CN110616702A - 一种挤密桩施工质量监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤密桩施工质量监控系统及方法，该系统包括齿轮传动机构和测量机构，所述挤密桩夯实机构包括底座、卷扬机卷筒和夯击锤，所述齿轮传动机构包括传动齿轮机构和测动齿轮机构，所述传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮，所述测动齿轮机构包括缓冲底座、转轴和测动齿轮，所述测量机构包括安装编码器和控制盒；该方法包括以下步骤：一、系统安装与设置；二、数据采集与处理。本发明设计合理且成本低，省时，省力，花费小，对挤密桩夯填过程中的施工质量进行实时监控，确保挤密桩的施工参数满足夯击要求，减少挤密桩施工的返工，提高了挤密桩的质量，实用性强。

Description

一种挤密桩施工质量监控系统及方法

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，尤其是涉及一种挤密桩施工质量监控系统及方法。

背景技术

挤密桩是利用沉管、冲击、爆扩等方法在土中挤压成孔，使桩孔周围土体得到挤密，再向桩孔内分层夯填素土或灰土等材料形成桩体，或预钻孔后用重锤夯填并扩径成桩，由桩体和桩间土共同作为地基承受上部荷载施的一种常用的地基加固处理。目前对挤密桩的施工质量不能有效监控，这样在挤密桩的施工过程中常常存在施工操作不当达不到夯击施工所设定的施工工艺参数要求，出现施工完监测后有些指标未达到规范要求的情况，这就需要再次对不达标点做进一步处理并采取其它补救措施，既追加了工程成本又影响了施工进度，造成了不必要的损失。因此，现如今缺少一种结构简单，设计合理的省时、省力，花费小的挤密桩施工质量监控系统及方法，对挤密桩夯填过程中的施工质量进行实时监控，确保挤密桩的施工参数满足夯击要求，减少挤密桩施工的返工，提高了挤密桩的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种挤密桩施工质量监控系统，其设计合理且成本低，省时，省力，花费小，对挤密桩夯填过程中的施工质量进行实时监控，确保挤密桩的施工参数满足夯击要求，减少挤密桩施工的返工，提高了挤密桩的质量，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：包括安装在挤密桩夯实机构上的齿轮传动机构和与所述齿轮传动机构连接的测量机构，所述挤密桩夯实机构包括底座、安装在底座上的卷扬机卷筒和与缠绕在卷扬机卷筒上的缠绕绳连接的夯击锤，所述底座上设置有第一定滑轮，第一竖直架上设置有第二定滑轮，所述缠绕绳的一端缠绕在卷扬机卷筒上，所述缠绕绳的另一端依次通过第一定滑轮和第二定滑轮与夯击锤固定连接；

所述齿轮传动机构包括安装在卷扬机卷筒的端部的传动齿轮机构和与所述传动齿轮啮合的测动齿轮机构，所述传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮，所述第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮可拆卸连接，所述测动齿轮机构包括缓冲底座、设置在缓冲底座上的转轴和与转轴传动连接的测动齿轮，所述缓冲底座上设置有两个对称布设且供转轴安装的外球面带座轴承，所述测动齿轮安装在转轴伸出外球面带座轴承的一端，所述测动齿轮能随缓冲底座靠近或者远离传动齿轮机构，且所述测动齿轮与传动齿轮机构啮合连接，所述测量机构包括安装在转轴伸出外球面带座轴承的另一端的编码器和与编码器连接的控制盒；

所述控制盒包括盒体和设置在所述盒体内的微控制器，所述编码器和微控制器连接，所述盒体上设置有报警器。

上述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮的结构相同，所述第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮包括第一内半环、第二外半环和多个连接于第一内半环与第二外半环之间的加强肋，所述第二外半环上设置有传动齿，所述第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮的连接处的加强肋中设置有限位槽，所述第一内半环的圆周方向均设有多个长脚螺栓，所述第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮通过锁紧件可拆卸连接。

上述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述缓冲底座包括底板、安装在底板上的滑移部件和设置在所述滑移部件上的滑移板，所述底板的两端设置有导向槽，所述导向槽沿底板的宽度方向布设，所述滑移板能沿导向槽的长度方向移动。

上述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述滑移部件包括安装在导向槽内的大导向杆、安装在导向槽内且套设在大导向杆内的小导向杆和套设在小导向杆上且能推动大导向杆沿小导向杆长度方向移动的弹簧，所述滑移板与大导向杆固定连接，所述弹簧的一端抵在导向槽的一端面，所述弹簧的一端抵在大导向杆靠近小导向杆的一端，所述大导向杆的另一端抵在导向槽的另一端面。

上述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述导向槽包括大导向槽和与大导向槽连通的小导向槽，所述大导向槽的顶部延伸至底板的顶部，所述小导向槽的顶部与底板的顶部之间设置有间隙；

所述滑移部件的大导向杆包括圆弧部杆和与所述圆弧部杆一体成型的矩形部杆，所述滑移部件的小导向杆的横截面为圆形，所述小导向杆的一端伸入大导向杆的圆弧部杆，所述小导向杆的另一端伸出小导向槽。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且监控方便的挤密桩施工质量监控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、系统安装与设置：

步骤101、将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒的端部；

步骤102、设置夯击锤的质量、挤密桩扩孔孔径和卷扬机卷筒的周长；其中，夯击锤的质量记作M_c，挤密桩扩孔孔径记作R_c，卷扬机卷筒的周长记作L；

步骤二、数据采集与处理：

操作卷扬机卷筒由下至上分层填充夯击处理，每一层填充夯击处理形成一个填土层，每个所述填土层的施工质量监控方法均相同，其中对第j个填土层进行监控，具体过程如下：

步骤201、操作卷扬机卷筒通过夯击锤对桩孔内填充的土样进行夯击；

步骤202、在夯击锤对桩孔进行夯击的过程中，编码器通过转轴、测动齿轮和传动齿轮机构随卷扬机卷筒转动，编码器输出的脉冲信号发送至微控制器，微控制器对脉冲信号处理得到当前的夯击次数为i和夯击锤从第j个填土层设定的高度下降至接触土样时卷扬机卷筒转动的圈数；其中，微控制器将第j个填土层夯击锤从设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒转动的圈数记作Q_j(i)，i为正整数；

