CN104652435B - 一种智能桩机设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能桩机设备及方法。包括：桅杆导轨，桅杆导轨自上至下依次安装有动力头、动力机构和导向基座；导向基座内设有桩，动力机构驱动桩移动；桩上设置有激光感光元件；与所述动力头相适配的分节钻杆，分节钻杆下端设置螺旋钻头，动力头通过分节钻杆带动螺旋钻头钻孔；分节钻杆上还分别安装有喷嘴和土压传感器，土压传感器将地下土压监测情况反馈给喷浆控制系统，喷浆控制系统控制高压泵输出匹配压力使泥浆通过喷嘴旋喷而出。本设备中，通过多种结构的组合，使本设备集压桩、接桩和注浆整个成桩工艺过程。节省空间、设备成本，提高工作效率。同时能够实现接桩过程中的桩的承载力评估、桩的垂直度监测以及纠偏功能，保证成桩质量。
Description
技术领域
本发明涉及桩机工程设备领域，具体的说，是涉及一种智能桩机设备及方法。
背景技术
目前，现有的各种压桩机功能化单一，压桩、成桩过程需要多种设备配合完成，所以存在工作所需空间大、效率低、成本高等多种问题。在成桩过程中不便于垂直度监测，也不便于斜桩纠偏，就造成了成桩后误差较大的情况。
因此，如何设计一种全新的装置，能够具有压桩、注浆、垂直度监测功能，并且能够将斜桩纠偏，是本领域技术人员亟需解决的。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种智能桩机设备及方法。本设备在压桩过程中，能够实现垂直度监测与斜桩纠偏功能，并可以在压桩到位后进行注浆，极大的提高了工作效率。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能桩机设备，包括：
桅杆导轨，桅杆导轨自上至下依次安装有动力头、动力机构和导向基座；
所述导向基座内设有桩，动力机构驱动桩移动；
与所述动力头相适配的分节钻杆，分节钻杆下端设置螺旋钻头，动力头通过分节钻杆带动螺旋钻头钻孔；分节钻杆上还分别安装有喷嘴和土压传感器，土压传感器将地下土压监测情况反馈给喷浆控制系统，喷浆控制系统根据反馈控制高压泵输出匹配压力使泥浆通过喷嘴旋喷而出。
优选的，所述动力机构包括上层轴向液压系统、下层轴向液压系统和径向液压系统；
上层轴向液压系统和下层轴向液压系统分别与桅杆导轨相连；
上层轴向液压系统通过轴端压板驱动桩移动；
下层轴向液压系统与径向液压系统相连接，径向液压系统通过抱压装置夹紧桩。
优选的，任一轴向液压系统上均安装有压力传感器和位置传感器，压力传感器和位置传感器将信号传递给承压评估系统。
优选的，所述轴向压板还可与纠偏杆活动连接；
所述桩上设置有激光感光元件；
纠偏杆和分节钻头上均安装有与所述激光感光元件相适配的激光测距装置，任一激光测距装置均将信号传递给偏角分析系统，偏角分析系统将信号传递给力矩分析系统，力矩分析系统为气压控制系统提供纠偏力矩信号。
优选的，所述纠偏杆的下端设有多个气囊，气囊被气压控制系统控制实现充放气。
本方案还提供了利用上述的智能桩机设备的方法，包括如下步骤：
A.径向液压系统驱动抱压装置将桩夹紧，下层轴向液压系统通过径向液压系统驱动桩下压；电机将动力传递给螺旋钻头旋进钻孔；
B.分节钻杆下端的激光测距装置达到设定位置时，电机停转，激光测距装置向激光感光元件发射激光测距，并将信号传递给偏角分析系统；
C.偏角分析系统计算已压桩的偏角，若偏角在允许误差范围内，则喷浆控制系统通过土压传感器传递来的信号，通过控制高压泵将泥浆从喷嘴喷出；
喷浆过程中，分节钻杆持续上升。
