CN105155599B - 水泥土搅拌桩远程信息监测及分析的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统，由现场数据采集模块、控制模块、服务器模块、显示模块、储存模块、警报模块和信号传输模块构成，控制模块分别与现场数据采集模块、显示模块、信号传输模块和警报模块链接，控制各模块的功能实现，通过施工过程中的精确监测，及时生成项目现场的施工分析报告，并评估现场施工质量。本发明的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法，可实现对水泥土搅拌桩的工作过程实时数据监测。

Description

水泥土搅拌桩远程信息监测及分析的装置与方法

技术领域

本发明涉及水泥土搅拌桩的施工监测领域，具体而言涉及一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法。

背景技术

水泥土搅拌桩自引入我国以来，由于其鲜明的优点得到了广泛应用，但是与国外先进的技术发展相比，我国水泥土搅拌桩技术显得十分落后。近年来，虽然出现了双向水泥土搅拌桩技术与钉形水泥土搅拌桩技术，虽然施工方法的革新明显提高了保证施工质量的方法，但是实际结果却往往不尽人意。究其原因，在于我国制造业水平的落后以及施工制度与规范的不完善。制度不健全导致的监督乏力，施工队伍良莠不齐，严重制约了我国水泥土搅拌桩技术的发展。但是制度规范的健全完善需要全社会的共同努力，在我国现阶段，可能需要相当长的一个时间段才能实现这一目标。主动求变需要时间，于是，被动改进就显得迫在眉睫。

水泥土搅拌桩一般都是24小时连续施工，且属于全隐蔽工程，其质量控制的几大要素为：深度、流量、垂直度、密度、钻速等指标。目前这些指标的控制受人为因素影响较大，造成人力物力投入大，且施工质量难以保证。

国外水泥土搅拌桩质量监控仅作为设备一部分，以主要监控桩机设备运行状态的形式存在，且采集的数据有限，没有根据监测参数对施工与设计进行指导与验证，更没有单桩质量评估及整体质量分析的功能。

发明内容

本发明目的在于提供一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法，对水泥土搅拌桩的工作过程实时数据监测，通过施工过程中的精确监测与合理分析，为水泥土搅拌桩的设计与施工给出针对性的建议。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统，由现场数据采集模块(包括记录仪、传感器及相关配件)、控制模块、服务器模块、显示模块、储存模块、报警模块和信号传输模块构成，控制模块分别与现场数据采集模块、显示模块、信号传输模块和报警模块链接，控制各模块的功能实现，通过施工过程中的精确监测，及时生成项目现场的施工分析报告，并评估现场施工质量，其中：

现场数据采集模块与信号传输模块及储存模块连接，用以得到与土层情况及施工情况有关的信息，该现场数据采集模块包括深度传感器、流量传感器、垂直度传感器、密度传感器，对水泥土搅拌桩的深度、流量、垂直度、密度、钻速指标进行数据采集，并将采集到的相关信息传输至信号传输模块；

信号传输模块与现场数据采集模及储存模块连接，作为监控与分析系统中的对外通信模块，在控制模块的控制下通过无线方式向外界发射无线信号，或者通过移动基站传输编码信息、短信信息，实现装置与云端服务器和远程监测客户端的通信，并将传输的数据转到数据储存模块；

储存模块用以接受信号传输模块与现场数据采集模块所传送的数据，并将数据存储下来，同时储存模块可在控制模块的控制下，通过显示模块对储存的信息进行显示；

服务器模块通过移动信号基站或是无线网络的方式，接收信号传输模块发出的数据信息，并对数据进行处理分析，以供远程监控中心调用信息，并生成施工报告；

显示模块与控制模块及现场数据采集模块连接，由控制模块控制接受现场数据采集模检测的信息，并将这些信息实时显示出来；

报警模块与控制模块及现场数据采集模块连接，在正式施工时通过现场数据采集模块获得的实时施工参数，控制模块同步与初始值进行对比，一旦实测值超出初始设定值的允许误差范围，则发出报警指示。