步骤203、微控制器根据公式h_j(i)＝Q_j(i)×L，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击高度h_j(i)；微控制器根据公式W_j(i)＝M_c×g×h_j(i)，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击能量W_j(i)；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s²；

微控制器并将h_j(i)与夯击高度设定值h_s、W_j(i)和夯击能量设定值W_s进行比较，当h_j(i)符合h_s且W_j(i)符合W_s时，执行步骤204；否则，执行步骤205；

步骤204、重复步骤201至步骤204，则微控制器得到夯击次数为i+1；

步骤205、当h_j(i)不符合h_s或者W_j(i)不符合W_s时，微控制器控制报警器报警提醒；

步骤206、多次重复步骤201至步骤205，直至微控制器得到夯击次数为M，且M符合夯击次数设定值M_s时，完成第j个填土层的填充夯击；

步骤207、按照步骤202至步骤206所述的方法，之前完成第j-1个填土层的填充夯击时，操作卷扬机卷筒将夯击锤向上移动直至第j个填土层设定的高度，并得到夯击锤从第j-1个填土层表面到第j个填土层设定的高度时卷扬机卷筒转动的圈数Q_j(s)；之后，得到完成第j个填土层填充夯击时夯击锤从第j个填土层设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒转动的圈数Q_j(M)；

微控制器根据公式h_j(t)＝|Q_j(s)-Q_j(M)|×L，得到第j个填土层的填土高度h_j(t)，微控制器根据公式得到第j个填土层夯击时测量的回填量V(j)；其中，j为正整数，且j≥2；

步骤208、微控制器将V(j)和回填量设定值V_s进行比较，当V(j)满足回填量设定值V_s，完成第j个填土层的监控；

步骤209、重复步骤201至步骤208，进行下一个填土层的监控，直至填土层的表面与桩孔的顶面相齐平，形成挤密桩。

上述的方法，其特征在于：步骤201中对桩孔内填充的土样进行夯击，具体过程如下：

操作卷扬机卷筒顺时针转动，卷扬机卷筒对缠绕绳进行缠绕，缠绕绳的另一端依次通过第一定滑轮和第二定滑轮带动夯击锤向上移动，直至夯击锤移动至填土层设定的高度；之后，操作卷扬机卷筒逆时针转动，卷扬机卷筒对缠绕绳进行放松，缠绕绳的另一端依次通过第一定滑轮和第二定滑轮使夯击锤向下移动直至接触土样，夯击锤对桩孔内填充的土样进行夯击；

步骤201中对桩孔内填充的土样进行夯击之前，在桩孔内填充的土样为灰土或者素土。

上述的方法，其特征在于：步骤101中将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒的端部，具体过程如下：

步骤1011、将第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮通过锁紧件固定连接，并将第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮组成的传动齿轮机构传动安装在卷扬机卷筒的端部上，并调节长脚螺栓，以使传动齿轮机构的圆心和卷扬机卷筒的中心位于同一水平直线上；

步骤1012、安装缓冲底座，并在所述缓冲底座上安装两个对称布设外球面带座轴承，并将转轴通过外球面带座轴承安装在所述缓冲底座上；之后，在转轴的一端安装测动齿轮，在转轴的另一端安装编码器；其中，测动齿轮和传动齿轮机构啮合连接；

步骤1013、将编码器与控制盒连接；其中，编码器与控制盒内的微控制器连接。

上述的方法，其特征在于：在对挤密桩施工质量进行监控之前，需要获取夯击高度设定值h_s、夯击能量设定值W_s、夯击次数设定值M_s和回填量设定值V_s的具体过程如下：

步骤A、回填量设定值V_s的取值范围为夯击高度设定值h_s的取值范围为h_s≥2m；夯击能量设定值Q_s的取值范围为Q_s≥2M_cg；

步骤B、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔内填充的土样进行夯击试验，直至达到试验夯实次数r(k)，形成第k个试验回填层；其中，r(k)和k为正整数，k≥1；

步骤C、采用烘干法对第k个试验回填层进行检测，得到第k个试验回填层的质量含水率w(k)；

步骤D、采用环刀法，根据公式得到第k个试验回填层的干密度ρ(k)；其中，m₁表示环刀质量，m₂(k)表示环刀和第k个试验回填层采集土样的总质量，V表示环刀的体积；

步骤E、根据公式得到第k个试验回填层的平均压实系数η(k)；其中，ρ_max表示第k个试验回填层中填充的土样的标准最大干密度；

步骤F、判断η(k)≥0.92是否成立，当η(k)≥0.92时，则夯实次数r(k)为夯击次数设定值M_s；否则，执行步骤G；

步骤G、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔内填充的土样进行夯击试验，直至达到下一个夯实次数r(k+1)，形成第k+1个回填层，并重复步骤C和步骤F进行判断，直至得到夯击次数设定值M_s；其中，r(k+1)＝r(k)+1，r(k+1)和r(k)均为正整数，r(k)≥1。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的挤密桩施工质量监控系统结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低，大大提高了挤密桩的施工质量。

