CN108330957A - 一种沉管桩行程实时监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉管桩行程实时监控系统及方法，本方案通过旋转编码器与钢滑轮同轴连接，在施工过程中，旋转编码器与钢滑轮具有相同的角速度，通过旋转编码器收集记录钢滑轮的正传(沉管钢套管下沉)和反转(沉管钢套管上提)圈数，并据此计算出沉管钢套管下沉或上提的行程。本发明提供的方案可实时监控砂桩或碎石桩施工过程中沉管钢管桩行程，可有效保证桩体的施工长度，并且可以根据桩体施工和设计要求，精确确定桩体反插位置和反插深度。

Description

一种沉管桩行程实时监控系统及方法

技术领域

本发明涉及沉管桩施工技术，具体涉及沉管桩施工过程的监控技术。

背景技术

挤密砂桩或碎石桩，是一种有效的地基加固技术，砂桩或碎石桩能够显著增加地基承载力，加快地基固结，减小结构物沉降。与传统地基加固方法相比，砂桩或碎石桩具有成桩周期短，加固效果直接等优点。适用于挤密松散砂土、粉土以及淤泥质土层等地基加固。砂桩或碎石桩地基处理在高速公路软土地基以及深水港口码头地基处理中有着广泛的使用。

在施工过程中，检验桩体质量最直观的表现即为桩体的有效长度和沉桩过程。桩体长度直接反映了桩体是否达到设计要求。沉桩过程中，需要进行反插处理，即待桩体形成一段后，利用沉管钢套管反插施工以进一步挤压桩体，提高桩体的承载力。反插是砂桩或碎石桩施工过程中不可或缺的施工工序，并且不同的桩体施工过程中，反插深度和反插次数均有明确要求。

现有的砂桩或碎石桩施工过程均依靠经验进行，尤其是反插深度和反插段位置。在没有具体数值的参考下，无法有效保障反插位置和反插深度的确定。而合理的桩体施工，反插位置和反插深度是根据桩体长度确定的，具有均匀性，旨在保证桩体从上到下密实度均匀，避免出现薄弱段。

发明内容

针对现有技术所存在的问题，需要一种新的沉管桩施工监控方案。

为此，本发明所要解决的问题是提供一种沉管桩行程实时监控系统，以及基于该系统实施的沉管桩行程实时监控方法。

为了解决上述问题，本发明提供的沉管桩行程实时监控系统，包括：

旋转编码器，所述旋转编码器与振动沉管砂桩施工系统中的钢滑轮同轴连接，并与钢滑轮同步转动；

数据采集装置，所述数据采集装置与旋转编码器数据连接，实时获取并处理旋转编码器采集到的数据；

监控主机，所述监控主机与数据采集装置数据连接，所述监控主机实时显示沉管钢套管下沉或上提的行程。

进一步的，所述旋转编码器与钢滑轮以相同的角速度同步转动，采集钢滑轮正传和反转的圈数，并将采集数据实时传输给数据采集装置。

进一步的，所述旋转编码器与钢滑轮之间通过柔性减振连接机构连接；所述柔性减振连接机构包括第一固定垫片、第二固定垫片以及若干的弹簧，所述第一固定垫片与旋转编码器同轴固定连接，第二固定垫片与钢滑轮同轴固定连接；第一固定垫片、第二固定垫片之间同轴设置，且两者之间通过弹簧进行柔性连接。