本发明的另一方面提出一种根据前述水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法，包括：

步骤S01：通过施工现场数据采集模块采集与土层情况及施工情况有关的变量相关信息，包括钻桩深度、泥浆流速、水泥浆密度、钻速和平均灰量指标，并通过显示模块实时显示；

步骤S02：现场数据采集模块将信息传输至储存模块及信号传输模块，进行本地数据储存；

步骤S03：施工时通过现场数据采集模块监测获得的实时施工参数，系统同步与初始值进行对比，一旦实测值超出初始设定值的允许误差范围，则系统发出报警指示；

步骤S04：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到服务器，根据现场施工条件可以采用无线传输或电信基站传输；

步骤S05：使用电子设备通过互联网访问服务器，远程读取施工现场水泥土搅拌桩施工时的各种参数；

步骤S06：将得到的水泥土搅拌桩施工情况及土层情况进行数据整理，对每个水泥土搅拌桩的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速指标整理成表进行保存；

步骤S07：通过基于步骤S06所接收到的施工情况有关的变量相关信息，进行水泥土搅拌桩单桩质量综合评价值和水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值；

步骤S08：对所有数据整合后，生产水泥土搅拌桩施工报表，准确记录施工水泥土搅拌桩的过程中实时的深度、流量、垂直度、密度、钻速参数以及综合分析的结果，作为监控人员评定各桩施工质量的依据，监管中心对数据进行综合分析，具体来说就是将建议施工控制要素数据与实际监测数据进行对比，结合单桩质量分值评估，对整体及局部施工质量作出定性评价。

进一步的例子中，前述的步骤S08中，数据整合包括对每个水泥土搅拌桩的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速指标整理成表进行保存，以水泥土搅拌桩施工质量报告的形式呈现，并基于所采集的数据，执行下述评估计算过程：

a)水泥土搅拌桩施工参数标准确定:根据水泥土搅拌桩的国家质量标准确定施工过程中各单桩参数的质量标准限值，包括初始定值的确定和允许误差范围的确定；

b)单桩质量评估：基于所采集的施工情况相关的变量信息，对设计建议值对比后对成桩质量进行分析评估，计算公式如下：

其中：CCPV—水泥土搅拌桩单桩质量综合评价值，无量纲；

Δp_i—单个水泥土搅拌桩第i种监测参数的监测值；

MP_i—单个水泥土搅拌桩第i种监测参数的标准限值；

n—每个水泥土搅拌桩监测的参数总类；

c)、整体场地施工质量评估：根据步骤b)中对施工控制要素的实时监测与及时分析，得到结合单桩质量分值评估，然后对整体及局部施工质量作出定性评价，水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值的计算公式如下：

其中：NCPV—水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值，无量纲；

m—水泥土搅拌桩的施工数量。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

(1)提高施工效率。目前搅拌桩存在的各种问题严重影响了正常的施工效率，对施工过程的不了解导致很多时候无法对症下药。本发明通过地基处理监控与分析系统对施工现场的全面了解，可以使极大提高及保障有效的施工效率。

(2)节约施工成本。偷工减料、恶性竞争等各种不良现象的存在，以及为了实施管理而投入的巨大人力物力财力，却往往形成管理得不到有效实施，同时造成资源的巨大浪费，最终归结于施工成本居高不下，很多施工企业利润极低甚至亏损。同样，通过本系统对施工细节的监控，可以做到材料用量、施工工程量、管理人员的有效使用，节约施工成本。

(3)为后续施工提供可靠依据。现阶段搅拌桩施工的混乱，直接造成了施工质量的不可靠性，对后续施工带来很大影响。本发明建立了整套的监测系统后，施工质量能够得到有效保障，后续施工得以正常进行。

(4)便于有效管理。在从业人员素质与专业水平难以快速提高的背景下，本发明通过构建地基处理监控与分析系统，可以实时、有效、全面的了解、监测、控制施工过程中出现的问题，做到对施工细节的全面把握，从而大大提高管理水平。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为根据本发明某些实施例的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析的装置的原理图。

图2为根据本发明某些实施例的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法的流程示意图。

图3为图2中成果反馈的实现流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

图1所示为本发明一实施例一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析的装置的结构原理图，其中，一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析的装置，包括现场数据采集模块1、储存模块2、控制模块3、信号传输模块4、服务器模块5、显示模块6、报警模块7以及计算机处理装置8，控制模块3分别与现场数据采集模块1、储存模块2、信号传输模块4、显示模块6及报警模块7连接，控制模块3作为核心模块用于控制上述模块的功能实现。

