CN113188513B - 高速液压夯实机智能测量分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速液压夯实机智能测量分析系统，包括改造的高速液压夯实机和测量系统。高速液压夯实机与辅助设备之间采用浮动连接架，高速液压夯实机在浮动连接架内上下移动，而浮动连接架位置保持不变，解决了施工中高速液压夯实机倾斜的问题；研发了测量系统，能够实时自动测量夯沉量和高速液压夯实机垂直状态，操作人员通过辅助设备能自动调整高速液压夯实机垂直状态，提高了施工连续性；施工前根据勘察和设计资料等，结合最终夯沉量计算得到设计最终夯沉量S_li，进行设计最终夯沉量估算；结合实时高速液压夯实机夯沉量S_sh，能够实时压实度估算，有利于操作人员施工过程中进行施工质量控制。

Description

高速液压夯实机智能测量分析系统

技术领域

本发明涉及高速液压夯实机用于地基处理领域，具体涉及高速液压夯实机智能测量分析系统。

背景技术

高速液压夯实机是通过辅助设备(如装载机、挖掘机、履带式打桩机)提供提升和移动高速液压夯实机高速液压夯实机(以下简称高速液压夯实机)的液压动力。高速液压夯实机主要包括液压系统、液压轴、夯锤、夯锤脚、夯板等构件。高速液压夯实机是通过辅助设备提供的液压驱动，将夯锤提升到一定高度后释放，夯锤在重力作用下或液压和锤重力共同作用下下落后击打在夯锤脚上，通过夯锤脚底部的夯板将夯击作用力传递给地面，土体进而压缩密实，达到地基处理的效果。高速液压夯实机具有夯锤落距小、夯锤振动频率高的特点，依靠辅助设备移动和提升，机动灵活，能够快速、准确地将夯板中心与夯点中心对中，能够在作业夯点位置之间快速移动。

高速液压夯实机与辅助设备之间的连接方式是制约高速液压夯实机稳定施工的关键技术。随着夯锤多次击打夯锤脚，高速液压夯实机会随着夯锤脚下移，进而高速液压夯实机与辅助设备之间的位置关系发生改变；如果辅助设备不调整位置，高速液压夯实机随着夯沉量增加会发生倾斜施工状况。高速液压夯实机倾斜状态下施工，夯锤对于夯锤脚为偏心作用力施工，液压轴承受夯锤一定作用力，易发生液压轴断裂的状况。然而施工中地面指挥人员需根据高速液压夯实机状态多次指挥辅助设备操作人员调整设备位置，过程繁复，施工效率降低。

目前高速液压夯实机与辅助设备之间一般直接连接，在夯击施工过程中，在夯击作用下随着高速液压夯实机的下沉，高速液压夯实机与辅助设备的相对位置关系发生改变，辅助设备增加了与高速液压夯实机之间的作用力，导致高速液压夯实机倾斜，影响施工质量。

高速液压夯实机施工中，根据规范和设计要求，需测量每一击夯板夯沉量。传统施工方法，需要依靠两个测量人员，采用水准测量方法测量单击夯沉量。每夯击一下需经测量人员水准测量后，才能进行第二次夯击，夯击效率严重降低，且夯沉量测量过程繁复，施工人员成本高。因此，采取先进技术将高速液压夯实机进行智能化改造，合理、高效、准确地对夯沉量、高速液压夯实机垂直状态进行实时监测，对于保证夯实质量、提高夯实施工效率具有重要意义。

目前，高速液压夯实机施工过程中常采用压实度作为检测指标，如设计工后3m内土层压实度达到95％。而压实度测量方法一般为环刀法、灌砂法、灌水法，施工中需分层开挖(30cm一层)，确定每层土体压实度。这种测量方法过程耗时长，且在大规模地基处理工程中，检测工作量大，检测费用高；且较大施工区域范围内，土层初始参数不同，同一施工参数并不能达到地基设计处理的效果；因此，如果能根据实时地层参数，并利用实时夯沉量反算压实度，则有利于工程质量把控，提高施工效率，节约工程成本。

