CN112144587A - 一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法，该系统包括安装于水泥搅拌桩顶部的桩监测装置、安装于水泥浆输送管上泵监测装置、数据处理装置以及根据数据处理装置发送的数据，获取水泥搅拌桩上升速度及总水泥浆喷浆量的后台服务器；桩监测装置包括气压传感器、气压数据采集装置、倾角传感器、倾角数据采集装置、姿态传感器以及速度数据采集装置，泵监测装置包括电磁流量计、流量数据采集装置、第一超声密度计以及第一密度数据采集装置。在利用上述系统监测水泥搅拌桩加固软土地基时，通过安装多个不同的传感器采集到的数据相互校正，能够精确判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求。

Description

一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法

技术领域

本申请涉及软土地基加固技术领域，尤其涉及一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法。

背景技术

为防止建筑后地基下沉拉裂造成建筑物不稳定等事故，需要对软土地基进行处理，使其沉降变得足够坚固。软土地基处理常用方法是使用水泥搅拌桩施工，利用水泥作为固化剂，将水泥喷入土体并充分搅拌，使软土硬结而达到预设地基强度要求。

水泥搅拌桩的施工过程中，水泥搅拌桩钻入至预设地下深度，水泥浆输送管输入端连接水泥浆池。为了保障施工质量，需要严格监测每个桩的桩长和水泥浆喷浆量。为了实现监测目的，目前采用的方法是通过在每个水泥搅拌桩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传统流体流量计的方式获取总水泥浆喷浆量。

然而，水泥搅拌桩须以竖直状态一边搅拌水泥和软土，一边向上上升，当水泥搅拌桩发生倾斜或上升速度过快时，滚轮计米器只能计量得到的桩长，水泥搅拌桩发生倾斜或上升速度过快会导致地面下某深度的水泥浆量不同于预设水泥浆量。同时，传统流体流量计适用于流动性好成分均匀的的流体，水泥浆容易黏附在水泥浆输送管上，传统流体流量计不能精确计量水泥浆的实际流量。因此，仅仅通过获取水泥搅拌桩的桩长和总水泥浆喷浆量还不能确定软土地基处理达到预设地基强度要求。

发明内容

本申请提供一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法，以解决现有技术中仅仅通过获取水泥搅拌桩的桩长和总水泥浆喷浆量还不能确定软土地基处理达到预设地基强度要求的问题。

本申请第一方面公开了一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，包括：安装于所述水泥搅拌桩顶部的桩监测装置、安装于水泥浆输送管上泵监测装置、数据处理装置以及根据所述数据处理装置发送的数据，获取水泥搅拌桩上升速度及总水泥浆喷浆量的服务器；其中，

所述桩监测装置包括气压传感器、气压数据采集装置、倾角传感器、倾角数据采集装置、姿态传感器以及速度数据采集装置；

所述气压数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述气压传感器和所述数据处理装置，用于获取所述气压传感器采集的气压数据；

所述倾角数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述倾角传感器和所述数据处理装置，用于获取所述倾角传感器采集的倾角数据；

所述速度数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述姿态传感器和所述数据处理装置，用于获取所述姿态传感器采集的水泥搅拌桩上升的速度数据；

所述泵监测装置包括电磁流量计、流量数据采集装置、第一超声密度计以及第一密度数据采集装置；

所述的流量数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述电磁流量计和所述数据处理装置，用于获取所述电磁流量计采集的水泥浆流量数据；

所述第一密度数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述第一超声密度计和所述数据处理装置，用于获取所述第一超声密度计采集的水泥浆输送管中水泥浆密度数据；

所述数据处理装置用于接收所述气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据，并将所述气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据发送至所述服务器。

可选的，还包括水泥浆池监测装置；

所述水泥浆池监测装置包括测量管、循环泵、第二超声密度计、第二密度数据采集装置以及水泥浆池；其中

所述测量管的输入端和输出端均位于所述水泥浆池内；

所述循环泵位于所述测量管上，用于实现水泥浆在所述测量管内循环流动；

所述第二超声密度计位于所述测量管上，所述第二密度数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述第二超声密度计和所述数据处理装置，用于获取所述第二超声密度计采集的所述水泥浆池中水泥浆密度数据。

