CN116163304B - 一种基于液压振动锤的智能打桩系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利水电施工领域，尤其涉及一种基于液压振动锤的智能打桩系统，包括，卷扬机，其与桩架相连接，用于对垂直度偏差较大的桩体桩顶施加拉力；液压振动锤，其包括用于通过高频振动使桩体沉降的桩锤，所述桩锤包括用于控制激振力的激振器；控制单元，其包括：信息采集模块，其用于根据桩体排布设计图获取各桩体的入桩设计深度以及桩顶中心的排布位置；区域分割模块，其与所述信息采集模块相连接，用于获取定位桩；定位模块，其与所述区域分割模块相连接，用于根据当前定位桩中心点与下一定位桩中心点在轮廓线上的间距获取当前定位桩的一次入桩深度；本发明通过分次入桩能够在桩体完全入桩前及时对桩体垂直度纠偏。

Description

一种基于液压振动锤的智能打桩系统

技术领域

本发明涉及水利水电施工领域，尤其涉及一种基于液压振动锤的智能打桩系统。

背景技术

在水利水电工程中，打桩是非常重要的环节，它能够将桩锤锤击地面，将桩锤从地面下沉到特定深度，以形成稳定的支护结构；目前，传统打桩的方式是通过使用常规的全站仪放点的模式，但这种方式作业效率低，需要人工现场放样，智能化不足，且受天气等外界因素的影响较为严重，且容易存在因桩体的垂直度同方向的偏差累计导致部分桩体垂直度偏差较大的问题。

中国专利CN108805393A提供了一种基于北斗高精度智能打桩方法和系统，打桩方法包括：任务派发步骤，包括用户通过打桩云平台创建任务并分发所述任务至司机端；任务操作步骤，包括司机通过司机端接收任务并通过司机端控制桩机至目标位置进行作业并将位置数据通过GNSS定位系统反馈至打桩云平台；任务监测步骤，包括用户通过用户管理端实时监测桩机的作业状况，使得打桩位置更为精确，且受环境影响较小，但是仍然存在因桩体的垂直度同方向的偏差累计导致部分桩体垂直度偏差较大的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种基于液压振动锤的智能打桩系统，能够解决因桩体的垂直度同方向的偏差累计导致部分桩体垂直度偏差较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于液压振动锤的智能打桩系统，包括：

底座，其包括用于移动的履带装置；

桩架，其设置于所述底座上方；

导向架，其与所述桩架相连接，用于控制桩体垂直贯入地层；

卷扬机，其与所述桩架相连接，用于对垂直度偏差较大的桩体的桩顶施加拉力以使桩体的垂直度满足要求；

液压振动锤，其包括用于通过高频振动使桩体沉降的桩锤，其中，所述桩锤包括用于控制激振力的激振器；

控制单元，其包括：

信息采集模块，其用于根据桩体排布设计图获取各桩体的入桩设计深度以及桩顶中心的排布位置，将各桩体的桩顶中心连线形成轮廓线；

区域分割模块，其与所述信息采集模块相连接，用于根据所述轮廓线的曲率突变点以及轮廓线的等距分割点获取定位桩；

定位模块，其与所述区域分割模块相连接，用于根据当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距获取当前定位桩的一次入桩深度，根据当前定位桩的一次入桩深度获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差，根据当前定位桩的一次入桩深度获取其它桩的一次入桩深度，并根据其它桩的一次入桩深度获取其它桩的二次入桩深度；

纠偏模块，其与所述定位模块相连接，用于根据当前定位桩的垂直度获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力；

调节模块，其与所述定位模块相连接，用于根据各桩体的单次入桩深度对所述液压振动锤的激振力进行调节。

进一步地，所述区域分割模块在第一划分判定条件下获取Ⅰ类定位桩，在第二划分判定条件下获取Ⅱ类定位桩，

其中，所述第一划分判定条件为轮廓线中存在曲率突变点，所述第二划分判定条件为轮廓线中不存在曲率突变点，设定Ⅰ类定位桩为桩顶中心点与轮廓线的曲率突变点距离最近的桩体，设定Ⅱ类定位桩为桩顶中心点距轮廓线的等距分割点最近的若干桩，其中，轮廓线的等距分割点数量通过轮廓线周长确定。

进一步地，所述区域分割模块在第一划分判定条件下根据Ⅰ类定位桩之间的距离判定是否获取Ⅲ类定位桩，其中，

所述区域分割模块在第一距离判定条件下获取Ⅲ类定位桩；

所述区域分割模块在第二距离判定条件下不获取Ⅲ类定位桩；

其中，所述第一距离判定条件为上一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点与下一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点之间的距离大于预设分割距离阈值，所述第二距离判定条件为上一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点与下一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点之间的距离小于等于预设分割距离阈值，设定Ⅲ类定位桩为桩顶中心点与上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线的等距分割点距离最近的若干桩，其中，上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线的等距分割点数量通过上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线长度确定。

进一步地，所述定位模块在第一间距条件下获取当前定位桩的一次入桩深度为H1，在第二间距条件下获取当前定位桩的一次入桩深度为H2，其中，

所述第一间距条件为当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距小于等于定位桩预设标准间距，所述第二间距条件为当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距大于定位桩预设标准间距；

其中，所述定位模块在所述第一间距条件、所述第二间距条件下获取的当前定位桩的一次入桩深度通过当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距以及入桩设计深度确定。

进一步地，所述定位模块在第一入桩深度判定条件下获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值为第一允许偏差；所述定位模块在第二入桩深度判定条件下获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值为第二允许偏差，其中，

所述第一入桩深度判定条件为当前定位桩的一次入桩深度小于等于2/3倍的当前定位桩的入桩设计深度，所述第二入桩深度判定条件为当前定位桩的一次入桩深度大于2/3倍的当前定位桩的入桩设计深度；

其中，在所述第一入桩深度判定条件、所述第二入桩深度判定条件下获取的当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值通过当前定位桩的一次入桩深度以及当前定位桩的桩顶中心点分别与上一定位桩的桩顶中心点和下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距的平均值确定。

进一步地，所述定位模块根据与所述激振器相连接的锤杆的下移距离及当前定位桩的下沉高度的对比结果判定当前定位桩的垂直度是否合格，其中，

所述定位模块在第一沉入量条件下判定当前定位桩的垂直度合格；

所述定位模块在第二沉入量条件下判定当前定位桩的垂直度不合格；

其中，所述第一沉入量条件为所述锤杆的下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值小于等于当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值，所述第二沉入量条件为锤杆的下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值大于当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值。

进一步地，所述纠偏模块在所述第二沉入量条件下启动所述卷扬机以将定位桩顶部向倾斜的方向反拉，其中，

所述纠偏模块在第一垂直度判定条件下获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力为第一拉力；

所述纠偏模块在第二垂直度判定条件下获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力为第二拉力；

其中，所述第一垂直度判定条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值小于等于1.05，所述第二垂直度判定条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值大于1.05；

其中，在所述第一垂直度判定条件、所述第二垂直度判定条件下获取的对当前定位桩桩顶的拉力通过当前定位桩的下沉高度确定。

进一步地，所述定位模块在所述第一沉入量条件下获取当前定位桩与下一定位桩之间的其它桩的一次入桩深度，其中，

所述定位模块在所述第一入桩深度判定条件下获取所述其它桩的一次入桩深度为h11；

所述定位模块在所述第二入桩深度判定条件下获取所述其它桩的一次入桩深度为h12；

其中，在所述第一入桩深度判定条件、所述第二入桩深度判定条件下获取的所述其它桩的一次入桩深度通过各定位桩的垂直度允许偏差值以及当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距确定。

进一步地，所述定位模块根据所述其它桩的一次入桩深度获取其它桩的二次入桩深度，其中，

所述定位模块在第一判定条件下获取所述其它桩的二次入桩深度为h21；

所述定位模块在第二判定条件下获取所述其它桩的二次入桩深度为h22；

其中，所述第一判定条件为所述其它桩的一次入桩深度小于等于0.5倍的其它桩桩身长度，所述第二判定条件为所述其它桩的一次入桩深度大于0.5倍的其它桩桩身长度；

其中，在所述第一判定条件、所述第二判定条件下获取的所述其它桩的二次入桩深度通过其它桩的一次入桩深度确定。

进一步地，所述调节模块根据各桩体的单次入桩深度对所述激振器的激振力进行调节，其中，

所述调节模块在第一单次入桩深度条件下获取所述激振器的激振力为第一激振力；

所述调节模块在第二单次入桩深度条件下获取所述激振器的激振力为第二激振力；

其中，所述第一单次入桩深度条件为单次入桩深度小于等于2/3倍的桩身长度，所述第二单次入桩深度条件为单次入桩深度大于2/3倍的桩身长度；

其中，在所述第一单次入桩深度条件、所述第二单次入桩深度条件下获取的所述激振器的激振力通过各桩体的单次入桩深度确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明设置区域分割模块，通过定位桩的设置将全部桩体划分为若干施工区，通过对定位桩垂直度的控制以及区域的划分，能够保证各桩体的垂直度偏差收到范围限制，避免因一根桩体的位置及垂直度出现偏差而影响后续施工的全部桩体，本发明设置定位模块，能够通过多次入桩保证当桩体垂直度偏差较大时及时纠偏，由于入桩越深，土体给予桩体的约束力越大，纠偏越困难，通过分次入桩能够在桩体入桩前及时对桩体垂直度纠偏，减小施工难度，提高施工效率，本发明设置纠偏模块，通过对桩顶向倾斜方向反拉能够及时对桩体垂直度进行调整，本发明设置调节模块，其根据桩体的入桩深度对液压振动锤的激振力进行调节，能够保证入桩速度，进而提高施工效率。

尤其，本发明设定当轮廓线中存在曲率突变点时以距曲率突变点距离最近的桩体作为Ⅰ类定位桩，设定当轮廓线不存在曲率突变点时设定距轮廓线的各等距分割点最近的桩体为定位桩，能够减小打桩难度，对等距分割点数量及位置的控制，能够保证围护桩整体位置不会发生偏移，等距分割点数量过多会影响施工进度，等距分割点数量过少会增加对打桩的过程性把控的难度，因此通过桩体中心点连线的长度作为影响等距分割点数量的因子，能够平衡施工效率和施工质量。

尤其，本发明为避免轮廓线中曲率突变点间距离过长，也即相邻量定位桩之间桩体数量较多，不容易对入桩垂直度及质量进行过程性把控，因此当获取I类定位桩时需再次获取各相邻I类定位桩之间的轮廓线长度，若两根相邻的I类定位桩之间的轮廓线长度较大，在所述两相邻的I类定位桩之间设置Ⅲ类定位桩，以实现对各其它桩的入桩垂直度进一步把控。

尤其，本发明根据相邻两定位桩之间在轮廓线上的间距以及桩体的入桩设计时候森都获取定位桩的一次入桩深度，当两定位桩在轮廓线上的间距较大时，选择较大的一次入桩深度有利于其它桩垂直度的控制，避免因靠近定位桩的其它桩因其垂直度偏差较大而影响定位桩的垂直度，当两定位桩在轮廓线上的间距较小时，选取较小的一次入桩深度能够有利于纠偏，实现对各桩体垂直度的校正。

尤其，由于本发明的定位桩是基于距等距分割点最近的桩体选取的，因此当前定位桩与上一定位桩的距离和当前定位桩与下一定位桩的距离并不完全一致，因此选取两者的平均值作为影响入桩垂直度允许偏差的影响因素之一，两定位桩相邻越近，定位桩之间的其它桩数量越少，对整体的围护结构影响越小，因此可以选取较大的垂直度偏差，同样的，一次入桩深度越小，其纠偏难度越小，因此对于垂直度偏差的要求也相对更低。

尤其，本发明设定卷扬机的拉力通过垂直度偏差以及当前定位桩的下沉高度确定，垂直度偏差越大，相应收到的倾斜的土体压力较大，同样的，定位桩的下沉高度越高，定位桩受到的水平力越大，因此当垂直度偏差较大或定位桩的下沉高度较大时，卷扬机选取较大拉力，能够对桩体进行有效纠偏，当垂直度偏差较小或定位桩下沉高度较小时，较大的反拉力可能会导致反向偏移，因此选择足够纠偏但相对较小的反拉力使其垂直度校准。

尤其，本发明根据定位桩的一次入桩深度获取其它桩的一次入桩深度，本发明设定其它桩的一次入桩深度小于定位桩的一次入桩深度，能够保证当其它桩垂直度偏差较大对定位桩产生侧向应力时对定位桩自身的位置及垂直度产生较小的影响，且通过较小的一次入桩深度使其它桩受到的土体侧向应力较小，能够在其它桩集体出现垂直度偏差时同时对多根定位桩进行纠偏。

尤其，本发明通过对当前定位桩与下一定位桩之间其它桩二次入桩深度的确定，能够为其它桩再次预留纠偏范围，保证桩体的垂直度，通过多次入桩能够有效实现对桩体入桩的过程性把控。

附图说明

图1为发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统结构正视图；

图2为发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统结构侧视图；

图3为发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统桩锤示意图；

图4为本发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统控制单元示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统结构正视图，包括：底座，其包括用于移动的履带装置1，以及设置在所述履带装置上方的支撑板2；桩架3，其设置于所述底座上方；导向架4，其与所述桩架相连接，用于控制桩体垂直贯入地层；卷扬机5，其与所述桩架相连接，用于对垂直度偏差较大的桩体的桩顶施加拉力以使桩体的垂直度满足要求；滑轮6，其设置于所述卷扬机下方，用于控制与卷扬机相连接的钢绞绳的拉力方向；液压振动锤，其包括用于通过高频振动使桩体沉降的桩锤8，与所述桩锤相连接用于控制桩锤的振动频率的液压驱动装置7，以及设置于所述支撑板上方的驾驶室9。

请参阅图2所示，其为本发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统结构侧视图，卷扬机5固定连接于桩架4表面，卷扬机连有用于反拉钢板桩的钢绞绳，所述卷扬机下方设置有用于控制钢绞绳拉力方向的滑轮6。

请参阅图3所示，其为本发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统桩锤示意图，桩锤8包括通过支撑杆与导向架相连接的吊轨84，与所述吊轨相连接的锤杆83，与锤杆83相连接的激振器82，,设置于激振器两侧用与连接支撑锤头的耳板85，设置于激振器下方用于使桩体贯入地层的锤头81。

请参阅图4所示，其为本发明实施例基于液压振动锤的智能打桩系统控制单元示意图，控制单元包括：

信息采集模块，其用于根据桩体排布设计图获取各桩体的入桩设计深度以及桩顶中心的排布位置，将各桩体的桩顶中心连线形成轮廓线；

区域分割模块，其与所述信息采集模块相连接，用于根据所述轮廓线的曲率突变点以及轮廓线的等距分割点获取定位桩；

定位模块，其与所述区域分割模块相连接，用于根据当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距获取当前定位桩的一次入桩深度，根据当前定位桩的一次入桩深度获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差，根据当前定位桩的一次入桩深度获取其它桩的一次入桩深度，并根据其它桩的一次入桩深度获取其它桩的二次入桩深度；

纠偏模块，其与所述定位模块相连接，用于根据当前定位桩的垂直度获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力；

调节模块，其与所述定位模块相连接，用于根据各桩体的单次入桩深度对所述液压振动锤的激振力进行调节。

具体而言，本实施例中轮廓线的曲率突变点表示轮廓线曲率跳变使曲率变化的位置点；某一质点从当前定位桩的中心点上出发，以顺时针方向依照轮廓线运动，其最先经过的定位桩为当前定位桩的下一定位桩；本实施例设定定位桩为二次入桩，设定除定位桩以外的其它桩为三次入桩，定位桩第二次入桩时达到入桩设计深度，其它桩第三次入桩时达到入桩设计深度，其它桩一次入桩深度小于其两端定位桩的一次入桩深度，其它桩的二次入桩深度大于一次入桩深度小于入桩设计深度。

具体而言，本发明设置区域分割模块，通过定位桩的设置将全部桩体划分为若干施工区，通过对定位桩垂直度的控制以及区域的划分，能够保证各桩体的垂直度偏差收到范围限制，避免因一根桩体的位置及垂直度出现偏差而影响后续施工的全部桩体，本发明设置定位模块，能够通过多次入桩能够保证当桩体垂直度偏差较大时及时纠偏，由于入桩越深，土体给予桩体的约束力越大，纠偏越困难，通过分次入桩能够在桩体入桩前及时对桩体垂直度纠偏，减小施工难度，提高施工效率，本发明设置纠偏模块，通过对桩顶向倾斜方向反拉能够及时对桩体垂直度进行调整，本发明设置调节模块，其根据桩体的入桩深度对液压振动锤的激振力进行调节，能够保证入桩速度，进而提高施工效率。

所述区域分割模块在第一划分判定条件下获取Ⅰ类定位桩，在第二划分判定条件下获取Ⅱ类定位桩，

其中，所述第一划分判定条件为轮廓线中存在曲率突变点，所述第二划分判定条件为轮廓线中不存在曲率突变点，设定Ⅰ类定位桩为桩顶中心点与轮廓线的曲率突变点距离最近的桩体，设定Ⅱ类定位桩为桩顶中心点距轮廓线的等距分割点最近的若干桩，其中，轮廓线的等距分割点数量n＝4+[s/s0]，[s/s0]表示对s/s0进行取整，s为轮廓线周长，s0为轮廓线预设分割标准周长。

具体而言，本实施例中设定s0＝400m，本实施例按照施工顺序的前后将各桩体设为第一桩体，第二桩体，…，第e桩体，e为桩体总数量，本实施例设定第一桩体的桩顶中心点为第一等距分割点，设定第一桩体为第一Ⅰ类定位桩，并依次获取在轮廓线上与第一等距分割点距离为S的第二等距分割点，获取在轮廓线上与第二等距分割点距离为S的第三等距分割点，…，获取在轮廓线上与第n-1等距分割点距离为S的第n等距分割点，S＝s/n；设定与第k等距分割点距离最近的桩体为Ⅱ类定位桩。

具体而言，本发明设定当轮廓线中存在曲率突变点时以距曲率突变点距离最近的桩体作为Ⅰ类定位桩，设定当轮廓线不存在曲率突变点时设定距轮廓线的各等距分割点最近的桩体为定位桩，能够减小打桩难度，对等距分割点数量及位置的控制，能够保证围护桩整体位置不会发生偏移，等距分割点数量过多会影响施工进度，等距分割点数量过少会增加对打桩的过程性把控的难度，因此通过桩体中心点连线的长度作为影响等距分割点数量的因子，能够平衡施工效率和施工质量。

所述区域分割模块在第一划分判定条件下根据Ⅰ类定位桩之间的距离判定是否获取Ⅲ类定位桩，其中，

所述区域分割模块在第一距离判定条件下获取Ⅲ类定位桩；

所述区域分割模块在第二距离判定条件下不获取Ⅲ类定位桩；

其中，所述第一距离判定条件为上一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点与下一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点之间的距离大于预设分割距离阈值，所述第二距离判定条件为上一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点与下一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点之间的距离小于等于预设分割距离阈值，设定Ⅲ类定位桩为桩顶中心点与上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线的等距分割点距离最近的若干桩，其中，上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线的等距分割点数量n’＝1+[s’/(0.25×s0)]，s’为上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线长度，[s’/(0.25×s0)]表示对s’/(0.25×s0)进行取整。

具体而言，某一质点从轮廓线上任意一点出发，以顺时针方向依照轮廓线运动，其先后经过的两根定位桩分别为上一I类定位桩和下一I类定位桩；本实施例中预设分割距离阈值为80m。

具体而言，本发明为避免轮廓线中曲率突变点间距离过长，也即相邻量定位桩之间桩体数量较多，不容易对入桩垂直度及质量进行过程性把控，因此当获取I类定位桩时需再次获取各相邻I类定位桩之间的轮廓线长度，若两根相邻的I类定位桩之间的轮廓线长度较大，在所述两相邻的I类定位桩之间设置Ⅲ类定位桩，以实现对各其它桩的入桩垂直度进一步把控。