如图1所示，控制模块3作为监测预警装置的核心模块，一方面用以控制和信号传输模块4、现场数据采集模块1、储存模块2、显示模块6及报警模块7，实现各模块的功能；另一方面用以和计算机处理装置8连接，以实现装置和其它设备之间的通信。

现场数据采集模块1用以对装置100所连接桩机的施工情况及土层情况有关的信息进行采集。该模块主要包括深度传感器、流量传感器、垂直度传感器、密度传感器等传感器，对水泥土搅拌桩的深度、流量、垂直度、密度、钻速等指标进行数据采集，并将采集到的相关信息传输至信号传输模块4，储存模块2及显示模块6；

储存模块2用以本地存储前述水泥土搅拌桩的深度、流量、垂直度、密度、钻速等指标信息；控制模块3可以通过接口读取储存模块2中数据，可在软件系统的控制下，通过显示模块对储存的信息进行查看。

作为可选的实施例，所述储存模块2采用互联网设立数据中心服务器以及本地储存设备共同实现，现场数据采集模块1将数据上传到服务器模块5同时对信息进行本地储存，现场可以设立有查看功能的数据中心对现场数据进行查看。

信号传输模块4作为监测装置中的对外通信模块，在控制模块3的控制下通过无线发射向外界以无线信号，或者通过移动基站传输编码信息、短信信息，实现装置与云端服务器和远程监测客户端的通信，并将传输的数据转到数据储存模块2中。

作为可选的实施例，信号传输模块4包括无线发射单元和4G通信接口单元，分别实现无线发射数据和通过移动通信基站发射信息。

服务器模块5通过移动信号基站或是无线网络的方式，接受信号传输模块发出的信息，并对数据进行处理分析，以供远程监控中心调用信息，并生成施工报告。报表准确记录施了工水泥土搅拌桩的过程中实时的深度、流量、垂直度、密度、钻速等参数，作为评定各桩施工质量的依据。

显示模块6由控制模块3控制接受现场数据采集模块1检测的信息，并将这些信息实时显示出来。

报警模块7与控制模块3及现场数据采集模块1连接，在正式施工时通过现场数据采集模块获得的实时施工参数，控制模块同步与初始值进行对比，一旦实测值超出初始设定值的允许误差范围，则系统会发出报警指示，从而指导操作以满足设计与施工要求。

作为可选的实施例，本实施例的装置中还包括一与控制模块连接的微型计算机处理装置8，该计算机处理装置8包括接口单元9、操作面板10和指示单元11。

控制模块3通过接口单元9提供的USB接口与计算机处理装置8连接，实现计算机处理装置8与控制模块3之间的通信。

操作面板10以触控式显示屏实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动以及对前述现场数据采集模块1的调试等操作指令；

指示单元11用以监控现场数据采集模块1、储存模块2、信号传输模块4、显示模块6及报警模块7的工作状况，例如深度传感器、流量传感器、垂直度传感器、密度传感器等传感器是否工作正常，信号传输模块信息传输是否正常等，并表征给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。

作为可选的实施例，所述控制模块3采用单片机实现，所述现场数据采集模块1采用传感器实现，储存模块2采用存储介质实现，例如SD卡、TF卡、MMC卡等，所述信号传输模块4采用无线发射电路实现，所述显示模块6采用液晶模块实现。

作为可选的实施方式，计算机处理装置8为一触控式平板计算机。

结合图1、以及图2、图3所示，一种根据前述水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法，其实现包括：

步骤S01：通过施工现场数据采集模块采集与土层情况及施工情况有关的变量相关信息，包括钻桩深度、泥浆流速、水泥浆密度、钻速和平均灰量指标，并通过显示模块实时显示；

步骤S02：现场数据采集模块将信息传输至储存模块及信号传输模块，进行本地数据储存；

步骤S03：施工时通过现场数据采集模块监测获得的实时施工参数，系统同步与初始值进行对比，一旦实测值超出初始设定值的允许误差范围，则系统发出报警指示；

步骤S04：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到服务器，根据现场施工条件可以采用无线传输或电信基站传输；