进一步的，所述数据采集装置根据钢滑轮的尺寸以及旋转编码器采集钢滑轮正传和反转的圈数计算出沉管钢套管下沉或上提的行程。

进一步的，所述监控主机控制连接振动沉管砂桩施工系统，以控制沉管钢套管下沉或上提的行程。

进一步的，所述监控系统还包括打印设备，所述打印设备与数据采集装置数据连接。

进一步的，所述监控系统还包括无线数据传输模块，所述无线数据传输模块与数据采集装置或监控主机数据连接。

为了解决上述问题，本发明提供的沉管桩行程实时监控方法，其包括：

实时采集振动沉管砂桩施工系统中钢滑轮正传和反转的圈数；

基于采集的钢滑轮正传和反转的圈数计算出沉管钢套管下沉或上提的行程；

将等效转换后的行程数据进行实时显示。

进一步的，所述监控方法中还包括通过监控显示的沉管钢套管行程实时数据，并根据设计施工要求进行桩体施工控制的步骤。

进一步的，所述监控方法还包括将采集的数据实时传至远程控制中心的步骤。

本发明提供的方案可实时监控砂桩或碎石桩施工过程中沉管钢管桩行程，可有效保证桩体的施工长度，并且可以根据桩体施工和设计要求，精确确定桩体反插位置和反插深度。

本发明提供的方案在具体实施时，可以为操作人员提供沉管桩施工过程中沉管钢套管行程具体数值，可以严格按照设计施工要求进行操作，确保桩体整体均匀性和施工质量。

再者，本发明提供方案数据采集精准，实时性强，可实现沉管钢套管下沉或上提行程的精确监控。

同时，本发明提供的方案结构稳定可靠性，性能优越，实施成本低。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中沉管桩行程实时监控系统的实施状态图；

图2为本发明实例中旋转编码器与钢滑轮同轴连接减振处理构造示意图；

图3为本发明实例中远程监控中心的示意图。

图中：

①沉管钢套管；②进料口；③沉管振动激振头；④钢滑轮；⑤缆绳；

⑥控制室；⑦旋转编码器；⑧数据采集装置；⑨监控仪；

⑩自助打印机；无线传输装置；监控电脑；旋转编码器固定垫片；

钢滑轮固定垫片；弹簧。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例通过对砂桩或碎石桩沉管施工过程的研究，针对砂桩或碎石桩沉管施工的特点，独创的通过实时采集砂桩或碎石桩沉管施工所使用到的振动沉管砂桩施工系统中钢滑轮正传和反转的圈数来精确确定沉管钢套管行程，继而实现对砂桩或碎石桩沉管施工过程中沉管钢套管的行程进行实时监控。

参见图1，其所示为本实例基于上述原理形成的沉管桩行程实时监控系统。由图可知，该行程实时监控系统基于采集砂桩或碎石桩沉管施工所使用到的振动沉管砂桩施工系统来实现。

其中，本行程实时监控系统主要由旋转编码器⑦，数据采集装置⑧以及监控仪⑨配合构成；同时与辅助设备控制沉管钢套管①上提或下沉的缆绳⑤和钢滑轮④相配合来实施以实现对砂桩或碎石桩沉管施工过程中沉管钢套管行程实时监控。

针对这里的辅助设备缆绳⑤和钢滑轮④两者属于振动沉管砂桩施工系统中的组成部件。其中，钢滑轮④安置在振动沉管砂桩施工系统中支撑架的顶部，缆绳⑤一端受振动沉管砂桩施工系统中控制室⑥内驱动机构控制，另一端穿过支撑架顶部的钢滑轮④连接沉管振动激振头③，而沉管振动激振头③与设置有进料口②的沉管钢套管①连接。

据此，本监控系统中的旋转编码器⑦为整个系统的数据采集中心，其与钢滑轮④同轴连接，并与钢滑轮④以相同的角速度进行同轴运动。由此设置的旋转编码器⑦能够在沉管钢套管上提或下沉时，与钢滑轮同轴运动，并实时精确的采集记录钢滑轮正传和反转圈数，以此作为确定沉管钢套管①上提或下沉行程的基础数据。

本方案中旋转编码器⑦与钢滑轮④同轴连接，但为了避免因钢滑轮④非标准轴心转动造成旋转编码器⑦出现偏心转动而损坏问题，采用一套旋转编码器⑦与钢滑轮④的柔性减振连接装置。

参见图2，其所示为本实例给出的旋转编码器与钢滑轮同轴连接减振处理构造的一个示例。

由图可知，旋转编码器⑦与钢滑轮④并非刚性连接，而是通过弹簧柔性连接。旋转编码器⑦固定于旋转编码器固定垫片上，且旋转编码器⑦前端旋转轴与垫片固定；钢滑轮④与钢滑轮固定垫片固定；旋转编码器固定垫片与钢滑轮固定垫片之间同轴设置，且两者之间通过减振弹簧进行柔性连接。

