CN114840044B - 一种智能制浆供浆的控制装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能制浆供浆的控制装置及其使用方法，涉及桩基机械设备控制技术领域，本装置包括：施工设计信息模块、人机交互界面模块、中央控制系统、桩机监控系统、制浆模块、储浆模块、供浆模块和数据存储呈现模块；所述施工设计信息模块用于接收并存储桩基的施工设计信息；所述中央控制系统包括数据输入单元、数据计算单元和执行控制单元。本装置通过对搅拌桩、注浆锚杆、后压浆、高压旋喷桩等工艺的施工质量和固化浆液利用率进行有效监测和控制，确保固化浆液的质量、喷浆量和均匀性达到设计要求，提高桩基工程的施工质量和固化浆液有效利用率。

Description

一种智能制浆供浆的控制装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及桩基机械设备控制技术领域，具体而言，涉及一种智能制浆供浆的控制装置及其使用方法。

背景技术

固化浆液作为地基工程中的基础原料，在水泥搅拌桩、后压浆、注浆锚杆、高压旋喷桩等工艺中均被广泛地使用。以水泥搅拌桩施工工艺为例，固化浆液搅拌系统配制一定配比的固化浆液后，通过泥浆泵经供浆管输送至搅拌桩机的钻具处，随钻杆的提升或下降喷入土层，同时搅拌，通过促进固化浆液与土进行物理化学反应，生成强度高，水稳性好的桩体，从而提高地基承载力。

多年来的工程应用表明，施工时固化浆液配比的精确性、固化浆液的喷浆量以及固化浆液喷注的均匀性，在很大程度上决定着施工质量和施工成本，因此，设计合理的固化浆液配方、喷注适量的固化浆液量和提高固化浆液均匀性是保障地基工程施工质量和降低施工成本的关键之一。

但是，目前大多数工程施工过程中对固化浆液配制、喷浆量和喷浆均匀性不够重视，由于缺乏智能化的监测设备和搅拌后台，桩基施工时无法精确配制固化浆液配比和快速切换水灰比，供浆系统也无法进行变流速供浆，桩机监测系统与固化浆液搅拌系统更无法进行信息互通，实际工程中的固化浆液配比、固化浆液供浆量和喷注均匀性通常由现场操作人员凭借自己的工程经验进行的，无法精确地按照设计值执行，带来严重的资源浪费、环境污染和施工质量无法保障等问题。

发明内容

本发明解决的问题是如何对搅拌桩、注浆锚杆、后压浆、高压旋喷桩等工艺的施工质量和固化浆液利用率进行有效监测和控制，确保固化浆液的质量、喷浆量和均匀性达到设计要求，提高桩基工程的施工质量和固化浆液有效利用率。

为解决上述问题，本发明提供一种智能制浆供浆的控制装置，包括：施工设计信息模块、人机交互界面模块、中央控制系统、桩机监控系统、制浆模块、储浆模块、供浆模块和数据存储呈现模块；

所述施工设计信息模块用于接收并存储桩基的施工设计信息；

所述中央控制系统包括数据输入单元、数据计算单元和执行控制单元；

所述数据输入单元与所述人机交互界面模块和所述桩机监控系统连接，并接收所述桩机监控系统传输的实时施工数据和执行指令；

所述数据计算单元根据预设算法对所述数据输入单元接收的实时施工数据和执行指令进行处理分析，得到控制参数；所述执行控制单元根据所述控制参数对所述制浆模块、所述储浆模块和所述供浆模块进行控制；

所述制浆模块用于配制固化浆液；

所述储浆模块用于储存多种配比的固化浆液；

所述供浆模块用于根据执行指令控制供浆流速和供浆压力；

所述数据存储呈现模块用于接收中央控制系统通过通讯模块上传至后台服务器的制浆信息、储浆信息、供浆信息和异常信息，并进行存储管理和呈现。

在上述装置中，施工设计信息模块可接收多种方式传输的施工设计信息，分别为由人机交互界面输入、由后台服务器通过4G/5G通讯模块传输或由桩机监控系统传输的施工设计参数，施工设计参数包括配制固化浆液的配比及单桶总重、固化浆液总制浆量、储浆桶所对应的固化浆液配比、制浆桶搅拌时长、制浆桶放料时长。根据施工设计参数和实际施工信息，实时优化供浆参数，实现在施工过程中变配比、变喷浆量供浆，提高桩基施工质量和固化浆液的有效利用率。

在上述装置中，中央控制系统中数据计算单元根据的预设算法包括数据处理、控制策略和控制执行。

数据处理：由于泥浆泵泵送固化浆液时多个缸交替工作换向时产生的液压冲击，导致主液压缸液压和主液压缸前腔液压呈高频周期变化，浆液流量传感器及固化浆液压力传感器采集的流速数据也呈现高频振荡。中央控制系统采用滑动平均值滤波对数据进行处理，在中央控制系统中建立一个数据缓冲区，依顺序存放N个采样数据，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，而后求包括新数据在内的N个数据的算术平均值，作为一个过滤后的数据，使整体数据呈现一个相对平滑且稳定分布，利于后续的控制。中央控制系统接收桩机监控系统传输的固化浆液设定流速或泥浆设定压力指令，将固化浆液设定流速指令或者设定压力指令与处理后的固化浆液流速或泥浆压力数值之差作为偏差量，当偏差量大于设定值时，中央控制系统通过控制策略算法决策出最优控制参数，控制泥浆泵变频器实时调整固化浆液流速或压力，使偏差量趋于零。