上述方法中，优选的是，所述步骤C中，若偏角误差超过允许误差，则将分节钻杆拆出，在桩内安装纠偏杆；
通过力矩分析控制系统得出纠偏力矩大小及分布，由气压控制系统向纠偏杆外壁分布的指定气囊充气，靠气囊对桩内壁的挤压力进行微纠偏，纠偏过程中通过纠偏杆上的激光测距装置实时反馈最新倾斜角信息，当倾斜角已达到允差范围内时，纠偏完成，然后气压控制系统将所有气囊排气，拆卸纠偏杆，安装分节钻杆，重复步骤A。
上述方法中，优选的是，所述步骤C中，偏角分析系统根据如下公式计算已压桩的偏角：
其中：为倾斜角，L1为激光测距值，L2为桩直正状态下激光测距装置到激光感光元件标准距离，为激光感光元件到压桩桩端的垂直距离。
本方案还提供了另一种设备，具体为：
一种智能桩机设备，包括设置在桅杆导轨上的液压动力头，液压动力头伸出的液压推杆上设置有轴端法兰，轴端法兰上安装有磁力挂钩，磁力挂钩上悬挂有重锤，电磁控制系统控制磁力挂钩的开合；
桅杆导轨的下端安装有导向基座，导向基座内设置有桩；
所述桩的上端设置有桩帽，桩帽上安装有位置传感器，桩帽通过滑移支架与桅杆导轨滑动连接，滑移支架上设置有高应变监测装置；所述位置传感器和高应变监测装置分别与承压评估系统相连通。
本方案还提供了应用上述智能桩机设备的方法，包括如下步骤：
A.通过液压推杆带动重锤到达锤击指定距离；
B.通过电磁控制系统控制磁力挂钩脱钩，完成锤击；
C.液压推杆靠近重锤，通过电磁控制系统控制磁力挂钩挂起重锤，重复步骤A。
本发明的有益效果是：实现压桩、接桩、注浆等整个成桩工艺过程。大幅节省工作空间、设备成本，提高工作效率。同时能够实现接桩过程中的桩的承载力评估、桩的垂直度监测以及纠偏功能，保证成桩质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为抱压装置安装俯视图；
图3为本发明纠偏工作示意图；
图4是图1中A处的局部放大图；
图5为本发明另一种设备的结构示意图；
图中，1、动力头，2、抱压装置，3、内套夹具，4、径向液压系统，5、下层轴向液压系统，6、分节钻杆，7、螺旋钻头，8、喷嘴，9、导向基座，10、土压传感器，11、喷浆控制系统，12、高压泵，13、气囊，14、激光测距装置，15、压力传感器，16、位置传感器，17、承压评估系统，18、偏角分析系统，19、力矩分析控制系统，20、气压控制系统，21、激光感光元件，22、桩端压板，23、纠偏杆，24、上层轴向液压系统，b-1、液压动力头，b-2、液压推杆，b-3、轴端法兰，b-4、桩帽，b-5、高应变监测装置，b-6、位置传感器，c-1、磁力挂钩，c-2、重锤，c-3、电磁控制系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方法做详细阐述：
如图1-4所示，一种智能桩机设备，包括：
桅杆导轨，桅杆导轨自上至下依次安装有动力头1、动力机构和导向基座9；
所述导向基座9内设有桩，动力机构驱动桩移动；
桩上设置有工艺孔，工艺孔内安装有激光感光元件21；
与所述动力头相适配的分节钻杆6，分节钻杆6下端设置螺旋钻头7，动力头1通过分节钻杆6带动螺旋钻头7钻孔；分节钻杆6上还分别安装有喷嘴8和土压传感器10，土压传感器10将地下土压监测情况反馈给喷浆控制系统11，喷浆控制系统11根据反馈控制高压泵12输出匹配压力使泥浆通过喷嘴8旋喷而出。
其中，动力头可选择电机，由电机通过变速器(减速机)带动分节钻杆6转动。
所述动力机构包括上层轴向液压系统24、下层轴向液压系统5和径向液压系统4；
上层轴向液压系统24和下层轴向液压系统5分别与桅杆导轨相连；
