CN104343138A - 挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，包括如下内容：在拉动桩套管的滑轮组机构的下方设置一吨位计，通过吨位计的计量显示换算出钢丝绳的单绳拉力，吨位计与电气控制系统的控制模块连接，控制卷扬机对钢丝绳的收放，保证钢丝绳始终处于绷紧状态，避免桩套管在回打和贯入阶段处于无约束状态，造成脱离跑道的事故；且能保证拉拔速度合理，保证施工质量和工作效率。桩套管内还设置有反映下砂速度的砂面计和反映桩套管内压力的压力传感器，通过电气控制系统使下砂速度与桩套管内压力相互关联，使下砂速度稳定、施工自动化程度高、施工效率高，本发明大量地节约了施工过程中的人力成本，经济性好。

Description

挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法

技术领域

本发明涉及水下挤密砂桩地基加固技术领域，特别是涉及一种挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法。

背景技术

水下挤密砂桩地基加固技术，是在专用的砂桩船上通过振动沉管设备和管腔加压装置把砂强制压入水下软弱地基中，经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成挤密砂桩。通过挤密砂桩的置换、挤密、排水作用，增加地基强度和刚度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力。

如图1所示，挤密砂桩的桩套管包括上部总段和下部总段。上部总段包括进料斗1、下导门2、上导门3和桩锤4，全部通过螺栓连接，总重59吨。在地面组装完成后利用门机吊上甲板，安装导轨滑块和桩锤提升钢丝绳，利用桩锤提升绞车将上部总段提升至桩架最顶端悬挂。下部总段包括桩管主体5和锥形过渡管6，通过焊接连接为一体，总重35吨。在地面制作完成后利用门机MQ40100吊装到位。

桩套管的贯入工艺包括以下步骤：

1、将桩套管贯入泥面，贯入过程中依靠自重和桩锤振动使桩套管周围的泥液化，从而使桩套管顺利贯入；

2、将砂通过进料斗加入桩套管；

3、通过安装于桩套管最上部的桩锤的振动，使桩套管内的砂密实；

4、当桩套管贯入至设定高度，对桩套管进行端部处理，将桩套管内的泥全部排出，保证桩套管内全部为砂；

5、使桩套管内保持合适的压力，拉拔桩套管，保证下砂符合要求，拉拔到设定高度后停止；

6、进行回打，使砂桩桩径扩大至合适高度。

桩套管的贯入工艺最终要形成连续的砂桩，因此桩套管的速度控制尤为重要，在拉拔过程中，如果速度过快，则下砂量小，可能形成断桩或桩径过小，影响质量；如果速度过慢，则影响工作效率。在回打和贯入阶段，如果速度过快，则可能因为太快，桩套管克服泥土阻力较大，桩套管自身速度慢，而卷扬机下放速度过快，使桩套管处于无约束状态，且因桩锤振动，桩套管可能会脱离跑道，造成事故，所以要时刻控制桩套管速度，保证钢丝绳处于绷紧状态，且效率最大。现有技术中，对桩套管速度的控制通过手工操作来实现，人为观察桩管钢丝绳的绷紧程度，耗费人力，且施工精度较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种自动化程度高、节省人力、施工精度高的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，包括如下内容：

一、在拉动桩套管的滑轮组机构的下方设置一吨位计，通过吨位计的计量显示换算出钢丝绳的单绳拉力，所述吨位计与电气控制系统的控制模块连接，控制卷扬机对钢丝绳的收放；

二、在桩套管内设置一检测桩套管内砂面高度的砂面计，换算出桩套管内的下砂速度，所述砂面计与电气控制系统的控制模块连接，所述控制模块设置有下砂速度的预定值；

三、在桩套管内设置一压力传感器，所述压力传感器与电气控制系统的控制模块连接；

四、所述下砂速度的实际速度由砂面计测得，低于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管内的进气阀和排气阀，增大桩套管内的压力，使下砂速度加快，高于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管内的进气阀和排气阀，减小桩套管内的压力，使下砂速度减小，该压力的大小通过压力传感器传输给控制模块相应的信号；即砂面计的计量信号通过控制模块控制压力传感器的反馈信号。

其中，所述吨位计的计量显示与钢丝绳的单绳拉力之间的换算关系为：

取钢丝绳的单绳拉力为T，钢丝绳与吨位计上方的滑轮组形成的夹角为α，钢丝绳的合力F与所述滑轮组的支点的力臂为L，吨位计的受力即吨位计的计量显示为P，吨位计与所述滑轮组的支点的力臂为M，所述滑轮组的自重为G，所述滑轮组与它的支点的力臂为N，则