2、所采用的挤密桩施工质量监控系统中包括齿轮传动机构和测量机构，通过齿轮传动机构将挤密桩夯实机构的动态传递至测量机构，从而实现测量机构对挤密桩夯实机构的动态监测，从而通过对挤密桩夯填过程中夯击高度、夯击能量、回填量和夯击次数的监控而对挤密桩夯填过程中的施工质量进行实时监控，以使夯击高度、夯击能量、回填量和夯击次数分别符合夯击高度设定值、夯击能量设定值、回填量设定值和夯击次数设定值。

3、所采用的挤密桩施工质量监控系统中齿轮传动机构包括传动齿轮机构和测动齿轮机构，传动齿轮机构的安装，是为了将挤密桩夯实机构中卷扬机卷筒的动态传递至传动齿轮机构，一方面是为了传动齿轮机构和卷扬机卷筒可拆卸连接，避免对挤密桩夯实机构的破坏，另一方面是为了对不同的挤密桩夯实机构能进行适当的调整，提高了传动齿轮机构的适应性；设置测动齿轮机构，是为了将传动齿轮机构的动态传递至转轴和测量机构上，方便测量机构的安装。

4、所采用的测动齿轮机构中设置有缓冲底座，是为了测动齿轮能随缓冲底座靠近或者远离传动齿轮机构，从而使传动齿轮机构与测动齿轮咬合转动过程中有效适应卷扬机卷筒轴心抖动产生的冲击力，保护传动齿轮机构和测动齿轮。

5、所采用的测量机构中设置编码器，在编码器通过转轴、测动齿轮和传动齿轮机构随卷扬机卷筒转动的过程中，编码器输出的脉冲信号发送至微控制器，微控制器对脉冲信号处理得到测量的夯击次数、测量的夯击高度、测量的夯击能量和测量的回填量，实现对挤密桩每层的填土的夯击施工质量监控。

6、本发明挤密桩施工质量监控方法步骤简单、实现方便且操作简便，首先系统安装与设置，将挤密桩施工质量监控安装在卷扬机卷筒上，之后，设置夯击锤的质量、夯击锤的底面直径、卷扬机卷筒的周长和挤密桩扩孔孔径；然后，进行数据采集与处理，微控制器对编码器输出的脉冲信号处理得到测量的夯击次数、测量的夯击高度、测量的夯击能量和测量的回填量，以使测量的夯击次数、测量的夯击高度、测量的夯击能量和测量的回填量分别符合夯击高度设定值、夯击能量设定值、回填量设定值和夯击次数设定值，通过对挤密桩每层的填土夯击检测，实现对整个挤密桩的监控，大大提高了挤密桩的施工质量。

综上所述，本发明设计合理且成本低，省时，省力，花费小，对挤密桩夯填过程中的施工质量进行实时监控，确保挤密桩的施工参数满足夯击要求，减少挤密桩施工的返工，提高了挤密桩的质量，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明挤密桩施工质量监控系统的结构示意图。

图2为本发明挤密桩施工质量监控系统齿轮传动机构的结构示意图。

图3为本发明挤密桩施工质量监控系统传动齿轮机构的结构示意图。

图4为本发明挤密桩施工质量监控系统测动齿轮的结构示意图。

图5为本发明挤密桩施工质量监控系统滑移板的结构示意图。

图6为本发明挤密桩施工质量监控系统底板的结构示意图。

图7为图6的A-A剖视图。

图8为图6的B-B剖视图。

图9为本发明挤密桩施工质量监控系统导向杆的结构示意图。

图10为图9的右视图。

图11为本发明挤密桩施工质量监控系统挤密桩夯实机构的结构示意图。

图12为本发明挤密桩施工质量监控系统通信模块的电路原理图。

图13为本发明挤密桩施工质量监控系统报警器的电路原理图。

图14为本发明挤密桩施工质量监控系统的电路原理框图。

图15为本发明挤密桩施工质量监控方法的流程框图。

附图标记说明:

1—底板； 1-1—导向槽； 1-1-1—大导向槽；

1-1-2—小导向槽； 1-2—大导向杆； 1-2-1—第三螺孔；

1-3—小导向杆； 1-3-1—限位孔； 1-4—弹簧；

4—滑移板； 4-1—第一螺孔；

4-3—第二螺孔； 5—螺钉； 6—测动齿轮；

6-1—第一键槽； 9—第一半圆部大齿轮； 9-1—加强肋；

9-2—限位槽； 9-3—长脚螺栓； 9-4—第一内半环；

9-5—第二外半环； 10—六角头螺栓； 11—弹簧垫圈；

12—平垫圈； 13—六角螺母； 14—第二半圆部大齿轮；

15—端盖； 16—球面带座轴承； 17—转轴；

18—固定螺栓； 19—开口销； 20—编码器；

21—控制盒； 22—报警器； 23—微控制器；

24—底座； 25—卷扬机卷筒； 26—缠绕绳；

27—夯击锤； 28—第一定滑轮； 29—第二定滑轮；

30—第一竖直架； 31—第二竖直架； 32—桩孔。

具体实施方式

如图1、图2、图11和图14所示的一种挤密桩施工质量监控系统，包括安装在挤密桩夯实机构上的齿轮传动机构和与所述齿轮传动机构连接的测量机构，所述挤密桩夯实机构包括底座24、安装在底座24上的卷扬机卷筒25和与缠绕在卷扬机卷筒25上的缠绕绳26连接的夯击锤27，所述底座24上设置有第一定滑轮28，第一竖直架30上设置有第二定滑轮29，所述缠绕绳26的一端缠绕在卷扬机卷筒25上，所述缠绕绳26的另一端依次通过第一定滑轮28和第二定滑轮29与夯击锤27固定连接；

