CN109162280A - 一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法 - Google Patents

一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法，包括如下步骤：S1获得待灌注混凝土相关参数；S2根据待灌注混凝土相关参数，调整配重测球测针长度及比重；S3下放配重测球至设计控制标高位置；S4在测针和配重测球接近混凝土面时预警预报提醒，灯闪铃鸣并减小注浆速度；S5根据测针针身上压应力探头所受压应力判别混凝土是否灌注到设计标高，达到相应标准则混凝土停止注浆，灌注结束。本发明有效地区分了泥浆与混凝土，解决了传统混凝土超灌或欠灌等问题，精确地指导导管起拔使混凝土达到标高设计要求，本方法操作简单，结果准确，适用于各种工况，使用范围广泛，实验成本小，且可以重复使用，能大大的节约成本、缩短工期，提高工程质量。

Description

一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，特别是一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法。
背景技术
在如今的混凝土灌注桩(地下连续墙)的施工过程中，混凝土浇筑面高度的准确量测即混凝土灌注标高的精准控制仍是一个很难解决的问题。目前，在进行混凝土灌注桩(地下连续墙)槽孔内水下混凝土灌注施工中，基本上都是靠测绳人工测量的方法，不仅很不准确，而且费时、劳动强度大，一般采用“测锤”或“测饼”来测量槽孔内混凝土面的上升高度，指导浇筑导管的起拔。经常会出现理论计算的标高与实际不符的情况，形成灌注桩的超灌或者欠灌等不良工程，当超灌高度过高时，不仅造成混凝土材料的浪费，而且造成土方开挖困难和桩头破除及外运费用，大大增加了工程成本，引起各方经济利益的纠纷。如何控制混凝土的浇灌高度、保证灌注混凝土的质量，是目前混凝土浇筑工程施工中的大难题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是：提供一种有效控制混凝土灌注标高，且便于操作的水下混凝土灌注标高自动化控制方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法，包括如下步骤：
S1：获得待灌注混凝土相关重要参数：
S101：从待灌注混凝土的成品中取样做现场混凝土-泥浆混合层厚度测定试验，或者根据已灌注工程混凝土资料获得混凝土-泥浆混合层厚度；
S102：在已配好的待灌注混凝土的成品中取样做现场混凝土各成分重度测定试验，测定待灌注混凝土桩(连续墙)中泥浆的重度和混凝土的重度，或者根据已灌注工程混凝土资料获得待灌注混凝土桩(连续墙)中泥浆的重度和混凝土的重度；
S103：根据待灌注混凝土中泥浆的重度和混凝土的重度分别对压应力探头作用下压应力数值计算出待灌注混凝土没过测针上所装压应力探头时，在混凝土达到设计标高时所受混凝土层时压应力值，并将其设置为判定值；将配重测球底部所装测针上所装压应力探头在混凝土-泥浆混合层没过压应力探头时所受压应力值设置为报警值；同时设置混凝土灌注设计标高数据供测球下降到控制标高位置；
S104：在已配好的泥浆的成品中取样做现场超声波传感器对灌注泥浆传播速度试验，获得超声波在待灌注混凝土桩(连续墙)泥浆中的传播速度，或者根据已配好的待灌注混凝土(连续墙)泥浆的相关资料或前例获得超声波在待灌注混凝土桩(连续墙)泥浆中的传播速度；
S2：调整配重测球：
S201：根据S101获得的混凝土-泥浆混合层厚度调整配重测球测针长度，使测针穿透混凝土-泥浆混合层，插入混凝土层内；
S202：根据S102得到的待灌注混凝土中泥浆的重度和混凝土的重度，调整配重测球比重，使得配重测球比重介于泥浆的比重和混凝土的比重之间；
