CN111560994A - 一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法，该系统包括安装于水泥搅拌桩顶部的监测装置及用于获取桩长及喷浆量的后台控制中心，监测装置包括监测盒及供电装置；监测盒中安装有气压传感器、气压采集电路板及数据处理电路板，监测盒的上盖表面设置有传感器窗口及数据收发天线；气压采集电路板接至气压传感器，用于获取气压传感器采集的气压数据，气压传感器的探头通过传感器窗口与外部空气接触；数据处理电路板与气压采集电路板相连接，数据处理电路板用于接收气压数据，并将气压数据通过数据收发天线发送至后台控制中心。在利用上述系统监测施工质量时，只需将监测装置安装于水泥搅拌桩顶部即可，有效节约人力和时间成本。

Description

一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法

技术领域

本申请涉及施工监测技术领域，尤其涉及一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法。

背景技术

建筑之前如果地基不够坚固，需要对软基进行处理，使其沉降变得足够坚固。软基处理常用工法就是使用水泥搅拌桩施工，将水泥喷入土体并充分搅拌，使软土硬结而提高地基强度。

水泥搅拌桩的施工过程中，为了保障施工质量，需要严格监测每个桩的桩长和喷浆量。为了实现监测目的，目前采用的方法是通过在每个桩体上安装滚轮计米器的方式获取桩长，通过在每根水泥浆输送管上安装流量计的方式获取喷浆量。然而实际应用中，施工现场布设有大量的水泥搅拌桩，这种在水泥搅拌桩不同地方安装不同传感器的方法，不仅前期安装的工作量巨大，而且后期维护也将浪费大量的人力和时间成本。

发明内容

为了解决在水泥搅拌桩不同地方安装不同传感器来监测施工质量时，存在前期安装的工作量巨大，后期维护浪费大量的人力和时间成本的问题，本申请通过以下实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法。

本申请第一方面公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统，包括：安装于水泥搅拌桩顶部的监测装置及用于根据所述监测装置发送的数据，获取桩长及喷浆量的后台控制中心，所述监测装置包括监测盒及为所述监测盒提供电能的供电装置；

所述监测盒中安装有气压传感器、气压采集电路板及数据处理电路板，所述监测盒的上盖表面设置有传感器窗口及数据收发天线；

所述气压采集电路板接至所述气压传感器，用于获取所述气压传感器采集的气压数据，所述气压传感器的探头通过所述传感器窗口与外部空气接触；

所述数据处理电路板与所述气压采集电路板相连接，所述数据处理电路板用于接收所述气压数据，并将所述气压数据通过所述数据收发天线发送至所述后台控制中心。

可选的，所述后台控制中心用于执行以下步骤，获取所述桩长及所述喷浆量：

根据所述气压数据，获取所述水泥搅拌桩的实时高度；

根据所述实时高度的变化，获取所述水泥搅拌桩单次起落的高度变化最大值及时间，其中，所述高度变化最大值即为所述桩长；

根据水泥浆输送管的管道直径、预设的喷浆压力及单次起落的时间，获取所述喷浆量。

可选的，所述供电装置安装在所述监测盒外侧；

所述供电装置包括光伏板及聚合物电池；

所述监测盒的上盖表面设置有支架，所述光伏板可活动的安装在所述支架上；

所述光伏板的下表面固定设置有所述聚合物电池、充电控制器及直流输出接口，所述监测盒的侧面开设有供电接口孔；

所述充电控制器通过所述直流输出接口与所述光伏板电连接，通过所述供电接口孔与所述监测盒电连接；

所述充电控制器用于将所述光伏板发送的电能转换为稳定电压，并通过所述稳定电压为所述气压传感器、所述气压采集电路板、所述数据处理电路板及所述数据收发天线供电，及，为所述聚合物电池充电。

可选的，所述监测盒的上盖与盒体之间设置有密封圈；

所述供电接口孔上安装有密封线插。

可选的，所述监测盒的底面设置有磁铁；

所述监测盒通过所述磁铁固定吸附在所述水泥搅拌桩的顶部。

可选的，所述气压采集电路板与所述数据处理电路板共同设置于监测盒的盒体内部；

所述气压采集电路板通过螺柱设置于所述数据处理电路板的上方。

本申请第二方面公开了一种水泥搅拌桩施工监测方法，所述方法应用于后台控制中心，所述后台控制中心位于如本申请第一方面所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，所述方法包括：

