080]Y = yK+yg+b*sin ( α ) *cos ( β )；
[0081 ] Z = zK+zg_b*cos ( α ) - ka - k*cos ( y ) +h*cos ( y )；
[0082]上述公式中xK、yK、ζκ為基站坐標；b為前壁長；ka為定位天線支架高；k為安裝位置5(振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器的安裝位置)到振搗頭距離；h*C0S(Y)即為步驟4中計算的振搗棒垂直插入深度H。
[0083]6.計算獲得當前振搗影響區域的坯層厚度:
[0084]ha = Z-Za ；
[0085]7.更新有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點高程值為混凝土表面高程。
[0086]實施例2:
[0087]本例中的振搗機的振搗臺架不可旋轉，如圖6所示，定位天線、定向天線分別設置于振搗臺架上的位置1、2，分別用于獲取GPS坐標(xg，yg，zg)和獲取方位角β ;振搗臺架上的安裝位置3上設置角度傳感器和深度傳感器用于獲取振搗棒的插入角度Y和振搗深度h ;對于各個傳感器的安裝角度和檢測的旋轉角度如圖7、8所示；
[0088]本例中的混凝土坯層厚度監測方法，包括以下步驟:
[0089]1.選擇任意澆筑振搗施工區，建立起澆筑振搗施工區域四維格網，每個格網節點包括X、Y、z、t屬性(其中X、Y、z、t,分別是X坐標、y坐標、高程和時間);
[0090]具體實現上，賦予X，y, z為網格中心點對應施工區域點的實際坐標值；賦予時間t為計算格網節點的實際時間值。
[0091]2.通過上述設備實時獲取當前振搗作業信息，包括坐標信息、方位信息、采集時間、插入角度、振搗深度信息；
[0092]3.根據獲取的GPS坐標(Xg，yg, zg)、振搗機方位角β及振搗影響范圍計算獲得有效振搗影響范圍，并與振搗區四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，計算獲得當前振搗區的四維格網的平均高程Za
[0093]振搗機方位角β在范圍O?360度之間；
[0094]有效振搗影響范圍等于振搗影響范圍以GPS振搗點旋轉β度；
Zt Λ- Λ- Zn
[0095]厶=-;
η
[0096]式中，Za為當前振搗區對應的四維格網的平均高程，Z1...Zn為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的高程值，η為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的個數。
[0097]4.通過所獲取的插入深度和插入角度數據計算振搗棒垂直插入深度H =h*cos (y),具體的插入角度Y在范圍O?85度之間；
[0098]5.通過上述計算數據和采集數據計算出作業點混凝土表面坐標，獲取混凝土表面聞程:
[0099]X = xK+xg+b*cos ( β )；
[0100]Y = yK+yg+b*sin(3 )；
[0101]Z = zK+zg-ka - k*cos ( y ) +h*cos ( y )；
[0102]上述公式中xK、yK、zK為基站坐標；b為定位天線(安裝位置I)到振搗臺架中心的距離；ka為定位天線支架高；k為設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器(安裝位置3)到振搗頭距離，所述Z的值即為混凝土表面高程；h*cos( Y)即為步驟4中計算的振搗棒垂直插入深度H。
[0103]6.計算獲得當前振搗影響區域的坯層厚度:
[0104]ha = Z-Za ；
[0105]7.更新有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點高程值為混凝土表面高程。
【權利要求】
1.混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，包括以下步驟: a.選擇并劃分任意待澆筑振搗施工區，建立與之對應的四維格網，該四維格網中的每個網格對應代表所述待施工區域中的一部分區域；為每個格網節點配置包括X、y、z、t的參數屬性，分別代表X坐標、y坐標、高程、時間； b.實時獲取當前振搗作業信息； c.通過振搗影響范圍結合獲取的當前振搗作業信息計算有效振搗影響范圍，并與振搗施工區對應的四維格網進行對比和匹配，確定出振搗棒實時作業位置，判斷出該有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點，再根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程； d.利用獲取的振搗作業信息計算振搗棒垂直插入深度； e.通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標，從而獲取混凝土表面高程； f.計算獲得當前振搗影響區域的坯層厚度=混凝土表面高程-當前振搗區對應的四維格網的平均高程； g.更新有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點高程值為混凝土表面高程。