强夯有效加固深度是体现加固效果的重要指标，也是选定强夯处理方案的重要依据。相关文献指出有效加固深度需通过现场试夯或当地经验确定，但在应用中还存在参数选取困难、结果与实际偏差较大等问题。压实度又称夯实度，指的是土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示。现场压实质量用压实度表示。对于路基土及路面基层，压实度是指工地实际达到的干密度与室内标准击实试验所得的最大干密度的比值。

依托目前现有的高速夯实机无法自动测量夯沉量和压实度，导致施工效率低下，施工过程质量难以控制，影响工程工期和成本控制。

申请号201811386040.9的中国专利，公开了一种高速液压夯夯实地基承载力实时确定方法及系统，文献中提到，在地基上施加不同的荷载，得到不同荷载下对应的沉降量，以沉降量为横坐标，以荷载为纵坐标建立坐标轴，根据各组试验数据描点，用平滑的曲线顺次连接，得到沉降量一荷载曲线，对该曲线用拟合；得到夯击次数与地基承载力的关系；结合两个关系曲线，得到加速度与地基承载力的关系曲线，利用加速度指标确定液压夯夯实工作中某一时刻地基承载力的大小。专利中未涉及高速液压夯实机夯沉量测量装置和方法。

发明内容

本发明目的为解决目前施工过程中高速液压夯实机无法自动测量夯沉量、高速液压夯实机垂直状态、估算压实度等问题，研发了高速液压夯实机智能测量分析系统，给出了该系统的应用方法，以弥补高速液压夯实机在夯沉量、高速液压夯实机垂直状态自动测量，以及施工过程中压实度估算等方面的技术空白。

技术方案：

高速液压夯实机智能测量分析系统，其特征是，包括改造的高速液压夯实机和测量系统。

所述改造的高速液压夯实机包括高速液压夯实机1，还包括浮动连接架2，设置于高速液压夯实机1的腰部；通过浮动连接架2，高速液压夯实机1与辅助设备6连接；辅助设备6包括液压杆61，用于为高速液压夯实机1和浮动连接架2提供移动能力和液压动力。

所述测量系统包括拉绳传感器3、角度传感器4、设计最终夯沉量估算系统、压实度实时估算系统、上位机5；通过在改造的高速液压夯实机上安装拉绳传感器3、角度传感器4、上位机5，实现地基土的设计最终夯沉量估算和压实度实时估算。

一、改造的高速液压夯实机包括高速液压夯实机1、浮动连接架2；

高速液压夯实机1主要包括液压系统、液压轴、夯锤、夯锤脚12、夯板等构件，为现有技术。为更好说明实施方案，引入夯锤脚12的说明。

辅助设备6包括液压杆61，用于为高速液压夯实机1提供移动能力和液压动力，为推土机、挖机等现有设备技术。

高速液压夯实机上部机构设置有顶帽11。

所述浮动连接架2包括浮动框架21、液压装置22、卡环23。

所述卡环23用于与外部的辅助设备3连接，用于从辅助设备3获得移动能力和液压动力；

所述浮动框架21为框架结构，高速液压夯实机1置于该框架结构内；浮动框架21横向截面尺寸大于高速液压夯实机1外部尺寸，且小于夯锤脚12上部尺寸，使得高速液压夯实机1在浮动连接架2内上下移动，且不超过夯锤脚12上标高。

所述液压装置22从外部的辅助设备获得液压动力，包括顶杆221；所述顶杆221顶端为球形，顶杆221通过液压动力上升到一定高度后与所述顶帽11底部凹型结构接触，从而在工作点夯实结束后将高速液压夯实机完成上拔。

整个施工过程中，由于高速液压夯实机1脱离辅助设备的直接连接，高速液压夯实机可以在浮动连接架2内上下移动，保持垂直状态，而浮动连接架2位置保持不变。

所述顶帽11呈直角三角形，为钢结构，三角形一直角面固接在高速液压夯实机1上部，顶帽11底部中心处呈凹型，为液压装置22通过顶杆221对高速液压夯实机1施加向上举升的受力点。

当高速液压夯实机需要抬升时，辅助设备6向液压装置22提供液压动力，液压装置22的顶杆上升，继而顶杆与顶帽11底部凹槽接触，通过顶杆继续上升，带动顶帽11上升，最终顶帽11带动高速液压夯实机1上升；当高速液压夯实机下沉时，顶杆缩回至油缸，顶帽11随高速液压夯实机1下沉，直至夯击结束或顶帽11与顶杆接触为止。

