CN105178281A - 一种智能化强夯施工监测方法及系统 - Google Patents

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徐军库
唐科
董莉
李博
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Abstract

本发明提出了一种智能化强夯施工监测方法，包括夯实度自动监测过程，具体步骤为：以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波；采集夯实后的土壤的微波回波数据序列；将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测。一种智能化强夯施工监测系统，包括微波仪和与微波仪连接的数据处理装置。本发明的有益效果为：简单实用，可信度高，可以实现强夯施工过程的自动检测和监测，其中包括提锤高度、有效夯击次数、夯锤落距、夯实度和夯击水平度方面的自动检测和监测，可为大型强夯施工提供完整的工程施工数据，为提高工程质量提供数据保证。

Description

一种智能化强夯施工监测方法及系统
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别是指一种智能化强夯施工监测方法及系统。
背景技术
强夯主要是利用夯锤的冲击震动作用来完成工作。夯击机可分为火力夯、蛙式夯和快速冲击夯等。本专利主要以快速冲击夯简称强夯为发明基础。强夯法又称动力固结法(DynamicConsolidation)，是一种处理软弱土地基的加固方法。强夯机是工程机械领域中一种重要的夯实机械，在开山填淤、围海造田、山区回填、机场建设等地基处理中具有广泛的应用。它是20世纪60年代末由法国工程师Louis开发并创用的。它利用起重设备将夯锤(8～40t)提升到很大高度(10～40m)，然后使夯锤自由下落，以很大冲击能量(500～8000KN·m)作用在地基上，在土中产生很大的冲击波，以克服土颗粒间的各种阻力，使地基压密，从而提高地基的强度，减少沉降，消除湿陷性、膨胀性，提高抗液化能力。强夯法现今已广泛的应用于机场跑道和电站水坝、水库等基础工程的地基加固工程。目前，强夯工程施工数据测量以及工程现场监测几乎都采用人工测量方式。人工测量方法造成施工过程和工程质量参数可信度降低，施工人员也容易偷工减料，从而造成工程质量无法控制，造成经济损失。特别是，要准确测量每次夯击的沉降距离一直是业内的一大难题，本发明解决了这个难题和前述的那些问题，可为大型强夯施工提供完整的工程施工数据、为提高工程质量提供数据保证。
发明内容
本发明提出一种智能化强夯施工监测方法及系统，解决了现有技术中上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种智能化强夯施工监测方法，包括夯实度自动监测过程，具体步骤为：
以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波；
采集夯实后的土壤的微波回波数据序列；
将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测。
进一步地，将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测的步骤具体为：
根据土壤密度与微波的关系，将数据序列从波形转换成夯实度；
经中值滤波和差分处理提取出夯实度；
根据夯实度与夯锤行程之间距离的比例关系，分析出每一次夯锤自由落体对地表夯实度的贡献值。
进一步地，本发明所述的智能化强夯施工监测方法，还包括：
根据提取出的夯实度，计算夯实地表在夯实度中的反射数据以获得夯击水平度。
进一步地，以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波的步骤具体为：
以大于或等于50Hz的采样频率向夯实后的土壤发射微波，微波的波长与微波探测的深度相匹配。
进一步地，本发明所述的智能化强夯施工监测方法，还包括夯锤参数自动监测过程。
进一步地，夯锤参数自动监测过程具体为：
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤垂直正对的激光测距传感器以一定的采样频率测量夯锤相对于激光测距传感器的距离，将测得的距离数据以蓝牙的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的距离数据进行处理，得出夯锤最高牵引高度Hmax、夯锤有效强夯次数C、夯锤落距ΔH三个监测结果；夯锤一次起落行程过程中，激光测距传感器测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大值和最小值的差值就是夯锤该次起落行程过程的最高牵引高度Hmax；若夯锤一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤有效强夯次数C加1；若夯锤一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax不超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤该次起落行程无效，即夯锤有效强夯次数C不变；夯锤落距其中是同一夯坑夯锤第N次起落行程过程中激光测距传感器测得的夯锤相对于激光测距传感器的距离最大值，是同一夯坑夯锤第1次起落行程过程中激光测距传感器测得的夯锤相对于激光测距传感器的距离最大值。
