一种冲孔灌注桩施工控制装置及方法

摘要

本发明公开了一种冲孔灌注桩施工控制装置，卷筒通过钢丝绳连接有冲锤，所述冲锤置于灌注桩的桩孔内，还包括设置在卷扬机的卷筒上的旋转传感器，所述旋转传感器电连接至控制终端，所述控制终端还电连接有计时模块，该旋转传感器能够实时测得冲孔灌注桩施工过程中卷筒的累计旋转角度α以及旋转方向，所述冲锤上还套设有纠偏机构。本系统能够通过纠偏机构能够迅速稳定冲锤，在短时间内有效减弱冲锤的晃动，保证了施工质量及施工效率；能实时监测冲孔灌注桩冲锤的进尺量、进尺速度以及桩孔深度，并根据桩孔深度预测所处地层情况以及冲锤即将进入的地层情况。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种冲孔灌注桩施工控制装置及方法。

背景技术

我国目前已使用的冲孔灌注桩桩深测量方法是用铅坠与测绳测量桩孔深度，先用钢丝绳将桩锤提出孔外，再将系有铅坠的测绳放入桩孔中，铅坠缓慢下沉至孔底，用手反复上提、下放测绳，直到感觉铅坠不继续下沉为止，再读取测绳上的刻度标记，记录数据，一根冲孔灌注桩成孔过程中需多次测量孔深数据，用这种方法劳动强度高且效率低。在冲孔灌注桩施工过程中，冲锤冲进不同的土层或岩层中，需要调整合适的冲程，且进尺量及进尺速度也不同。同时，冲锤在冲进过程中，要保持垂直，且不能有较大的晃动，否则会导致冲孔位置偏离设计位置，造成斜孔或塌孔，且冲锤的晃动可能破坏孔壁，导致施工事故的发生。因此，施工时，冲锤提起后总是需要静待一段时间，待其基本不摆动时才能继续冲进，施工效率低下。

现有技术如：CN 105649119 A一种冲孔灌注桩桩深测量装置及方法，该方法通过光电测距的方法来测量冲锤冲进的深度，相较于传统人工测量方法提高了施工效率。其还是存在诸多问题例如：在传统的冲孔灌注桩桩机上，需要更换带有刻度的钢丝绳，必然提高了设备成本；挡光板固定在定滑轮与驱动轮之间的钢丝绳上，当挡光板随着钢丝绳移动至定滑轮时，需要及时调整挡光板位置，避免卡在滑轮处而导致钢丝绳脱落；该测量装置功能较为单一，无法计算冲锤冲进时间，难以更好的控制施工效率。

现有技术如：CN 110485417 A一种溶洞地区冲孔桩成孔方法，该方法通过将冲锤提出桩孔至设定高度，由套管上的扇形板触碰晃动的冲锤，从而在短时间内有效减小重锤的晃动幅度，从而提高了冲孔效率。该方法需要改装现有的冲孔打桩机，适用性不强；减弱冲锤的晃动需要将冲锤提升至桩孔外，对于已施工至较深位置的冲锤，将冲锤提出桩孔需要耗费更长的时间，在施工效率的提高上并不明显。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种具有抗电磁干扰、测量信号稳定的冲孔灌注桩施工控制装置及方法。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种冲孔灌注桩施工控制装置，包括设置在桩孔一侧的带卷筒的卷扬机，所述卷筒通过钢丝绳连接有冲锤，所述冲锤置于灌注桩的桩孔内，还包括设置在卷扬机的卷筒上的旋转传感器，所述旋转传感器电连接至控制终端，所述控制终端还电连接有计时模块，该旋转传感器能够实时测得冲孔灌注桩施工过程中卷筒的累计旋转角度α以及旋转方向，所述冲锤上还套设有纠偏机构。