所述齿轮传动机构包括安装在卷扬机卷筒25的端部的传动齿轮机构和与所述传动齿轮啮合的测动齿轮机构，所述传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14，所述第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14可拆卸连接，所述测动齿轮机构包括缓冲底座、设置在缓冲底座上的转轴17和与转轴17传动连接的测动齿轮6，所述缓冲底座上设置有两个对称布设且供转轴17安装的外球面带座轴承16，所述测动齿轮6安装在转轴17伸出外球面带座轴承16的一端，所述测动齿轮6能随缓冲底座靠近或者远离传动齿轮机构，且所述测动齿轮6与传动齿轮机构啮合连接，所述测量机构包括安装在转轴17伸出外球面带座轴承16的另一端的编码器20和与编码器20连接的控制盒21；

所述控制盒21包括盒体和设置在所述盒体内的微控制器23，所述编码器20和微控制器23连接，所述盒体上设置有报警器22。

如图3所示，本实施例中，所述第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14的结构相同，所述第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14包括第一内半环9-4、第二外半环9-5和多个连接于第一内半环9-4与第二外半环9-5之间的加强肋9-1，所述第二外半环9-5上设置有传动齿，所述第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14的连接处的加强肋9-1中设置有限位槽9-2，所述第一内半环9-4的圆周方向均设有多个长脚螺栓9-3，所述第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14通过锁紧件可拆卸连接。

如图2和图5所示，本实施例中，所述缓冲底座包括底板1、安装在底板1上的滑移部件和设置在所述滑移部件上的滑移板4，所述底板1的两端设置有导向槽1-1，所述导向槽1-1沿底板1的宽度方向布设，所述滑移板4能沿导向槽1-1的长度方向移动。

如图9和图10所示，本实施例中，所述滑移部件包括安装在导向槽1-1内的大导向杆1-2、安装在导向槽1-1内且套设在大导向杆1-2内的小导向杆1-3和套设在小导向杆1-3上且能推动大导向杆1-2沿小导向杆1-3长度方向移动的弹簧1-4，所述滑移板4与大导向杆1-2固定连接，所述弹簧1-4的一端抵在导向槽1-1的一端面，所述弹簧1-4的一端抵在大导向杆1-2靠近小导向杆1-3的一端，所述大导向杆1-2的另一端抵在导向槽1-1的另一端面。

如图6、图7和图8所示，本实施例中，所述导向槽1-1包括大导向槽1-1-1和与大导向槽1-1-1连通的小导向槽1-1-2，所述大导向槽1-1-1的顶部延伸至底板1的顶部，所述小导向槽1-1-2的顶部与底板1的顶部之间设置有间隙；

所述滑移部件的大导向杆1-2包括圆弧部杆和与所述圆弧部杆一体成型的矩形部杆，所述滑移部件的小导向杆1-3的横截面为圆形，所述小导向杆1-3的一端伸入大导向杆1-2的圆弧部杆，所述小导向杆1-3的另一端伸出小导向槽1-1-2。

本实施例中，所述底座24上设置有供第一定滑轮28安装的第二竖直架31，所述第一竖直架30设置在地面上，所述地面上设置有待夯击的桩孔32。

本实施例中，所述锁紧件包括穿设在限位槽9-2的六角头螺栓10和依次穿设在六角头螺栓10伸出端的弹簧垫圈11、平垫圈12和六角螺母13。

本实施例中，设置传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14的目的是：第一，是为了方便传动齿轮机构的安装,减少安装的困难度和复杂度；第二，是为了避免对挤密桩夯实机构的破坏；第三，是为对不同的挤密桩夯实机构能进行适当的调整，提高了传动齿轮机构的适应性。

本实施例中，设置长脚螺栓9-3的目的是:第一是为了将传动齿轮机构通过其加紧于卷扬机的卷筒端部并随卷筒一起做同心转动；第二，是为了实现传动齿轮机构与卷扬机的卷筒的固定连接，避免传动齿轮机构的偏移。

本实施例中，第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14包括第一内半环9-4、第二外半环9-5和多个连接于第一内半环9-4与第二外半环9-5之间的加强肋9-1的目的：第一，是为了减轻传动齿轮机构的重量，便于第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14的安装；第二，是为了便于安装长脚螺栓9-3的安装，从而有效地实现传动齿轮机构的固定；第三，是为了锁紧件的安装，从而实现第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14之间的可拆卸连接。

如图4所示，本实施例中，所述测动齿轮6内设置有第一键槽6-1，所述转轴17的一端设置有第二键槽，所述第一键槽6-1和第二键槽之间设置有平键，所述转轴17伸出测动齿轮6的端部依次设置有螺丝和端盖15。

本实施例中，设置第一键槽6-1和第二键槽，是为了通过平键将测动齿轮6和转轴17的一端传动连接；设置螺丝和端盖15，是为了避免测动齿轮6沿转轴17端部发生轴向移动。

本实施例中，转轴17为变截面轴，所述转轴17伸出外球面带座轴承16的另一端的端部的直径最小，是为了便于编码器20的传动连接。

本实施例中，所述小导向杆1-3伸入大导向杆1-2的长度小于大导向杆1-2的长度，是为了便于大导向杆1-2与滑移板4的固定连接。

本实施例中，实际安装过程中，大导向杆1-2的一端抵在大导向槽1-1-1的一端面，所述大导向杆1-2的另一端靠近大导向槽1-1-1与小导向槽1-1-2的连接处。

本实施例中，所述小导向杆1-3伸出小导向槽1-1-2的另一端设置供开口销19限位的限位孔1-3-1，所述小导向槽1-1-2的横截面小于大导向槽1-1-1的横截面。