所述配重测球下的测针底部安装有超声波传感器，针身上有压应力探头，超声波传感器用于探测测针与混凝土面的相对距离，压应力探头用于测针没入混凝土中时所受压应力测量；
S3：开启配重测球上测绳连接的电动机，高度测量装置通过测绳上的磁性材料标记经运算后将配重测球的高度电信号传送给高度实时显示装置，高度实时显示装置实时显示配重测球实时高度及混凝土-泥浆混合层面与配重测球的实时距离；测绳在配重测球的重力作用下垂直缓慢下降至设计混凝土灌注标高处；
S4：根据S202所述测针底部安装的超声波传感器实时探测测针底部与混凝土-泥浆混合层的距离，并实时将该距离显示在可视化装置上供操作人员参考以控制混凝土的灌注速度与方量，当测针底部与混凝土-泥浆混合层界面的距离小于某个值时，预警装置触发，预警装置含报警灯和报警铃，预警装置发出的报警音，报警灯闪烁，随着距离越来越小直至没入泥浆-混凝土混合层，此时压应力传感器也没入泥浆-混凝土混合层中，压应力传感器所受压应力值≥预设报警值时也将受压信息传递到预警装置，达到双重报警作用，随着混凝土面不断上升，预警装置发出的报警音(滴-滴-滴-滴)越来越急促尖锐，报警灯闪烁越来越亮，提醒操作人员混凝土面即将没过配重测球，需要适当留意混凝土浇灌速度及混凝土面大致高度，同时自动调节注浆速度；
S5：根据S2所述测针针身上所装压应力探头所受压应力将信号传输到数据采集仪，数据采集仪进行数据转换处理后传送到可视化装置，可视化装置显示当前压应力探头所受压应力值，通过当前显示的压应力值与S103预设判定值进行比较，当压应力值≥预设判定值时，表示此压应力探头位置已被混凝土没过，且混凝土到达控制标高位置，混凝土灌注结束，收回配重测球并清洗干净以备下次使用。
作为优化，所述配重测球比重调节方法为拧开配重测球帽，加灌或倒出一定质量配重液后再拧紧配重测球帽，一定质量的多少通过以下公式计算：
其中，m1为配重液质量；γ为配重测球设计重度；g为重力加速度，取9.8m/s2；V表示配重测球体积；m0为无配重液时配重测球质量；
配重测球体积V不变，比重的改变可通过配重液质量的相应变化实现，配重测球比重可变化范围设计为1.2-2.5。
作为优化，所述测针长度根据实际工程混凝土泥浆-混凝土混合层厚度调节，使压应力探头没入混凝土层，调节方法为换装不同长度测针以便于密封及经久耐用，长度变化范围设计为30-50cm。
作为优化，所述压应力探头所受压力为侧向压应力，压应力探头的信号传输由探头所受压应力产生的电信号经数据线传至数据采集仪，由数据采集仪进行数据转换处理，经数据采集仪内设置的对应关系，将采集到的电信号计算出压应力值，显示屏中显示计算后的压应力信息，压应力探头装置及数据线用密封胶做好密封防水处理。
作为优化，所述的测绳为混凝土、泥浆对其无粘性、易清洗的高强度聚乙烯纤维绳且在单位刻度上固定磁性材料标记，高度监测装置通过磁性材料标记识别测绳已放长度，精确控制测球下放到控制标高位置。
作为优化，所述的超声波传感器探测的距离为超声波传感器到混凝土-泥浆混合层界面的距离，超声波传感器首先竖直发射超声波，超声波经混凝土面发生反射，超声波传感器接收反射回的超声波信号，用发散与接收到反射超声波的时间差乘以超声波在泥浆中的传播速度得到超声波传感器到混凝土面的距离，由于超声波传感器在泥浆中工作，超声波传感器用密封胶做好密封防水处理。
作为优化，所述的压应力探头预设判定值与报警值根据混凝土灌注标高，设计超灌高度结合已完成混凝土灌注控制标高工程数据调整相应数值。
作为优化，所述的预警装置包括超声波传感器距离预警和压应力探头压应力预警，当超声波传感器与混凝土面的距离短到预设预警触发值时，报警触发；当压应力探头压应力大到预设预警触发值时，报警触发，随着混凝土面不断上升，预警装置发出的报警音(滴-滴-滴-滴)越来越急促尖锐，报警灯闪烁越来越亮。
