CN101413264B - 格构柱三轴自动无线实时调垂系统及方法 - Google Patents

格构柱三轴自动无线实时调垂系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属土建基础施工领域,尤其涉及在土建“逆作法”施工中的桩、柱调垂系统和调垂方法。公开一种格构柱三轴自动无线实时调垂系统,包括设置在桩孔顶部外侧的护筒及安装在桩孔地面上的固定连接机构,还包括测斜装置、调整装置和控制装置,所述测斜装置安装在格构柱上,所述调整装置包括相连接的三轴可调机构和驱动装置,所述三轴可调机构设置在护筒和格构柱之间,所述控制装置为一中央计算机,所述测斜装置和调整装置分别与控制装置连接,控制装置接收并处理来自测斜装置的数据,并控制调整装置调节格构柱的垂直度。还公开了上述调垂系统的调垂方法。采用本发明可以有效提高格构柱调垂系统的可靠性与调垂精度,并且自动化程度高,节约材料成本。

Description

格构柱三轴自动无线实时调垂系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属土建基础施工领域,尤其涉及在土建“逆作法”施工中的桩、柱调垂系统 和调垂方法。
背景技术
[0002] 现有的格构柱调垂方法是上部校正架法。上部校正架法如图1所示,在桩孔地面 浇筑校正格构柱钢架基础16,并在钢架基础16上固定安装一定高度的校正钢架15,吊装格 构柱6于桩孔内并与校正钢架15可调连接,采用经纬仪校直格构柱外露地面以上的经纬 度,同时测斜仪14读出此时的垂直基准数值,等到浇灌桩孔混凝土后,再次测量格构柱6的 垂直度,如果垂直度不符合要求,则通过钢架15内的二轴可调机构调整格构柱的垂直度, 当格构柱6垂直度满足要求后,将上述活动连接固定。其中二轴可调机构如图2所示:通过 X和Y两个方向的螺杆19人工调整格构柱的垂直度。
[0003] 但是上述上部校正架法具有如下缺点:
[0004] 1、由于格构柱校正钢架及钢架基础的总质量不可能设计很大,因此当校正力矩稍 大时钢架基础连同钢架就会移动,从而失去了可靠的垂直度固定作用,这是导致调垂效果 差的原因之一。
[0005] 2、由于首次校正垂直度时仅靠冒出地面2m的柱身,靠经纬仪与测斜仪联动读取 垂直度,而整个格构柱身一般长在20m左右。因此其初测误差比较大,这也是导致调垂精度 低的原因之一。
[0006] 3、在浇捣混凝土过程中,由于混凝土的冲击力,及提拔浇砼导管时会对格构柱产 生一定的挤压力,而此时采用测斜管、监测测斜将非常麻烦,需要停止浇灌混凝土,卸下料 斗,进行监测垂直度情况。因此给施工带来了相当大的困难。即不能进行边施工边进行实 时监测与调垂。另外,当混凝土浇筑完毕,格构柱已插入灌注桩中时,此时虽能监测,但由干 格构柱已经插入混凝土内,则虽发现垂直度不符合要求,但要调垂已很困难。
[0007] 4、调垂采用人工机械构造,自动化程度低、时间长、工效低,而且采用二轴调垂,二 个轴的方向由于存在摩力,会相互干扰,因此调垂效率低下。
[0008] 5、校正钢架虽然能重复使用,但钢架基础是采用混凝土材料,不能重复使用。其 二、格构柱冒出地面上的2m,割掉后,基本不能重复使用。其三、校正钢架的高一般在3m左 右,加上料斗约4. 5m高,因此混凝土搅拌车不能向桩孔内直接投混凝土料,必须采用混凝 土汽车传送泵,这也增加机械台班费(25元/m3)。综上所述造成了材料的浪费和成本的提
尚o
发明内容