本实施例中，所述大导向槽1-1-1包括圆弧部槽和与所述圆弧部槽一体成型的矩形部槽，所述矩形部槽延伸至底板1的顶部。

本实施例中，在底板1上设置大导向槽1-1-1的目的是：第一是为了便于大导向杆1-2的一端抵在大导向槽1-1-1的一端面，从而对大导向杆1-2的一端进行限位；第二，是为了对大导向杆1-2的径向进行限位；第三，是为了便于弹簧1-4的安装；在底板1上设置小导向槽1-1-2的目的是：第一，是为了便于小导向杆1-3的伸出，从而对小导向杆1-3的伸出端进行限位；第二，是为了对小导向杆1-3的径向进行限位，以使大导向杆1-2能沿小导向杆1-3的轴向移动。

本实施例中，在小导向杆1-3上套设弹簧1-4的作用，是为了通过弹簧1-4的伸长或者收缩带动大导向杆1-2沿小导向杆1-3的轴向移动，在大导向杆1-2移动的过程中大导向杆1-2带动滑动板4能沿大导向槽1-1-1的长度方向移动，从而使传动齿轮机构与测动齿轮6咬合转动过程中有效适应卷扬机卷筒25轴心抖动产生的冲击力，保护传动齿轮机构和测动齿轮6。

本实施例中，设置大导向杆1-2包括圆弧部杆和与所述圆弧部杆一体成型的矩形部杆，设置圆弧部杆，是为了和导向槽1-1中的大导向槽1-1-1相适应，便于大导向杆1-2的滑移；设置矩形部杆，是为了矩形部杆和滑移板4通过固定螺栓18固定连接，便于传动大导向杆1-2的动态至滑移板4。

本实施例中，所述滑移板4为长方形板，所述滑移板4的长度大于底板1的长度，所述滑移板4的宽度小于底板1的宽度，所述滑移板4的两端设置有供球面带座轴承16安装的第一螺孔4-1和供固定螺栓18安装的第二螺孔4-3。

本实施例中，所述矩形部杆上设置有多个第三螺孔1-2-1，所述滑移板4上的第二螺孔4-3和大导向杆1-2上的第三螺孔1-2-1通过固定螺栓18固定连接。

本实施例中，所述球面带座轴承16通过螺钉5安装在滑移板4的第一螺孔4-1内。

本实施例中，所述底板1为长方形板，所述弹簧1-4的直径大于小导向杆1-3的直径，且所述弹簧1-4的直径小于大导向杆1-3的横截面。

本实施例中，进一步地，所述编码器20可参考RCN 8380编码器。

如图12所示，本实施例中，所述控制盒21内设置有通信模块，所述编码器20通过通信模块与微控制器23连接，所述通信模块包括芯片MAX232，所述芯片MAX232的第1引脚经电容C8与芯片MAX232的第3引脚相接，所述芯片MAX232的第4引脚经电容C10与所述芯片MAX232的第5引脚相接，所述芯片MAX232的第11引脚与微控制器23的TXD引脚即P3.1引脚相接，所述芯片MAX232的第12与微控制器23的RXD引脚即P3.0引脚相接，所述芯片MAX232的第2引脚分两路，一路与电容C9的一端相接，另一路接5V电源输出端；所述芯片MAX232的第16引脚与电容C9的另一端相接；所述RS232接口的TXD引脚与所述芯片MAX232的第8引脚相接，所述RS232接口的RXD引脚与芯片MAX232A的第14引脚相接，所述编码器20通过RS232线与RS232接口连接。

本实施例中，微控制器23为STC89C52单片机，或者其他型号的单片机、DSP微控制器或者ARM微控制器。

如图13所示，本实施例中，所述报警器22包括芯片ULN2003、红发光二极管D1、绿发光二极管D2和蜂鸣器LS1，所述芯片ULN2003的第1-3引脚分别与微控制器23的P1.5-P1.7引脚相接，所述芯片ULN2003的第8引脚接地，所述芯片ULN2003的第9引脚5V电源输出端，所述芯片ULN2003的第16引脚与红发光二极管D1的阴极相接，所述红发光二极管D1的阳极经电阻R10接5V电源输出端，所述芯片ULN2003的第15引脚与绿发光二极管D2的阴极相接，所述绿发光二极管D2的阳极经电阻R11接5V电源输出端，所述芯片ULN2003的第14引脚与蜂鸣器LS1的负极端相接，所述蜂鸣器LS1的正极端经电阻R12接5V电源输出端。

如图15所示的一种挤密桩施工质量监控方法，包括以下步骤：

步骤一、系统安装与设置：

步骤101、将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒25的端部；

步骤102、设置夯击锤27的质量、挤密桩扩孔孔径、卷扬机卷筒25的周长和挤密桩扩孔孔径；其中，夯击锤27的质量记作M_c，挤密桩扩孔孔径记作R_c，卷扬机卷筒25的周长记作L；

步骤二、数据采集与处理：

操作卷扬机卷筒25由下至上分层填充夯击处理，每一层填充夯击处理形成一个填土层，每个所述填土层的施工质量监控方法均相同，其中对第j个填土层进行监控，具体过程如下：

步骤201、操作卷扬机卷筒25通过夯击锤27对桩孔32内填充的土样进行夯击；

步骤202、在夯击锤27对桩孔32进行夯击的过程中，编码器20通过转轴17、测动齿轮6和传动齿轮机构随卷扬机卷筒25转动，编码器20输出的脉冲信号发送至微控制器23，微控制器23对脉冲信号处理得到当前的夯击次数为i和夯击锤27从第j个填土层设定的高度下降至接触土样时卷扬机卷筒25转动的圈数；其中，微控制器23将第j个填土层夯击锤27从设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒25转动的圈数记作Q_j(i)，i为正整数；

步骤203、微控制器23根据公式h_j(i)＝Q_j(i)×L，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击高度h_j(i)；微控制器23根据公式W_j(i)＝M_c×g×h_j(i)，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击能量W_j(i)；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s²；