可选的，所述桩监测装置还包括桩定位装置和桩位置数据采集装置；

所述桩位置数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述桩定位装置和所述数据处理装置，用于获取所述桩定位装置采集的水泥搅拌桩的位置数据。

可选的，所述桩监测装置还包括电流传感器和电流数据采集装置；

所述电流数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述电流传感器和所述数据处理装置，用于获取所述电流传感器采集的水泥搅拌桩的工作电流。

可选的，所述电磁流量计包括在水泥浆输送管外壁上相对称的励磁线圈、水泥浆输送管内壁上相对称的电极以及与所述电极电连接的A/D转换器；

所述励磁线圈用于在垂直于水泥浆输送管管轴方向产生磁场；

所述电极用于获取水泥浆输送管管径两端的电压信号；

所述A/D转换器输出端电连接所述数据处理装置，用于将所述电压信号转换为数字信号。

可选的，所述服务器用于执行以下步骤，获取所述水泥搅拌桩上升速度及所述总水泥浆喷浆量：

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上升的高度变化最大值及时间，所述高度变化最大值即为桩长；

根据所述高度变化最大值和时间，获取所述水泥搅拌桩的上升速度；

根据水泥浆输送管中水泥浆密度数据，获取水泥浆的密度；

根据水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速、水泥浆密度以及水泥搅拌桩单次上升时间，获取总水泥浆喷浆量。

本申请第二方面公开了一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法，所述监测方法应用于服务器，所述服务器位于如本申请第一方面所述的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统中，所述监测方法包括：

获取气压数据；

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上升的高度变化最大值及时间，所述高度变化最大值即为桩长；

根据所述高度变化最大值和时间，获取所述水泥搅拌桩上升速度；

获取速度数据；

根据所述速度数据，获取所述水泥搅拌桩的实时上升速度；

获取水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速以及水泥搅拌桩单次上升时间；

根据水泥浆输送管中水泥浆密度数据，获取水泥浆的密度；

根据水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速、水泥浆的密度以及水泥搅拌桩单次上升时间，获取总水泥浆喷浆量。

可选的，所述监测方法还包括：

根据所述上升速度和所述实时上升速度，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若上升速度不等于所述实时上升速度，则判定没有达到预设地基强度要求。

可选的，所述监测方法还包括：

根据预设的桩长阈值及总水泥浆喷浆量阈值，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若所述桩长小于所述桩长阈值，和/或，所述总水泥浆喷浆量喷浆量小于所述喷浆量阈值，则判定没有达到预设地基强度要求。

可选的，所述监测方法还包括：

根据预设的上升速度阈值，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若所述上升速度大于所述上升速度阈值，则判定没有达到预设地基强度要求。

本申请公开了一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法，该系统包括安装于水泥搅拌桩顶部的桩监测装置、安装于水泥浆输送管上泵监测装置、数据处理装置以及获取水泥搅拌桩上升速度及总水泥浆喷浆量的服务器，桩监测装置包括气压传感器、气压数据采集装置、倾角传感器、倾角数据采集装置、姿态传感器以及速度数据采集装置，泵监测装置包括电磁流量计、流量数据采集装置、第一超声密度计以及第一密度数据采集装置；气压数据采集装置用于获取气压传感器采集的气压数据，倾角数据采集装置用于获取倾角传感器采集的倾角数据，速度数据采集装置用于获取姿态传感器采集的水泥搅拌桩上升的速度数据，流量数据采集装置用于获取电磁流量计采集的水泥浆流量数据，第一密度数据采集装置用于获取第一超声密度计采集的水泥浆输送管中水泥浆密度数据，数据处理装置用于接收气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据，并将气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据发送至服务器。通过安装多个不同的传感器采集到的数据相互校正，能够精确判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求。

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用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统的连接示意图；

图3为本申请实施例提供的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统中水泥浆池监测装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统中电磁流量计的结构示意图；

图5本申请实施例提供的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法的工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2，本申请第一实施例公开了一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，包括：安装于所述水泥搅拌桩顶部的桩监测装置1、安装于水泥浆输送管上泵监测装置2、数据处理装置3以及根据所述数据处理装置3发送的数据，获取水泥搅拌桩上升速度及总水泥浆喷浆量的服务器4。