$F=\sqrt{T^2+T^2+2\×T\×T\cos \mathrm{\α}}$

ΣM＝0即FL+GN-PM=0

从而 $P=(\sqrt{T^2+T^2+2\×T\×T\cos \mathrm{\α}}L+\mathrm{GN})/M.$

优选地，α=113.4°，G=0.3t，L=383.1mm，M=400mm，N=500mm，则P=1.054T+0.375t（吨位计的计量单位为t即吨时）或P=1.054T+3.75kN（吨位计的计量单位为kN即千牛顿时）。

如上所述，本发明的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，具有以下有益效果：

通过电气控制系统控制程序的设计，自动控制吨位计的计量显示与桩套管下放速度的关系；通过电气控制系统控制卷扬机的收放，实现电气控制系统时刻控制桩套管的速度，保证钢丝绳始终处于绷紧状态，避免了桩套管在回打和贯入阶段因要克服土阻力等自身速度慢而卷扬机下放钢丝绳速度快使桩套管处于无约束状态，脱离跑道，造成事故的问题；还避免了下砂量少时拉拔速度过快造成的断桩、桩径过小的质量问题，同时也避免了因拉拔速度慢影响工作效率的问题。本发明自动化程度高、施工精度高，大大节约人力消耗。

附图说明

图1显示为挤密砂桩桩套管的结构示意图。

图2显示为本发明的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法使用的吨位计的安装示意图。

元件标号说明

1        进料斗

2        下导门

3        上导门

4        桩锤

5        桩管主体

6        锥形过渡管

100      桩套管

200      钢丝绳

300      吨位计

400      滑轮组

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，本发明提供的一种挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，包括如下内容：

在拉动桩套管100的滑轮组机构的下方设置一吨位计300，通过吨位计300的计量显示换算出钢丝绳200的单绳拉力，所述吨位计300与电气控制系统的控制模块连接，控制卷扬机的收放。

其中，所述吨位计300的计量显示与钢丝绳200的单绳拉力之间的换算关系为：

取钢丝绳200的单绳拉力为T，钢丝绳与吨位计300上方的滑轮组400形成的夹角为α，钢丝绳200的合力F与滑轮组400的支点的力臂为L，吨位计300的受力即吨位计的计量显示为P，吨位计300与滑轮组400的支点的力臂为M，滑轮组400的自重为G，滑轮组400与它的支点的力臂为N，则

$F=\sqrt{T^2+T^2+2\×T\×T\cos \mathrm{\α}}$

ΣM＝0即FL+GN-PM=0

从而 $F=\sqrt{T^2+T^2+2\×T\×T\cos \mathrm{\α}}$

本发明的一种挤密砂桩桩套管贯入检测控制方法还包括以下内容：

一、在桩套管100内设置一检测桩套管内砂面高度的砂面计，换算出桩套管内的下砂速度，所述砂面计与电气控制系统的控制模块连接，所述控制模块设置有下砂速度的预定值；

二、在桩套管100内设置一压力传感器，所述压力传感器与电气控制系统的控制模块连接；

三、所述下砂速度的实际速度由砂面计测得，低于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管内的进气阀和排气阀，增大桩套管内的压力，使下砂速度加快，高于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管内的进气阀和排气阀，减小桩套管内的压力，使下砂速度减小，该压力的大小通过压力传感器传输给控制模块相应的信号；即砂面计的计量信号通过控制模块控制压力传感器的反馈信号。

实施例一

取α=113.4°，G=0.3t，L=383.1mm，M=400mm，N=500mm，

则吨位计的计量单位为t即吨时，P=1.054T+0.375t；

吨位计的计量单位为kN即千牛顿时，P=1.054T+3.75kN。

此时，本发明对于挤密砂桩桩套管贯入检测控制通过以下内容实现：

由钢丝绳200的单绳拉力T使吨位计300产生相应的计量显示P，吨位计300与电气控制系统的控制模块连接，当钢丝绳200的单绳拉力T趋向0时，控制模块就给卷扬机相应的电信号，使卷扬机收紧钢丝绳，从而使钢丝绳200一直处于绷紧状态，使钢丝绳200的单绳拉力T保持始终大于0，从而避免桩套管100在回打和贯入阶段，桩套管100要克服土阻力等自身速度慢而卷扬机下放钢丝绳200速度快使桩套管100处于无约束状态，脱离跑道，造成事故的问题。

在桩套管100内设置一检测桩套管100内砂面高度的砂面计，通过砂面高度的变化换算出桩套管100内的下砂速度，所述砂面计与电气控制系统的控制模块连接，所述控制模块设置有下砂速度的预定值。在桩套管100内设置一压力传感器，所述压力传感器与电气控制系统的控制模块连接。所述下砂速度的实际速度由砂面计测得，当下砂速度低于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管100内的进气阀和排气阀，增大桩套管100内的压力，使下砂速度加快；当下砂速度高于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管100内的进气阀和排气阀，减小桩套管100内的压力，使下砂速度减小，该压力的大小通过压力传感器传输给控制模块相应的信号；即砂面计的计量信号通过控制模块控制压力传感器的反馈信号，使下砂速度保持在比较合理的范围。