一种智能化强夯施工监测系统，包括微波仪和与微波仪连接的数据处理装置。
进一步地，微波仪包括微波发生装置和微波接收装置，微波接收装置与数据处理装置连接。
优选地，微波仪设置于强夯机上。
进一步地，本发明所述的智能化强夯施工监测系统，还包括安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤垂直正对的激光测距传感器，与数据处理装置连接。
本发明的有益效果为：
本发明所述的智能化强夯施工监测方法及系统，简单实用，可信度高，可以实现强夯施工过程的自动检测和监测，其中包括提锤高度、有效夯击次数、夯锤落距、夯实度和夯击水平度方面的自动检测和监测，可为大型强夯施工提供完整的工程施工数据，为提高工程质量提供数据保证。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种智能化强夯施工监测系统的结构示意图。
图中：
1、夯锤；2、激光测距传感器；3、微波仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述的一种智能化强夯施工监测方法，包括夯实度自动监测过程，具体步骤为：
以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波；
采集夯实后的土壤的微波回波数据序列；
将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测。
其中，将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测的步骤具体为：
根据土壤密度与微波的关系，将数据序列从波形转换成夯实度；
经中值滤波和差分处理提取出夯实度；
根据夯实度与夯锤1行程之间距离的比例关系，分析出每一次夯锤1自由落体对地表夯实度的贡献值。
其中，本发明所述的智能化强夯施工监测方法，还可以包括：
根据提取出的夯实度，计算夯实地表在夯实度中的反射数据以获得夯击水平度。
其中，以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波的步骤具体为：
以大于或等于50Hz的采样频率向夯实后的土壤发射微波，微波的波长与微波探测的深度相匹配。
具体地，根据完全烘干土壤没有间隙的比重2.6t/m3，自然状态有间隙的土壤下比重1.4～1.7t/m3之间，机械填土碾压的最佳压实系数为0.93，即干密度为1.6t/m3。不同的土壤密度具有不同的微波反射，本发明所述的智能化强夯施工监测方法正是利用这一点对夯实度进行数据采集分析；同时，还利用微波探测夯实土壤的水平度，这为整个工程施工提供了完整的基础数据，对于后续工程打下很好的基础。
其中，本发明所述的智能化强夯施工监测方法，其特征在于，还包括夯锤参数自动监测过程。
其中，夯锤参数自动监测过程具体为：
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤垂直正对的激光测距传感器2以一定的采样频率测量夯锤1相对于激光测距传感器2的距离，将测得的距离数据以蓝牙的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的距离数据进行处理，得出夯锤最高牵引高度Hmax、夯锤有效强夯次数C、夯锤落距ΔH三个监测结果；夯锤1一次起落行程过程中，激光测距传感器2测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大值和最小值的差值就是夯锤1该次起落行程过程的最高牵引高度Hmax；若夯锤1一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤有效强夯次数C加1；若夯锤1一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax不超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤1该次起落行程无效，即夯锤有效强夯次数C不变；夯锤落距其中是同一夯坑夯锤1第N次起落行程过程中激光测距传感器2测得的夯锤1相对于激光测距传感器2的距离最大值，是同一夯坑夯锤1第1次起落行程过程中激光测距传感器2测得的夯锤1相对于激光测距传感器2的距离最大值。
其中，图1中L0是同一夯坑夯锤1第0次起落行程过程中激光测距传感器2测得的夯锤1相对于激光测距传感器2的距离；L1是同一夯坑夯锤1第1次起落行程过程中激光测距传感器2测得的夯锤1相对于激光测距传感器2的距离；L2是同一夯坑夯锤1第2次起落行程过程中激光测距传感器2测得的夯锤1相对于激光测距传感器2的距离；S是夯锤落距。