作为优选，所述卷扬机一侧设置有控制架，所述控制架通过吊绳垂吊有纠偏机构，所述钢丝绳穿过纠偏机构中部，纠偏机构位于冲锤的正上方；

所述控制架上还设置有能远程控制的驱动电机和滑轮组，驱动电机通过滑轮组能驱动吊绳带动纠偏机构升降。

作为优选，所述纠偏机构包括吊环、纠偏轮，所述吊环内嵌入安装有环形电磁铁，所述吊环上还设置有电线孔，所述吊环四周对称设置有两个或两个以上的纠偏轮；

所述纠偏轮与吊环之间通过传动杆和转动杆连接，所述转动杆的端部与传动杆的端部枢接，所述传动杆另一端嵌入式安装在吊环的限位槽内，所述传动杆与吊环之间还设置有耗能弹簧，所述转动杆中部通过定位弹簧与吊环连接。

作为优选，所述传动杆顶部为球座结构，所述转动杆顶部为球头结构，所述球头结构与球座结构相匹配，所述球头结构和球座结构之间还设置有阻尼胶垫，转动杆能在限定角度内绕球座结构万向转动。

一种使用方法，冲孔灌注桩施工控制装置，具体步骤如下：

S1、安装，在桩孔上方安装控制架，将滑轮组上的吊绳与纠偏机构连接，通过驱动电机远程控制调节吊绳上升或下降，使纠偏机构位于初始位置；

S2、稳定冲锤，开始施工时，卷扬机向上收起冲锤至桩孔指定位置，施工人员通过遥控器控制下放纠偏机构至冲锤位置，为环形电磁铁通电，使纠偏机构在冲锤周围产生环向吸力，此时冲锤的晃动带动纠偏机构碰撞桩孔顶部的钢护筒，通过纠偏机构耗散晃动碰撞产生的能量迅速稳定冲锤，待稳定后断开环形电磁铁的供电，随后下放冲锤开始冲进施工，上提和下放过程中旋转传感器记录此时的累计旋转角度α和旋转方向；

S3、计算，其中r为卷筒的半径，Δt为冲锤上提到下落所需时间，计算公式如下：

冲锤上提钢丝绳移动长度：

冲锤下落钢丝绳移动长度：

单次冲锤进尺量：ΔL＝L

进尺速度：

桩孔深度：H＝ΔL

S4、地层变化，采用预设冲锤冲程进行施工，当预设冲锤冲程和实际进尺量的差值超过阈值，则说明冲锤冲进不同的土层或岩层中，需要调整合适的冲程，匹配合适的进尺量及进尺速度；

在控制终端中事先录入地层勘察信息，控制终端设置自动预警功能，实时监测冲锤的进尺量、进尺速度以及桩孔深度，并根据桩孔深度预测所处地层情况以及冲锤即将进入的地层情况，在冲锤即将进入下一土层或岩层时，及时提醒施工人员调整冲锤冲程，控制进尺量。

作为优选，还包括步骤：S5、预警，通过控制终端记录每次的进尺量和进尺速度，通过大数据分析预测冲锤冲进的下一土层或岩层中是否存在斜岩、孤石或溶洞等不良地质，若存在，则控制终端及时发出预警，施工人员控制桩机逐步减小冲程冲进，并通过摄像头观察桩孔处钢丝绳是否发生明显偏位；

当钢丝绳发生明显偏位，且控制终端发现冲锤进尺量异常时，及时停止冲锤冲进，待检查完成后制定处理方案；

S6、报告，控制终端实时记录在不同地层中冲锤的进尺速度、进尺量以及冲进次数，并生成在不同地层中冲锤的冲进数据报告，冲进数据报告上传至服务器保存。

本发明的有益效果，本系统能够通过纠偏机构能够迅速稳定冲锤，在短时间内有效减弱冲锤的晃动，避免冲锤因晃动冲进导致斜孔、偏孔、卡锤甚至塌孔等施工问题，保证了施工质量及施工效率；能实时监测冲孔灌注桩冲锤的进尺量、进尺速度以及桩孔深度，并根据桩孔深度预测所处地层情况以及冲锤即将进入的地层情况，在冲锤即将进入下一土层或岩层时，及时提醒施工人员调整冲锤冲程，控制进尺量；能够根据地层勘察报告预测冲锤所处的地层情况，并对不良地质设置自动预警功能；控制终端实时记录在不同地层中冲锤的进尺速度、进尺量以及冲进次数，并生成在不同地层中冲锤的冲进数据报告，确定不同地层中冲锤冲进的参考指标，用于指导后续冲孔灌注桩的施工。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的纠偏机构结构示意图；