作为优化，所述的自动化测量包括自动控制注浆启停及速度，当配重测球下降到设计标高位置时，注浆导管阀门开启，开始注浆；当混凝土面到达预警标高时，注浆导管阀门微闭，控制注浆速度；缓慢注浆至设计标高处注浆导管阀门关闭，灌注结束，收回配重测球并清洗干净以备下次使用。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明提供了一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法，可以在灌注桩或地下连续墙灌注施工中准确控制灌注标高，有效地区分了泥浆与混凝土，解决了传统混凝土超灌或欠灌等问题，可精确地指导导管起拔使混凝土达到标高设计要求，自动化控制注浆启停及速度。本方法操作简单，结果准确，适用于各种工况，使用范围广泛，实验成本小，且可以重复使用，能大大的节约成本缩短工期，提高工程质量。
附图说明
图1为本发明方法的流程简图。
图2为本发明中测量方法所用装置的整体结构示意图。
图3为本发明中测量方法所用测量装置中测绳收放装置的结构示意图。
图4为本发明中测量方法所用测量装置中配重测球及测针的整体结构示意图。
图中：1、操作平台；2、测绳孔I；3、测绳收放装置；4、应力显示器；5、高度信息显示器；6、电源；7、多功能开关；8、磁性材料；9、测绳；10、配重测球；11、电动机；12、高度检测装置；13、测绳轴；14、测绳孔II；15、配重测球帽；16、测针；17、压应力探头；18、超声波传感器。
具体实施方式：
以下结合附图对本方法的具体实施步骤做进一步详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图4，一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法，包括如下步骤：
步骤一：测定待灌注混凝土的成品中混凝土-泥浆混合层厚度d1，泥浆的重度γ1和混凝土的重度γ2；
步骤二：根据步骤一中得到的泥浆的重度γ1和混凝土的重度γ2分别对压应力探头作用下压应力数值计算出待灌注混凝土没过测针上所装压应力探头时，在混凝土达到设计标高时所受混凝土层时压应力值p1，并将其设置为判定值；将配重测球底部所装测针上所装压应力探头在混凝土-泥浆混合层没过压应力探头时所受压应力值p2设置为报警值；同时设置混凝土灌注设计标高数据h供测球下降到控制标高位置；
步骤三：在已配好的泥浆的成品中取样做现场超声波传感器对灌注泥浆传播速度试验，获得超声波在待灌注混凝土泥浆中的传播速度v；
步骤四：根据步骤一获得的混凝土-泥浆混合层厚度dl调整配重测球测针长度l，测针长度l适当的大于dl；
步骤五：根据步骤一得到的待灌注混凝土中泥浆的重度γ1和混凝土的重度γ2，通过以下公式计算加灌或倒出一定质量配重液后再拧紧配重测球帽调整配重测球比重γ，使得配重测球比重γ介于泥浆的比重γ1和混凝土的比重γ2之间：
其中，m1为配重液质量；γ为配重测球设计重度；g为重力加速度，取9.8m/s2；V表示配重测球体积；m0为无配重液时配重测球质量；
步骤六：自动下放配重测球至设计混凝土灌注标高处；
步骤七：注浆至混凝土面到达预警界面，报警装置启动，自动适当减小注浆速度；
步骤七：缓慢注浆至混凝土面到达设计标高位置，自动关闭注浆导管阀门，注浆结束；
步骤八：收回配重测球并清洗干净以备下次使用。
本发明的工作原理：因为比重大的物体会在比重小的液态物体中下沉，比重小的物体会在比重大的液体中上浮。泥浆和混凝土在灌注的过程中均为液体，由于一般泥浆的比重为1.2左右，混凝土的比重在2.4左右，本发明中配重测球可根据实际情况调节比重，使其介于泥浆与混凝土比重之间，从而配重测球将在泥浆与混凝土分界面上保持静止状态，此时位于配重测球底部的测针已插入混凝土中。探针底部安装的超声波传感器可以实时探测传感器与泥浆-混凝土混合层界面的距离信息，实时反馈给操作人员注意注浆速度与方量，并有预警预报作用。根据混凝土对测针上压应力探头作用的不同，从而判断配重测球与测针在混凝土中的相对位置，压应力探头所受压应力将电信号传输到数据采集仪，数据采集仪进行数据转换处理后传送到应力显示器，通过当前压应力值与预设判定值进行比较，符合判别条件则得到混凝土面已到达设计标高位置，不符合则继续缓慢浇筑，直至达到判别条件时终止，终止时灌注的混凝土达到控制标高位置。