参见图2，所述桩监测装置1包括气压传感器11、气压数据采集装置12、倾角传感器13、倾角数据采集装置14、姿态传感器15以及速度数据采集装置16。

所述气压数据采集装置12的输入端和输出端分别电连接所述气压传感器11和所述数据处理装置3，用于获取所述气压传感器11采集的气压数据。

气压传感器11根据不同高度对应不同的气压采集水泥搅拌桩顶部的实时气压数据，并将气压数据传输至数据处理装置3。

所述倾角数据采集装置14的输入端和输出端分别电连接所述倾角传感器13和所述数据处理装置3，用于获取所述倾角传感器13采集的倾角数据。

水泥搅拌桩上升时必须以竖直状态上升，倾角传感器13监测水泥搅拌桩的实时倾斜度，并将实时倾斜度传输至数据处理装置3，如果实时倾斜度大于预设的倾斜阈值，服务器4在接收到数据处理装置3传输的实时倾斜度时向工作人员发出警报。

所述速度数据采集装置16的输入端和输出端分别电连接所述姿态传感器15和所述数据处理装置3，用于获取所述姿态传感器15采集的水泥搅拌桩上升的速度数据。

水泥搅拌桩是匀速上升的，这里取水泥搅拌桩的平均上升速度为水泥搅拌桩匀速上升的速度，姿态传感器15监测水泥搅拌桩实时上升速度，并将实时上升速度传输至数据处理装置3，如果实时上升速度和平均上升速度的差值超过允许误差，服务器4在接收到数据处理装置3传输的实时上升速度时向工作人员发出警报。

所述泵监测装置2包括电磁流量计21、流量数据采集装置22、第一超声密度计23以及第一密度数据采集装置24。

所述的流量数据采集装置22的输入端和输出端分别电连接所述电磁流量计21和所述数据处理装置3，用于获取所述电磁流量计21采集的水泥浆流量数据。

水泥浆流量数据即为水泥浆的体积数据，电磁流量计21监测水泥浆输送管中水泥浆的实时流量数据，在一段时间内，电磁流量计21能够测得一段时间内的水泥浆流量，并将一段时间内的水泥浆流量传输至数据处理装置3，如果一段时间内的水泥浆流量和该段时间内预设的水泥浆流量的差值超过允许误差，服务器4在接收到数据处理装置3传输的一段时间内的水泥浆流量时向工作人员发出警报。

所述第一密度数据采集装置24的输入端和输出端分别电连接所述第一超声密度计23和所述数据处理装置3，用于获取所述第一超声密度计23采集的水泥浆输送管中水泥浆密度数据。

第一超声密度计23采集的水泥浆密度数据为实时密度数据，实时密度数据传输至数据处理装置3，数据处理装置3根据实时密度数据计算得到水泥浆中水和水泥的比重，将计算得到水和水泥的比重与预设水和水泥的比重进行对比，如果计算得到水和水泥的比重与预设水和水泥的比重的差值超过允许误差，服务器4在接收到数据处理装置3传输的实时密度数据时向工作人员发出警报。

所述数据处理装置3用于接收所述气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据，并将所述气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据发送至所述服务器4。

数据处理装置3的主控芯片采用ARM9 32位处理器，50M运行时钟，芯片成本低、低功耗，高速运行，可对数据实时采集及计算；片上系统采用流行的RTOS操作系统，具备可靠实时多任务并行执行性能。可以将多个传感器同时采集并发处理，实时收集各个传感器的数据。

目前各个终端间相互没有固定IP，不能直接进行网络通讯，终端间的通讯主要是通过服务器进行数据实时传输。服务器4主要功能是用户账号管理权限、数据分类存储、数据转发及消息推送。单台服务器可以带载多台终端设备(数量由服务器配置及网络带宽决定)，与多台前端采集设备同时数据交互，便于数据统一集中管理。