图3为本发明的纠偏机构的局部结构示意图；

图4为本发明的纠偏机构的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-4所示，本发明所述的具体实施例为一种冲孔灌注桩施工控制装置，包括设置在桩孔一侧的带卷筒2的卷扬机1，所述卷筒2通过钢丝绳3连接有冲锤4，所述冲锤4置于灌注桩的桩孔5内，还包括设置在卷扬机1的卷筒2上的旋转传感器6，所述旋转传感器6电连接至控制终端9，所述控制终端9还电连接有计时模块，该旋转传感器6能够实时测得冲孔灌注桩施工过程中卷筒2的累计旋转角度α以及旋转方向，所述冲锤4上还套设有纠偏机构7。

所述卷扬机1一侧设置有控制架8，所述控制架8通过吊绳801垂吊有纠偏机构7，所述钢丝绳3穿过纠偏机构7中部，纠偏机构7位于冲锤4的正上方；

所述控制架8上还设置有能远程控制的驱动电机和滑轮组802，驱动电机通过滑轮组802能驱动吊绳带动纠偏机构升降。

所述纠偏机构7包括吊环701、纠偏轮702，所述吊环701内嵌入安装有环形电磁铁703，所述吊环701上还设置有电线孔，所述吊环701四周对称设置有两个或两个以上的纠偏轮702；

所述纠偏轮702与吊环701之间通过传动杆705和转动杆706连接，所述转动杆706的端部与传动杆705的端部枢接，所述传动杆705另一端嵌入式安装在吊环701的限位槽内，所述传动杆705与吊环701之间还设置有耗能弹簧707，所述转动杆706中部通过定位弹簧708与吊环701连接。

本申请的纠偏机构的环体为保护壳与环形钢板焊接而成，环形电磁铁置于环体中，电磁铁电线通过环体的电线孔位导出，电线孔位通过密封胶密封；环形电磁铁的电源由控制终端远程控制，在冲锤提起时，控制终端控制环形电磁铁通电，在晃动的冲锤周围产生环向吸力，吸住冲锤，减弱冲锤晃动时产生的离心力，从而快速稳定冲锤，冲锤稳定后，控制终端断开环形电磁铁电源，冲锤可继续冲进；环体上设置有4个吊环，用于吊放纠偏机构至桩孔内，钢板上设置孔位使传动杆通过，钢板与传动杆之间连接有耗能弹簧，用于耗散冲锤晃动带来的能量，迅速减弱晃动幅度；动杆右侧设置有转动槽，与转动杆连接，两者之间粘接这橡胶垫，转动杆通过转动槽可进行转动；转动杆与环体之间通过四个定位弹簧连接(四个方位各一个)，定位弹簧用于自动恢复受到转动的转动杆；转动杆右侧设置有纠偏轮，用于纠偏机构与桩孔孔壁之间的滑动以及碰撞；转动槽、耗能弹簧、定位弹簧、纠偏轮的设置为纠偏机构提供柔性功能，使纠偏机构在冲锤晃动的带动下撞击桩孔孔壁时，能够柔性缓冲，并耗散能量，在短时间内有效的稳定冲锤的同时保护纠偏机构不因撞击发生刚性破坏。

所述传动杆705顶部为球座结构，所述转动杆706顶部为球头结构，所述球头结构与球座结构相匹配，所述球头结构和球座结构之间还设置有阻尼胶垫704，转动杆706能在限定角度内绕球座结构万向转动。

使用时，通过纠偏机构能够迅速稳定冲锤，在短时间内有效减弱冲锤的晃动；施工人员能根据旋转传感器及控制终端确定冲锤位置，迅速控制遥控滑轮准确下放纠偏机构至冲锤位置，提高施工效率；控制终端实时接收旋转传感器的数据，通过智能算法实时计算得到冲锤冲进深度、冲锤冲程、冲锤进尺速度；控制终端根据地层勘察报告，实时监控冲锤冲进深度、冲锤冲程、冲锤进尺速度，并反映冲锤所处地层，实时预测冲锤即将冲进的土层/岩层，出现不良地质，能够自动发出预警，提醒施工人员及时处理异常，提高施工效率，更好的控制冲孔灌注桩的成桩质量；控制终端实时记录在不同地层中冲锤的进尺速度、进尺量以及冲进次数，并生成在不同地层中冲锤的冲进数据报告，确定不同地层中冲锤冲进的参考指标，用于指导后续冲孔灌注桩的施工，进一步提高冲孔灌注桩施工效率，控制施工质量，进而保证施工安全。