步骤S05：使用电子设备通过互联网访问服务器，远程读取施工现场水泥土搅拌桩施工时的各种参数；

步骤S06：将得到的水泥土搅拌桩施工情况及土层情况进行数据整理，对每个水泥土搅拌桩的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速指标整理成表进行保存；

步骤S07：通过基于步骤S06所接收到的施工情况有关的变量相关信息，进行水泥土搅拌桩单桩质量综合评价值和水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值；

步骤S08：对所有数据整合后，生产水泥土搅拌桩施工报表，准确记录施工水泥土搅拌桩的过程中实时的深度、流量、垂直度、密度、钻速参数以及综合分析的结果，作为监控人员评定各桩施工质量的依据，监管中心对数据进行综合分析，具体来说就是将建议施工控制要素数据与实际监测数据进行对比，结合单桩质量分值评估，对整体及局部施工质量作出定性评价。

进一步的例子中，前述的步骤S08中，数据整合包括对每个水泥土搅拌桩的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速指标整理成表进行保存，以水泥土搅拌桩施工质量报告的形式呈现，并基于所采集的数据，执行下述评估计算过程：

a)水泥土搅拌桩施工参数标准确定:根据水泥土搅拌桩的国家质量标准确定施工过程中各单桩参数的质量标准限值，包括初始定值的确定和允许误差范围的确定；

b)单桩质量评估：基于所采集的施工情况相关的变量信息，对设计建议值对比后对成桩质量进行分析评估，计算公式如下：

其中：CCPV—水泥土搅拌桩单桩质量综合评价值，无量纲；

Δp_i—单个水泥土搅拌桩第i种监测参数的监测值；

MP_i—单个水泥土搅拌桩第i种监测参数的标准限值；

n—每个水泥土搅拌桩监测的参数总类；

c)、整体场地施工质量评估：根据步骤b)中对施工控制要素的实时监测与及时分析，得到结合单桩质量分值评估，然后对整体及局部施工质量作出定性评价，水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值的计算公式如下：

其中：NCPV—水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值，无量纲；

m—水泥土搅拌桩的施工数量。

本发明所提出的技术方案从水泥土搅拌桩施工过程中关键参数实时监测与控制技术出发，结合当前水泥土搅拌桩质量监控以主要监控桩机设备运行状态的形式存在，且采集的数据有限，提出了水泥土搅拌桩远程信息监测及分析的装置的便携式集成开发。通过软硬件结合的方式实现实时数据监测。数据通过远距离传送，在办公室即可了解每根桩的施工参数。用本系统后，可省去旁站监理的人力投入，且施工报表、参数记录均自动记录并可下载打印，避免了人为修改的可能，节约了人力、物力、财力。

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 (5)

1.一种水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统，其特征在于，由现场数据采集模块、控制模块、服务器模块、显示模块、储存模块、报警模块和信号传输模块构成，控制模块分别与现场数据采集模块、显示模块、信号传输模块和报警模块连接，控制各模块的功能实现，通过施工过程中的精确监测，及时生成项目现场的施工分析报告，并评估现场施工质量，其中：

现场数据采集模块与信号传输模块及储存模块连接，用以得到与土层情况及施工情况有关的信息，该现场数据采集模块包括深度传感器、流量传感器、垂直度传感器、密度传感器，对水泥土搅拌桩的深度、流量、垂直度、密度、钻速指标进行数据采集，并将采集到的相关信息传输至信号传输模块；

信号传输模块与现场数据采集模块及储存模块连接，作为监控与分析系统中的对外通信模块，在控制模块的控制下通过无线方式向外界发射无线信号，或者通过移动基站传输编码信息、短信信息，实现装置与云端服务器和远程监测客户端的通信，并将传输的数据转到数据储存模块；

