CN109736300A - 一种智能化水泥土搅拌桩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能化水泥土搅拌桩机，包括：计算分析系统、卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统；计算分析系统与卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统通过电信网络连接，计算分析系统分析卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统发送来的数据并对其进行控制。本发明能够保证下钻与提钻的速度恒定，根据实际土层性质实时调整喷浆量，优化施工参数，有效监控水泥土搅拌桩施工，提高水泥土搅拌桩处理地基效果。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是一种智能化水泥土搅拌桩机。
背景技术
水泥土搅拌桩是国内外常用的一种地基处理方法。设计时，一片场地内的桩身水泥掺量设计值一般根据场地地基中最软弱土层确定，施工时即按此设计水泥掺量和水泥浆水灰比确定下钻速度与喷浆速度，并在施工过程中保持恒定，追求均匀喷浆的施工效果，以保证成桩质量。
目前的水泥土搅拌桩机钻杆由卷扬机通过钢缆牵引控制其下钻与提钻，设定的下钻速度实质上是卷扬机的转动速度。随着钢缆的释放与卷收，卷扬机的实际直径逐渐变小或增大，在恒定的转动速度下，钢缆放收的速度亦随之降低与提高，本应恒定的下钻与提钻速度因此发生了变化，进而导致在恒定的喷浆速度下，无法实施设想的均匀喷浆。设计的水泥掺量未考虑地基土体的成层性，应用于其他较硬土层时，则将造成水泥浪费。而目前的水泥土搅拌桩机由人工操作进行作业，智能化水平低下，操作人员在下钻时几乎无法感知土层变化，因此根据土层变化由手动调整喷浆量则无从谈起。此外，由于水泥土搅拌桩施工部位隐蔽，成桩质量检测方法比较繁琐，施工监控难度大，目前的监控方法较为落后，无法有效保证成桩质量。
因此，目前水泥土搅拌桩机尚无法满足施工使用要求，亟待改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种智能化水泥土搅拌桩机，能够保证下钻与提钻的速度恒定，根据实际土层性质实时调整喷浆量，优化施工参数，有效监控水泥土搅拌桩施工，提高水泥土搅拌桩处理地基效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种智能化水泥土搅拌桩机，包括：计算分析系统、卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统；计算分析系统与卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统通过电信网络连接，计算分析系统分析卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统发送来的数据并对其进行控制。
优选的，计算分析系统的作用是施工数据分析处理与控制施工，由一台计算机组成，配置工业级触摸屏，安装windows控制系统；施工时，计算分析系统记录、上传、存储所有施工数据至云端，并生成可打印的电子施工报表，人为无法修改施工数据。
优选的，卷扬机自动调速系统的作用保持实际下钻与提钻速度恒定，包括编码器深度仪、卷扬机和变频器；计算分析系统分析编码器深度仪记录的下钻与提钻深度，确定卷扬机的钢缆释放与收卷的长度，由此计算卷扬机转动轴的实际直径(即转动轴直径+钢缆缠绕厚度)，进而计算实际的下钻与提钻速度与设计速度的偏差；根据速度偏差，计算分析系统发送调速指令至变频器，变频器实时调节卷扬机转速，保证均匀下钻与提钻；编码器深度仪记录深度等于桩长时，计算分析系统即判定钻杆已经下钻时设计深度，同时发送停止指令至变频器，关闭卷扬机并提醒桩机操作人员换挡提钻。