上层轴向液压系统24通过轴端压板22驱动桩移动；
下层轴向液压系统5与径向液压系统4相连接，径向液压系统4通过抱压装置2夹紧桩(抱压装置2内设有可拆卸的内套夹具3)。
任一轴向液压系统上均安装有压力传感器15和位置传感器16，压力传感器15和位置传感器16将信号传递给承压评估系统17。
所述轴向压板22还可与通过螺栓纠偏杆23活动连接；
纠偏杆23和分节钻头6上均安装有与所述激光感光元件21相适配的激光测距装置14，任一激光测距装置21均将信号传递给偏角分析系统18，偏角分析系统18将信号传递给力矩分析系统19，力矩分析系统19为气压控制系统20提供纠偏力矩信号。
所述纠偏杆23的下端设有多个气囊13，任一气囊13均被气压控制系统20控制实现充放气。
本方案还提供了利用上述的智能桩机设备的方法，包括如下步骤：
压桩：
A.径向液压系统4驱动抱压装置3将桩夹紧，下层轴向液压系统24通过径向液压系统4驱动桩下压；下压过程由压力传感器15及位置传感器16实时记录压桩压力及下压行程，并将记录反馈给承压评估系统17进行桩的承载力评估；同时电机将动力传递给螺旋钻头7旋进钻孔；
下压行程完毕后，径向液压系统4驱动内套夹具3松开，下层轴向液压系统5带动抱压装置2回程，进行下一个抱压循环。
如果使抱压装置的内套夹具3一直处于松开状态，而桩的下压过程是利用上层轴向液压系统24通过桩端压板22传递下压力的话，设备就转化为了桩端轴压方式，其引孔方式、承载力评估方式与抱压方式相同。
接桩。
为防止压桩过程的冲击对已压桩造成的偏斜，必须对接桩过程的垂直度进行监测。
接桩时，分节钻杆6在每旋进一定深度，也即下压一定距离时，适时回程排土。在回程中，当分节钻杆6下端的激光测距装置14到达已压桩工艺孔位置时，停转，激光测距装置14向工艺孔内的激光感光元件21发射激光，通过激光感光元件21的感应反馈得出两点间的距离，并传输给偏角分析系统18，经过以下公式计算出已压桩的偏角；
若偏角在允许误差范围内，则喷浆控制系统通过土压传感器传递来的信号，通过控制高压泵将泥浆从喷嘴喷出；
喷浆过程中，分节钻杆6持续上升。
其中：为倾斜角，L1为激光测距值，L2为桩直正状态下激光测距装置14到激光感光元件标准距离，H为激光感光元件到压桩桩端的垂直距离。
若偏角误差超过允许误差，则将分节钻杆6拆出，在桩内安装纠偏杆23，进行微量纠偏；
纠偏过程中，通过力矩分析控制系统19得出纠偏力矩大小及分布，由气压控制系统20向纠偏杆23外壁分布的指定气囊13充气，靠气囊13对桩内壁的挤压力进行微纠偏，实现纠偏所需的挤压力矩，完成微纠偏目的。纠偏杆23下端也安装了与分节钻杆6相同的激光测距装置14，纠偏过程中可实时反馈最新倾斜角信息，当倾斜角已达到允差范围内时，停止纠偏。气压控制系统20向气囊13发出排气指令，气囊13再次恢复初始状态，拆除纠偏杆23，安装分节钻杆6，继续压桩、接桩。
如图5所示，本方案还提供了另一种智能桩机设备，包括设置在桅杆导轨上的液压动力头b-1，液压动力头b-1伸出的液压推杆b-2上设置有轴端法兰b-3，轴端法兰b-3上安装有磁力挂钩c-1，磁力挂钩c-1上悬挂有重锤c-2，电磁控制系统c-3控制磁力挂钩c-1的开合；
桅杆导轨的下端安装有导向基座9，导向基座9内设置有桩；
所述桩的上端设置有桩帽b-4，桩帽b-4上安装有位置传感器b-6，桩帽b-4通过滑移支架与桅杆导轨滑动连接，滑移支架上设置有高应变监测装置b-5；所述位置传感器b-6和高应变监测装置b-5分别与承压评估系统17相连通。
本方案还提供了应用上述智能桩机设备的方法，包括如下步骤：