本发明提供了一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法，可以在灌注桩或地下连续墙灌注施工中准确控制灌注标高，有效地区分了泥浆与混凝土，解决了传统混凝土超灌或欠灌等问题，可精确地指导导管起拔使混凝土达到标高设计要求，自动化控制注浆启停及速度。本方法操作简单，结果准确，适用于各种工况，使用范围广泛，实验成本小，且可以重复使用，能大大的节约成本缩短工期，提高工程质量。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种水下混凝土灌注标高自动化控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获得待灌注混凝土相关重要参数：
S101：从待灌注混凝土的成品中取样做现场混凝土-泥浆混合层厚度测定试验，或者根据已灌注工程混凝土资料获得混凝土-泥浆混合层厚度；
S102：在已配好的待灌注混凝土的成品中取样做现场混凝土各成分重度测定试验，测定待灌注混凝土桩(连续墙)中泥浆的重度和混凝土的重度，或者根据已灌注工程混凝土资料获得待灌注混凝土桩(连续墙)中泥浆的重度和混凝土的重度；
S103：根据待灌注混凝土中泥浆的重度和混凝土的重度分别对压应力探头作用下压应力数值计算出待灌注混凝土没过测针上所装压应力探头时，在混凝土达到设计标高时所受混凝土层时压应力值，并将其设置为判定值；将配重测球底部所装测针上所装压应力探头在混凝土-泥浆混合层没过压应力探头时所受压应力值设置为报警值；同时设置混凝土灌注设计标高数据供测球下降到控制标高位置；
S104：在已配好的泥浆的成品中取样做现场超声波传感器对灌注泥浆传播速度试验，获得超声波在待灌注混凝土桩(连续墙)泥浆中的传播速度，或者根据已配好的待灌注混凝土(连续墙)泥浆的相关资料或前例获得超声波在待灌注混凝土桩(连续墙)泥浆中的传播速度；
S2：调整配重测球：
S201：根据S101获得的混凝土-泥浆混合层厚度调整配重测球测针长度，使测针穿透混凝土-泥浆混合层，插入混凝土层内；
S202：根据S102得到的待灌注混凝土中泥浆的重度和混凝土的重度，调整配重测球比重，使得配重测球比重介于泥浆的比重和混凝土的比重之间；
所述配重测球下的测针底部安装有超声波传感器，针身上有压应力探头，超声波传感器用于探测测针与混凝土面的相对距离，压应力探头用于测针没入混凝土中时所受压应力测量；
S3：开启配重测球上测绳连接的电动机，高度测量装置通过测绳上的磁性材料标记经运算后将配重测球的高度电信号传送给高度实时显示装置，高度实时显示装置实时显示配重测球实时高度及混凝土-泥浆混合层面与配重测球的实时距离；测绳在配重测球的重力作用下垂直缓慢下降至设计混凝土灌注标高处；
S4：根据S202所述测针底部安装的超声波传感器实时探测测针底部与混凝土-泥浆混合层的距离，并实时将该距离显示在可视化装置上供操作人员参考以控制混凝土的灌注速度与方量，当测针底部与混凝土-泥浆混合层界面的距离小于某个值时，预警装置触发，预警装置含报警灯和报警铃，预警装置发出的报警音，报警灯闪烁，随着距离越来越小直至没入泥浆-混凝土混合层，此时压应力传感器也没入泥浆-混凝土混合层中，压应力传感器所受压应力值≥预设报警值时也将受压信息传递到预警装置，达到双重报警作用，随着混凝土面不断上升，预警装置发出的报警音(滴-滴-滴-滴)越来越急促尖锐，报警灯闪烁越来越亮，提醒操作人员混凝土面即将没过配重测球，需要适当留意混凝土浇灌速度及混凝土面大致高度，同时自动调节注浆速度；