所述卡环23固接安装在浮动框架21上；所述卡环23包括上卡环231、下卡环232，两个卡环中间均设有孔洞，通过孔洞与辅助设备6的液压杆61连接；辅助设备6为液压杆61提供液压动力，液压杆61通过卡环23与浮动连接架2连接，通过调节液压杆61长度来控制浮动连接架2的垂直状态，并且辅助设备6通过液压杆61为浮动连接架2提供竖向支撑力。

整个施工过程中，高速液压夯实机1在浮动连接架2内上下移动，而浮动连接架2位置保持不变。

二、测量系统又包括拉绳传感器3、角度传感器4、设计最终夯沉量估算系统、压实度实时估算系统、上位机5。

上位机5安装于辅助设备6的操作室内；本发明分别在高速液压夯实机1、浮动连接架2、辅助设备6上安装角度传感器4、拉绳传感器3、上位机5，从而完成测量系统的安装。

所述测量系统中的拉绳传感器3、角度传感器4均与上位机5连接，两个传感器测量的实时数据传输至上位机5；所述拉绳传感器3安装于液压装置22上；所述拉绳传感器3测量得到高速液压夯实机1单次夯击的夯沉量S_dc；通过累计计算单次夯击的夯沉量S_dc，即可得到夯击过程某一时刻的实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；

所述角度传感器4安装于高速液压夯实机1顶部；角度传感器4测量高速液压夯实机偏移纵向中心线的倾斜角度，倾斜角度在上位机5显示；操作人员通过辅助设备6调整浮动连接架2位置状态，进而调整高速液压夯实机1垂直状态，使得倾斜角度小于5°。

测量系统中的设计最终夯沉量估算系统和压实度实时估算系统的具体技术方案如下：

所述设计最终夯沉量估算系统安装于上位机5上，通过在上位机5上输入施工或设计参数，经上位机5计算得到最终理论沉降量S_li，计算公式如下：

式中，h为有效加固深度，c为土体影响系数，d为能量损失系数，P1为有效加固深度内土体初始平均密度，M为设计压实度，W₁为有效加固深度内土体初始平均含水率，P为有效加固深度内土体平均最大干密度；

在上位机5上，通过比较S_sh和S_li，根据设定程序自动判断高速夯实机是否继续夯击。

所述设计压实度实时估算系统安装于上位机5上，通过在上位机5上输入施工或设计参数，结合实时测量得到的实时高速液压夯实机夯沉量S_sh，经上位机5计算得到实时平均压实度Q；计算公式如下：

式中，h为有效加固深度，d为能量损失系数，P₁为有效加固深度内土体初始平均密度，W₁为有效加固深度内土体初始平均含水率，P为有效加固深度内土体平均最大干密度；

在上位机5上，通过比较Q和设计压实度M，压实度实时估算系统根据设定程序自动判断高速夯实机是否继续夯击。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明提供了高速液压夯实机高速液压夯实机与辅助设备之间连接的装置，解决了施工中高速液压夯实机倾斜的问题；研发了高速液压夯实机智能测量分析系统，能够实时自动测量夯沉量和高速液压夯实机垂直状态，以及根据夯沉量实时估算夯点压实度，提高了施工连续性，节约了夯沉量测量成本，预测了夯点土层压实度，便于施工质量控制。

附图说明

图1高速液压夯实机各传感器安装位置及浮动连接架示意图

图2高速液压夯实机和浮动架主视图

图3高速液压夯实机与辅助设备连接示意图

图4设计最终夯沉量估算系统的施工步骤流程图

图5有效加固范围内土体等效换算示意图

图6压实度实时估算系统的施工步骤流程图

数字标记注解：

高速液压夯实机1、顶帽11、夯锤脚12、浮动连接架2、浮动框架21、液压装置22、卡环23、上卡环231、下卡环232、拉绳传感3、倾角传感器4、上位机5、辅助设备6、液压杆61

具体实施方式

高速液压夯实机智能测量分析系统，其特征是，包括改造的高速液压夯实机和测量系统。

所述改造的高速液压夯实机包括高速液压夯实机1，还包括浮动连接架2，设置于高速液压夯实机1的腰部；通过浮动连接架2，高速液压夯实机1与辅助设备6连接；辅助设备6包括液压杆61，用于为高速液压夯实机1和浮动连接架2提供移动能力和液压动力。

所述测量系统包括拉绳传感器3、角度传感器4、设计最终夯沉量估算系统、压实度实时估算系统、上位机5；通过在改造的高速液压夯实机上安装拉绳传感器3、角度传感器4、上位机5，实现地基土的设计最终夯沉量估算和压实度实时估算。

一、改造的高速液压夯实机包括高速液压夯实机1、浮动连接架2；

高速液压夯实机1主要包括液压系统、液压轴、夯锤、夯锤脚12、夯板等构件，为现有技术。为更好说明实施方案，引入夯锤脚12的说明。

辅助设备6包括液压杆61，用于为高速液压夯实机1提供移动能力和液压动力，为推土机、挖机等现有设备技术。

高速液压夯实机上部机构设置有顶帽11。

所述浮动连接架2包括浮动框架21、液压装置22、卡环23。

所述卡环23用于与外部的辅助设备3连接，用于从辅助设备3获得移动能力和液压动力；

所述浮动框架21为框架结构，高速液压夯实机1置于该框架结构内；浮动框架21横向截面尺寸大于高速液压夯实机1外部尺寸，且小于夯锤脚12上部尺寸，使得高速液压夯实机1在浮动连接架2内上下移动，且不超过夯锤脚12上标高。

所述液压装置22从外部的辅助设备获得液压动力，包括顶杆221；所述顶杆221顶端为球形，顶杆221通过液压动力上升到一定高度后与所述顶帽11底部凹型结构接触，从而在工作点夯实结束后将高速液压夯实机完成上拔。

整个施工过程中，由于高速液压夯实机1脱离辅助设备的直接连接，高速液压夯实机可以在浮动连接架2内上下移动，保持垂直状态，而浮动连接架2位置保持不变。

所述顶帽11呈直角三角形，为钢结构，三角形一直角面固接在高速液压夯实机1上部，顶帽11底部中心处呈凹型，为液压装置22通过顶杆221对高速液压夯实机1施加向上举升的受力点。

当高速液压夯实机需要抬升时，辅助设备6向液压装置22提供液压动力，液压装置22的顶杆上升，继而顶杆与顶帽11底部凹槽接触，通过顶杆继续上升，带动顶帽11上升，最终顶帽11带动高速液压夯实机1上升；当高速液压夯实机下沉时，顶杆缩回至油缸，顶帽11随高速液压夯实机1下沉，直至夯击结束或顶帽11与顶杆接触为止。

所述卡环23固接安装在浮动框架21上；所述卡环23包括上卡环231、下卡环232，两个卡环中间均设有孔洞，通过孔洞与辅助设备6的液压杆61连接；辅助设备6为液压杆61提供液压动力，液压杆61通过卡环23与浮动连接架2连接，通过调节液压杆61长度来控制浮动连接架2的垂直状态，并且辅助设备6通过液压杆61为浮动连接架2提供竖向支撑力。

二、测量系统又包括拉绳传感器3、角度传感器4、设计最终夯沉量估算系统、压实度实时估算系统、上位机5。

上位机5安装于辅助设备6的操作室内，操作室未在图示中标注；本发明分别在高速液压夯实机1、浮动连接架2、辅助设备6上安装角度传感器4、拉绳传感器3、上位机5，从而完成测量系统的安装。

所述测量系统中的拉绳传感器3、角度传感器4均与上位机5连接，两个传感器测量的实时数据传输至上位机5；传输方式可选用有线或无线现有传输技术。

如图1所示，所述拉绳传感器3安装于液压装置22上，使得拉绳传感器3、顶杆、顶帽11的中心线在同一条直线上；所述拉绳传感器3测量的长度h为顶帽11至顶杆端头的距离，每击夯沉量为顶帽11相对浮动连接架2的相对位移，即长度h的变化量Δh；因此通过长度h的变化量Δh，即可得到单次高速液压夯实机1的夯沉量S_dc，S_dc＝Δh；通过累计计算变化量Δh_n，即可得到夯击过程某一时刻的实时高速液压夯实机夯沉量S_sh，

注：本领域夯沉量用长度单位表示。

如图1所示，所述角度传感器4安装于高速液压夯实机1顶部；如图2所示，角度传感器4测量高速液压夯实机偏移纵向中心线的角度，设定高速液压夯实机1顶端向远离辅助设备6方向倾斜角度为a，高速液压夯实机1顶端向靠近辅助设备6方向倾斜角度为b，角度a和b的数值在上位机5显示；角度方面，施工过程中本质上只需要获取a和b两个倾斜角度的值，即可解决高速夯实机相对辅助设备倾斜的问题。操作人员通过辅助设备6调整浮动连接架2位置状态，进而调整高速液压夯实机1位置状态，使得a≤5°且b≤5°。

测量系统中的设计最终夯沉量估算系统和压实度实时估算系统的具体技术方案如下：

所述设计最终夯沉量估算系统安装于上位机5上，通过在上位机5上输入施工或设计参数，经上位机5计算得到最终理论沉降量S_li，并利用本发明的浮动连接架2和拉绳传感器3，得到实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；通过比较S_sh和S_li，设计最终夯沉量估算系统根据设定程序自动判断高速夯实机是否继续夯击，其原理是根据有效加固深度范围内土体设计平均压实度估算设计最终夯沉量S_li，如图4所示，设定程序具体步骤如下：

S1：高速夯实机安装测量系统和浮动连接架；

S2：调整高速液压夯实机垂直状态，使得a≤5°且b≤5°；

S3：在上位机5上输入设计有效加固深度h、设计压实度M、有效加固深度内土体初始平均密度P₁、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、土体影响系数c、有效加固深度内土体平均最大干密度P等施工或设计参数；

S4：根据公式七，经上位机5计算得到设计最终夯沉量S_li；

S5：高速夯实机夯击加固地基；

S6：测量系统实时测量实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；

S7：实时判断S_sh≥S_li；若S_sh≥S_li，则停止夯击，则跳转至步骤S8；若S_sh＜S_li，则跳转至步骤S5；

S8：高速液压夯实机上升；辅助设备6提供液压动力，液压装置22油缸加压，接着液压装置22顶杆上升，继而顶杆与顶帽11接触，再接着带动顶帽11上升，进而高速液压夯实机1上升，从而夯锤脚12脱离土层；

S9：完成单点夯击工作。

所述有效加固深度h、设计压实度M、有效加固深度内土体初始平均密度P1、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、土体影响系数c、有效加固深度内土体平均最大干密度P等参数根据勘察资料、设计资料或现场试验进行确定。

根据上述h、M、P₁、W₁、c、P等施工或设计参数，经计算可得到设计最终夯沉量S_li，具体计算方法如下：

如图5所示，实际夯板下有效加固土体形状为椭球状，设定其有效加固土体初始体积为V₁；而等效加固土体形状为圆柱体，设定等效加固土体初始体积为V₂，则：

V₁＝V₂×c (公式一)

设定夯击过程中，只造成有效加固深度范围内土体的压缩，即压缩前后有效加固深度范围内土体质量不变，夯后有效加固深度内土体初始平均密度为P₃，夯板直径为D。

设定夯后等效加固土体初始体积为V₃，设计最终夯沉量S_li；

则

根据加固前后有效加固范围内土体质量不变，则

P₁V₁＝P₃V₃ (公式四)；

联立公式一～四，得到：

设定且夯后土体平均含水率W₂等于有效加固深度内土体初始平均含水率W₁，设定能量损失系数d，得到设计压实度M的计算公式：

根据公式六，公式变换得设计最终夯沉量S_li：

则

所述能量损失系数d取值范围在0～1之间；考虑夯击过程能量损失，设置能力损失系数b。

所述土体影响系数c取值范围在1～2之间；根据土质的不同，c取值不同。

高速夯实机加固地基施工过程中，只需控制S_sh≥S_li即可，便于施工中控制压实度质量。

进一步的，有效加固深度内土体初始平均密度P₁、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、有效加固深度内土体平均最大干密度P可采用分层法求平均值，更接近实际土层参数值。

所述设计压实度实时估算系统安装于上位机5上，通过在上位机5上输入施工或设计参数，结合实时测量得到的实时高速液压夯实机夯沉量S_sh，经上位机5计算得到实时平均压实度Q；通过比较Q和M，压实度实时估算系统根据设定程序自动判断高速夯实机是否继续夯击，如图6所示，设定程序具体步骤如下：

A1：高速夯实机安装测量系统和浮动连接架；

A2：调整高速液压夯实机垂直状态，使得a≤5°且b≤5°；

A3：在上位机5上输入设计有效加固深度h、设计压实度M、有效加固深度内土体初始平均密度P₁、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、能量损失系数d、有效加固深度内土体平均最大干密度P等施工或设计参数；

A4：测量系统实时测量和统计实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；

A5：根据公式十，经上位机计算得到有效加固深度内土体的实时平均压实度Q；

A6：高速夯实机夯击加固地基；

A7：判断Q≥M；若Q≥M，则停止夯击，跳转至步骤A8；若Q＜M，则跳转至步骤A6；

A8：高速液压夯实机上升；辅助设备6提供液压动力，液压装置22油缸加压，接着液压装置22顶杆上升，继而顶杆与顶帽11接触，再接着带动顶帽11上升，进而高速液压夯实机1上升，从而夯锤脚12脱离土层；

A9：完成单点夯击工作。

结合设计最终夯沉量估算系统参数设定值和计算公式；压实度实时估算系统中参数设定，以及计算公式推导如下：

所述有效加固深度h、设计压实度M、有效加固深度内土体初始平均密度P1、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、有效加固深度内土体平均最大干密度P等参数根据勘察资料、设计资料或现场试验进行确定。

所述能量损失系数d取值范围在0～1之间；考虑夯击过程能量损失，设置能力损失系数b。

如图5所示，实际夯板下有效加固土体形状为椭球状，设定其有效加固土体初始体积为V1；而等效加固土体形状为圆柱体，设定等效加固土体初始体积为V₂，则：

设定有效加固深度内土体实时平均密度为P₂，联立公式一、公式二、公式三，得到：

联立公式六和公式九，实时平均压实度Q的计算公式如下：

实施例1

场地表层广泛分布一层黄色吹填中粗砂，厚度约为5m～8m。其下是淤泥及淤泥混砂，厚度分界不明显，平均砂层厚度4.5m，局部含粉质黏土和粉土夹层，灰黑色，流塑，饱和，混砂不均，含云母，成份主要由粘、粉粒及大量石英砂颗粒、贝壳碎屑等构成，局部含砂量较大，成为淤泥混砂。场地工后设计要求为4.5m砂层内平均压实度达到95％。根据勘察资料获取设计有效加固深度h为4.5m，设计压实度M为95％，有效加固深度内土体初始平均密度P₁为1.45g/cm³，有效加固深度内土体初始平均含水率W₁为25％，土体影响系数c取1.3，能力损失系数b取0.7，有效加固深度内土体平均最大干密度P为1.65g/cm³。

在卸载后试夯区选取典型区域作为试验场地，进行施工。施工步骤如下：

S1：高速夯实机安装测量系统和浮动连接架；

S2：调整高速液压夯实机状态，使得a≤5°且b≤5°；

S3：在上位机5上输入设计有效加固深度h、设计压实度M、有效加固深度内土体初始平均密度P₁、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、土体影响系数c、有效加固深度内土体平均最大干密度P等施工或设计参数；

S4：根据公式七，经上位机计算得到设计最终夯沉量S_li为147cm；

S5：高速夯实机夯击加固地基；

S6：测量系统实时测量实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；

S7：根据实时高速液压夯实机夯沉量S_sh，判断S_sh≥147cm；若S_sh≥147cm，则停止夯击则跳转至步骤S8；若S_sh＜147cm，则则跳转至步骤S5；

S8：高速液压夯实机上升，即液压装置22顶杆上升，带动顶帽11上升，进而高速液压夯实机1上升，使得夯锤脚12脱离土层；

S9：完成单点夯击工作。

经本发明产品的应用，场地工后4.5m砂层内平均压实度一次性达到95％，无需补夯，节约了工程成本，具有良好的经济和社会效益。

实施例2

实施例2施工场地下土层分布如下：①杂填土：灰褐色、灰黄色，稍湿～潮湿，松散～稍密，主要成分为粉质黏土，局部为粉土，约含15～20％的圆砾、卵石，局部含少量建筑垃圾，层厚0.5～8.8m，岩土施工工程分级为II级普通土。②粉质黏土(可塑)：灰褐色、灰黑色，可塑，局部为硬塑，絮状结构，层状构造，土质较均匀，主要由黏粒组成，局部含较多粉粒，切面粗糙，捻搓砂感较强，干强度中等，韧性中等，黏性较强。该层呈透镜状、条带状分布于场区I级阶地人工填土层下，层厚1～4m，岩土施工工程分级为II级普通土。③粉细砂(稍密)(标贯实测击数N＝14击)：青灰色、灰褐色，饱和，稍密，主要为细砂，局部为粉砂，砂质较纯，砂质成分主要为石英、长石等，含少量黏粒，分选性较好，级配较差。该层呈透镜体状分布于场区I级阶地卵石土表层及卵石土间，层厚0.5～2m，岩土施工工程分级为I级松土。④粉细砂(密实)(标贯实测击数N＝33击)：青灰色、灰褐色，饱和，密实，主要为细砂，局部为中砂，砂质较纯，砂质成分主要为石英、长石等，含少量黏粒，分选性较好，级配较差。该层呈透镜体状分布于场区I级阶地卵石土间，层厚0.5～2m，岩土施工工程分级为I级松土。

场地工后设计要求为5m土层内平均压实度达到90％。根据勘察资料获取设计有效加固深度h为5m，设计压实度M为95％，有效加固深度内土体初始平均密度P₁为1.3g/cm³，有效加固深度内土体初始平均含水率W₁为60％，能量损失系数d取0.8，有效加固深度内土体平均最大干密度P为1.7g/cm³。

在典型区域进行施工。施工步骤如下：

A1：高速夯实机安装测量系统和浮动连接架；

A2：调整高速液压夯实机垂直状态，使得a≤5°且b≤5°；

A3：在上位机5上输入设计有效加固深度h、设计压实度M、有效加固深度内土体初始平均密度P₁、有效加固深度内土体初始平均含水率W₁、能量损失系数d、有效加固深度内土体平均最大干密度P等施工或设计参数；

A4：根据公式十，经上位机计算得到有效加固深度内土体的实时平均压实度Q；

A5：测量系统实时测量和统计实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；

A6：高速夯实机夯击加固地基；

A7：判断Q≥90％；若Q≥90％，则停止夯击，跳转至步骤A8；若Q＜90％，则跳转至步骤A6；

A8：高速液压夯实机上升，即液压装置22顶杆上升，带动顶帽11上升，进而高速液压夯实机1上升，夯锤脚12脱离土层；

A9：完成单点夯击工作。

经现场试验，压实度实时估算系统能够实时估测地基土实时压实度，便于施工过程质量控制，具有极大的推广应用价值。

Claims (4)

1.高速液压夯实机智能测量分析系统，高速液压夯实机(1)和辅助设备(6)为现有设备技术，其特征在于：包括改造的高速液压夯实机和测量系统；

所述改造的高速液压夯实机包括高速液压夯实机(1)，还包括浮动连接架(2)，设置于高速液压夯实机(1)的腰部；通过浮动连接架(2)，高速液压夯实机(1)与辅助设备(6)连接；辅助设备(6)包括液压杆(61)，用于为高速液压夯实机(1)和浮动连接架(2)提供移动能力和液压动力；

所述测量系统包括拉绳传感器(3)、角度传感器(4)、设计最终夯沉量估算系统、压实度实时估算系统、上位机(5)；通过在改造的高速液压夯实机上安装拉绳传感器(3)、角度传感器(4)、上位机(5)，实现地基土的设计最终夯沉量估算和压实度实时估算；其特征在于：