控制策略：当偏差量大于某个设定值时，中央控制系统根据预设的自适应算法调整被控制量，决策出最优控制参数。自适应算法根据偏差量大小划分了多个调整区间，在不同的调整区间内，有不同的调整率，越靠近零的调整区间其调整率越小。当偏差量处于某个调整区间内时，偏差量将结合该区间内的调整率进行修正，计算得到修正值，该修正值将作为当前实时流速的偏差处理，自适应算法实时修正，使实时流速趋近于设定值；

控制执行：变频器无法直接接收流速信息对供浆管中浆液流速和浆液压力进行调节，变频器能够改变输出交流电源的频率，调整泥浆泵电机转动速度。电机转动速度与泥浆泵注塞缸运动速度呈正相关，而注塞缸的快速运转最终能够带动更多的浆液向供浆管输送，故变频器能够通过调整输出交流电源的频率改变电机转速，从而达到控制供浆管内浆液流速和浆液压力的目的。中央控制系统能够通过控制信息输出模块输出0-10V模拟量调整变频器频率，其中0-10V模拟量与变频器参数0-100Hz设置成映射关系，所以所述中央控制系统输出0-10V模拟量能够控制变频器输出0-100Hz频率的交流电源。

进一步地，所述中央控制系统与所述桩机监控系统通过无线通讯连接，所述中央控制系统的所述执行控制单元将供应固化浆液的流速和配比实时传输至所述桩机监控系统；

所述实时施工数据包括桩编号信息、钻具深度信息、配制固化浆液的配比及总量信息、供应固化浆液的设计配比信息、供应固化浆液的设计流速和设计压力信息；所述执行指令包括开始打桩指令和结束打桩指令。

进一步地，所述制浆模块包括多个制浆桶，多个所述制浆桶分别装配有称重设备、搅拌设备、多个放料蝶阀以及多个螺旋给料机和一个离心泵，用于控制所配固化浆液的水灰比、原材料及水的重量，以及制浆搅拌时长和放料时长。

在上述装置中，能够精确控制所配固化浆液的水灰比、原材料及水的重量，以及制浆搅拌时长和放料时长，保障固化浆液配比精确和固化浆液供应及时。

进一步地，所述储浆模块包括多个储浆桶，多个所述储浆桶分别储放一种配比的固化浆液，通过所述制浆模块配制完固化浆液后存放至所述储浆桶中；

所述储浆桶装配有称重设备、搅拌设备、过滤网和出浆口，所述称重设备采集所述储浆桶中剩余固化浆液重量信息，所述中央控制系统根据所述剩余固化浆液重量信息控制所述制浆桶向储浆桶放料；

多个所述储浆桶的出浆口分别与供浆通道转换器的入口相连，所述供浆通道转换器的出口与多台泥浆泵的进浆管相连，所述中央控制系统通过控制所述供浆通道转换器入口的开启或闭合选择所述储浆桶进行供浆。

进一步地，所述供浆模块包括变频器、泥浆泵、浆液流量传感器及固化浆液压力传感器，所述泥浆泵的进浆管与所述供浆通道转换器的出口相连，所述泥浆泵通过供浆管与桩机钻具的进浆口相连；

所述变频器连接多个所述泥浆泵，所述变频器的输出电流频率经所述中央控制系统控制，通过所述变频机输出不同的电源频率改变所述泥浆泵的电机转速调整所述泥浆泵的供浆流量和供浆压力；

所述浆液流量传感器安装在所述泥浆泵下游，用于采集所述供浆管内供浆实时流速和泥浆累计流量；所述浆液压力传感器安装在所述泥浆流量传感器下游，用于采集供浆管内浆液压力。

进一步地，所述储浆桶装配有称重设备，所述中央控制系统根据固化浆液的配比和储浆桶中固化浆液的使用量统计预设时间内的固化剂使用量，根据所述浆液流量传感器的统计信息和固化浆液的配比统计固化剂使用量，所述中央控制系统通过所述储浆桶称重设备统计的数值周期性地校准所述浆液流量传感器精度。

在上述装置中，中央控制系统通过储浆桶称重设备统计的数值周期性地校准所述浆液流量传感器精度，使浆液流量传感器长期保持高精确性。

进一步地，所述施工设计信息模块接收通过预设传输方式上传的施工设计信息；

其中，所述预设传输方式包括人机交互界面输入、所述后台服务器通过所述通讯模块传输和所述桩机监控系统传输的施工设计参数；

其中，所述施工设计参数包括配制固化浆液的配比及单桶总重信息、固化浆液总制浆量信息、储浆桶所对应的固化浆液配比信息、制浆桶搅拌时长信息、制浆桶放料时长信息。

一种智能制浆供浆的控制装置的使用方法，包括步骤：

S1：通过人机交互界面或后台服务器向施工设计信息模块输入施工设计参数并进行存储，经所述施工设计信息模块将设计信息传输至中央控制系统；所述中央控制系统根据设定算法模型对施工设计参数进行处理分析，得到控制参数，并对制浆模块、储浆模块和供浆模块进行控制；

S2：通过所述中央控制系统实时采集制浆桶称重信息、制浆桶放料选择信息、储浆桶对应固化浆液配比信息、储浆桶称重信息、浆液流速信息、供浆管道压力信息、泥浆泵变频器频率信息和水箱水位信息；

S3：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的实时施工数据和执行指令，根据设定算法分析得到补偿参数，对所述制浆模块、所述储浆模块、所述供浆模块进行运行调整控制，并得到补偿控制数据信息；

S4：将所述中央控制系统的控制信息、状态信息和施工信息通过通信模块上传至所述后台服务器，所述后台服务器将接收到的信息传输至数据存储呈现模块进行存储和呈现。

进一步地，所述步骤S1中执行参数包括各组固化浆液配方信息、各储浆桶对应固化浆液配比信息；

所述制浆模块在桩基施工前预配制所需配比的固化浆液并放料至配比的储浆桶中。

其中，各组固化浆液配方信息包括水灰比、总量、固化浆液原料成分及含量。

进一步地，所述步骤S3中运行调整控制包括：

S31：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的实时施工数据和控制指令，控制所述制浆模块配制相应配比的固化浆液，搅拌时间达到设定时间且指定储浆桶内存量信息小于设定值时，所述制浆模块将固化浆液放料至对应所述储浆桶中，放料完成后所述制浆模块再次制浆，循环进行；当所述制浆模块放料过程之前调整固化浆液配比，所述制浆模块根据配比对制浆桶内的已制浆液进行补料或补水操作，搅拌完成后放料至对应储浆桶中；

S32：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液配比指令，控制所述供浆通道转换器连通存有指定固化浆液的储浆桶与泥浆泵进浆口之间的通道，并将当前所供应的固化浆液配比信息传输给桩机监控系统；

S33：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液流速和压力指令，结合浆液流量传感器及固化浆液压力传感器实时采集浆液流量信息和供浆管内压力信息，通过预设算法调整泥浆泵变频器频率，对供浆流速和供浆压力进行反馈控制，直至供浆管内的固化浆液实时流速和压力达到指令要求。

本发明采用上述技术方案包括以下有益效果：

本发明能够在施工过程中实时与桩机监控系统进行信息互通，通过无线通讯的方式接收桩机监控系统传输的实时施工数据和施工指令，克服了传统桩基施工中固化浆液搅拌后台无法获取施工信息的问题；在施工过程中，智能制浆供浆的系统装置可以根据设计施工信息和从桩机监控系统中传输的施工指令，通过中央控制系统决策出最优施工参数，控制制浆模块、储浆模块和供浆模块，实现在不同深度、不同土层中变配比、变喷浆量、变喷浆压力施工，达到预设参数，优化桩基成桩刚度，提高桩基施工质量和固化浆液有效利用率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的智能制浆供浆的控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的智能制浆供浆的控制装置和桩机的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的智能制浆供浆的控制装置的数据传输示意图；

图4为本发明实施例一提供的智能制浆供浆的控制装置的变流速供浆示意图；

图5为本发明实施例一提供的智能制浆供浆的控制装置和锚杆钻机的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的智能制浆供浆的控制装置的使用方法流程图一；

图7为本发明实施例二提供的智能制浆供浆的控制装置的使用方法流程图二；

附图标记说明：

1-桩机、101-供浆管、102-浆液流量传感器及固化浆液压力传感器、103-供浆模块、104-制浆模块、105、储浆模块、106-供浆通道转换器、107-水箱、108-空气压缩机、109-锚杆钻机。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例提供了一种智能制浆供浆的控制装置，如图1至图5所示，包括：

施工设计信息模块、人机交互界面模块、中央控制系统、桩机监控系统、制浆模块104、储浆模块105、供浆模块103和数据存储呈现模块；

施工设计信息模块用于接收并存储桩基的施工设计信息；

中央控制系统包括数据输入单元、数据计算单元和执行控制单元；

数据输入单元与人机交互界面模块和桩机监控系统连接，并接收桩机监控系统传输的实时施工数据和执行指令；

数据计算单元根据预设算法模型对数据输入单元接收的实时施工数据和执行指令进行处理分析，得到控制参数；执行控制单元根据控制参数对制浆模块104、储浆模块105和供浆模块103进行控制；

制浆模块104用于配制固化浆液；

储浆模块105用于储存多种配比的固化浆液；

供浆模块103用于根据执行指令控制供浆流速和供浆压力；

数据存储呈现模块用于接收中央控制系统通过通讯模块上传至后台服务器的制浆信息、储浆信息、供浆信息和异常信息，并进行存储管理和呈现。

参阅图1，具体的，施工设计信息模块和桩机监控系统分别与中央控制系统连接，施工设计信息模块又和人机交互界面模块双向交互，施工设计信息模块通过4G/5G通讯模块与后台服务器连接，后台服务器与数据存储呈现模块连接，中央控制系统分别与制浆模块104、储浆模块105和供浆模块103进行连接，供浆模块将信息反馈于中央控制系统。

参阅图3，通信方面，桩机监控系统通过有线连接无线网桥与智能制浆供浆系统装置上的无线网桥通讯，智能制浆供浆系统装置内的无线网桥与中央控制系统通过有线连接，中央控制系统通过无线通讯与人机交互界面模块连接。

其中，中央控制系统与桩机监控系统通过无线通讯连接，中央控制系统的执行控制单元将供应固化浆液的流速和配比实时传输至桩机监控系统；

实时施工数据包括桩编号信息、钻具深度信息、配制固化浆液的配比及总量信息、供应固化浆液的设计配比信息、供应固化浆液的设计流速和设计压力信息；执行指令包括开始打桩指令和结束打桩指令。

参阅图4，变流速供浆方面，中央控制系统通过控制信号输出模块与变频器连接，变频器改变泥浆泵电机的转速，从而控制供浆管101内浆液的流速，并通过浆液流量计将信息反馈至中央控制系统。

参阅图2,桩机1通过供浆管101与供浆模块103连通，智能制浆供浆的控制装置还包括供浆通道转换器106、水箱107和空气压缩机108，储浆模块105通过供浆通道转换器106与供浆模块103和储浆模块105连通，供浆模块103上设置有浆液流量传感器及固化浆液压力传感器102。

参阅图5，锚杆钻机109与供浆模块103连通，智能制浆供浆的控制装置还包括供浆通道转换器106、水箱107和空气压缩机108，储浆模块105通过供浆通道转换器106与供浆模块103和储浆模块105连通，供浆模块103上设置有浆液流量传感器及固化浆液压力传感器102。

其中，制浆模块104包括多个制浆桶，多个制浆桶分别装配有称重设备、搅拌设备、多个放料蝶阀以及多个螺旋给料机和一个离心泵，用于控制所配固化浆液的水灰比、原材料及水的重量，以及制浆搅拌时长和放料时长。

具体的，制浆模块104：桩基施工开始前，中央控制系统通过施工设计信息模块得到设计所需固化浆液配比、各配比固化浆液单桶总量和各储浆桶储放固化浆液方案信息，并进行预执行操作，通过增重法先后往制浆桶中加入精确重量的水、固化材料及外加剂，配制相应配比的固化浆液并充分搅拌，搅拌时间达到设定时间放料至指定储浆桶中，放料完成后制浆模块104再次配制指定配比的固化浆液。桩基施工开始后，中央控制系统根据桩机监控系统传输的指令和各储浆桶中的固化浆液存量信息，控制制浆模块104往指定储浆桶中补充适量的固化浆液，直至施工完成。当在制浆模块104放料程序之前更换固化浆液配比，制浆模块104根据新配方对制浆桶内的已制浆液进行补料或补水操作，搅拌完成后放料至指定储浆桶。

具体的，制浆模块104中包括带一个或多个称重设备的制浆桶、高速电机及搅拌设备、螺旋给料机、水泵和带气动蝶阀的放浆口。中央控制系统控制制浆模块104运行，根据设定的固化浆液设计配比及单桶配浆量，在称重设备的帮助下，采用增量法先后向制浆桶中放入水、胶凝材料及外加剂，重量误差不超过1％，同时高速电机运行，快速搅拌浆液。浆液搅拌时间达到设定时间后，打开设定的放浆口，将浆液放入指定储浆桶中。

其中，储浆模块105包括多个储浆桶，每个储浆桶分别储放一种配比的固化浆液，通过制浆模块104配制完固化浆液后存放至储浆桶中；

储浆桶装配有称重设备、搅拌设备、过滤网和出浆口，称重设备采集储浆桶中剩余固化浆液重量信息，中央控制系统根据剩余固化浆液重量信息控制制浆桶向储浆桶放料；

每个储浆桶的出浆口分别与供浆通道转换器106的入口相连，供浆通道转换器106的出口与多台泥浆泵的进浆管相连，中央控制系统通过控制供浆通道转换器106入口的开启或闭合选择储浆桶进行供浆。

具体的，中央控制系统根据桩机监控系统传输的所需固化浆液配比指令，控制储浆模块105中的供浆通道转换器106打开相应储浆桶与泥浆泵进浆管之间的通道，连通储浆桶进行供浆。

其中，供浆模块103包括变频器、泥浆泵、浆液流量传感器及固化浆液压力传感器102，泥浆泵的进浆管与供浆通道转换器106的出口相连，泥浆泵通过供浆管101与桩机1钻具的进浆口相连；

变频器连接多个泥浆泵，变频器的输出电源频率经中央控制系统控制，通过变频机输出不同的电源频率改变泥浆泵的电机转速调整泥浆泵的供浆流量和供浆压力；

浆液流量传感器安装在泥浆泵下游，用于采集供浆管101内供浆实时流速和泥浆累计流量；浆液压力传感器安装在泥浆流量传感器下游，用于采集供浆管101内浆液压力。

具体的，中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液流速指令，结合供浆模块103中浆液流量传感器和浆液压力传感器实时采集的浆液流速和供浆管101压力信息，决策出最佳调整参数，调节泥浆泵变频器的频率，进而控制固化浆液流速。

其中，储浆桶装配有称重设备，中央控制系统根据固化浆液的配比和储浆桶中固化浆液的使用量统计预设时间内的固化剂使用量，根据浆液流量传感器的统计信息和固化浆液的配比统计固化剂使用量，中央控制系统通过储浆桶称重设备统计的数值周期性地校准浆液流量传感器精度。

其中，施工设计信息模块接收通过预设传输方式上传的施工设计信息；

其中，预设传输方式包括人机交互界面输入、后台服务器通过通讯模块传输和桩机监控系统传输的施工设计参数；

其中，施工设计参数包括配制固化浆液的配比及单桶总重信息、固化浆液总制浆量信息、储浆桶所对应的固化浆液配比信息、制浆桶搅拌时长信息、制浆桶放料时长信息。

具体的，智能制浆供浆的系统装置能够在施工过程中通过无线通讯实时接收桩机监控系统传输的施工信息和控制指令，克服了传统桩基施工中固化浆液搅拌后台无法获取施工信息的问题；在施工过程中，智能制浆供浆的系统装置可以根据设计施工信息和接收的指令，通过中央控制系统决策出最优施工参数，控制制浆模块104、储浆模块105和供浆模块103运行，实现钻具在不同深度、不同土层中变配比、变喷浆量施工，优化桩基成桩刚度，提高桩基施工质量和固化浆液有效利用率。

其中，中央控制系统决策出最优参数，调整固化浆液流速是基于自适应算法，对供浆模块103中的泥浆泵变频器进行实时控制，控制算法的工程实现主要体现在三个方面：数据处理、控制策略、控制执行。

具体的，由于泥浆泵泵送固化浆液时三个缸交替工作换向时产生的液压冲击，导致主液压缸液压和主液压缸前腔液压呈高频周期变化，浆液流量传感器采集的流速数据也呈现高频振荡。中央控制系统采用滑动平均值滤波对数据进行处理，在RAM中建立一个数据缓冲区，依顺序存放N个采样数据，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，而后求包括新数据在内的N个数据的算术平均值，作为一个过滤后的数据，使整体数据呈现一个相对平滑且稳定分布，利于后续的控制，并对处理后的流速值的上限和下限报警处理，以保证施工安全稳定运行。中央控制系统接收桩机监控系统传输的固化浆液设定流速指令，将固化浆液设定流速指令与处理后的流速值之差作为偏差量，当偏差量大于设定值时，中央控制系统通过控制策略算法决策出最优控制参数，控制泥浆泵变频器实时调整固化浆液流速，使偏差量趋于零。

具体的，当偏差量大于某个设定值时，中央控制系统根据预设的自适应算法调整被控制量决策出最优控制参数，自适应算法根据偏差量大小划分了多个调整区间，在不同的调整区间内，有不同的调整率，越靠近零的调整区间其调整率越小。当偏差量处于某个调整区间内时，偏差量将结合该区间内的调整率进行修正，计算得到修正值，该修正值将作为当前实时流速的偏差处理，自适应算法实时修正，使实时流速趋近于设定值。

具体的，变频器无法直接接收流速信息对供浆管101中浆液流速进行调节，变频器能够改变交流电源的频率，调整泥浆泵电机转动速度。电机转动速度与泥浆泵注塞缸运动速度呈正相关，而注塞缸的快速运转最终能够带动更多的浆液向供浆管101输送，故变频器能够通过调整交流电源的频率改变电机转速，从而达到控制供浆管101流速的目的。中央控制系统能够借助控制信息输出模块输出0-10V模拟量调整变频器频率，其中0-10V模拟量与变频器参数0-100Hz设置成映射关系，所以中央控制系统输出0-10V模拟量控制变频器输出0-100Hz频率。

本实施例中的一种实施方式：选用工程背景为三轴搅拌桩地基加固工程进行说明，三轴搅拌桩桩长为6m，桩径为850mm，桩顶距地面14m，空搅部分水泥掺量5％，水灰比为3，钻具下钻速度1m/min，提升速度1.6m/min；桩顶以下部分水泥掺量22％，水灰比为1，钻具下钻速度0.7m/min，提升速度1m/min，采用两台固化浆液双通道供浆，两搅一喷，下钻时喷浆工艺。

施工前，首先利用人机交互界面输入制浆设计参数，本次施工的水泥浆总用量约为14.36吨，其中水泥总用量5.43吨，其中水灰比为3的固化浆液需要7.52吨，分4桶制浆，每桶1.88吨；水灰比为1的固化浆液需要7.1吨，分4次桶制浆，每桶1.78吨。

中央控制系统接收桩机监控系统传输的施工指令，钻具下钻时喷浆，当钻具深度为0-13米时，供应水灰比为3的固化浆液，每台泥浆泵设计供浆流速225L/min；当钻具深度为13-20米时，供应水灰比为1的固化浆液，台泥浆泵设计供浆流速275L/min。

桩机就位后，启动后台开始配制固化浆液保证施工开始时储浆桶内有充足的固化浆液，通过制浆模块104中的称重设备对胶凝材料与水的质量进行控制，先后配制一桶水灰比3总量为1447kg的浆液，一桶水灰比1总量约为1193kg的固化浆液，并持续对固化浆液进行搅拌，到达设定的搅拌时间后倒入指定储浆桶。

储浆模块105在中央控制系统控制下对固化浆液进行搅拌，并打开储放固化浆液水灰比为3的储浆桶供浆通道进行供浆；制浆模块104、储浆模块105、供浆模块103的操作流程在人机交互界面模块可以进行观察，若固化浆液制备、储放与供浆期间出现重大问题，系统将自动报警，介入人工干预或停机自检。

桩机启动施工后，中央控制系统接收桩机监控系统的指令后启动供浆模块103运行，按照接收的指令，当钻具在0-13m时，固化浆液水灰比为3，此时两台泥浆泵的进浆管连通储存水灰比为3的储浆桶，当该储浆桶的固化浆液重量小于设定值时，制浆模块104运行将新制备的水灰比为3的固化浆液倒入该储浆桶中。当钻具达到13m时，中央控制系统接收桩机监控系统传输的指令后切换供浆通道，使两台泥浆泵的进浆管连通储存水灰比为1的储浆桶进行供浆。

中央控制系统根据指令控制供浆模块103进行输浆，0-13米，每台泥浆泵设计供浆流速225L/min；13-20米，每台泥浆泵设计供浆流速275L/min。施工过程中，可能会发生下钻速度发生变化、供浆管101或钻头喷口堵塞、土层性质变化、桩机突发停机等状况，引起供浆速度发生变化，从而造成搅拌桩承载力可能无法达到设计要求。桩机监控系统实时向中央控制系统发送供浆流速调整指令，中央控制系统根据指令对泥浆泵变频器进行干预调整，使固化浆液流速满足指令要求。在喷浆过程中，当固化浆液流速偏差值超过报警值，中央控制系统会自动报警，提示操作手进行人工干预，并查找问题产生的原因，使实际施工要求达到满足，直至完成施工作业为止。

施工过程结束后，数据存储呈现模块将桩机的施工数据按时间线存储工程项目的各类数据文件，本装置的所有数据可供随时调阅、使用。

本实施例中的另一种实施方式：选用工程背景为某广场综合楼，地上32层，地下3层，框架剪力墙结构。支护主要采用悬臂桩加预应力锚杆联合支护，基坑底距自然地面12.9m，锚杆共5层，长9-18m，设计要求抗拔承载力≥120kN。

本实施方式中的基本情况范围内地质情况如下：①杂填土，厚2-4m，可塑状态；②粘土，厚3-5m，硬塑、稍湿状态；③粉质粘土夹粉土，厚4-5m，可塑，间夹薄层粉土；④粉土夹砂，厚4.3-7m，中密状态，层间水稍具承压；粉土夹砂，厚3-5.8m，摇振反应迅速。采用柱塞式压密注浆，注浆材料采用P.O.32.5水泥浆液，分两次进行注浆：第一次注浆采用的固化浆液的水灰比为0.7，注浆压力为0.5MPa；浆液初凝后进行第二次注浆，注浆采用的固化浆液的水灰比为0.5，注浆压力为2MPa。钻进时，为加快施工进度，钻进时边钻进边注入压力为0.5MPa、水灰比为1的固化浆液。

施工前，首先利用人机交互界面输入制浆设计参数，本次施工共需要三种不同水灰比的固化浆液，设置三个储浆桶的水灰比为别为0.7、0.5和1，由于多根锚杆同时施工，单桶制浆量设置为每桶1.5吨固化浆液。

桩机就位后，启动后台开始配制固化浆液保证施工时储浆桶内有充足的固化浆液，通过制浆模块104中的称重设备对胶凝材料与水的质量进行控制，先后配制一桶水灰比0.7、0.5和1，总量为1.5吨的固化浆液，并持续对固化浆液进行搅拌，到达设定的搅拌时间后倒入指定储浆桶。

储浆模块105在中央控制系统控制下对固化浆液进行搅拌，并打开储放固化浆液水灰比为1的储浆桶供浆通道进行供浆；制浆模块104、储浆模块105、供浆模块103的操作流程在人机交互界面模块可以进行观察，若固化浆液制备、储放与供浆期间出现重大问题，系统将自动报警，介入人工干预或停机自检。

桩机启动施工后，中央控制系统接收桩机监控系统的指令后控制供浆模块103运行，按照接收的指令，当锚杆钻具钻进时，采用水灰比为1的固化浆液，此时一台泥浆泵的进浆管连通储存水灰比为1的储浆桶，中央控制系统控制供浆模块103使供浆管101内的固化浆液压力保持0.5MPa；当锚杆钻具施工深度达到设计深度时，中央控制系统接收桩机监控系统传输的指令后控制储浆模块105切换供浆通道，使泥浆泵的进浆管连通储存水灰比为0.7的储浆桶进行供浆，且控制供浆模块103使供浆管101内的固化浆液压力保持0.5MPa；当第一次注浆的固化浆液达到初凝后，中央控制系统接收桩机监控系统传输的指令后控制储浆模块105切换供浆通道，使泥浆泵的进浆管连通储存水灰比为0.5的储浆桶进行供浆，且控制供浆模块103使供浆管101内的固化浆液压力保持2MPa。中央控制系统根据各储浆桶内的剩余浆量和设计使用量，控制制浆模块104配制相应配比的固化浆液对各储浆桶进行补浆，保持各储浆桶内的固化浆液充足，满足施工使用需求。

施工过程中，可能会发生锚杆钻具钻进速度发生变化、供浆管101或钻头喷口堵塞、土层性质变化、桩机突发停机等状况，引起供浆压力发生变化，从而造成锚杆抗拔承载力可能无法达到设计要求。桩机监控系统实时向中央控制系统发送供浆压力调整指令，中央控制系统根据指令对泥浆泵变频器进行干预调整，使固化浆液压力满足指令要求。在喷浆过程中，当固化浆液压力偏差值超过报警值，中央控制系统会自动报警，提示操作手进行人工干预，并查找问题产生的原因，使实际施工要求达到满足，直至完成施工作业为止。

施工过程结束后，数据存储呈现模块将桩机的施工数据按时间线存储工程项目的各类数据文件，本装置的所有数据可供随时调阅、使用。

本装置能够在施工过程中实时与桩机监控系统进行信息互通，通过无线通讯的方式接收桩机监控系统传输的实时施工数据和施工指令，克服了传统桩基施工中固化浆液搅拌后台无法获取施工信息的问题；在施工过程中，智能制浆供浆的系统装置可以根据设计施工信息和从桩机监控系统中传输的施工指令，通过中央控制系统决策出最优施工参数，控制制浆模块、储浆模块和供浆模块，实现在不同深度、不同土层中变配比、变喷浆量、变喷浆压力施工，达到预设参数，优化桩基成桩刚度，提高桩基施工质量和固化浆液有效利用率。

实施例二

本实施例提供了一种智能制浆供浆的控制装置的使用方法，如图6和图7所示，本方法包括步骤：

S1：通过人机交互界面或后台服务器向施工设计信息模块输入施工设计参数并进行存储，经施工设计信息模块将设计信息传输至中央控制系统；中央控制系统根据设定算法模型对施工设计参数进行处理分析，得到控制参数，并对制浆模块、储浆模块和供浆模块进行控制；

S2：通过中央控制系统实时采集制浆桶称重信息、制浆桶放料选择信息、储浆桶对应固化浆液配比信息、储浆桶称重信息、浆液流速信息、供浆管道压力信息、泥浆泵变频器频率信息和水箱水位信息；

S3：通过中央控制系统接收桩机监控系统传输的实时施工数据和执行指令，根据设定算法分析得到补偿参数，对制浆模块、储浆模块、供浆模块进行运行调整控制，并得到补偿控制数据信息；

S4：将中央控制系统的控制信息、状态信息和施工信息通过通信模块上传至后台服务器，后台服务器将接收到的信息传输至数据存储呈现模块进行存储和呈现。

其中，步骤S1中执行参数包括各组固化浆液配方信息、各储浆桶对应固化浆液配比信息；

制浆模块在桩基施工前预配制所需配比的固化浆液并放料至配比的储浆桶中。

参阅图7，其中，步骤S3中运行调整控制包括：

S31：通过中央控制系统接收桩机监控系统传输的实时施工数据和控制指令，控制制浆模块配制相应配比的固化浆液，搅拌时间达到设定时间且指定储浆桶内存量信息小于设定值时，制浆模块将固化浆液放料至对应储浆桶中，放料完成后制浆模块再次制浆，循环进行；当制浆模块放料过程之前调整固化浆液配比，制浆模块根据配比对制浆桶内的已制浆液进行补料或补水操作，搅拌完成后放料至对应储浆桶中；

S32：通过中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液配比指令，控制供浆通道转换器连通存有指定固化浆液的储浆桶与泥浆泵进浆口之间的通道，并将当前所供应的固化浆液配比信息传输给桩机监控系统；

S33：通过中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液流速和压力指令，结合浆液流量传感器及固化浆液压力传感器实时采集浆液流量信息和供浆管内压力信息，通过预设算法调整泥浆泵变频器频率，对供浆流速和供浆压力进行反馈控制，直至供浆管内的固化浆液实时流速和压力达到指令要求。

本方法能够在施工过程中实时与桩机监控系统进行信息互通，通过无线通讯的方式接收桩机监控系统传输的实时施工数据和施工指令，克服了传统桩基施工中固化浆液搅拌后台无法获取施工信息的问题；在施工过程中，智能制浆供浆的系统装置可以根据设计施工信息和从桩机监控系统中传输的施工指令，通过中央控制系统决策出最优施工参数，控制制浆模块、储浆模块和供浆模块，实现在不同深度、不同土层中变配比、变喷浆量、变喷浆压力施工，达到预设参数，优化桩基成桩刚度，提高桩基施工质量和固化浆液有效利用率。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能制浆供浆的控制装置，其特征在于，包括：

施工设计信息模块、人机交互界面模块、中央控制系统、桩机监控系统、制浆模块（104）、储浆模块（105）、供浆模块（103）和数据存储呈现模块；

所述施工设计信息模块用于接收‌并存储桩基的施工设计信息；

所述中央控制系统包括数据输入单元、数据计算单元和执行控制单元；

所述数据输入单元与所述人机交互界面模块和所述桩机监控系统连接，并接收所述桩机监控系统传输的实时施工数据和执行指令；

所述数据计算单元根据预设算法模型对所述数据输入单元接收的实时施工数据和执行指令进行处理分析，得到控制参数；所述执行控制单元根据所述控制参数对所述制浆模块（104）、所述储浆模块（105）和所述供浆模块（103）进行控制；

所述制浆模块（104）用于配制固化浆液；

所述储浆模块（105）用于储存多种配比的固化浆液；

所述供浆模块（103）用于根据执行指令控制供浆流速和供浆压力；

所述数据存储呈现模块用于接收中央控制系统通过通讯模块上传至后台服务器的制浆信息、储浆信息、供浆信息和异常信息，并进行存储管理和呈现；

所述预设算法模型包括数据处理、控制策略和控制执行；

所述数据处理包括中央控制系统采用滑动平均值对实时施工数据进行处理；将固化浆液设定流速指令或者设定压力指令与处理后的固化浆液流速或泥浆压力数值之差作为偏差量；

所述控制策略包括当所述偏差量大于设定值时，所述中央控制系统根据预设的自适应算法调整被控制量，决策出最优控制参数；所述自适应算法根据偏差量大小划分多个调整区间，在不同的调整区间内，有不同的调整率，越靠近零的调整区间其调整率越小；

所述供浆模块包括变频器、泥浆泵、浆液流量传感器及固化浆液压力传感器；所述变频器连接多个所述泥浆泵，所述控制执行包括所述变频器的输出电流频率经所述中央控制系统控制，通过所述变频器输出不同的电源频率改变所述泥浆泵的电机转速调整所述泥浆泵的供浆流量和供浆压力；