本申请实施例公开了一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法，该系统包括安装于水泥搅拌桩顶部的桩监测装置1、安装于水泥浆输送管上泵监测装置2、数据处理装置3以及获取水泥搅拌桩上升速度及总水泥浆喷浆量的服务器4，桩监测装置1包括气压传感器11、气压数据采集装置12、倾角传感器13、倾角数据采集装置14、姿态传感器15以及速度数据采集装置16，泵监测装置2包括电磁流量计21、流量数据采集装置22、第一超声密度计23以及第一密度数据采集装置24；气压数据采集装置12用于获取气压传感器11采集的气压数据，倾角数据采集装置14用于获取倾角传感器13采集的倾角数据，速度数据采集装置16用于获取姿态传感器15采集的水泥搅拌桩上升的速度数据，流量数据采集装置22用于获取电磁流量计21采集的水泥浆流量数据，第一密度数据采集装置24用于获取第一超声密度计23采集的水泥浆输送管中水泥浆密度数据，数据处理装置3用于接收气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据，并将气压数据、倾角数据、速度数据水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据发送至服务器4。在利用上述系统监测水泥搅拌桩加固软土地基时，通过安装多个不同的传感器采集到的数据相互校正，能够精确判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求。桩监测装置和泵监测装置能够在允许误差内，进行模糊测量，同时数据处理装置进行精准计算，确保监测结果的准确率。

参见图2和图3，进一步的，所述监测系统还包括水泥浆池监测装置5。

所述水泥浆池监测装置5包括水泥测量管51、循环泵52、第二超声密度计53、第二密度数据采集装置54以及水泥浆池55；其中，

所述测量管51的输入端和输出端均位于所述水泥浆池55内。

所述循环泵52位于所述测量管51上，用于实现水泥浆在所述测量管51内循环流动。

所述第二超声密度计53位于所述测量管51上，所述第二密度数据采集装置54的输入端和输出端分别电连接所述第二超声密度计53和所述数据处理装置3，用于获取所述第二超声密度计53采集的所述水泥浆池55中水泥浆密度数据。

对水泥浆中水和水泥的比重进行监测，还需要从水泥浆的源头监测，即对水泥浆池55中的水泥浆进行监测，控制水泥浆池55中水和水泥的比重与预设水和水泥的比重在允许误差内。

进一步的，所述桩监测装置1还包括桩定位装置17和桩位置数据采集装置18。

所述桩位置数据采集装置18的输入端和输出端分别电连接所述桩定位装置17和所述数据处理装置3，用于获取所述桩定位装置17采集的水泥搅拌桩的位置数据。

如果水泥搅拌桩运行出现异常，利用桩定位装置17和所述桩位置数据采集装置18能够将运行异常水泥搅拌桩的编号和具体位置发送至服务器4，便于工作人员获取。

桩定位装置17利用全球GPS和北斗卫星进行组合式定位。支持BDS B1/B2/B3+GPSL1/L2/L5+GLONASS L1/L2+GALILEO等卫星信号，提供毫米级载波相位观测值和RTK厘米级定位精度。

进一步的，所述桩监测装置1还包括电流传感器19和电流数据采集装置191；

所述电流数据采集装置191的输入端和输出端分别电连接所述电流传感器19和所述数据处理装置3，用于获取所述电流传感器19采集的水泥搅拌桩的工作电流。

电流传感器19用于接收水泥搅拌桩的实时工作电流，电流小，水泥搅拌桩上升速度慢，电流大，水泥搅拌桩上升速度快。如果水泥搅拌桩停止工作或更换位置，水泥搅拌桩没有工作电流，通过水泥搅拌桩实时工作电流有无及中断时间，特别是水泥搅拌桩工作时的触发电流来记录打桩过程，在打桩过程中对比实时工作电流和预设工作电流，判断水泥搅拌桩上升过快还是过慢。

监测系统还包括显示终端，显示终端主要作用是实时获取传感器采集数据并显示、数据异常预警及数据智能判断。根据传感器的测量值计算出水泥搅拌桩工作状态是否正常，方便用户及时了解水泥搅拌桩中的各项指标。终端设备可以是单台手机、电脑设备，亦可实现多台终端同时显示。