本发明的下砂速度与桩套管的拉拔速度存在对应关系，下砂量影响着桩套管100的自重，桩套管100的自重直接关系到钢丝绳200的单绳拉力T，下砂速度慢，则钢丝绳的单绳拉力T较小，吨位计300产生相应的计量显示P也较小，使控制模块给卷扬机相应的电信号，使卷扬机收紧钢丝绳200的速度也较慢，从而桩套管100的拉拔速度也慢；且增大桩套管100内的压力。下砂速度快，则钢丝绳200的单绳拉力T较大，吨位计300产生相应的计量显示P也较大，使控制模块给卷扬机相应的电信号，使卷扬机收紧钢丝绳200的速度也较快，从而桩套管100的拉拔速度也较快，若超过桩套管100的最大速度，即下砂速度高于其预定值，则减小桩套管100内的压力，使下砂速度减小，从而钢丝绳200的单绳拉力T变小，吨位计300使卷扬机收紧钢丝绳200的速度变慢，从而桩套管100的拉拔速度变慢。本发明通过吨位计300对卷扬机收紧钢丝绳200的速度的控制，避免了下砂量少时拉拔速度过快造成的断桩、桩径过小的质量问题，同时也避免了因拉拔速度慢影响工作效率的问题。

本发明在回打时，通过检测吨位计300的计量显示P，即可知道砂桩的加固效果。

综上所述，本发明挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法通过电气控制系统控制程序的设计，自动控制吨位计的计量与桩套管下放及拉拔速度的关系；通过电气控制系统控制卷扬机的收放，实现电气控制系统时刻控制桩套管的速度，保证钢丝绳始终处于绷紧状态；避免了桩套管在回打和贯入阶段因要克服土阻力等自身速度慢而卷扬机下放钢丝绳速度快使桩套管处于无约束状态，脱离跑道，造成事故的问题；还避免了下砂量少时拉拔速度过快造成的断桩、桩径过小的质量问题，同时也避免了因拉拔速度慢影响工作效率的问题。本发明自动化程度高、施工精度高，大大节约人力消耗。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，其特征在于，包括如下内容：

一、在拉动桩套管的滑轮组机构的下方设置一吨位计，通过吨位计的计量显示换算出钢丝绳的单绳拉力，所述吨位计与电气控制系统的控制模块连接，控制卷扬机对钢丝绳的收放；

二、在桩套管内设置一检测桩套管内砂面高度的砂面计，换算出桩套管内的下砂速度，所述砂面计与电气控制系统的控制模块连接，所述控制模块设置有下砂速度的预定值；

三、在桩套管内设置一压力传感器，所述压力传感器与电气控制系统的控制模块连接；

四、所述下砂速度的实际速度由砂面计测得，低于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管内的进气阀和排气阀，增大桩套管内的压力，使下砂速度加快，高于预定值时控制模块得到信息后调整桩套管内的进气阀和排气阀，减小桩套管内的压力，使下砂速度减小，该压力的大小通过压力传感器传输给控制模块相应的信号；即砂面计的计量信号通过控制模块控制压力传感器的反馈信号。

2.根据权利要求1所述的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，其特征在于：所述吨位计的计量显示与钢丝绳的单绳拉力之间的换算关系为：

取钢丝绳的单绳拉力为T，钢丝绳与吨位计上方的滑轮组形成的夹角为α，钢丝绳的合力F与所述滑轮组的支点的力臂为L，吨位计的受力即吨位计的计量显示为P，吨位计与所述滑轮组的支点的力臂为M，所述滑轮组的自重为G，所述滑轮组与它的支点的力臂为N，则

$F=\sqrt{T^2+T^2+2\×T\×T\cos \mathrm{\α}}$

ΣM＝0即FL+GN-PM=0

从而 $P=(\sqrt{T^2+T^2+2\×T\×T\cos \mathrm{\α}}L+\mathrm{GN})/M.$

3.根据权利要求2所述的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，其特征在于：α=113.4°，G=0.3t，L=383.1mm，M=400mm，N=500mm。

4.根据权利要求3所述的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，其特征在于：所述吨位计的计量单位为t即吨，P=1.054T+0.375t。

5.根据权利要求3所述的挤密砂桩桩套管贯入监测控制方法，其特征在于：所述吨位计的计量单位为kN即千牛顿，P=1.054T+3.75kN。