一种使用方法，冲孔灌注桩施工控制装置，具体步骤如下：

S1、安装，在桩孔上方安装控制架，将滑轮组上的吊绳与纠偏机构连接，通过驱动电机远程控制调节吊绳上升或下降，使纠偏机构位于初始位置；

S2、稳定冲锤，开始施工时，卷扬机向上收起冲锤至桩孔指定位置，施工人员通过遥控器控制下放纠偏机构至冲锤位置，为环形电磁铁通电，使纠偏机构在冲锤周围产生环向吸力，此时冲锤的晃动带动纠偏机构碰撞桩孔顶部的钢护筒，通过纠偏机构耗散晃动碰撞产生的能量迅速稳定冲锤，待稳定后断开环形电磁铁的供电，随后下放冲锤开始冲进施工，上提和下放过程中旋转传感器记录此时的累计旋转角度α和旋转方向；

S3、计算，其中r为卷筒的半径，Δt为冲锤上提到下落所需时间，计算公式如下：

冲锤上提钢丝绳移动长度：

冲锤下落钢丝绳移动长度：

单次冲锤进尺量：ΔL＝L

进尺速度：

桩孔深度：H＝ΔL

S4、地层变化，采用预设冲锤冲程进行施工，当预设冲锤冲程和实际进尺量的差值超过阈值，则说明冲锤冲进不同的土层或岩层中，需要调整合适的冲程，匹配合适的进尺量及进尺速度；

在控制终端中事先录入地层勘察信息，控制终端设置自动预警功能，实时监测冲锤的进尺量、进尺速度以及桩孔深度，并根据桩孔深度预测所处地层情况以及冲锤即将进入的地层情况，在冲锤即将进入下一土层或岩层时，及时提醒施工人员调整冲锤冲程，控制进尺量。

还包括步骤：S5、预警，通过控制终端记录每次的进尺量和进尺速度，通过大数据分析预测冲锤冲进的下一土层或岩层中是否存在斜岩、孤石或溶洞等不良地质，若存在，则控制终端及时发出预警，施工人员控制桩机逐步减小冲程冲进，并通过摄像头观察桩孔处钢丝绳是否发生明显偏位；

当钢丝绳发生明显偏位，且控制终端发现冲锤进尺量异常时，及时停止冲锤冲进，待检查完成后制定处理方案；从而提高施工效率，更好的控制冲孔灌注桩的成桩质量。

S6、报告，控制终端实时记录在不同地层中冲锤的进尺速度、进尺量以及冲进次数，并生成在不同地层中冲锤的冲进数据报告，冲进数据报告上传至服务器保存。确定不同地层中冲锤冲进的参考指标，此次的冲进数据报告能用于指导后续冲孔灌注桩的施工，进一步提高冲孔灌注桩施工效率，控制施工质量，进而保证施工安全。

本系统能够通过纠偏机构能够迅速稳定冲锤，在短时间内有效减弱冲锤的晃动，避免冲锤因晃动冲进导致斜孔、偏孔、卡锤甚至塌孔等施工问题，保证了施工质量及施工效率；

能实时监测冲孔灌注桩冲锤的进尺量、进尺速度以及桩孔深度，并根据桩孔深度预测所处地层情况以及冲锤即将进入的地层情况，在冲锤即将进入下一土层或岩层时，及时提醒施工人员调整冲锤冲程，控制进尺量；

能够根据地层勘察报告预测冲锤所处的地层情况，并对不良地质设置自动预警功能；

控制终端实时记录在不同地层中冲锤的进尺速度、进尺量以及冲进次数，并生成在不同地层中冲锤的冲进数据报告，确定不同地层中冲锤冲进的参考指标，用于指导后续冲孔灌注桩的施工。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。