储存模块用以接受信号传输模块与现场数据采集模块所传送的数据，并将数据存储下来，同时储存模块可在控制模块的控制下，通过显示模块对储存的信息进行显示；

服务器模块通过移动信号基站或是无线网络的方式，接收信号传输模块发出的数据信息，并对数据进行处理分析，以供远程监控中心调用信息，并生成施工报告；

显示模块与控制模块及现场数据采集模块连接，由控制模块控制接受现场数据采集模检测的信息，并将这些信息实时显示出来；

报警模块与控制模块及现场数据采集模块连接，在正式施工时通过现场数据采集模块获得的实时施工参数，控制模块同步与初始值进行对比，一旦实测值超出初始设定值的允许误差范围，则发出报警指示。

2.根据权利要求1所述的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统，其特征在于，所述系统还包括一与控制模块连接的微型计算机处理装置，该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：

控制模块通过接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机处理装置与控制模块之间的通信；

操作面板以触控式显示屏实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动以及对前述现场数据采集模块的调试操作指令；

指示单元用以监控现场数据采集模块、储存模块、信号传输模块、显示模块及报警模块的工作状况，并表征给用户。

3.根据权利要求1所述的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统，其特征在于，所述控制模块采用单片机实现，储存模块采用存储介质实现，包括SD卡、TF卡、MMC卡中的至少一种，所述信号传输模块采用无线发射电路实现，所述显示模块采用液晶模块实现。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析系统实现的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S01：通过施工现场数据采集模块采集与土层情况及施工情况有关的变量相关信息，包括钻桩深度、泥浆流速、水泥浆密度、钻速和平均灰量指标，并通过显示模块实时显示；

步骤S02：现场数据采集模块将信息传输至储存模块及信号传输模块，进行本地数据储存；

步骤S03：施工时通过现场数据采集模块监测获得的实时施工参数，系统同步与初始值进行对比，一旦实测值超出初始设定值的允许误差范围，则系统发出报警指示；

步骤S04：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到服务器，根据现场施工条件可以采用无线传输或电信基站传输；

步骤S05：使用电子设备通过互联网访问服务器，远程读取施工现场水泥土搅拌桩施工时的各种参数；

步骤S06：将得到的水泥土搅拌桩施工情况及土层情况进行数据整理，对每个水泥土搅拌桩的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速指标整理成表进行保存；

步骤S07：通过基于步骤S06所接收到的施工情况有关的变量相关信息，进行水泥土搅拌桩单桩质量综合评价值和水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值；

步骤S08：对所有数据整合后，生产水泥土搅拌桩施工报表，准确记录施工水泥土搅拌桩的过程中实时的深度、流量、垂直度、密度、钻速参数以及综合分析的结果，作为监控人员评定各桩施工质量的依据，监管中心对数据进行综合分析，具体来说就是将建议施工控制要素数据与实际监测数据进行对比，结合单桩质量分值评估，对整体及局部施工质量作出定性评价。

5.根据权利要求4所述的水泥土搅拌桩远程信息监测及分析方法，其特征在于，前述的步骤S08中，数据整合包括对每个水泥土搅拌桩的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速指标整理成表进行保存，以水泥土搅拌桩施工质量报告的形式呈现，并基于所采集的数据，执行下述评估计算过程：

a)水泥土搅拌桩施工参数标准确定:根据水泥土搅拌桩的国家质量标准确定施工过程中各单桩参数的质量标准限值，包括初始定值的确定和允许误差范围的确定；

b)单桩质量评估：基于所采集的施工情况相关的变量信息，对设计建议值对比后对成桩质量进行分析评估，计算公式如下：

$CCPV=\frac{\mathrm{\Σ}\frac{{\mathrm{\ΔP}}_i-{\mathrm{MP}}_i}{{\mathrm{MP}}_i}}{n}$

其中：CCPV—水泥土搅拌桩单桩质量综合评价值，无量纲；

Δp_i—单个水泥土搅拌桩第i种监测参数的监测值；

MP_i—单个水泥土搅拌桩第i种监测参数的标准限值；

n—每个水泥土搅拌桩监测的参数总类；

c)整体场地施工质量评估：根据步骤b)中对施工控制要素的实时监测与及时分析，得到结合单桩质量分值评估，然后对整体及局部施工质量作出定性评价，水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值的计算公式如下：

$NCPV=\frac{\mathrm{\Σ}CCPV}{m}$

其中：NCPV—水泥土搅拌桩整体场地施工质量综合评价值，无量纲；

m—水泥土搅拌桩的施工数量。