A.通过液压推杆b-2带动重锤c-2到达锤击指定距离；
B.通过电磁控制系统17控制磁力挂钩c-1脱钩，完成锤击；
C.液压推杆b-2靠近重锤c-2，通过电磁控制系统17控制磁力挂钩c-1挂起重锤c-2，重复步骤A。
上述设备中，压桩装置为锤击，可以获得更大的下压力，便于在坚硬地质压桩。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。本方案中未进行详细说明的部分均为现有技术，在此也不进行赘述。
Claims (6)
1.一种智能桩机设备，其特征在于，包括：
桅杆导轨，桅杆导轨自上至下依次安装有动力头、动力机构和导向基座；
所述导向基座内设有桩，动力机构驱动桩移动；
与所述动力头相适配的分节钻杆，分节钻杆下端设置螺旋钻头，动力头通过分节钻杆带动螺旋钻头钻孔；分节钻杆上还分别安装有喷嘴和土压传感器，土压传感器将地下土压监测情况反馈给喷浆控制系统，喷浆控制系统根据反馈控制高压泵输出匹配压力使泥浆通过喷嘴旋喷而出；
所述动力机构包括上层轴向液压系统、下层轴向液压系统和径向液压系统；
上层轴向液压系统和下层轴向液压系统分别与桅杆导轨相连；
上层轴向液压系统通过轴端压板驱动桩移动；
下层轴向液压系统与径向液压系统向连接，径向液压系统通过抱压装置夹紧桩；
所述轴端压板还可与纠偏杆活动连接；
所述桩上设置有激光感光元件；
纠偏杆和分节钻杆上均安装有与所述激光感光元件相适配的激光测距装置，任一激光测距装置均将信号传递给偏角分析系统，偏角分析系统将信号传递给力矩分析系统，力矩分析系统为气压控制系统提供纠偏力矩信号。
2.根据权利要求1所述的智能桩机设备，其特征在于，任一轴向液压系统上均安装有压力传感器和位置传感器，压力传感器和位置传感器将信号传递给承压评估系统。
3.根据权利要求1所述的智能桩机设备，其特征在于，所述纠偏杆的下端设有多个气囊，气囊被气压控制系统控制实现充放气。
4.一应用权利要求3所述的智能桩机设备的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.径向液压系统驱动抱压装置将桩夹紧，下层轴向液压系统通过径向液压系统驱动桩下压；电机将动力传递给螺旋钻头旋进钻孔；
B.分节钻杆上安装的激光测距装置达到设定位置时，电机停转，激光测距装置向激光感光元件发射激光测距，并将信号传递给偏角分析系统；
C.偏角分析系统计算已压桩的偏角，若偏角在允许误差范围内，则喷浆控制系统通过土压传感器传递来的信号，通过控制高压泵将泥浆从喷嘴喷出；
喷浆过程中，分节钻杆持续上升。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，若偏角误差超过允许误差，则将分节钻杆拆出，在桩内安装纠偏杆；
通过力矩分析控制系统得出纠偏力矩大小及分布，由气压控制系统向纠偏杆外壁分布的指定气囊充气，靠气囊对桩内壁的挤压力进行微纠偏，纠偏过程中通过纠偏杆上的激光测距装置实时反馈最新倾斜角信息，当倾斜角已达到允差范围内时，纠偏完成，然后气压控制系统将所有气囊排气，拆卸纠偏杆，安装分节钻杆，重复步骤A。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，偏角分析系统根据如下公式计算已压桩的偏角：
其中：为倾斜角，L1为激光测距值，L2为桩直正状态下激光测距装置到激光感光元件标准距离，H为激光感光元件到压桩桩端的垂直距离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |