CN112323803B - 一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置及方法，包括提升机、导管固定装置控制器及混凝土面高度测量装置，所述提升机由自动升降机、夹取机构、旋转盘组成，所述夹取机构通过连接臂Ⅰ与旋转盘相连，所述自动升降机上设有电动升降杆，所述电动升降杆上部安装有用于支撑漏斗的机械支架，所述混凝土面高度测量装置由液体压力传感器与超声波检测装置组成。本发明通过分析钻孔灌注桩水下砼灌注方量与桩身直径预设自动升降机提升速度，通过压力传感器和超声波检测装置判断导管埋入混凝土面的高度，从而对提升速度进行自动调节，可以在水下砼灌注时匀速平稳的提升导管，控制导管埋入混凝土的深度。

Description

一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置及方法。

背景技术

导管法水下灌注是混凝土灌注的常用方法，在混凝土灌注过程中导管应始终埋在混凝土中，导管埋入混凝土面的深度宜为3～6m，导管提升过程应保持平稳，以使混凝土面均匀上升，但在现有实际工程中，往往先进行混凝土灌注，由人工判断混凝土面高程，再进行导管的分段式提升。灌注一段混凝土后，采用测绳+测锤，通过人工感觉判断混凝土面高度或者采用单超声波探测仪确定混凝土面高度提升一节导管后，拆除该节导管，然后再继续灌注混凝土，灌注完成后再提升导管，拆除第二节导管。由于地下施工存在诸多不定因素，人工需频繁的通过测绳来判断混凝土面高程，调整导管埋入混凝土面的深度，以避免混凝土脱空或造成埋管事故。但是采用测绳+测锤，需随着混凝土面的提升进行多次判断，且凭人工感觉易产生误差；有学者提出采用超声波探测仪置于灌注桩孔上部，直接探测混凝土面高度，由于孔内情况复杂，充斥泥浆，影响因素多，采用单超声波探测仪，对混凝土面的把控不够精准。在当前的实际工程中，很多施工单位采用钻机自带起重装置或起重机械对导管进行提升，起吊装置易造成导管的左右晃动，影响混凝土的均匀性；拆卸导管过程中，需对漏斗，导管分次进行提升；导管或漏斗吊起后，需人工将吊起的物件推至空地，进行拆卸，效率低；分段式提升灌注工艺，易导致混凝土强度质量不均匀，或造成埋管，断桩等一系列问题。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提出一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，解决了现有的使用导管法水下灌注混凝土时，无法连续测量混凝土面高度，无法在浇筑混凝土时同步提升导管，分段式提升易因人工失误造成导管埋入混凝土面过深或过浅而降低混凝土质量的问题，本发明在浇筑过程中能够匀速、平稳的对导管进行同步提升，在导管拔出后能方便快捷的拆卸并安置导管。

本发明通过如下技术方案实现：一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，包括提升机、导管固定装置控制器及混凝土面高度测量装置提升机和混凝土面高度测量装置信号连接控制器，，导管固定装置设置在灌注桩孔口，用于支撑固定导管，所述提升机包括自动升降机、旋转盘和夹取机构，自动升降机由控制器控制升降，自动升降机的底部设有升降基座，升降基座底部设有液压支腿和移动轮胎，旋转盘安装在自动升降机上，旋转盘由控制器控制，夹取机构通过连接臂Ⅰ与旋转盘相连，自动升降机上设有电动升降杆，电动升降杆上安装用于支撑漏斗的机械支架；混凝土面高度测量装置包括超声波检测装置、液体压力传感器和数据处理中心，超声波检测装置由预置声测管、径向换能器、深度计数系统构成，深度计数系统由计数滑轮和自动收线器构成，所述计数滑轮内置高精度光电编码器，预置声测管在灌浆时绑扎在钢筋笼上，径向换能器放入预置声测管内，径向换能器连接信号线，信号线经过计数滑轮后缠绕在自动收线器上，所述液体压力传感器安装于导管底部，用于测得导管底部液体压力情况，所述液体压力传感器与径向换能器信号线电性连接数据处理中心，数据处理中心、计数滑轮的高精度光电编码器和自动收线器信号连接控制器。

作为优化，所述升降基座带有移动轮胎和液压支腿，所述移动轮胎的数量为4，所述液压支腿的数量为4个。

作为优化，所述自动升降机为固定剪叉式升降机，能够稳定的对套筒进行提升。

作为优化，所述夹取机构包含移动装置和夹取装置，所述移动装置为伸缩移动气缸，所述伸缩移动气缸通过连接臂Ⅱ驱动所述夹取装置沿所述连接臂做直线运动。

进一步的，所述夹取装置包含一对用于夹取工作的弧形抓手、一对相对设置的机械臂及用于调节两个所述抓手之间X轴向距离的伸缩夹取气缸，所述抓手设置在所述机械臂的内侧，两个所述机械臂分别固定在所述伸缩夹取气缸两端的两个伸缩杆端部，两个所述机械臂的端部之间通过直线导轨连接，两个所述机械臂包括上下两个臂板，两个所述臂板与直线导轨的上、下表面分别滑动连接。

进一步的，所述导管固定装置包括一个框体，框体上对称安装两块活动支撑板，两块活动支撑板分别开设半圆孔，两半圆孔合并形成供导管通过的通孔。通过导管固定装置可在拆卸上节导管时，固定支撑下节导管。

进一步的，所述伸缩夹取气缸连接一气缸调压阀，所述气缸调压阀与所述控制器电性连接，所述气缸调压阀用于调节所述抓手的夹取力大小。

作为优化，所述自动升降机上设有电动升降杆，所述电动升降杆电性连接控制器，所述电动升降杆上部安装有机械支架，所述机械支架末端呈圆环状，用于支撑漏斗，可以通过电动升降杆对漏斗高度进行控制。

作为优选，所述径向换能器距离导管最下端的距离为2m；所述液体压力传感器的数量为6～12个，安装在距导管最下端6m～7m处，所述控制器根据处理中心反馈信息对所述自动升降机的升降速度进行调节，使导管始终埋入混凝土面3～6米。

本发明还提供了一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升方法，其特征是步骤如下：

S1、将自动提升装置移动至灌注施工位置后，液压支腿充油支撑整个装置上升，是移动轮胎离地，使整个装置固定；

S2、连接安装导管和混凝土面高度测量装置，将径向换能器放入混凝土桩基孔中的预置声测管中，调节径向换能器距离导管最下端的距离为2m；液体压力传感器安装在距导管23最下端6m～7m处；

S3、夹取机构夹紧连接好的导管最上端，机械支架支持漏斗，漏斗对接导管，打开固定导管的导管固定装置的活动支撑板；向漏斗中加入混凝土，进行灌桩；灌桩过程中，通过混凝土面高度测量装置测量混凝土面的高度变化，根据混凝土面的高度变化连续平稳提升导管。在数据处理中心设定自动升降机提升速度与自动收线器收线初始速度v，自动升降机提升速度与自动收线器收线速度相等，人工根据组合导管长度输入初始导管最下端深度h₀，导管最下端深度h＝h₀-vt，数据处理中心实时获取导管最下端深度数据，根据各液体压力传感器安装位置，获取各传感器深度h_c，根据公式ρ＝P/gh_c，获取h_c深度处介质的密度ρ_c；当液体压力传感器测得密度ρ_c远大于泥浆比重时，认定混凝土面已达h_c深度，即导管埋入混凝土面过深，控制器控制同步提升升降机与收线器工作速度，直至测得ρ_c临近泥浆比重后，控制器控制升降机与收线器工作速度逐步降低至初始设定速度；所述超声波检测装置同步工作，将径向换能器放入预置声测管内，根据信号线刻度调整径向换能器位于距导管最下端2m处，提升时，所述计数滑轮记录换能器提升的高度，对数据处理中心计算的深度进行校核，以确保自动升降机和自动收线器速度相同；应根据现场情况确定声速阈值，当测得声速骤减至阈值以下，认定混凝土面已低于换能器高度，即此时导管埋入混凝土面过浅，控制器控制同步降低自动升降机与自动收线器工作速度，直至声速高于阈值后，将自动升降机与自动收线器工作速度逐步提升至初始设定速度；