2.如權利要求1所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟a中，為每個格網節點配置包括X、y、z、t的參數屬性的具體方法為: al.賦予X，y, z為網格中心點對應施工區域點的實際坐標值； a2.賦予時間t為計算格網節點的實際時間值。
3.如權利要求1所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟b中，所述當前振搗棒作業信息為當前振搗棒的一次施工過程信息。
4.如權利要求1所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟b中，所述振搗作業信息至少包括坐標信息、方位信息、采集時間、旋轉角度、插入角度、振搗深度；通過設置于振搗機前臂頂點上的定位天線和設置于振搗機后臂上的定向天線分別獲取坐標信息(xg, yg, zg)和方位信息β ;通過設置于振搗機前臂上的角度傳感器獲取振搗前臂的旋轉角度α ;通過設置于振搗前臂與振搗臺架連接支點上的角度傳感器獲取振搗臺架的旋轉角度ω ;通過設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器分別獲取振搗棒的插入角度Y和振搗深度h。
5.如權利要求4所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟c中，所述有效振搗影響范圍等于振搗影響范圍以振搗點旋轉β+ω度； 所述根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程的方法是:
Zl Zl aZn Za —-；
η 式中，Za為當前振搗區對應的四維格網的平均高程，Z1...Zn為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的高程值，η為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的個數。
6.如權利要求5所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟d中，通過步驟b所獲取的插入深度和插入角度數據計算獲得振搗棒垂直插入深度的具體方法為:垂直插入深度H = h*cos(Y)，插入角度Y在范圍O?85度之間。
7.如權利要求6所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟e中，通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標的具體方法為:
X = xK+xg+b*sin ( α )氺sin ( β )；
Y= yK+yg+b*sin ( α )氺cos ( β )；
Z = zK+zg-b*cos ( α ) - ka - k*cos ( y ) +h*cos ( y )； 其中，xK、yK、zK為基站坐標；b為小壁長；ka為定位天線支架高；k為振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器的安裝位置到振搗頭距離，所述Z的值即為混凝土表面高程。
8.如權利要求1所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟b中，所述振搗作業信息至少包括坐標信息、方位信息、采集時間、插入角度、振搗深度；通過設置于振搗機的振搗臺架上的定位天線和定向天線分別獲取坐標信息(xg，yg，zg)和方位信息β ;通過設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器分別獲取振搗棒的插入角度Y和振搗深度h，所述振搗臺架不可旋轉。
9.如權利要求8所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟c中，所述有效振搗影響范圍等于振搗影響范圍以振搗點旋轉β度； 所述根據覆蓋的各個格網節點高程計算獲得當前振搗區對應的四維格網的平均高程的方法是:
Zl jT Zl jT.^.jT Zn Za —-；
η 式中，Za為當前振搗區對應的四維格網的平均高程，Z1...Zn為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的高程值，η為有效振搗影響范圍對應四維格網中覆蓋的格網節點的個數。
10.如權利要求9所述的混凝土坯層厚度監測方法，其特征在于，步驟e中，通過采集數據計算獲取振搗作業點混凝土表面坐標的具體方法為:
X = xK+xg+b*cos ( β )；
Y= yK+yg+b*sin(^ )；
Z = zK+zg_ka - k氺cos ( y ) +h氺cos ( y )； 其中，xK、yK、ζκ為基站坐標；b為定位天線到振搗臺架中心的距離；ka為定位天線支架高；k為設置于振搗臺架上的角度傳感器和深度傳感器到振搗頭距離，所述Z的值即為混凝土表面高程。
【文檔編號】G01B21/08GK104266625SQ201410526722
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】賴剛, 陳萬濤, 邱向東, 尹習雙, 宋述軍, 鐘桂良, 劉金飛, 劉永亮 申請人:中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司