获取气压数据；

根据所述气压数据，获取水泥搅拌桩的实时高度；

根据所述实时高度的变化，获取所述水泥搅拌桩单次起落的高度变化最大值及时间，其中，所述高度变化最大值即为桩长；

获取水泥浆输送管的管道直径及预设的喷浆压力；

根据所述管道直径、所述喷浆压力及单次起落的时间，获取喷浆量。

可选的，所述方法还包括：

根据预设的桩长阈值及喷浆量阈值，判断打桩是否合格，其中，若所述桩长小于所述桩长阈值，和/或，所述喷浆量小于所述喷浆量阈值，则判定打桩不合格。

本申请实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法，该系统包括安装于水泥搅拌桩顶部的监测装置及用于获取桩长及喷浆量的后台控制中心，监测装置包括监测盒及供电装置；监测盒中安装有气压传感器、气压采集电路板及数据处理电路板，监测盒的上盖表面设置有传感器窗口及数据收发天线；气压采集电路板接至气压传感器，用于获取气压传感器采集的气压数据，气压传感器的探头通过传感器窗口与外部空气接触；数据处理电路板与气压采集电路板相连接，数据处理电路板用于接收气压数据，并将气压数据通过数据收发天线发送至后台控制中心。在利用上述系统监测施工质量时，只需将监测装置安装于水泥搅拌桩顶部即可，有效节约人力和时间成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，监测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，监测装置的仰视图；

图4为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，去掉上盖的监测盒结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，监测盒的内部结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，监测装置的安装场景示意图；

图7为本申请实施例提供的一种水泥搅拌桩施工监测方法的工作流程示意图。

具体实施方式

为了解决在水泥搅拌桩不同地方安装不同传感器来监测施工质量时，存在前期安装的工作量巨大，后期维护浪费大量的人力和时间成本的问题，本申请通过以下实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法。

参见图1，本申请第一实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统，包括：安装于水泥搅拌桩顶部的监测装置1及用于根据所述监测装置1发送的数据，获取桩长及喷浆量的后台控制中心2。

参见图2，所述监测装置1包括监测盒11及为所述监测盒提供电能的供电装置12，所述监测盒11的上盖表面设置有传感器窗口114及数据收发天线115。其中，所述数据收发天线115采用无线通信技术与后台控制中心2进行数据传输。

参见图4，所述监测盒11中安装有气压传感器111、气压采集电路板112及数据处理电路板113。

所述气压采集电路板112接至所述气压传感器111，用于获取所述气压传感器111采集的气压数据。

所述气压传感器111的探头通过所述传感器窗口114与外部空气接触。在一种实现方式中，所述传感器窗口114为空心圆柱状，侧面设置有多条开口，顶部的宽度大于其余部分的宽度，用于防止气压传感器的探头被雨淋。

所述数据处理电路板113与所述气压采集电路板112相连接，所述数据处理电路板113用于接收所述气压数据，并将所述气压数据通过所述数据收发天线115发送至所述后台控制中心2。

本申请实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测系统及方法，该系统包括安装于水泥搅拌桩顶部的监测装置1及用于获取桩长及喷浆量的后台控制中心2，监测装置1包括监测盒11及供电装置12；监测盒11中安装有气压传感器111、气压采集电路板112及数据处理电路板113，监测盒11的上盖表面设置有传感器窗口114及数据收发天线115；气压采集电路板112接至气压传感器111，用于获取气压传感器111采集的气压数据，气压传感器111的探头通过传感器窗口114与外部空气接触；数据处理电路板113与气压采集电路板112相连接，数据处理电路板113用于接收气压数据，并将气压数据通过数据收发天线115发送至后台控制中心2。在利用上述系统监测施工质量时，只需将监测装置安装于水泥搅拌桩顶部即可，可以有效节约人力和时间成本。监测装置能够在允许误差内，进行模糊测量，同时后台控制中心进行精准计算，确保监测结果的准确率。

进一步的，所述后台控制中心2用于执行以下步骤，获取所述桩长及所述喷浆量：

根据所述气压数据，获取所述水泥搅拌桩的实时高度。

根据所述实时高度的变化，获取所述水泥搅拌桩单次起落的高度变化最大值及时间，其中，所述高度变化最大值即为所述桩长。

根据水泥浆输送管的管道直径、预设的喷浆压力及单次起落的时间，获取所述喷浆量。

进一步的，所述供电装置12安装在所述监测盒11外侧。

所述供电装置12包括光伏板121及聚合物电池122。其中，所述光伏板121的正面为硅单晶，发电功率在200w以上。

所述监测盒11的上盖表面设置有支架116，所述光伏板121可活动的安装在所述支架116上。

实际应用中，可以根据太阳的高度调节光伏板的角度，提高发电效率，同时避免在阴雨天气，光伏板表面出现积水问题。

参见图3及图4，所述光伏板121的下表面，即背面，固定设置有所述聚合物电池122、充电控制器123及直流输出接口124，所述监测盒11的侧面开设有供电接口孔117。