所述信息采集模块获取桩体的入桩设计深度H0，所述定位模块在第一间距条件下获取当前定位桩的一次入桩深度为H1，在第二间距条件下获取当前定位桩的一次入桩深度为H2，其中，

所述第一间距条件为当前定位桩中心点与下一定位桩中心点在轮廓线上的间距小于等于定位桩预设标准间距，所述第二间距条件为当前定位桩中心点与下一定位桩中心点在轮廓线上的间距大于定位桩预设标准间距；

其中，所述定位模块在所述第一间距条件、所述第二间距条件下获取的当前定位桩的一次入桩深度通过当前定位桩中心点与下一定位桩中心点在轮廓线上的间距以及入桩设计深度确定，设定H1＝H0×d/(0.25×s0)，H2＝H0×(1-d/(s0-d))，式中，d为当前定位桩中心点与下一定位桩中心点在轮廓线上的间距。

具体而言，本实施例中H0＝23m，定位桩预设标准间距为65m。

具体而言，本发明根据相邻两定位桩之间在轮廓线上的间距以及桩体的入桩设计时候森都获取定位桩的一次入桩深度，当两定位桩在轮廓线上的间距较大时，选择较大的一次入桩深度有利于其它桩垂直度的控制，避免因靠近定位桩的其它桩因其垂直度偏差较大而影响定位桩的垂直度，当两定位桩在轮廓线上的间距较小时，选取较小的一次入桩深度能够有利于纠偏，实现对各桩体垂直度的校正。

所述定位模块在第一入桩深度判定条件下获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值为第一允许偏差a1；所述定位模块在第二入桩深度判定条件下获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值为第二允许偏差a2，其中，

所述第一入桩深度判定条件为当前定位桩的一次入桩深度小于等于2/3倍的当前定位桩的入桩设计深度，所述第二入桩深度判定条件为当前定位桩的一次入桩深度大于2/3倍的当前定位桩的入桩设计深度；

其中，在所述第一入桩深度判定条件、所述第二入桩深度判定条件下获取的当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值通过当前定位桩的一次入桩深度Hv以及当前定位桩的桩顶中心点和上一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距d’与当前定位桩中心点和下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距d的平均值确定，设定a1＝1+0.1×Hv/(0.5×(d’+d))，a2＝1+0.1×(Hv/H0)×Hv/(0.5×(d’+d))，式中，v＝1，2。

具体而言，由于本发明的定位桩是基于距等距分割点最近的桩体选取的，因此当前定位桩与上一定位桩的距离和当前定位桩与下一定位桩的距离并不完全一致，因此选取两者的平均值作为影响入桩垂直度允许偏差的影响因素之一，两定位桩相邻越近，定位桩之间的其它桩数量越少，对整体的围护结构影响越小，因此可以选取较大的垂直度偏差，同样的，一次入桩深度越小，其纠偏难度越小，因此对于垂直度偏差的要求也相对更低。

所述定位模块根据锤杆的下移距离及当前定位桩的下沉高度的对比结果判定当前定位桩的垂直度是否合格，其中，

所述定位模块在第一沉入量条件下判定当前定位桩的垂直度合格；

所述定位模块在第二沉入量条件下判定当前定位桩的垂直度不合格；

其中，所述第一沉入量条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值小于等于当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值，所述第二沉入量条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值大于当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值。

具体而言，本实施例中与吊轨连接的支撑杆表面设置有竖向位移传感器(图中未示出)，能够获取锤杆的下移距离。

具体而言，当前定位桩的下沉高度是指液压振动锤启动时的定位桩桩顶高程与完成一次入桩时的定位桩桩顶的高程的差值，本实施例优选全站仪或经纬仪对垂直度进行测量。

所述纠偏模块在所述第二沉入量条件下启动所述卷扬机以将定位桩顶部向倾斜的方向反拉，其中，

所述纠偏模块在第一垂直度判定条件下获取卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力为第一拉力F1；

所述纠偏模块在第二垂直度判定条件下获取卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力为第二拉力F2；

其中，所述第一垂直度判定条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值小于等于1.05，所述第二垂直度判定条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值大于1.05；