由此，当钢滑轮④旋转时，带动钢滑轮固定垫片同轴旋转，钢滑轮固定垫片通过弹簧与旋转编码器固定垫片连接，则带动旋转编码器固定垫片旋转，而旋转编码器固定垫片则带动旋转编码器⑦同轴旋转。而旋转编码器垫片与钢滑轮垫片通过弹簧柔性连接，可缓冲因钢滑轮偏心旋转造成的错位和非同心旋转。

本方案在具体实现，对于旋转编码器固定垫片与钢滑轮固定垫片之间的弹簧的个数可根据实际需求而定，图示方案中采用三根相同的弹簧，均匀分布在固定垫片和固定垫片之间，两端分别连接固定垫片和固定垫片的边缘。

本监控系统中的数据采集装置⑧作为整个系统中的数据收集和处理中，其通过有线或无线的方式与旋转编码器⑦数据连接，由此实时获取并计算旋转编码器⑦采集到的数据。本数据采集装置⑧优选相应的数据采集仪⑧为相应的硬件设备，其实时收集旋转编码器⑦所采集到的钢滑轮④正传和反转圈数数据，并基于钢滑轮④的尺寸，实时换算出沉管钢套管①下沉或上提的行程。

该数据采集仪⑧具体实施时，可安置在振动沉管砂桩施工系统中的控制室⑥内。数据采集仪⑧具体采用可编程仪器，可根据现场施工具体要求进行采集时间、采集节点设定。如设定固定采集频率，或者根据时间节点、位置节点设置采集节点。

本监控系统中的监控仪⑨作为整个系统中的显示和控制中心，同样可可安置在振动沉管砂桩施工系统中的控制室⑥内。其通过有线或无线的方式与数据采集装置⑧数据连接。由此可将数据采集装置⑧等效转换后的行程数据通过监控仪⑨进行实时显示。

本监控系统中将数据采集装置⑧和监控仪⑨放置于操控室⑥内构成现场监控中心，来实施监控。

在此基础上，根据需要该监控仪⑨还可作为振动沉管砂桩施工系统中的控制中心，并控制连接振动沉管砂桩施工系统中的驱动机构，由此可控制沉管钢套管下沉或上提的行程。

为了提高后续工作的效率，可在上述系统方案的基础上进一步增加自动打印设备⑩和无线数据传输设备该自动打印设备⑩和无线数据传输设备同样可设置在振动沉管砂桩施工系统中的控制室⑥内。其中自动打印设备⑩可与数据采集仪⑧和/或监控仪⑨连接，可采集到数据和/或换算后的行程数据进行打印。而无线数据传输设备同样可与数据采集仪⑧和/或监控仪⑨连接，可采集到数据和/或换算后的行程数据实时传输至远程的监控中心，进行远程监控和数据管理和分析。

据此构成的沉管桩行程实时监控系统，其在运行时由旋转编码器⑦来实时精确的采集行程数据，即在砂桩或碎石桩沉管施工过程中，操作室⑥控制缆绳⑤来驱动沉管钢套管①进行下沉或上提时，根据缆绳⑤的移动行程钢滑轮④则同步进行正传或反转，与此同时旋转编码器⑦与钢滑轮④以相同的角速度进行同步转动，由此旋转编码器⑦可实时收集记录钢滑轮④的正传(对应于沉管钢套管①下沉)和反转(对应于沉管钢套管①上提)圈数，并将记录数据实时传输给数据采集装置⑧，数据采集装置⑧在此基础上，再根据钢滑轮④的尺寸计算出沉管钢套管①进行下沉或上提的行程，最后通过监控仪⑨实时显示沉管钢套管①下沉或上提的行程。

由于，本实例将数据采集装置⑧和监控仪⑨放置于操控室⑥内，操作人员根据给定的施工要求，通过监控仪可控制沉管钢套管①下沉或上提时间节点和行程。

本监控系统通过旋转编码器⑦、数据采集装置⑧和监控仪⑨可实时监控沉管钢套管①下沉或上提的行程，从而指导沉管桩的合理施工，准确定位沉管桩下沉、上提和反插位置和行程，确保桩体质量。