[0009] 有鉴于此,本发明所要解决的技术问题是提供一种格构柱调垂系统及方法,可以 有效提高格构柱调垂系统的可靠性与调垂精度,自动化程度高。
[0010] 为解决上述技术问题,本发明采用了如下技术方案:[0011] 一种格构柱三轴自动无线实时调垂系统,包括设置在桩孔顶部外侧的护筒及安装 在桩孔地面上的固定连接机构,其特征在于:还包括测斜装置、调整装置和控制装置,所述 测斜装置安装在格构柱上,所述调整装置包括相连接的三轴可调机构和驱动装置,所述三 轴可调机构设置在护筒和格构柱之间,所述控制装置为一中央计算机,所述测斜装置和调 整装置分别与控制装置连接,控制装置接收并处理来自测斜装置的数据,并控制调整装置 调节格构柱的垂直度,所述三轴可调机构为三支呈120度均布的千斤顶,千斤顶的伸缩端 与格构柱相对,另一端连接于护筒内壁。
[0012] 所述护筒设有三个120度均布的外凸滑槽,所述千斤顶分别滑动式连接在所述外 凸滑槽内。
[0013] 所述驱动机构为一油压站,油压站和三轴可调机构通过油路管连接。
[0014] 所述测斜装置为一无线垂直传感器,其与控制装置通过无线信号连接。
[0015] 所述中央计算机还连接有一计算机监控终端。
[0016] 一种采用上述格构柱调垂系统的格构柱调垂方法,包括如下步骤:
[0017] 第一步,安装格构柱调垂系统,并测取基准垂直度数据;
[0018] 第二步,使格构柱调垂系统进入自动调垂状态,测斜装置实时测量格构柱垂直度, 控制装置读取该数据并将其与基准垂直度数据进行比较,当不符合要求时,自动控制调整 装置对格构柱进行调整直至其垂直度符合要求。
[0019] 进一步,所述第一步中,在吊装格构柱的时候,通过经纬仪和测斜装置同时测量格 构柱的垂直度,并将该数据做为基准垂直度存入控制装置。
[0020] 进一步,所述第一步细分为如下步骤:
[0021] a.护筒埋设、钻孔桩成孔并吊放桩钢筋笼至桩孔内;
[0022] b.在格构柱上安装垂直传感器,起吊格构柱,经纬仪、测斜装置测量垂直度,并将 首次垂直度数据作为基准存入以经调试完毕的中央计算机;
[0023] c.将格构柱吊入桩孔内,格构柱上口与护筒上口定位后固定;
[0024] d.安装调整机构。
[0025] 进一步,在第d步中,所述调整机构包括三轴可调机构和驱动机构,所述三轴可调 机构为三支呈120度均布的千斤顶,千斤顶的伸缩端与格构柱相对,另一端连接于护筒内 壁,所述驱动机构为一油压站,油压站与所述千斤顶通过油路管连接。
[0026] 本发明的有益效果:
[0027] a)将格构柱的可调机构直接设置在护筒上,可以依靠护筒四周的土压力提供给 格构柱足够的调垂反力,这比原先依靠钢架基础的自重提供的反力要大5〜10倍。因此, 可以有效提高格构柱调垂系统的可靠性,进而提高其调垂精度,调垂精度可以达1/500〜 1/2000的垂直精度。
[0028] b)自动化程度高,当格构柱进入桩孔,上口校正固定后,即进入全自动控制状态, 对格构柱在整个施工过程中,实施可进行随时监察并调正垂直度的实时调控技术,从而极 大地提高了本项技术的自动化程度。
[0029] c)垂直度的信号及调控指令采用无线信号传输,避免了在繁忙的工地现场其他工 序对电线、电缆的损坏,与对格构柱调垂的干扰。
[0030] d)采用三轴可调机构,不仅节约了可调机构的1/4材料,而且在二个方向上的调垂不干扰。