微控制器23并将h_j(i)与夯击高度设定值h_s、W_j(i)和夯击能量设定值W_s进行比较，当h_j(i)符合h_s且W_j(i)符合W_s时，执行步骤204；否则，执行步骤205；

步骤204、微控制器23控制报警器22中绿色发光二极管亮，重复步骤201至步骤204，则微控制器23得到夯击次数为i+1；

步骤205、当h_j(i)不符合h_s或者W_j(i)不符合W_s时，微控制器23控制报警器22中红色发光二极管闪烁和蜂鸣器报警提醒；

步骤206、多次重复步骤201至步骤205，直至微控制器23得到夯击次数为M，且M符合夯击次数设定值M_s时，完成第j个填土层的填充夯击；

步骤207、按照步骤202至步骤206所述的方法，之前完成第j-1个填土层的填充夯击时，操作卷扬机卷筒25将夯击锤27向上移动直至第j个填土层设定的高度，并得到夯击锤27从第j-1个填土层表面到第j个填土层设定的高度时卷扬机卷筒25转动的圈数Q_j(s)；之后，得到完成第j个填土层填充夯击时夯击锤27从第j个填土层设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒25转动的圈数Q_j(M)；

微控制器23根据公式h_j(t)＝|Q_j(s)-Q_j(M)|×L，得到第j个填土层的填土高度h_j(t)，微控制器23根据公式得到第j个填土层夯击时测量的回填量V(j)；其中，j为正整数，且j≥2；

步骤208、微控制器23将V(j)和回填量设定值V_s进行比较，当V(j)满足回填量设定值V_s，完成第j个填土层的监控；

步骤209、重复步骤201至步骤208，进行下一个填土层的监控，直至填土层的表面与桩孔32的顶面相齐平，形成挤密桩。

本实施例中，需要说明的是，挤密桩实际施工过程中，只要测量的夯击次数、测量的夯击高度和测量的夯击能量分别不小于夯击次数设定值、夯击高度设定值、夯击能量设定值都是满足施工要求的。

本实施例中，需要说明的是，卷扬机卷筒25顺时针转动，卷扬机卷筒25的转速为负值；卷扬机卷筒25逆时针转动，卷扬机卷筒25的转速为正值，微控制器23经过对脉冲信号处理得到卷扬机卷筒25的转速，并将卷扬机卷筒25的转速由正值转变为负值记一次夯击，则得到夯击次数。

本实施例中，需要说明的是，编码器20和卷扬机卷筒25的传动比为5:1，因此通过编码器20输出的脉冲信号，得到编码器20的转动圈数，进而通过传动比，得到卷扬机卷筒25的转动圈数。

本实施例中，需要说明的是，挤密桩扩孔孔径R_c是桩孔32的孔径的1.1～1.5倍。

本实施例中，需要说明的是，第j个填土层设定的高度是指距离第j-1个填土层表面的距离大于2.5m～3m处。

本实施例中，需要说明的是，步骤201中桩孔(32)内填充的土样为1.1V(j)～1.4V(j)。

本实施例中，步骤201中对桩孔32内填充的土样进行夯击，具体过程如下：

操作卷扬机卷筒25顺时针转动，卷扬机卷筒25对缠绕绳26进行缠绕，缠绕绳26的另一端依次通过第一定滑轮28和第二定滑轮29带动夯击锤27向上移动，直至夯击锤27移动至填土层设定的高度；之后，操作卷扬机卷筒25逆时针转动，卷扬机卷筒25对缠绕绳26进行放松，缠绕绳26的另一端依次通过第一定滑轮28和第二定滑轮29使夯击锤27向下移动直至接触土样，夯击锤27对桩孔32内填充的土样进行夯击；

步骤201中对桩孔32内填充的土样进行夯击之前，在桩孔32内填充的土样为灰土或者素土。

本实施例中，步骤101中将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒25的端部，具体过程如下：

步骤1011、将第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14通过锁紧件固定连接，并将第一半圆部大齿轮9和第二半圆部大齿轮14组成的传动齿轮机构传动安装在卷扬机卷筒25的端部上，并调节长脚螺栓9-3，以使传动齿轮机构的圆心和卷扬机卷筒25的中心位于同一水平直线上；

步骤1012、在底板1上安装滑移板4，并在滑移板4上安装两个对称布设外球面带座轴承16，并将转轴17通过外球面带座轴承16安装在滑移板4上；之后，在转轴17的一端安装测动齿轮6，在转轴17的另一端安装编码器20；其中，测动齿轮6和传动齿轮机构啮合连接；

步骤1013、将编码器20通过RS232线与控制盒21上的RS232接口连接；其中，编码器20与控制盒21内的微控制器23连接。

本实施例中，在对挤密桩施工质量进行监控之前，需要获取夯击高度设定值h_s、夯击能量设定值Q_s、夯击次数设定值M_s和回填量设定值V_s的具体过程如下：

步骤A、回填量设定值V_s的取值范围为夯击高度设定值h_s的取值范围为h_s≥2m；夯击能量设定值Q_s的取值范围为Q_s≥2M_cg；

步骤B、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔32内填充的土样进行夯击试验，直至达到试验夯实次数r(k)，形成第k个试验回填层；其中，r(k)和k为正整数，k≥1；

步骤C、采用烘干法对第k个试验回填层进行检测，得到第k个试验回填层的质量含水率w(k)；

步骤D、采用环刀法，根据公式得到第k个试验回填层的干密度ρ(k)；其中，m₁表示环刀质量，m₂(k)表示环刀和第k个试验回填层采集土样的总质量，V表示环刀的体积；