参见图4，所述电磁流量计21包括在水泥浆输送管外壁上相对称的励磁线圈211、水泥浆输送管内壁上相对称的电极212以及与所述电极电连接的A/D转换器213；

所述励磁线圈211用于在垂直于水泥浆输送管管轴方向产生磁场；

所述电极212用于获取水泥浆输送管管径两端的电压信号；

所述A/D转换器213输出端电连接所述数据处理装置3，用于将所述电压信号转换为数字信号。

根据以下公式计算水泥浆输送管管径两端的电压信号：

E＝KBdv；

其中，E为水泥浆输送管管径两端的电压信号，B为磁场的磁通密度，d为水泥浆输送管的内径，v为水泥浆在水泥浆输送管中水泥浆的流动速度，K为常数。

励磁线圈的励磁电流是恒流的，故B也是常数，水泥浆的体积流量和电压信号E成正比，即水泥浆在水泥浆输送管中的流速感应的电压信号E和水泥浆的体积流量成线性关系。因此，只要获取电压信号E，就可确定水泥浆的体积流量。

电压信号通过滤波、降噪、放大、电压变换等前端处理后，通过模拟I/O将模拟信号转换为数字信号，交由工控主板进行滤波和降噪处理，处理后的信号通过数字I/O转换输出，可存储于服务器或固体存储介质，或者直接由网络端口输出共享。

因为测量水泥浆的流量，水泥浆输送管的内衬材料选择橡胶材料，橡胶材料具有有极好的弹性，高度的扯断力，耐磨性能好，还能耐一般低浓度的酸、碱、盐介质的腐蚀。

电极212选择316L不锈钢材料，电极头与水泥浆输送管内衬表面基本齐平，适用于像水泥浆这样的中性溶液，也可用于弱腐蚀性酸、碱、盐。

所述服务器4用于执行以下步骤，获取所述水泥搅拌桩上升速度及所述总水泥浆喷浆量：

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上升的高度变化最大值及时间，所述高度变化最大值即为桩长。

根据所述高度变化最大值和时间，获取所述水泥搅拌桩上升速度。

根据水泥浆输送管中水泥浆密度数据，获取水泥浆的密度。

根据水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速、水泥浆密度以及水泥搅拌桩单次上升时间，获取总水泥浆喷浆量。

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用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法，所述监测方法应用于服务器4，所述服务器4位于如本申请第一方面所述的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统中，参见图5所示的工作流程示意图，所述监测方法包括：

步骤S101，获取气压数据。

所述服务器4可以通过桩监测装置中的包括气压传感器和/或气压数据采集装置获取气压数据。

步骤S102，根据所述气压数据，获取所述水泥搅拌桩的实时高度。

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，所述服务器4定时获取的数据(当前气压值和时间戳)，具体的，每秒获取两次数据。

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上升的高度变化最大值及时间，所述高度变化最大值即为桩长。

所述服务器4将收到的气压数据进行统计，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。

步骤S104，根据所述高度变化最大值和时间，获取所述水泥搅拌桩上升速度；

所述服务器4根据一次打桩的桩长和时间的比值，可以获取所述水泥搅拌桩上升速度，即一个周期内的平均上升速度。

步骤S105，获取速度数据。

所述服务器4可以通过桩监测装置中的包括姿态传感器和/或速度数据采集装置获取速度数据。

步骤S106，根据所述速度数据，获取所述水泥搅拌桩的实时上升速度。

所述服务器4定时获取的数据(当前上升速度值和时间戳)，具体的，每秒获取两次数据，将实时上升速度和一个周期内的平均上升速度对比，判断所述水泥搅拌桩是否上升过快。

步骤S107，获取水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速以及水泥搅拌桩单次上升时间。

水泥浆输送管的管道直径是已知的，所述服务器4可以通过泵监测装置中的包括电磁流量计和/或流量数据采集装置获取水泥浆输送管管中水泥浆流速，单次上升时间即为一次打桩的时间。

步骤S108，获取水泥浆输送管中水泥浆密度数据。

所述服务器4可以通过泵监测装置中的包括第一超声密度计和/或第一密度数据采集装置获取水泥浆输送管中水泥浆密度数据。

步骤S109，根据水泥浆输送管中水泥浆密度数据，获取水泥浆的密度。

所述服务器4定时获取的数据(当前水泥浆输送管中水泥浆密度值和时间戳)，具体的，每秒获取两次数据，所述服务器4通过对比两次水泥浆输送管中水泥浆密度值的变化值，判断水泥浆输送管中水泥浆密度是否发生变化。