所述施工设计信息模块接收通过预设传输方式上传的施工设计信息；

其中，所述预设传输方式包括人机交互界面输入、所述后台服务器通过所述通讯模块传输和所述桩机监控系统传输的施工设计信息；

其中，所述施工设计信息包括配制固化浆液的配比及单桶总重信息、固化浆液总制浆量信息、储浆桶所对应的固化浆液配比信息、制浆桶搅拌时长信息、制浆桶放料时长信息；

所述实时施工数据包括桩编号信息、钻具深度信息、配制固化浆液的配比及总量信息、供应固化浆液的设计配比信息、供应固化浆液的设计流速和设计压力信息；所述执行指令包括开始打桩指令和结束打桩指令。

2.根据权利要求1所述的智能制浆供浆的控制装置，其特征在于，所述中央控制系统与所述桩机监控系统通过无线通讯连接，所述中央控制系统的所述执行控制单元将供应固化浆液的流速和配比实时传输至所述桩机监控系统。

3.根据权利要求2所述的智能制浆供浆的控制装置，其特征在于，所述制浆模块（104）包括多个制浆桶，多个所述制浆桶分别装配有称重设备、搅拌设备、多个放料蝶阀以及多个螺旋给料机和一个离心泵，用于控制所配固化浆液的水灰比、原材料及水的重量，以及制浆搅拌时长和放料时长。

4.根据权利要求3所述的智能制浆供浆的控制装置，其特征在于，所述储浆模块（105）包括多个储浆桶，多个所述储浆桶分别储放一种配比的固化浆液，通过所述制浆模块（104）配制完固化浆液后存放至所述储浆桶中；

所述储浆桶装配有称重设备、搅拌设备、过滤网和出浆口，所述称重设备采集所述储浆桶中剩余固化浆液重量信息，所述中央控制系统根据所述剩余固化浆液重量信息控制所述制浆桶向储浆桶放料；

多个所述储浆桶的出浆口分别与供浆通道转换器（106）的入口相连，所述供浆通道转换器（106）的出口与多台泥浆泵的进浆管相连，所述中央控制系统通过控制所述供浆通道转换器（106）入口的开启或闭合选择对所述储浆桶进行供浆。

5.据权利要求4所述的智能制浆供浆的控制装置，其特征在于，所述泥浆泵的进浆管与所述供浆通道转换器（106）的出口相连，所述泥浆泵通过供浆管（101）与桩机（1）钻具的进浆口相连；

所述浆液流量传感器安装在所述泥浆泵下游，用于采集所述供浆管（101）内供浆实时流速和泥浆累计流量；所述浆液压力传感器安装在所述浆液流量传感器下游，用于采集供浆管（101）内浆液压力。

6.据权利要求5所述的智能制浆供浆的控制装置，其特征在于，所述储浆桶装配有称重设备，所述中央控制系统根据固化浆液的配比和储浆桶中固化浆液的使用量统计预设时间内的固化剂使用量，根据所述浆液流量传感器的统计信息和固化浆液的配比统计固化剂使用量，所述中央控制系统通过所述储浆桶称重设备统计的数值周期性地校准所述浆液流量传感器精度。

7.一种智能制浆供浆的控制装置的使用方法，其特征在于，应用于如权利要求6所述的智能制浆供浆的控制装置，所述智能制浆供浆的控制装置的使用方法包括步骤：

S1：通过人机交互界面或后台服务器向施工设计信息模块输入施工设计信息并进行存储，经所述施工设计信息模块将设计信息传输至中央控制系统；所述中央控制系统根据设定算法模型对施工设计信息进行处理分析，得到控制参数，并对制浆模块、储浆模块和供浆模块进行控制；

S2：通过所述中央控制系统实时采集制浆桶称重信息、制浆桶放料选择信息、储浆桶对应固化浆液配比信息、储浆桶称重信息、浆液流速信息、供浆管道压力信息、泥浆泵变频器频率信息和水箱水位信息；

S3：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的实时施工数据和执行指令，根据设定算法分析得到补偿参数，对所述制浆模块、所述储浆模块、所述供浆模块进行运行调整控制，并得到补偿控制数据信息；

S4：将所述中央控制系统的控制信息、状态信息和施工信息通过通信模块上传至所述后台服务器，所述后台服务器将接收到的信息传输至数据存储呈现模块进行存储和呈现。

8.根据权利要求7所述的智能制浆供浆的控制装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S1中执行参数包括各组固化浆液配方信息、各储浆桶对应固化浆液配比信息；

所述制浆模块在桩基施工前预配制所需配比的固化浆液并放料至配比的储浆桶中。

9.根据权利要求7所述的智能制浆供浆的控制装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S3中运行调整控制包括：

S31：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的实时施工数据和控制指令，控制所述制浆模块配制相应配比的固化浆液，搅拌时间达到设定时间且指定储浆桶内存量信息小于设定值时，所述制浆模块将固化浆液放料至对应所述储浆桶中，放料完成后所述制浆模块再次制浆，循环进行；当所述制浆模块放料过程之前调整固化浆液配比，所述制浆模块根据配比对制浆桶内的已制浆液进行补料或补水操作，搅拌完成后放料至对应储浆桶中；

S32：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液配比指令，控制所述供浆通道转换器连通存有指定固化浆液的储浆桶与泥浆泵进浆口之间的通道，并将当前所供应的固化浆液配比信息传输给桩机监控系统；

S33：通过所述中央控制系统接收桩机监控系统传输的所需固化浆液流速和压力指令，结合浆液流量传感器及固化浆液压力传感器实时采集浆液流量信息和供浆管内压力信息，通过预设算法调整泥浆泵变频器频率，对供浆流速和供浆压力进行反馈控制，直至供浆管内的固化浆液实时流速和压力达到指令要求。