[0031] e)通过取消校正钢架及钢架基础,降低混凝土浇筑高度,不仅节约了校正钢架与 钢架基础的投入,而且格构柱冒出地面2m的材料与浇筑混凝土时无需混凝土汽车传送泵 的台班使用费,因此调垂的费用降低了较多。调垂成本有较大的下降,冒出地面的格构柱高 度仅是原方法的十分之一,钢架基础全部省掉,浇混凝土高度降低,省去混凝土汽车传送泵 费用,一次性测斜管也省去,而护筒的改造费用又远低于钢架费用,且护筒也能重复使用。
附图说明
[0032] 图1是现有采用上部校正架的调垂系统的结构示意图;
[0033] 图2是现有二轴可调机构的结构示意图;
[0034] 图3是本发明格构柱三轴自动无线实时调垂系统的示意图;
[0035] 图4a是本发明的三轴可调机构的俯视示意图;
[0036] 图4b是图4a的A-A视图;
[0037] 图5是本发明首次测度基准垂直数据示意图;
[0038] 图6是采用本发明调垂系统的格构柱施工工艺流程图;
[0039] 图中:1-千斤顶,2-传感器,3-中央计算机,4-油压站,5-护筒,51-滑槽,6_格构 柱,7-地面固定连接机构,8-桩孔,9-吊车,10-监控终端,11-经纬仪,12-浇砼导管,13-砼 料斗,14-测斜仪,15-钢架,16-钢架基础,17-钢筋笼,18-混凝土汽车传送泵,19-螺杆。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图对本发明作清楚、完整地说明:
[0041] 请参见图3,并配合参见图4a和图4b,这种格构柱调垂系统,包括:设置在桩孔8 顶部的护筒5,及安装在桩孔8地面上的地面固定连接机构,还包括:测斜装置、调整装置和 控制装置。所述测斜装置安装在格构柱6上。格构柱6放置在桩孔8内,护筒5置于格构 柱6颈部外侧。所述调整装置包括相连接的三轴可调机构和驱动装置,所述三轴可调机构 设置在护筒5和格构柱6之间。所述控制装置为一中央计算机3。所述测斜装置和调整装 置分别与控制装置连接,控制装置接收并处理来自测斜装置的数据,并控制调整装置调节 格构柱6的垂直度。
[0042] 该格构柱6和护筒5之间有一定空间。该格构柱6长度差不多有20几米,护筒5 高度有1. 5米左右,护筒5与地面固定连接机构7连接。
[0043] 请参见图3,所述三轴可调机构为三支呈120度均布于护筒5内、格构柱6外的千 斤顶1。所述驱动机构为一油压站4。油压站4和千斤顶1通过油路管连接。
[0044] 请参见图4a和图4b :所述千斤顶1的伸缩端与格构柱6相对,其另一端设置于护 筒5内壁。为了方便千斤顶1的安装,在原钻孔桩的护筒基础上稍作改动,增设三个外凸的 滑槽51,将所述护筒5从原来的圆筒形改装成一根带有三个120度均布的外凸滑槽51的 圆管。三支千斤顶1分别滑动式连接在所述滑槽51的内壁上。当格构柱6调垂及施工结 束后,千斤顶可以从滑槽内取出。将三轴可调机构直接设置在护筒上,可以依靠护筒四周的 土压力提供给格构柱6足够的调垂反力,这比原先依靠钢架基础16的自重提供的反力要大 5〜10倍。因此,可以有效提高格构柱6自动实时调垂系统的可靠性,进而提高其调垂精度,使得格构柱6的调垂精度可以达1/500〜1/2000的垂直精度。
[0045] 另外,采用三轴可调机构不仅节约了可调机构的1/4材料,而且在两个方向上的 调垂不干扰。原有的二轴可调机构,请参见图2,当X方向的垂直度调好后,必须用X方向 一对螺杆机构夹紧,在调Y方向时,由于X方向夹紧产生的Y方向的摩擦力会干扰Y方向的 调节,影响其调垂精度与效率。而用本发明的三轴可调机构,由于X、Y方向调垂是同步进行 的,且由中央计算机3通过液压来控制,因此相比二轴可调机构具有更高的调垂精度和可 靠度。