S4、当自动升降机升至最高位置后，停止导管提升工作时，停止自动收线器收线，闭合固定导管的导管固定装置的活动支撑板，控制电动升降杆提升将漏斗与导管分离，拆除导管连接法兰，控制旋转盘旋转进行导管拆卸，待拆卸完成后，旋转盘带动夹取机构复位，夹取机构重新夹取下一节导管，自动收线器恢复工作，继续灌注。

综上内容，本发明所述的一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，结构简单，结构稳定性好，能够匀速、平稳的对导管进行提升，可以根据导管埋入混凝土面的深度对提升速度进行调节，始终保持导管埋入混凝土面一定的深度，自动化程度高，能够极大的避免灌注过程中因为人为操作不当而造成降低混凝土质量的情况。本发明还可以通过控制旋转盘，将拆卸下的导管移出工作区。

附图说明

图1是本发明所述钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置的立体图；

图2是本发明所述钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置的主视图；

图3是本发明所述夹取机构结构示意图；

图4是本发明所述一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置控制器的结构示意图；

图5是本发明所述混凝土面高度测量装置工作示意图；

图6是本发明所述钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置提升工作示意图；

图7是本发明所述钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置拆卸工作示意图。

附图标记说明如下：

1、自动升降机；2、升降基座；3、液压支腿；4、移动轮胎；5、旋转盘；6、连接臂Ⅰ；7、夹取机构；8、电动升降杆；9、机械支架；10、伸缩移动气缸；11、直线导轨；12、连接臂Ⅱ；13、机械臂；14、伸缩杆；15、伸缩夹取气缸；16、弧形抓手；17、压力传感器；18、径向换能器；19、信号线；20、计数滑轮；21、自动收线器；22、数据处理中心；23、导管；24预置声测管；25、漏斗；26、导管固定装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图7所示，一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，包括提升机、导管固定装置26、控制器及混凝土面高度测量装置，混凝土面高度测量装置信号连接控制器，控制器信号连接提升机，导管固定装置26设置在灌注桩孔口，用于支撑固定导管23，提升机包括自动升降机1、旋转盘5和夹取机构7，自动升降机1由控制器控制升降，自动升降机1的底部设有升降基座2，升降基座2底部设有液压支腿3和移动轮胎4，旋转盘5安装在自动升降机1上，旋转盘5由控制器控制，夹取机构7通过连接臂Ⅰ6与旋转盘5相连，自动升降机1为固定剪叉式升降机，能够平稳提升导管，自动升降机1上设有电动升降杆8，电动升降杆8上安装机械支架9，机械支架9端部为圆环状，以支撑漏斗，可通过控制器控制电动升降杆8上下移动漏斗25，夹取机构7夹持导管23。

如图5所示，混凝土面高度测量装置包括超声波检测装置、液体压力传感器和数据处理中心，超声波检测装置由预置声测管24、径向换能器18、深度计数系统构成，数据处理中心22控制超声波发射，接收脉冲信号，显示和记录穿过介质所需的时间、波形、波幅等信息。径向换能器18向介质发射声波，接收经传播后的声波并转为电信号，将数据传导给数据处理中心22，所述换能器至少2个。深度计数系统由带有标记刻度的信号线19、计数滑轮20和自动收线器21构成，所述计数滑轮20内置高精度光电编码器，能够精准检测放线位移，测定径向换能器18所处深度，所述自动收线器21由控制器控制，可调节收线的速度。预置声测管24绑扎在钢筋笼上，预埋在桩孔内，径向换能器18放入预置声测管24内，径向换能器18连接信号线19，信号线19经过计数滑轮20后缠绕在自动收线器21上，信号线19电性连接数据处理中心22，数据处理中心22、自动收线器21和计数滑轮20的高精度光电编码器数据处理中心22信号连接控制器。径向换能器18放入混凝土桩基孔中的预置声测管24中，调节径向换能器18距离导管最下端的距离为2m；液体压力传感器安装在距导管最下端6m～7m处，液体压力传感器连接数据处理中心。