所述充电控制器123通过所述直流输出接口124与所述光伏板121电连接，通过所述供电接口孔117与所述监测盒11电连接。

所述充电控制器123用于将所述光伏板121发送的电能转换为稳定电压，并通过所述稳定电压为所述气压传感器111、所述气压采集电路板112、所述数据处理电路板113及所述数据收发天线115供电，及，为所述聚合物电池122充电。

充电控制器123与聚合物电池122，安装固定在光伏板121底部，且位于靠近监测盒11的一侧，可有效散热，并防止雨淋。工作时，光伏板121发电传输至充电控制器123，充电控制器123将电流电压稳定后一边向监测盒11供电，一边向聚合物电池122充电，夜间工作时，由聚合物电池122为监测盒11供电。

进一步的，参见图4，所述监测盒11的上盖与盒体之间设置有密封圈118。

所述供电接口孔117上安装有密封线插119。

实际应用中，监测盒11的盒体上部开口设置一圈密封圈槽，用于固定密封圈118，以保证整个盒体的气密性。供电接口孔117上安装密封线插119，保证监测盒的密封，防止在使用过程中，由于恶劣天气对监测盒内部造成破环，有效提高装置的使用寿命。监测盒盒体采用铝合金CNC加工制作，强度高，使用寿命长。

进一步的，参见图3，所述监测盒的底面设置有磁铁1110。

所述监测盒11通过所述磁铁1110固定吸附在所述水泥搅拌桩的顶部。

进一步的，所述气压采集电路板112与所述数据处理电路板113共同设置于监测盒11的盒体内部。

参见图5，所述气压采集电路板112通过螺柱1111设置于所述数据处理电路板113的上方。

为了尽量缩小监测盒的体积，节约空间，将气压采集电路板112与所述数据处理电路板113设计为双层结构。同时，考虑到气压采集电路板112面积小于数据处理电路板113，为了不影响数据的采集及发送，将气压采集电路板112设置在上层，将数据处理电路板113设置在下层。

参见图6，实际应用中，只需要将监测装置放在桩顶上即可自动固定，这种情况下，无需花费较多时间对装置进行安装固定，能够有效降低前期安装的成本。

上述实施例公开的水泥搅拌桩施工监测系统，采用无源设计，不需要布置线缆，无需电源线和信号线接入便可实现监测，实际应用中，可以有效避免线路在风吹日晒过程中发生老化的问题，及后期维护成本。

下述为本申请提供的方法实施例，应用于上述系统实施例。对于方法实施例中未披露的细节，请参照本申请系统实施例。

本申请第二实施例公开了一种水泥搅拌桩施工监测方法，所述方法应用于后台控制中心，所述后台控制中心位于如本申请第一实施例所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，参见图7所示的工作流程示意图，所述方法包括：

步骤S101，获取气压数据。

步骤S102，根据所述气压数据，获取水泥搅拌桩的实时高度。

步骤S103，根据所述实时高度的变化，获取所述水泥搅拌桩单次起落的高度变化最大值及时间，其中，所述高度变化最大值即为桩长。

步骤S104，获取水泥浆输送管的管道直径及预设的喷浆压力。

步骤S105，根据所述管道直径、所述喷浆压力及单次起落的时间，获取喷浆量。

本申请实施例公开的监测方法中，主要利用气压定高的原理，即在正常大气压内海拔2千米以内，每升高10米，大气压减少111帕，基于此，本申请实施例提供的监测方法，监测精度可达0.1米等级。监测过程中，监测装置定时将获取的数据(当前气压值和时间戳)发送到后台控制中心的服务器内，具体的，每秒发送两次数据。

服务器将收到的数据进行统计，可以获取气压变化的周期。一个周期内的气压变化最大值，对应水泥搅拌桩起落的高度变化最大值，即对应一次打桩的桩长和时间。由于现场喷浆压力固定，因此可以由水泥浆输送管的管道直径、喷浆压力以及一次打桩的时间，计算出一根桩的喷浆量。计算完成之后进行相应记录，记录值为一根已完成的桩。

在一种实现方式中，还可以通过预先设定的桩长阈值和喷浆量阈值，判断某次打桩是否合格，具体的，当计算所得的喷浆量小于喷浆量阈值，和/或，计算所得的桩长小于桩长阈值时，判定该桩为不合格。