高速液压夯实机上部机构设置有顶帽(11)；

所述浮动连接架(2)包括卡环(23)、浮动框架(21)、液压装置(22)；

所述卡环(23)用于与外部的辅助设备(6)连接，用于从辅助设备(6)获得移动能力和液压动力；

所述浮动框架(21)为框架结构，高速液压夯实机(1)置于该框架结构内；浮动框架(21)横向截面尺寸大于高速液压夯实机的(1)外部尺寸，且小于高速液压夯实机的夯锤脚(12)上部尺寸，使得高速液压夯实机(1)在浮动连接架(2)内上下移动，且不超过夯锤脚(12)上标高；

所述液压装置(22)从外部的辅助设备获得液压动力，包括顶杆(221)；所述顶杆(221)顶端为球形，顶杆(221)通过液压动力上升到一定高度后与所述顶帽(11)底部凹型结构接触，从而在工作点夯实结束后将高速液压夯实机完成上拔；

所述卡环(23)固接安装在浮动框架(21)上；所述卡环(23)包括上卡环(231)、下卡环(232)，两个卡环中间均设有孔洞，通过孔洞与辅助设备(6)的液压杆(61)连接；辅助设备(6)为液压杆(61)提供液压动力，通过调节液压杆(61)长度来控制浮动连接架(2)的垂直状态，并且辅助设备(6)通过液压杆(61)为浮动连接架(2)提供竖向支撑力；

整个施工过程中，由于高速液压夯实机(1)脱离辅助设备的直接连接，高速液压夯实机可以在浮动连接架(2)内上下移动，保持垂直状态，而浮动连接架(2)位置保持不变；

所述顶帽(11)呈直角三角形，为钢结构，三角形中的一直角面固接在高速液压夯实机(1)上部，顶帽(11)底部中心处呈凹型，为液压装置(22)通过顶杆(221)对高速液压夯实机(1)施加向上举升的受力点。

2.根据权利要求1所述的高速液压夯实机智能测量分析系统，其特征在于：

所述测量系统中的拉绳传感器(3)、角度传感器(4)均与上位机(5)连接，两个传感器测量的实时数据传输至上位机(5)；所述上位机(5)安装于辅助设备(6)的驾驶室内；所述拉绳传感器(3)安装于液压装置(22)上；所述拉绳传感器(3)测量得到高速液压夯实机(1)单次夯击的夯沉量S_dc；通过累计计算单次夯击的夯沉量S_dc，即可得到夯击过程某一时刻的实时高速液压夯实机夯沉量S_sh；

所述角度传感器(4)安装于高速液压夯实机(1)顶部；角度传感器(4)测量高速液压夯实机偏移纵向中心线的倾斜角度，倾斜角度在上位机(5)显示；操作人员通过辅助设备(6)调整浮动连接架(2)位置状态，进而调整高速液压夯实机(1)垂直状态，使得倾斜角度小于5度。

3.根据权利要求1所述的高速液压夯实机智能测量分析系统，其特征在于：

所述设计最终夯沉量估算系统安装于上位机(5)上，通过在上位机(5)上输入施工或设计参数，经上位机(5)计算得到最终理论沉降量S_li,计算公式如下：

式中，h为有效加固深度，c为土体影响系数，d为能量损失系数，P₁为有效加固深度内土体初始平均密度，M为设计压实度，W₁为有效加固深度内土体初始平均含水率，P为有效加固深度内土体平均最大干密度；

在上位机(5)上，通过比较S_sh和S_li，根据设定程序自动判断高速夯实机是否继续夯击。

4.根据权利要求1所述的高速液压夯实机智能测量分析系统，其特征在于：

所述设计压实度实时估算系统安装于上位机(5)上，通过在上位机(5)上输入施工或设计参数，结合实时测量得到的实时高速液压夯实机夯沉量S_sh，经上位机(5)计算得到实时平均压实度Q；计算公式如下：

式中，h为有效加固深度，d为能量损失系数，P₁为有效加固深度内土体初始平均密度，W₁为有效加固深度内土体初始平均含水率，P为有效加固深度内土体平均最大干密度；

在上位机(5)上，通过比较Q和设计压实度M，压实度实时估算系统根据设定程序自动判断高速夯实机是否继续夯击。

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