其中，在所述第一垂直度判定条件、所述第二垂直度判定条件下获取的对当前定位桩桩顶的拉力通过当前定位桩的下沉高度△h确定，设定第一拉力F1＝F0×(1+(△h/H0)2)，第二拉力F2＝F0×(1+△h/H0)，F0为所述卷扬机的预设标准拉力。

具体而言，本实施例设定F0＝800kN。

具体而言，本发明设定卷扬机的拉力通过垂直度偏差以及当前定位桩的下沉高度确定，垂直度偏差越大，相应收到的倾斜的土体压力较大，同样的，定位桩的下沉高度越高，定位桩受到的水平力越大，因此当垂直度偏差较大或定位桩的下沉高度较大时，卷扬机选取较大拉力，能够对桩体进行有效纠偏，当垂直度偏差较小或定位桩下沉高度较小时，较大的反拉力可能会导致反向偏移，因此选择足够纠偏但相对较小的反拉力使其垂直度校准。

所述定位模块在所述第一沉入量条件下获取当前定位桩与下一定位桩之间的其它桩的一次入桩深度，其中，

所述定位模块在所述第一入桩深度判定条件下获取所述其它桩的一次入桩深度为h11；

所述定位模块在所述第二入桩深度判定条件下获取所述其它桩的一次入桩深度为h12；

其中，在所述第一入桩深度判定条件、所述第二入桩深度判定条件下获取的所述其它桩的一次入桩深度通过各定位桩的垂直度允许偏差值以及当前定位桩的桩顶中心点和下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距确定，设定h11＝Hv-(aq×Hv/d)×Hv，h12＝max{Hv-Hv/(aq×d，2/3×Hv)}，q＝1，2。

具体而言，桩体划分为两类，即定位桩和其它桩。

具体而言，本发明根据定位桩的一次入桩深度获取其它桩的一次入桩深度，本发明设定其它桩的一次入桩深度小于定位桩的一次入桩深度，能够保证当其它桩垂直度偏差较大对定位桩产生侧向应力时对定位桩自身的位置及垂直度产生较小的影响，且通过较小的一次入桩深度使其它桩受到的土体侧向应力较小，能够在其它桩集体出现垂直度偏差时同时对多根定位桩进行纠偏。

所述定位模块根据所述其它桩的一次入桩深度获取其它桩的二次入桩深度，其中，

所述定位模块在第一判定条件下获取所述其它桩的二次入桩深度为h21；

所述定位模块在第二判定条件下获取所述其它桩的二次入桩深度为h22；

其中，所述第一判定条件为所述其它桩的一次入桩深度小于等于0.5倍的其它桩桩身长度，所述第二判定条件为所述其它桩的一次入桩深度大于0.5倍的其它桩桩身长度；

其中，在所述第一判定条件、所述第二判定条件下获取的所述其它桩的二次入桩深度通过其它桩的一次入桩深度确定，设定h21＝hz+2/3×(H0-hz)，h22＝hz+1/2×(H0-hz)，式中，z＝11，12。

具体而言，本发明的具体施工顺序为，当前定位桩到达一次入桩深度，当前定位桩与下一定位桩之间的其它桩到达一次入桩深度，下一定位桩到达一次入桩深度，当前定位桩到达入桩设计深度，当前定位桩与下一定位桩之间的其它桩到达二次入桩深度，下一定位桩到达入桩设计深度，当前定位桩与下一定位桩之间的其它桩到达入桩设计深度。

具体而言，本发明通过对当前定位桩与下一定位桩之间其它桩二次入桩深度的确定，能够为其它桩再次预留纠偏范围，保证桩体的垂直度，通过多次入桩能够有效实现对桩体入桩的过程性把控。

所述调节模块根据当前桩体的单次入桩深度对所述激振器的激振力进行调节，其中，

所述调节模块在第一单次入桩深度条件下获取所述激振器的激振力为第一激振力P1；

所述调节模块在第二单次入桩深度条件下获取所述激振器的激振力为第二激振力P2；

其中，所述第一单次入桩深度条件为单次入桩深度小于等于2/3倍的桩身长度，所述第二单次入桩深度条件为单次入桩深度大于2/3倍的桩身长度；

其中，在所述第一单次入桩深度条件、所述第二单次入桩深度条件下获取的所述液压振动锤的激振力通过当前桩体的单次入桩深度确定，设定P1＝P0×(1+y/H0)，P2＝P0×(1+y/H0)2，P0为液压振动锤的预设标准激振力，y为当前桩体的单次入桩深度。