[0046] 所述测斜装置为一角度传感器2,其与中央计算机3通过无线信号传输。采用无线 传输可以避免在繁忙的工地现场其他工序对电线、电缆的损坏,以致干扰格构柱6的调垂。 采用传感器2而且可以实现随时随地测量格构柱6的垂直度。由于混凝土的冲击力,以及 提拔浇砼导管12时会对格构柱6产生一定的挤压力,会影响格构柱6的垂直度。而原先采 用测斜仪14监测垂直度相当麻烦,需要停止浇灌混凝土,卸下砼料斗13,进行监测。因此给 施工带来了相当大的困难。也就是说,原先不能边施工边进行监测与调垂。如此,当混凝土 浇筑完毕,格构柱6已插入灌注桩中时,此时虽能监测,但由于格构柱6已经插入混凝土内, 若虽发现垂直度不符合要求,再要调垂已很困难。
[0047] 另外,采用传感器2可以实现在格构柱6起吊时,与经纬仪11配合测量格构柱6的 首次垂直度基准数据。而原先的侧斜仪14,由于安装问题,只能在格构柱6进入桩孔8后, 通过测量冒出地面2米的格构柱6柱身来获得整个格构柱6的垂直度,因此误差比较大。而 本发明可以在格构柱6起吊时测量格构柱6的垂直度,请参见图5为本实施例首次测量格 构柱6垂直度基准数据的示意图。当吊车9起吊在高空后,传感器2直接将垂直信号传入 已经调试好的中央计算机3,并与经纬仪11测读的数据比对后,作为首次垂直度基准数据 存入中央计算机3,以此作为后继调垂的依据。由于经纬仪11的测读数据为整个格构柱6 柱长,因此,它的精度就是仪器的精度,而没有格构柱6本身弯曲及放大倍数的误差。故而, 可以有效提高格构柱6初始测垂精度。
[0048] 采用上述格构柱调垂系统,可以在格构柱进入桩孔8,上口校正固定后,进入全自 动控制状态,实现实时监控调垂,可以在发现格构柱6垂直度不符合要求时及时予以调整, 因此自动化程度较高。
[0049] 另外,所述中央计算机3还连接有一计算机监控终端10。操作人员在远离现场情 况下,通过监控终端10监控格构柱6调垂过程并对中央计算机3发出指令。
[0050] 本实施例冒出地面的格构柱6长度仅是原方法的十分之一,即从2m降到0. 2m左 右;校正钢架15和钢架基础16可以全部省掉;由于浇混凝土的高度降低可以省去混凝土 汽车传送泵18的费用;还可以省去一次性测斜仪14。然而护筒5的改造费用又远低于钢 架15费用,且护筒5也能重复使用。因此采用本发明可以有效降低格构柱的调垂费用及成 本。
[0051] 请参见图6,采用上述格构柱调垂系统的格构柱调垂方法,包括如下步骤:
[0052] 第一步S1,安装、调试格构柱调垂系统,并测取基准垂直度数据;
[0053] 上述第一步细分为如下步骤:
[0054] a.护筒5埋设、钻孔桩成孔并吊放桩钢筋笼至桩孔8内。
[0055] b.在格构柱6上安装无线垂直传感器2,起吊格构柱6,经纬仪、传感器2测量垂直度,并将首次垂直度数据存入已经调试好的中央计算机3。
[0056] 请参见图5:由于测斜装置采用无线信号垂直传感器2,当吊车起吊在高空后,传 感器2直接将垂直信号传入已经调试好的中央计算机3,并与经纬仪11测读的数据比对后, 作为首次垂直数据存入中央计算机3,以此作为后继调垂的依据。由于经纬仪11的测读数 据为整个格构柱6柱长。因此,它的精度就是仪器的精度,而没有格构柱6本身弯曲及放大 倍数的误差。故而,可以有效提高格构柱6初始测垂精度,克服了采用原先侧斜仪和测斜管 的缺陷。
[0057] c.将格构柱6吊入桩孔8内,格构柱6上口与护筒5上口定位后固定。
[0058] d.将千斤顶1置入护筒5的外凸滑槽51、并联接经检查完毕的三支千斤顶1与油 压站4之间的油路。