本实施例中，夹取机构7包含移动装置和夹取装置，移动装置采用伸缩移动气缸10，伸缩移动气缸10一端固定在连接臂Ⅰ6上，一端与连接臂Ⅱ12相连，夹取装置包括一对用于夹取导管的弧形抓手16、相对设置的一对机械臂13，每个机械臂13对应安装一个弧形抓手16，两个机械臂13之间通过伸缩夹取气缸15连接，伸缩夹取气缸15固定在连接臂Ⅱ12上，伸缩夹取气缸15由控制器控制向两侧伸缩，两机械臂13分别固定在伸缩夹取气缸15两端的两个伸缩杆14端部，由控制器控制伸缩夹取气缸15的伸缩，带动一对机械臂13移动以夹取导管。两个机械臂13端部之间通过一直线导轨11上、下表面分别滑动连接，起到导向固定作用。

本实施例中，导管固定装置26包括一个框体，框体上对称安装两块活动支撑板，两块活动支撑板分别开设半圆孔，两半圆孔合并形成供导管23通过的通孔。通过导管固定装置26可在拆卸上节导管时，固定支撑下节导管。

本实施例中，如图4所示，自动升降机1、旋转盘5、电动升降杆8、伸缩移动气缸10、伸缩夹取气缸15电性连接控制器，控制器还连接液体压力传感器和超声波检测装置。控制器内设有控制电路主板，控制电路主板包括微处理器和处理芯片，微处理器和处理芯片电性连接，微处理器和处理芯片焊接在控制电路主板内。

本实施例中，采用固定剪叉式升降机及夹取机构7，能够平稳提升导管。设置电动升降杆8及机械支架9来支撑并提升漏斗25，再通过设置的旋转盘5，将拆卸下的导管直接旋转安置，大幅提升效率。在升降基座上设移动轮胎，便于机械出入场地，在升降基座上设液压支腿，平稳提升主体装置；利用预置声测管24，采用液体压力传感器和超声波检测装置，联合确定混凝土面深度，测量准确，可连续测量，据此连续平稳提升导管。

基于前述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，施工步骤如下：

S1、将自动提升装置移动至灌注施工位置后，液压支腿3充油支撑整个装置上升，是移动轮胎4离地，使整个装置固定；

S2、连接安装导管和混凝土面高度测量装置，将径向换能器18放入混凝土桩基孔中的预置声测管24中，调节径向换能器18距离导管最下端的距离为2m；液体压力传感器安装在距导管23最下端6m～7m处；

S3、夹取机构7夹紧连接好的导管最上端，机械支架9支持漏斗，漏斗25对接导管，打开固定导管的导管固定装置26的活动支撑板；向漏斗25中加入混凝土，进行灌桩；灌桩过程中，通过混凝土面高度测量装置测量混凝土面的高度变化，根据混凝土面的高度变化连续平稳提升导管。在数据处理中心22设定自动升降机1提升速度与自动收线器21收线初始速度v，自动升降机1提升速度与自动收线器21收线速度相等，人工根据组合导管长度输入初始导管最下端深度h₀，导管最下端深度h＝h₀-vt，数据处理中心22实时获取导管最下端深度数据，根据各液体压力传感器安装位置，获取各传感器深度h_c。根据公式ρ＝P/gh_c，获取h_c深度处介质的密度ρ_c。混凝土比重一般为2.3～2.45，规范要求清空后的泥浆比重为1.03～1.15，远小于混凝土比重，当液体压力传感器测得ρ_c远大于泥浆比重时，认定混凝土面已达h_c深度，即导管埋入混凝土面过深，控制器控制同步提升升降机与收线器工作速度，直至测得ρ_c临近泥浆比重后，控制器控制升降机与收线器工作速度逐步降低至初始设定速度。作为优化，由于混凝土的特殊性，应在导管下部设置多个液体压力传感器，根据多个液体压力传感器输入的信号联合判断，避免个别液体压力传感器失灵而导致的误差。

所述超声波检测装置同步工作，将径向换能器18放入预置声测管24内，根据信号线19刻度调整径向换能器18位于距导管最下端2m处，提升时，所述计数滑轮记录换能器提升的高度，对数据处理中心22计算的深度进行校核，以确保自动升降机1和自动收线器21速度相同。

超声波在不同介质中传播的速度不同，在混凝土中传播的速度远大于泥浆，所述超声波检测装置可根据测得的声速判断换能器所处深度是否在混凝土面以下，不同强度混凝土传播速度不同，应根据现场情况确定声速阈值，此处设阈值为2000m/s，当测得声速骤减至阈值以下，认定混凝土面已低于换能器高度，即此时导管23埋入混凝土面过浅，控制器控制同步降低自动升降机1与自动收线器21工作速度，直至声速高于阈值后，将自动升降机1与自动收线器21工作速度逐步提升至初始设定速度。

S4、当自动升降机1升至最高位置后，停止导管23提升工作时，停止自动收线器21收线，闭合固定导管的导管固定装置26的活动支撑板，控制电动升降杆8提升将漏斗25与导管23分离，拆除导管连接法兰，控制旋转盘5旋转进行导管拆卸，待拆卸完成后，旋转盘5带动夹取机构7复位，夹取机构7重新夹取下一节导管，自动收线器21恢复工作。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：包括提升机、导管固定装置、控制器及混凝土面高度测量装置，提升机和混凝土面高度测量装置信号连接控制器，导管固定装置设置在灌注桩孔口，用于支撑固定导管，所述提升机包括自动升降机、旋转盘和夹取机构，自动升降机由控制器控制升降，自动升降机的底部设有升降基座，升降基座底部设有液压支腿和移动轮胎，旋转盘安装在自动升降机上，旋转盘由控制器控制，夹取机构通过连接臂Ⅰ与旋转盘相连，自动升降机上设有电动升降杆，电动升降杆上安装用于支撑漏斗的机械支架，夹取机构用于夹取导管；混凝土面高度测量装置包括超声波检测装置、液体压力传感器和数据处理中心，超声波检测装置由预置声测管、径向换能器、深度计数系统构成，深度计数系统由计数滑轮和自动收线器构成，所述计数滑轮内置高精度光电编码器，预置声测管在灌浆时绑扎在钢筋笼上，径向换能器放入预置声测管内，调节径向换能器距离导管最下端的距离为2m，径向换能器连接信号线，信号线经过计数滑轮后缠绕在自动收线器上，液体压力传感器安装在距导管最下端6m~7m处，所述液体压力传感器的数量为多个，用于测得导管底部液体压力情况，所述液体压力传感器与径向换能器信号线电性连接数据处理中心，数据处理中心、计数滑轮的高精度光电编码器和自动收线器信号连接控制器，所述控制器根据处理中心反馈信息对所述自动升降机的升降速度进行调节，使导管始终埋入混凝土面3~6米。

2.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：所述自动升降机为固定剪叉式升降机，能够稳定的对导管进行提升。

3.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：所述夹取机构包含移动装置和夹取装置，所述移动装置为伸缩移动气缸，所述伸缩移动气缸通过连接臂Ⅱ驱动所述夹取装置沿所述连接臂Ⅱ做直线运动。

4.根据权利要求3所述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：所述夹取装置包含一对用于夹取工作的弧形抓手、一对相对设置的机械臂及用于调节两个弧形抓手之间X轴向距离的伸缩夹取气缸，弧形抓手设置在所述机械臂的内侧，两个所述机械臂分别固定在所述伸缩夹取气缸两端的两个伸缩杆端部，两个所述机械臂的端部之间通过直线导轨连接，所述机械臂包括上下两个臂板，两个所述臂板与直线导轨的上、下表面分别滑动连接。

5.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：所述导管固定装置包括一个框体，框体上对称安装两块活动支撑板，两块活动支撑板分别开设半圆孔，两半圆孔合并形成供导管通过的通孔。

6.根据权利要求4所述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：所述伸缩夹取气缸连接一气缸调压阀，所述气缸调压阀与所述控制器电性连接，所述气缸调压阀用于调节弧形抓手的夹取力大小。

7.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升装置，其特征是：所述自动升降机上设有电动升降杆，所述电动升降杆电性连接控制器，所述电动升降杆上部安装有机械支架，所述机械支架末端呈圆环状，用于支撑漏斗，可以通过电动升降杆对漏斗高度进行控制。

8.一种钻孔灌注桩水下砼灌注导管自动提升方法，其特征是，步骤如下：

S1、将权利要求1所述的自动提升装置移动至灌注施工位置后，液压支腿充油支撑整个装置上升，移动轮胎离地，使整个装置固定；

S2、连接安装导管和混凝土面高度测量装置，将径向换能器放入混凝土桩基孔中的预置声测管中，调节径向换能器距离导管最下端的距离为2m；液体压力传感器安装在距导管最下端6m~7m处；

S3、夹取机构夹紧连接好的导管最上端，机械支架支持漏斗，漏斗对接导管，打开固定导管的导管固定装置的活动支撑板；向漏斗中加入混凝土，进行灌桩；灌桩过程中，通过混凝土面高度测量装置测量混凝土面的高度变化，根据混凝土面的高度变化连续平稳提升导管，在数据处理中心设定自动升降机提升速度与自动收线器收线初始速度v，自动升降机提升速度与自动收线器收线速度相等，人工根据组合导管长度输入初始导管最下端深度h₀，导管最下端深度h=h₀-vt，数据处理中心实时获取导管最下端深度数据，根据各液体压力传感器安装位置，获取各传感器深度h_c，根据公式ρ=P/gh_c，获取h_c深度处介质的密度ρ_c；当液体压力传感器测得密度ρ_c远大于泥浆比重时，认定混凝土面已达h_c深度，即导管埋入混凝土面过深，控制器控制同步提升升降机与收线器工作速度，直至测得ρc临近泥浆比重后，控制器控制升降机与收线器工作速度逐步降低至初始设定速度； 所述超声波检测装置同步工作，将径向换能器放入预置声测管内，根据信号线刻度调整径向换能器位于距导管最下端2m处，提升时，所述计数滑轮记录换能器提升的高度，对数据处理中心计算的深度进行校核，以确保自动升降机和自动收线器速度相同；应根据现场情况确定声速阈值，当测得声速骤减至阈值以下，认定混凝土面已低于换能器高度，即此时导管埋入混凝土面过浅，控制器控制同步降低自动升降机与自动收线器工作速度，直至声速高于阈值后，将自动升降机与自动收线器工作速度逐步提升至初始设定速度；

S4、当自动升降机升至最高位置后，停止导管提升工作，停止自动收线器收线，闭合固定导管的导管固定装置的活动支撑板，控制电动升降杆提升将漏斗与导管分离，拆除导管连接法兰，控制旋转盘旋转进行导管拆卸，待拆卸完成后，旋转盘带动夹取机构复位，夹取机构重新夹取下一节导管，自动收线器恢复工作，继续灌注。

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