S5：根据S2所述测针针身上所装压应力探头所受压应力将信号传输到数据采集仪，数据采集仪进行数据转换处理后传送到可视化装置，可视化装置显示当前压应力探头所受压应力值，通过当前显示的压应力值与S103预设判定值进行比较，当压应力值≥预设判定值时，表示此压应力探头位置已被混凝土没过，且混凝土到达控制标高位置，混凝土灌注结束，收回配重测球并清洗干净以备下次使用。
2.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述配重测球比重调节方法为拧开配重测球帽，加灌或倒出一定质量配重液后再拧紧配重测球帽，一定质量的多少通过以下公式计算：
其中，m1为配重液质量；γ为配重测球设计重度；g为重力加速度，取9.8m/s2；V表示配重测球体积；m0为无配重液时配重测球质量；
配重测球体积V不变，比重的改变可通过配重液质量的相应变化实现，配重测球比重可变化范围设计为1.2-2.5。
3.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述测针长度根据实际工程混凝土泥浆-混凝土混合层厚度调节，使压应力探头没入混凝土层，调节方法为换装不同长度测针以便于密封及经久耐用，长度变化范围设计为30-50cm。
4.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述压应力探头所受压力为侧向压应力，压应力探头的信号传输由探头所受压应力产生的电信号经数据线传至数据采集仪，由数据采集仪进行数据转换处理，经数据采集仪内设置的对应关系，将采集到的电信号计算出压应力值，显示屏中显示计算后的压应力信息，压应力探头装置及数据线用密封胶做好密封防水处理。
5.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述的测绳为混凝土、泥浆对其无粘性、易清洗的高强度聚乙烯纤维绳且在单位刻度上固定磁性材料标记，高度监测装置通过磁性材料标记识别测绳已放长度，精确控制测球下放到控制标高位置。
6.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述的超声波传感器探测的距离为超声波传感器到混凝土-泥浆混合层界面的距离，超声波传感器首先竖直发射超声波，超声波经混凝土面发生反射，超声波传感器接收反射回的超声波信号，用发散与接收到反射超声波的时间差乘以超声波在泥浆中的传播速度得到超声波传感器到混凝土面的距离，由于超声波传感器在泥浆中工作，超声波传感器用密封胶做好密封防水处理。
7.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述的压应力探头预设判定值与报警值根据混凝土灌注标高，设计超灌高度结合已完成混凝土灌注控制标高工程数据调整相应数值。
8.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述的预警装置包括超声波传感器距离预警和压应力探头压应力预警，当超声波传感器与混凝土面的距离短到预设预警触发值时，报警触发；当压应力探头压应力大到预设预警触发值时，报警触发，随着混凝土面不断上升，预警装置发出的报警音(滴-滴-滴-滴)越来越急促尖锐，报警灯闪烁越来越亮。
9.如权利要求1所述自动化测量水下混凝土面高度的方法，其特征在于：所述的自动化测量包括自动控制注浆启停及速度，当配重测球下降到设计标高位置时，注浆导管阀门开启，开始注浆；当混凝土面到达预警标高时，注浆导管阀门微闭，控制注浆速度；缓慢注浆至设计标高处注浆导管阀门关闭，灌注结束，收回配重测球并清洗干净以备下次使用。
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