实际应用中，用户使用手机应用程序即可登录服务器，查看桩施工的状态记录情况，即每一根桩的合格情况与打桩时间，实现在线实时监控。

本申请实施例公开的水泥搅拌桩施工监测系统及监测方法至少具备以下有益效果：

1、满足监测标准。在实际施工过程中，监测对于这样的工程要求并不需要十分精准，本申请采用气压定高的实测精度完全可以满足准确监测，且成本十分低廉，采用无源，便携的方案，更适合于工地取电难、施工工况恶劣等环境使用。

2、安装简便，拆装维护的时间大大减少。

3、使用寿命长。因为传感器简单，可以做到较高的防护措施，传统接触式的传感器较难全封闭保护，时间长难免受到雨水回城泥浆的侵蚀，在防护方面，本申请公开的监测系统更具有优势。

4、安装在桩顶，不易受到施工工人的随手破坏，可以做到隐蔽监测。现有的监测装置容易遭到现场施工人员破坏，因为一旦施工出现问题，施工人员必然会受到责任追究，在这种环境下极易迫使施工人员恶意破坏监测系统，比如人为断电，扯坏线缆等破坏行为，或者破坏传感器等，达不到正真监测提高施工质量的目的。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种水泥搅拌桩施工监测系统，其特征在于，包括：安装于水泥搅拌桩顶部的监测装置及用于根据所述监测装置发送的数据，获取桩长及喷浆量的后台控制中心，所述监测装置包括监测盒及为所述监测盒提供电能的供电装置；

所述监测盒中安装有气压传感器、气压采集电路板及数据处理电路板，所述监测盒的上盖表面设置有传感器窗口及数据收发天线；

所述气压采集电路板接至所述气压传感器，用于获取所述气压传感器采集的气压数据，所述气压传感器的探头通过所述传感器窗口与外部空气接触；

所述数据处理电路板与所述气压采集电路板相连接，所述数据处理电路板用于接收所述气压数据，并将所述气压数据通过所述数据收发天线发送至所述后台控制中心。

2.根据权利要求1所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统，其特征在于，所述后台控制中心用于执行以下步骤，获取所述桩长及所述喷浆量：

根据所述气压数据，获取所述水泥搅拌桩的实时高度；

根据所述实时高度的变化，获取所述水泥搅拌桩单次起落的高度变化最大值及时间，其中，所述高度变化最大值即为所述桩长；

根据水泥浆输送管的管道直径、预设的喷浆压力及单次起落的时间，获取所述喷浆量。

3.根据权利要求1所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统，其特征在于，所述供电装置安装在所述监测盒外侧；

所述供电装置包括光伏板及聚合物电池；

所述监测盒的上盖表面设置有支架，所述光伏板可活动的安装在所述支架上；

所述光伏板的下表面固定设置有所述聚合物电池、充电控制器及直流输出接口，所述监测盒的侧面开设有供电接口孔；

所述充电控制器通过所述直流输出接口与所述光伏板电连接，通过所述供电接口孔与所述监测盒电连接；

所述充电控制器用于将所述光伏板发送的电能转换为稳定电压，并通过所述稳定电压为所述气压传感器、所述气压采集电路板、所述数据处理电路板及所述数据收发天线供电，及，为所述聚合物电池充电。

4.根据权利要求3所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统，其特征在于，所述监测盒的上盖与盒体之间设置有密封圈；

所述供电接口孔上安装有密封线插。

5.根据权利要求1所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统，其特征在于，所述监测盒的底面设置有磁铁；

所述监测盒通过所述磁铁固定吸附在所述水泥搅拌桩的顶部。

6.根据权利要求1所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统，其特征在于，所述气压采集电路板与所述数据处理电路板共同设置于监测盒的盒体内部；

所述气压采集电路板通过螺柱设置于所述数据处理电路板的上方。

7.一种水泥搅拌桩施工监测方法，其特征在于，所述方法应用于后台控制中心，所述后台控制中心位于如权利要求1-6任一项所述的一种水泥搅拌桩施工监测系统中，所述方法包括：

获取气压数据；

根据所述气压数据，获取水泥搅拌桩的实时高度；

根据所述实时高度的变化，获取所述水泥搅拌桩单次起落的高度变化最大值及时间，其中，所述高度变化最大值即为桩长；

获取水泥浆输送管的管道直径及预设的喷浆压力；

根据所述管道直径、所述喷浆压力及单次起落的时间，获取喷浆量。

8.根据权利要求7所述的一种水泥搅拌桩施工监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预设的桩长阈值及喷浆量阈值，判断打桩是否合格，其中，若所述桩长小于所述桩长阈值，和/或，所述喷浆量小于所述喷浆量阈值，则判定打桩不合格。

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