步骤E、根据公式得到第k个试验回填层的平均压实系数η(k)；其中，ρ_max表示第k个试验回填层中填充的土样的标准最大干密度；

步骤F、判断η(k)≥0.92是否成立，当η(k)≥0.92时，则夯实次数r(k)为夯击次数设定值M_s；否则，执行步骤G；

步骤G、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔32内填充的土样进行夯击试验，直至达到下一个夯实次数r(k+1)，形成第k+1个回填层，并重复步骤C和步骤F进行判断，直至得到夯击次数设定值M_s；其中，r(k+1)＝r(k)+1，r(k+1)和r(k)均为正整数，r(k)≥1。

综上所述，本发明将测量的夯击次数、测量的夯击高度、测量的夯击能量和测量的回填量，以使测量的夯击次数、测量的夯击高度、测量的夯击能量和测量的回填量分别符合夯击高度设定值、夯击能量设定值、回填量设定值和夯击次数设定值，通过对挤密桩每层的填土夯击检测，实现对整个挤密桩的监控，大大提高了挤密桩的施工质量，且成本低，省时，省力，花费小，确保挤密桩的施工参数满足夯击要求，减少挤密桩施工的返工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于:包括安装在挤密桩夯实机构上的齿轮传动机构和与所述齿轮传动机构连接的测量机构，所述挤密桩夯实机构包括底座(24)、安装在底座(24)上的卷扬机卷筒(25)和与缠绕在卷扬机卷筒(25)上的缠绕绳(26)连接的夯击锤(27)，所述底座(24)上设置有第一定滑轮(28)，第一竖直架(30)上设置有第二定滑轮(29)，所述缠绕绳(26)的一端缠绕在卷扬机卷筒(25)上，所述缠绕绳(26)的另一端依次通过第一定滑轮(28)和第二定滑轮(29)与夯击锤(27)固定连接；

所述齿轮传动机构包括安装在卷扬机卷筒(25)的端部的传动齿轮机构和与所述传动齿轮啮合的测动齿轮机构，所述传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)可拆卸连接，所述测动齿轮机构包括缓冲底座、设置在缓冲底座上的转轴(17)和与转轴(17)传动连接的测动齿轮(6)，所述缓冲底座上设置有两个对称布设且供转轴(17)安装的外球面带座轴承(16)，所述测动齿轮(6)安装在转轴(17)伸出外球面带座轴承(16)的一端，所述测动齿轮(6)能随缓冲底座靠近或者远离传动齿轮机构，且所述测动齿轮(6)与传动齿轮机构啮合连接，所述测量机构包括安装在转轴(17)伸出外球面带座轴承(16)的另一端的编码器(20)和与编码器(20)连接的控制盒(21)；

所述控制盒(21)包括盒体和设置在所述盒体内的微控制器(23)，所述编码器(20)和微控制器(23)连接，所述盒体上设置有报警器(22)。

2.按照权利要求1所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)的结构相同，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)包括第一内半环(9-4)、第二外半环(9-5)和多个连接于第一内半环(9-4)与第二外半环(9-5)之间的加强肋(9-1)，所述第二外半环(9-5)上设置有传动齿，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)的连接处的加强肋(9-1)中设置有限位槽(9-2)，所述第一内半环(9-4)的圆周方向均设有多个长脚螺栓(9-3)，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)通过锁紧件可拆卸连接。

3.按照权利要求1所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述缓冲底座包括底板(1)、安装在底板(1)上的滑移部件和设置在所述滑移部件上的滑移板(4)，所述底板(1)的两端设置有导向槽(1-1)，所述导向槽(1-1)沿底板(1)的宽度方向布设，所述滑移板(4)能沿导向槽(1-1)的长度方向移动。

4.按照权利要求3所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述滑移部件包括安装在导向槽(1-1)内的大导向杆(1-2)、安装在导向槽(1-1)内且套设在大导向杆(1-2)内的小导向杆(1-3)和套设在小导向杆(1-3)上且能推动大导向杆(1-2)沿小导向杆(1-3)长度方向移动的弹簧(1-4)，所述滑移板(4)与大导向杆(1-2)固定连接，所述弹簧(1-4)的一端抵在导向槽(1-1)的一端面，所述弹簧(1-4)的一端抵在大导向杆(1-2)靠近小导向杆(1-3)的一端，所述大导向杆(1-2)的另一端抵在导向槽(1-1)的另一端面。

5.按照权利要求3所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述导向槽(1-1)包括大导向槽(1-1-1)和与大导向槽(1-1-1)连通的小导向槽(1-1-2)，所述大导向槽(1-1-1)的顶部延伸至底板(1)的顶部，所述小导向槽(1-1-2)的顶部与底板(1)的顶部之间设置有间隙；

所述滑移部件的大导向杆(1-2)包括圆弧部杆和与所述圆弧部杆一体成型的矩形部杆，所述滑移部件的小导向杆(1-3)的横截面为圆形，所述小导向杆(1-3)的一端伸入大导向杆(1-2)的圆弧部杆，所述小导向杆(1-3)的另一端伸出小导向槽(1-1-2)。

6.一种利用如权利要求1所述系统对挤密桩施工质量进行监控的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、系统安装与设置：

步骤101、将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒(25)的端部；

步骤102、设置夯击锤(27)的质量、挤密桩扩孔孔径和卷扬机卷筒(25)的周长；其中，夯击锤(27)的质量记作M_c，挤密桩扩孔孔径记作R_c，卷扬机卷筒(25)的周长记作L；

步骤二、数据采集与处理：

操作卷扬机卷筒(25)由下至上分层填充夯击处理，每一层填充夯击处理形成一个填土层，每个所述填土层的施工质量监控方法均相同，其中对第j个填土层进行监控，具体过程如下：