[0059] 第二步S2,格构柱调垂系统进入自动调垂状态:在浇灌桩孔8混凝土的整个过程 中,传感器2实时测量格构柱6垂直度,中央计算机3读取该数据并将其与基准垂直度数据 进行比较,当垂直度不符合要求时,自动控制千斤顶1对格构柱6进行调整直至其垂直度符 合要求。
[0060] 本发明可以实现对格构柱的实时监控调垂,与现有的技术相比较,在格构柱6进 入桩孔8后,由于后继浇混凝土和提拔浇砼导管12时很容易与格构柱6碰碰撞撞,而影响 其可靠度与精度,采用实时监控与调垂,可以在发现上述情况后能及时予以调整。
[0061] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因 此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

  1. 一种格构柱三轴自动无线实时调垂系统,包括设置在桩孔顶部外侧的护筒及安装在桩孔地面上的固定连接机构,其特征在于:还包括测斜装置、调整装置和控制装置,所述测斜装置安装在格构柱上,所述调整装置包括相连接的三轴可调机构和驱动装置,所述三轴可调机构设置在护筒和格构柱之间,所述控制装置为一中央计算机,所述测斜装置和调整装置分别与控制装置连接,控制装置接收并处理来自测斜装置的数据,并控制调整装置调节格构柱的垂直度,所述三轴可调机构为三支呈120度均布的千斤顶,千斤顶的伸缩端与格构柱相对,另一端连接于护筒内壁。
  2. 2.如权利要求1所述的格构柱三轴自动无线实时调垂系统,其特征在于:所述护筒设 有三个120度均布的外凸滑槽,所述千斤预分别滑动式连接在所述外凸滑槽内。
  3. 3.如权利要求1所述的格构柱三轴自动无线实时调垂系统,其特征在于:所述驱动机 构为一油压站,油压站和三轴可调机构通过油路管连接。
  4. 4.如权利要求1所述的格构柱三轴自动无线实时调垂系统,其特征在于:所述测斜装 置为一无线垂直传感器,其与控制装置通过无线信号连接。
  5. 5.如权利要求1所述的格构柱三轴自动无线实时调垂系统,其特征在于:所述中央计 算机还连接有一计算机监控终端。
  6. 6. 一种采用如权利要求1所述的格构柱三轴自动无线实时调垂系统的调垂方法,其特 征在于:包括如下步骤:第一步,安装格构柱调垂系统,并测取基准垂直度数据;第二步,使 格构柱调垂系统进入自动调垂状态,测斜装置实时测量格构柱垂直度,控制装置读取该数 据并将其与基准垂直度数据进行比较,当不符合要求时,自动控制调整装置对格构柱进行 调整直至其垂直度符合要求。
  7. 7.如权利要求6所述的调垂方法,其特征在于:所述第一步中,在吊装格构柱的时候, 通过经纬仪和测斜装置同时测量格构柱的垂直度,并将该数据做为基准垂直度存入控制装 置。
  8. 8.如权利要求6所述的调垂方法,其特征在于:所述第一步细分为如下步骤:a.护筒埋设、钻孔桩成孔并吊放桩钢筋笼至桩孔内;b.在格构柱上安装垂直传感器,起吊格构柱,经纬仪、测斜装置测量垂直度,并将首次 垂直度数据作为基准存入以经调试完毕的中央计算机;c.将格构柱吊入桩孔内,格构柱上口与护筒上口定位后固定;d.安装调整机构。
  9. 9.如权利要求8所述的调垂方法,其特征在于:在第d步中,所述调整机构包括三轴可 调机构和驱动机构,所述三轴可调机构为三支呈120度均布的千斤顶,千斤顶的伸缩端与 格构柱相对,另一端连接于护筒内壁,所述驱动机构为一油压站,油压站与所述千斤顶通过 油路连接。
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