优选的，变频喷浆系的作用是判别土层并变频喷浆，包括安装在钻头前端的静力触探探头、电磁流量计和变频喷浆泵。计算分析系统通过分析静力触探探头实时测得的锥尖阻力，判断钻头所在深度土层的软硬程度，由此确定该土层所需喷浆量，并立即将该喷浆指令发送至变频喷浆泵，实时调节喷浆压力，完成对不同土层的变频喷浆。
优选的，GPS定位系统安装在桩机机架上，计算分析系统将所施工的每根桩桩位的GPS定位点导入到施工场地平面图中，生成含有已施工桩桩位的平面图，可打印直接作为施工资料。
本发明的有益效果为：(1)控制实际下钻与提钻速度保持设定值恒定不变，实现均匀下钻与提钻；(2)精准判别钻头所在深度处土层的软硬程度，基于设计强度值，实时调整喷浆量与土层实际条件相对应，减少水泥浪费，降低工程造价；(3)计算机监桩长、喷浆量、桩位等施工参数，自动生成施工报表，施工数据人为无法修改，监控效果更加可靠。
附图说明
图1为本发明的桩机结构示意图。
其中，1、计算分析系统；2、卷扬机自动调速系统；3、变频喷浆系统；4、GPS定位系统；5、变频喷浆泵；6、电磁流量计；7、钢缆；8、编码器深度仪；9、静力触探探头。
具体实施方式
如图1所示，一种智能化水泥土搅拌桩机，包括：计算分析系统、卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统；计算分析系统与卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统通过电信网络连接，计算分析系统分析卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统发送来的数据并对其进行控制。
本发明针对目前使用的水泥土搅拌桩机智能化水平低下、钻进速度控制不精准、喷浆模式不合理、监控难度大等问题，提供一种智能化水泥土搅拌桩机及其操作方法，能够保证下钻与提钻的速度恒定，根据实际土层性质实时调整喷浆量，优化施工参数，有效监控水泥土搅拌桩施工，提高水泥土搅拌桩处理地基效果。
所使用的计算分析系统主要由一台计算机组成，配置工业级触摸屏，安装windows控制系统，记录、上传、存储所有施工数据至云端，并生成可打印的电子施工报表，人为对数据无法修改。
所使用的卷扬机自动调速系统由编码器深度仪、卷扬机、变频器组成。计算分析系统对编码器深度仪记录下钻与提钻深度，即卷扬机钢缆释放与收卷的长度进行分析确定卷扬机实时直径，并由此调节卷扬机转速，保持下钻或提钻速度始终等于设计值，保证均匀下钻与提钻。下钻至设计桩长时，计算分析系统关闭卷扬机并提醒桩机操作人员换挡提钻。
所使用的变频喷浆系统由安装在钻头前端的双桥静力触探探头、电磁流量计和变频喷浆泵。计算分析系统通过分析双桥静力触探探头实时测得的锥尖阻力，判断钻头所在深度土层的软硬程度，由此确定该土层所需喷浆量，并立即将该喷浆指令发送至变频喷浆泵实时调节喷浆速度，实现根据土层变频喷浆。
所使用的GPS定位系统安装在桩机机架上，计算分析系统将所施工每根桩桩位的GPS定位点与施工场地平面图结合，生成已施工桩的平面图，可打印直接作为施工资料。
智能化水泥土搅拌桩机在施工前必须导入施工场地平面图以及卷扬机轴长、钢缆直径、水泥浆水灰比、桩长等施工参数，并经调试、试桩确认桩机各系统可正常运行后再进行施工。施工时计算分析系统、卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统在桩机开动前启动，直到停止施工时关闭。施工完成后，可拷贝或登录云端下载施工数据、图、表。
实施例1：