步骤S1010，根据水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速、水泥浆的密度以及水泥搅拌桩单次上升时间，获取总水泥浆喷浆量。

水泥浆输送管的管道直径是已知的，所述服务器4可以通过泵监测装置中的包括电磁流量计和/或流量数据采集装置获取水泥浆输送管管中水泥浆流速，所述服务器4可以通过泵监测装置中的包括第一超声密度计和/或第一密度数据采集装置获取水泥浆输送管中水泥浆密度数据，单次上升时间即为一次打桩的时间。所述服务器4计算出一根桩的总水泥浆喷浆量。计算完成之后进行相应记录，记录值为一根已完成的桩。

实际应用中，用户使用手机或电脑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。

在一种实现方式中，所述监测方法还包括：

根据所述上升速度和所述实时上升速度，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若上升速度不等于所述实时上升速度，则判定没有达到预设地基强度要求。

水泥搅拌桩的上升速度取水泥搅拌桩的平均上升速度，水泥浆的密度和流速是固定的，如果实时上升速度大于平均上升速度，即水泥搅拌桩加速上升，那么水泥搅拌桩加速上升的喷浆量小于水泥搅拌桩按照平均上升速度上升的喷浆量，不能达到预设地基强度要求。

在一种实现方式中，所述监测方法还包括：

根据预设的桩长阈值及总水泥浆喷浆量阈值，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若所述桩长小于所述桩长阈值，和/或，所述总水泥浆喷浆量小于所述喷浆量阈值，则判定没有达到预设地基强度要求。

必须同时满足桩长等于桩长阈值和总水泥浆喷浆量等于喷浆量阈值，才能判定达到预设地基强度要求。

在一种实现方式中，所述监测方法还包括：

根据水泥搅拌桩预设的上升速度阈值，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若所述上升速度大于所述上升速度阈值，则判定没有达到预设地基强度要求。

水泥搅拌桩的上升速度取水泥搅拌桩的平均上升速度，水泥搅拌桩预设的上升速度阈值为水泥搅拌桩正常上升的速度，水泥浆的密度和流速是固定的，如果水泥搅拌桩的平均上升速度大于水泥搅拌桩预设的上升速度阈值，即水泥搅拌桩加速上升，那么水泥搅拌桩加速上升的喷浆量小于水泥搅拌桩按照预设的上升速度阈值上升的喷浆量，不能达到预设地基强度要求。

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，通过安装多个不同的传感器采集到的数据能够精确判断水泥搅拌桩加固软土地基达到预设地基强度要求。

本申请实施例公开的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统及方法至少具备以下有益效果：

1、系统的可修复性更高。当系统出现问题时，监测系统会执行故障行故障自修复程序，并生成故障记录储存至服务器。当监测系统无法自我修复的时候，用户通过服务器预警报警可快速定位故障点，用户可以自行参考修复方案快速手动修复，减少工程损失。

2、系统的可观测性高。用户界面包括了终端网页显示和手机APP显示，远程用户使用终端PC或手机等移动设备通过广域网络接入监测系统服务器，即可实时在线监测施工过程的数据，调节各传感器的精度，控制数据处理装置，查看运行状态记录、故障记录、报警记录等数据。用户还可以通过离线控制/观测系统，使用安装在本地的监测系统用户控制板，直接操作或观测系统数据。可获得施工质量相关信息。

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 (10)

1.一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，其特征在于，包括：

安装于所述水泥搅拌桩顶部的桩监测装置、安装于水泥浆输送管上泵监测装置、数据处理装置以及根据所述数据处理装置发送的数据，获取水泥搅拌桩上升速度及总水泥浆喷浆量的服务器；其中，

所述桩监测装置包括气压传感器、气压数据采集装置、倾角传感器、倾角数据采集装置、姿态传感器以及速度数据采集装置；

所述气压数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述气压传感器和所述数据处理装置，用于获取所述气压传感器采集的气压数据；

所述倾角数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述倾角传感器和所述数据处理装置，用于获取所述倾角传感器采集的倾角数据；

所述速度数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述姿态传感器和所述数据处理装置，用于获取所述姿态传感器采集的水泥搅拌桩上升的速度数据；