通过本发明所述的智能化强夯施工监测方法，利用激光和时间做二维数据点采集分析，将时间跨度，即时间高度，按照毫秒标记垂直于时间轴，这样就产生了时间高度的波形图，根据波形图及可以得出夯实次数、每次夯击深度以及提锤高度是否有效。
本发明还提供了一种智能化强夯施工监测系统，包括微波仪3和与微波仪3连接的数据处理装置。
其中，优选地，数据处理装置为数据处理计算机。
其中，微波仪3包括微波发生装置和微波接收装置，微波接收装置与数据处理装置连接。
其中，优选地，微波仪3设置于强夯机上。
其中，本发明所述的智能化强夯施工监测系统，还包括安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤1垂直正对的激光测距传感器2，与数据处理装置连接。
本发明所述的智能化强夯施工监测方法及系统，简单实用，可信度高，可以实现强夯施工过程的自动检测和监测，其中包括提锤高度、有效夯击次数、夯锤落距、夯实度和夯击水平度方面的自动检测和监测，可为大型强夯施工提供完整的工程施工数据，为提高工程质量提供数据保证。其中，夯锤落距即夯锤沉降距离或夯击沉降距离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能化强夯施工监测方法，其特征在于，包括夯实度自动监测过程，具体步骤为：
以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波；
采集夯实后的土壤的微波回波数据序列；
将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测。
2.根据权利要求1所述的智能化强夯施工监测方法，其特征在于，将数据序列进行处理，对夯实度进行识别和监测的步骤具体为：
根据土壤密度与微波的关系，将数据序列从波形转换成夯实度；
经中值滤波和差分处理提取出夯实度；
根据夯实度与夯锤(1)行程之间距离的比例关系，分析出每一次夯锤(1)自由落体对地表夯实度的贡献值。
3.根据权利要求2所述的智能化强夯施工监测方法，其特征在于，还包括：
根据提取出的夯实度，计算夯实地表在夯实度中的反射数据以获得夯击水平度。
4.根据权利要求2所述的智能化强夯施工监测方法，其特征在于，以一定的采样频率向夯实后的土壤发射微波的步骤具体为：
以大于或等于50Hz的采样频率向夯实后的土壤发射微波，微波的波长与微波探测的深度相匹配。
5.根据权利要求1所述的智能化强夯施工监测方法，其特征在于，还包括夯锤参数自动监测过程。
6.根据权利要求5所述的智能化强夯施工监测方法，其特征在于，夯锤参数自动监测过程具体为：
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤垂直正对的激光测距传感器(2)以一定的采样频率测量夯锤(1)相对于激光测距传感器(2)的距离，将测得的距离数据以蓝牙的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的距离数据进行处理，得出夯锤最高牵引高度Hmax、夯锤有效强夯次数C、夯锤落距ΔH三个监测结果；夯锤(1)一次起落行程过程中，激光测距传感器(2)测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大值和最小值的差值就是夯锤(1)该次起落行程过程的最高牵引高度Hmax；若夯锤(1)一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤有效强夯次数C加1；若夯锤(1)一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax不超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤(1)该次起落行程无效，即夯锤有效强夯次数C不变；夯锤落距其中是同一夯坑夯锤(1)第N次起落行程过程中激光测距传感器(2)测得的夯锤(1)相对于激光测距传感器(2)的距离最大值，是同一夯坑夯锤(1)第1次起落行程过程中激光测距传感器(2)测得的夯锤(1)相对于激光测距传感器(2)的距离最大值。
7.一种智能化强夯施工监测系统，其特征在于，包括微波仪(3)和与微波仪(3)连接的数据处理装置。
8.根据权利要求7所述的智能化强夯施工监测系统，其特征在于，微波仪(3)包括微波发生装置和微波接收装置，微波接收装置与数据处理装置连接。
9.根据权利要求7所述的智能化强夯施工监测系统，其特征在于，微波仪(3)设置于强夯机上。
10.根据权利要求7所述的智能化强夯施工监测系统，其特征在于，还包括安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤(1)垂直正对的激光测距传感器(2)，与数据处理装置连接。
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