参见图3，其所示为本实例采用的远程监控中心的组成示例图。

由图可知，本远程监控中心主要由数据采集装置⑧，自助打印机⑩，无线传输装置以及监控电脑配合组成。

其中，监控电脑控制连接数据采集装置⑧，而数据采集装置⑧与无线传输装置数据连接，无线传输装置可与现场设备进行无线通讯连接，而自动打印设备⑩可与数据采集仪⑧和/或监控电脑连接，可采集到数据和/或换算后的行程数据进行打印。

由此，在本远程监控中心中，由无线数据传输设备通过无线方式从现场获取相应的数据，并传至数据采集装置⑧，而数据采集装置⑧将采集到的数据进行处理后实时传输至监控电脑进行远程监控和数据管理和分析。

以下通过具体的振动沉管砂桩施工实例说明本发明的实施方式。

施工前需将所述⑦旋转编码器与④钢滑轮同轴固定，并与⑧采集系统和⑨监控仪连接，并进行调试。

第一步，施工开始时，将沉管钢套管①对准砂桩设计施工点位，在沉管钢套管①自重的影响下逐步下沉，同时根据旋转编码器⑦采集和监控仪⑨实时显示的行程数据(过程如上所述)，以及设计砂桩长度确定沉管钢套管①下沉量。

第二步，通过进料口②往沉管钢套管①内灌砂，同时沉管振动激振头③开始激振以保证砂桩密实，待砂体密实后开始缓慢上提沉管钢套管①，期间沉管振动激振头③持续激振，同时监测系统中的旋转编码器⑦、数据采集装置⑧和监控仪⑨实时监控上提行程。随后重复第二步。

第三步，待沉管钢套管①上提高度达到设计反插点后，根据设计反插深度进行反插施工，操作人员可根据监控仪中沉管钢套管①行程确定反插深度。

重复第二步和第三步直至整根砂桩施工完毕。

由上可知，通过本实例方案可实时监控砂桩或碎石桩施工过程中沉管钢管桩的行程；可有效保证桩体的施工长度，并且可以根据桩体施工和设计要求，精确确定桩体反插位置和反插深度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，包括：

旋转编码器，所述旋转编码器与振动沉管砂桩施工系统中的钢滑轮同轴连接，并与钢滑轮同步转动；

数据采集装置，所述数据采集装置与旋转编码器数据连接，实时获取并处理旋转编码器采集到的数据；

监控主机，所述监控主机与数据采集装置数据连接，所述监控主机实时显示沉管钢套管下沉或上提的行程。

2.根据权利要求1所述的沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，所述旋转编码器与钢滑轮以相同的角速度同步转动，采集钢滑轮正传和反转的圈数，并将采集数据实时传输给数据采集装置。

3.根据权利要求1所述的沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，所述旋转编码器与钢滑轮之间通过柔性减振连接机构连接；所述柔性减振连接机构包括第一固定垫片、第二固定垫片以及若干的弹簧，所述第一固定垫片与旋转编码器同轴固定连接，第二固定垫片与钢滑轮同轴固定连接；第一固定垫片、第二固定垫片之间同轴设置，且两者之间通过弹簧进行柔性连接。

4.根据权利要求2所述的沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，所述数据采集装置根据钢滑轮的尺寸以及旋转编码器采集钢滑轮正传和反转的圈数计算出沉管钢套管下沉或上提的行程。

5.根据权利要求1所述的沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，所述监控主机控制连接振动沉管砂桩施工系统，以控制沉管钢套管下沉或上提的行程。

6.根据权利要求1所述的沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括打印设备，所述打印设备与数据采集装置数据连接。

7.根据权利要求1所述的沉管桩行程实时监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括无线数据传输模块，所述无线数据传输模块与数据采集装置或监控主机数据连接。

8.一种沉管桩行程实时监控方法，其特征在于，包括：

实时采集振动沉管砂桩施工系统中钢滑轮正传和反转的圈数；

基于采集的钢滑轮正传和反转的圈数计算出沉管钢套管下沉或上提的行程；

将等效转换后的行程数据进行实时显示。

9.根据权利要求8所述的沉管桩行程实时监控方法，其特征在于，所述监控方法中还包括通过监控显示的沉管钢套管行程实时数据，并根据设计施工要求进行桩体施工控制的步骤。

10.根据权利要求8所述的沉管桩行程实时监控方法，其特征在于，所述监控方法还包括将采集的数据实时传至远程控制中心的步骤。