所述泵监测装置包括电磁流量计、流量数据采集装置、第一超声密度计以及第一密度数据采集装置；

所述的流量数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述电磁流量计和所述数据处理装置，用于获取所述电磁流量计采集的水泥浆流量数据；

所述第一密度数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述第一超声密度计和所述数据处理装置，用于获取所述第一超声密度计采集的水泥浆输送管中水泥浆密度数据；

所述数据处理装置用于接收所述气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据，并将所述气压数据、倾角数据、速度数据、水泥浆流量数据以及水泥浆密度数据发送至所述服务器。

2.根据权利要求1所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，其特征在于，还包括水泥浆池监测装置；

所述水泥浆池监测装置包括测量管、循环泵、第二超声密度计、第二密度数据采集装置以及水泥浆池；其中，

所述测量管的输入端和输出端均位于所述水泥浆池内；

所述循环泵位于所述测量管上，用于实现水泥浆在所述测量管内循环流动；

所述第二超声密度计位于所述测量管上，所述第二密度数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述第二超声密度计和所述数据处理装置，用于获取所述第二超声密度计采集的所述水泥浆池中水泥浆密度数据。

3.根据权利要求1所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，其特征在于，所述桩监测装置还包括桩定位装置和桩位置数据采集装置；

所述桩位置数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述桩定位装置和所述数据处理装置，用于获取所述桩定位装置采集的水泥搅拌桩的位置数据。

4.根据权利要求1所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，其特征在于，所述桩监测装置还包括电流传感器和电流数据采集装置；

所述电流数据采集装置的输入端和输出端分别电连接所述电流传感器和所述数据处理装置，用于获取所述电流传感器采集的水泥搅拌桩的工作电流。

5.根据权利要求1所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，其特征在于，所述电磁流量计包括在水泥浆输送管外壁上相对称的励磁线圈、水泥浆输送管内壁上相对称的电极以及与所述电极电连接的A/D转换器；

所述励磁线圈用于在垂直于水泥浆输送管管轴方向产生磁场；

所述电极用于获取水泥浆输送管管径两端的电压信号；

所述A/D转换器输出端电连接所述数据处理装置，用于将所述电压信号转换为数字信号。

6.根据权利要求1所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统，其特征在于，所述服务器用于执行以下步骤，获取所述水泥搅拌桩上升速度及所述总水泥浆喷浆量：

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上升的高度变化最大值及时间，所述高度变化最大值即为桩长；

根据所述高度变化最大值和时间，获取所述水泥搅拌桩的上升速度；

根据水泥浆输送管中水泥浆密度数据，获取水泥浆的密度；

根据水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速、水泥浆密度以及水泥搅拌桩单次上升时间，获取总水泥浆喷浆量。

7.一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法，其特征在于，所述监测方法应用于服务器，所述服务器位于权利要求1-6任一项所述的一种用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测系统中，所述监测方法包括：

获取气压数据；

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上升的高度变化最大值及时间，所述高度变化最大值即为桩长；

根据所述高度变化最大值和时间，获取所述水泥搅拌桩上升速度；

获取速度数据；

根据所述速度数据，获取所述水泥搅拌桩的实时上升速度；

获取水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速以及水泥搅拌桩单次上升时间；

根据水泥浆输送管中水泥浆密度数据，获取水泥浆的密度；

根据水泥浆输送管的管道直径、水泥浆输送管管中水泥浆流速、水泥浆的密度以及水泥搅拌桩单次上升时间，获取总水泥浆喷浆量。

8.根据权利要求7所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：

根据所述上升速度和所述实时上升速度，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若上升速度不等于所述实时上升速度，则判定没有达到预设地基强度要求。

9.根据权利要求7所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：

根据预设的桩长阈值及总水泥浆喷浆量阈值，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若所述桩长小于所述桩长阈值，和/或，所述总水泥浆喷浆量喷浆量小于所述喷浆量阈值，则判定没有达到预设地基强度要求。

10.根据权利要求7所述的用于水泥搅拌桩加固软土地基的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：

根据预设的上升速度阈值，判断水泥搅拌桩加固软土地基是否达到预设地基强度要求，若所述上升速度大于所述上升速度阈值，则判定没有达到预设地基强度要求。

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