步骤201、操作卷扬机卷筒(25)通过夯击锤(27)对桩孔(32)内填充的土样进行夯击；

步骤202、在夯击锤(27)对桩孔(32)进行夯击的过程中，编码器(20)通过转轴(17)、测动齿轮(6)和传动齿轮机构随卷扬机卷筒(25)转动，编码器(20)输出的脉冲信号发送至微控制器(23)，微控制器(23)对脉冲信号处理得到当前的夯击次数为i和夯击锤(27)从第j个填土层设定的高度下降至接触土样时卷扬机卷筒(25)转动的圈数；其中，微控制器(23)将第j个填土层夯击锤(27)从设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒(25)转动的圈数记作Q_j(i)，i为正整数；

步骤203、微控制器(23)根据公式h_j(i)＝Q_j(i)×L，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击高度h_j(i)；微控制器(23)根据公式W_j(i)＝M_c×g×h_j(i)，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击能量W_j(i)；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s²；

微控制器(23)并将h_j(i)与夯击高度设定值h_s、W_j(i)和夯击能量设定值W_s进行比较，当h_j(i)符合h_s且W_j(i)符合W_s时，执行步骤204；否则，执行步骤205；

步骤204、重复步骤201至步骤204，则微控制器(23)得到夯击次数为i+1；

步骤205、当h_j(i)不符合h_s或者W_j(i)不符合W_s时，微控制器(23)控制报警器(22)报警提醒；

步骤206、多次重复步骤201至步骤205，直至微控制器(23)得到夯击次数为M，且M符合夯击次数设定值M_s时，完成第j个填土层的填充夯击；

步骤207、按照步骤202至步骤206所述的方法，之前完成第j-1个填土层的填充夯击时，操作卷扬机卷筒(25)将夯击锤(27)向上移动直至第j个填土层设定的高度，并得到夯击锤(27)从第j-1个填土层表面到第j个填土层设定的高度时卷扬机卷筒(25)转动的圈数Q_j(s)；之后，得到完成第j个填土层填充夯击时夯击锤(27)从第j个填土层设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒(25)转动的圈数Q_j(M)；

微控制器(23)根据公式h_j(t)＝|Q_j(s)-Q_j(M)|×L，得到第j个填土层的填土高度h_j(t)，微控制器(23)根据公式得到第j个填土层夯击时测量的回填量V(j)；其中，j为正整数，且j≥2；

步骤208、微控制器(23)将V(j)和回填量设定值V_s进行比较，且确保V(j)满足回填量设定值V_s，完成第j个填土层的监控；

步骤209、重复步骤201至步骤208，进行下一个填土层的监控，直至填土层的表面与桩孔(32)的顶面相齐平，形成挤密桩。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤201中对桩孔(32)内填充的土样进行夯击，具体过程如下：

操作卷扬机卷筒(25)顺时针转动，卷扬机卷筒(25)对缠绕绳(26)进行缠绕，缠绕绳(26)的另一端依次通过第一定滑轮(28)和第二定滑轮(29)带动夯击锤(27)向上移动，直至夯击锤(27)移动至填土层设定的高度；之后，操作卷扬机卷筒(25)逆时针转动，卷扬机卷筒(25)对缠绕绳(26)进行放松，缠绕绳(26)的另一端依次通过第一定滑轮(28)和第二定滑轮(29)使夯击锤(27)向下移动直至接触土样，夯击锤(27)对桩孔(32)内填充的土样进行夯击；

步骤201中对桩孔(32)内填充的土样进行夯击之前，在桩孔(32)内填充的土样为灰土或者素土。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤101中将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒(25)的端部，具体过程如下：

步骤1011、将第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)通过锁紧件固定连接，并将第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)组成的传动齿轮机构传动安装在卷扬机卷筒(25)的端部上，并调节长脚螺栓(9-3)，以使传动齿轮机构的圆心和卷扬机卷筒(25)的中心位于同一水平直线上；

步骤1012、安装缓冲底座，并在所述缓冲底座上安装两个对称布设外球面带座轴承(16)，并将转轴(17)通过外球面带座轴承(16)安装在所述缓冲底座上；之后，在转轴(17)的一端安装测动齿轮(6)，在转轴(17)的另一端安装编码器(20)；其中，测动齿轮(6)和传动齿轮机构啮合连接；

步骤1013、将编码器(20)与控制盒(21)连接；其中，编码器(20)与控制盒(21)内的微控制器(23)连接。

9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：在对挤密桩施工质量进行监控之前，需要获取夯击高度设定值h_s、夯击能量设定值W_s、夯击次数设定值M_s和回填量设定值V_s的具体过程如下：

步骤A、回填量设定值V_s的取值范围为夯击高度设定值h_s的取值范围为h_s≥2m；夯击能量设定值Q_s的取值范围为Q_s≥2M_cg；

步骤B、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔(32)内填充的土样进行夯击试验，直至达到试验夯实次数r(k)，形成第k个试验回填层；其中，r(k)和k为正整数，k≥1；

步骤C、采用烘干法对第k个试验回填层进行检测，得到第k个试验回填层的质量含水率w(k)；

步骤D、采用环刀法，根据公式得到第k个试验回填层的干密度ρ(k)；其中，m₁表示环刀质量，m₂(k)表示环刀和第k个试验回填层采集土样的总质量，V表示环刀的体积；

步骤E、根据公式得到第k个试验回填层的平均压实系数η(k)；其中，ρ_max表示第k个试验回填层中填充的土样的标准最大干密度；

步骤F、判断η(k)≥0.92是否成立，当η(k)≥0.92时，则夯实次数r(k)为夯击次数设定值M_s；否则，执行步骤G；

步骤G、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔(32)内填充的土样进行夯击试验，直至达到下一个夯实次数r(k+1)，形成第k+1个回填层，并重复步骤C和步骤F进行判断，直至得到夯击次数设定值M_s；其中，r(k+1)＝r(k)+1，r(k+1)和r(k)均为正整数，r(k)≥1。