如图1所示，一种智能化水泥土搅拌桩机包括计算分析系统1、卷扬机自动调速系统2、变频喷浆系统3和GPS定位系统4组成。计算分析系统1与其他三个系统的数据通过电信网络连接，分析这三个系统发送来的数据并对其进行控制。施工前，将施工场地平面图发送并导入计算机分析系统1，并在计算机触摸屏上输入卷扬机轴长、钢缆直径、水泥浆水灰比、桩长等施工参数。调试各系统中的传感器并试打1～2根桩测试桩机运行是否正常以及参数设置是否合理。施工时在桩机开动前启动各系统，且各系统在桩机移位过程中仍保持工作状态，直到施工结束时再关闭各系统。
实施例2：
如图1所示，一种智能化水泥土搅拌桩机包括计算分析系统1、卷扬机自动调速系统2、变频喷浆系统3和GPS定位系统4组成。在某高速公路软基处理段应用智能化水泥土搅拌桩机，该软基处理段土层自上而下分布为：0～2m，素填土；2～6m，粉质黏土；6～9m，淤泥质土；9～14m黏土。施工前，将施工场地平面图发送并导入计算机分析系统1，并在计算机触摸屏上输入卷扬机轴长60cm、钢缆直径12mm、水泥浆水灰比0.55、桩长14.0m。将调试、试桩确认无误后开始施工。施工时，在桩机开动前启动各系统，且各系统在桩机移位过程中保持工作状态，施工结束时关闭各系统。根据从计算分析系统1下载的施工报表，智能化水泥土搅拌桩机下钻与提钻速度保持恒定，在淤泥质土层内喷浆量显著提高，在粉质黏土层和黏土层喷浆量有所下调，施工报表清晰显示每延米的下钻、提钻速度、水泥掺量、桩位在施工平面图上的分布，有效监控水泥土搅拌桩施工全过程。
本发明的目的是提供一种智能化水泥土搅拌桩机，该桩机通过计算机对下钻、提钻速度、不同土层的水泥掺量进行控制，对施工数据进行监控、分析及存储。
本发明的意义在于，保持实际的下钻与提钻速度恒定不变，在施工过程中精准判别实际土层情况，实时调整喷浆量，实现不同土层区别喷浆，有效减少了不必要的水泥浪费，降低材料费；利用计算机全程监控水泥土搅拌桩施工，施工数据真实可靠，自动生成施工报表，减少监理等工作人员配置，降低人工管理费。
Claims (5)
1.一种智能化水泥土搅拌桩机，其特征在于，包括：计算分析系统、卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统；计算分析系统与卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统通过电信网络连接，计算分析系统分析卷扬机自动调速系统、变频喷浆系统和GPS定位系统发送来的数据并对其进行控制。
2.如权利要求1所述的智能化水泥土搅拌桩机，其特征在于，计算分析系统由一台计算机组成，配置工业级触摸屏，安装windows控制系统；施工时，计算分析系统记录、上传、存储所有施工数据至云端，并生成可打印的电子施工报表，人为无法修改施工数据。
3.如权利要求1所述的智能化水泥土搅拌桩机，其特征在于，卷扬机自动调速系统包括编码器深度仪、卷扬机和变频器；计算分析系统分析编码器深度仪记录的下钻与提钻深度，确定卷扬机的钢缆释放与收卷的长度，由此计算卷扬机转动轴的实际直径，进而计算实际的下钻与提钻速度与设计速度的偏差；根据速度偏差，计算分析系统发送调速指令至变频器，变频器实时调节卷扬机转速，保证均匀下钻与提钻；编码器深度仪记录深度等于桩长时，计算分析系统即判定钻杆已经下钻时设计深度，同时发送停止指令至变频器，关闭卷扬机并提醒桩机操作人员换挡提钻。
4.如权利要求1所述的智能化水泥土搅拌桩机，其特征在于，变频喷浆系统包括安装在钻头前端的静力触探探头、电磁流量计和变频喷浆泵；计算分析系统通过分析静力触探探头实时测得的锥尖阻力，判断钻头所在深度土层的软硬程度，由此确定该土层所需喷浆量，并立即将该喷浆指令发送至变频喷浆泵实时调节喷浆速度，实现根据土层变频喷浆。
5.如权利要求1所述的智能化水泥土搅拌桩机，其特征在于，GPS定位系统安装在桩机机架上，计算分析系统将所施工的每根桩桩位的GPS定位点导入到施工场地平面图中，生成含有已施工桩桩位的平面图，可打印直接作为施工资料。
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