具体而言，本实施例设定P0＝1250kN；对于定位桩而言，单次入桩深度分别为一次入桩深度以及入桩设计深度；对于其它桩而言，单次入桩深度分别为一次入桩深度，二次入桩深度，以及入桩设计深度；液压振动锤的激振力根据下一次的入桩深度确定。

实施例一：某一其它桩当前桩底进入土体的深度为一次入桩深度，其下一次入桩时的激振器的激振力通过二次入桩深度确定；

实施例二：某一其它桩当前桩底进入土体的深度为二次入桩深度，其下一次入桩时的激振器的激振力通过入桩设计深度确定；

实施例三：某一定位桩当前桩底进入土体的深度为一次入桩深度，其下一次入桩时的激振器的激振力通过入桩设计深度确定。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于液压振动锤的智能打桩系统，其特征在于，包括，

底座，其包括用于移动的履带装置；

桩架，其设置于所述底座上方；

导向架，其与所述桩架相连接，用于控制桩体垂直贯入地层；

卷扬机，其与所述桩架相连接，用于对垂直度偏差较大的桩体的桩顶施加拉力以使桩体的垂直度满足要求；

液压振动锤，其包括用于通过高频振动使桩体沉降的桩锤，其中，所述桩锤包括用于控制激振力的激振器；桩锤包括通过支撑杆与导向架相连接的吊轨，与所述吊轨相连接的锤杆，与锤杆相连接的激振器，设置于激振器两侧用与连接支撑锤头的耳板，设置于激振器下方用于使桩体贯入地层的锤头；

控制单元，其包括：

信息采集模块，其用于根据桩体排布设计图获取各桩体的入桩设计深度以及桩顶中心的排布位置，将各桩体的桩顶中心连线形成轮廓线；

区域分割模块，其与所述信息采集模块相连接，用于根据所述轮廓线的曲率突变点以及轮廓线的等距分割点获取定位桩；

定位模块，其与所述区域分割模块相连接，用于根据当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距获取当前定位桩的一次入桩深度，根据当前定位桩的一次入桩深度获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差，根据当前定位桩的一次入桩深度获取其它桩的一次入桩深度，并根据其它桩的一次入桩深度获取其它桩的二次入桩深度；

纠偏模块，其与所述定位模块相连接，用于根据当前定位桩的垂直度获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力；

调节模块，其与所述定位模块相连接，用于根据各桩体的单次入桩深度对所述液压振动锤的激振力进行调节；

所述区域分割模块在第一划分判定条件下获取Ⅰ类定位桩，在第二划分判定条件下获取Ⅱ类定位桩，

其中，所述第一划分判定条件为轮廓线中存在曲率突变点，所述第二划分判定条件为轮廓线中不存在曲率突变点，设定Ⅰ类定位桩为桩顶中心点与轮廓线的曲率突变点距离最近的桩体，设定Ⅱ类定位桩为桩顶中心点距轮廓线的等距分割点最近的若干桩，其中，轮廓线的等距分割点数量通过轮廓线周长确定；

所述区域分割模块在第一划分判定条件下根据Ⅰ类定位桩之间的距离判定是否获取Ⅲ类定位桩，其中，

所述区域分割模块在第一距离判定条件下获取Ⅲ类定位桩；

所述区域分割模块在第二距离判定条件下不获取Ⅲ类定位桩；

其中，所述第一距离判定条件为上一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点与下一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点之间的距离大于预设分割距离阈值，所述第二距离判定条件为上一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点与下一Ⅰ类定位桩的桩顶中心点之间的距离小于等于预设分割距离阈值，设定Ⅲ类定位桩为桩顶中心点与上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线的等距分割点距离最近的若干桩，其中，上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线的等距分割点数量通过上一Ⅰ类定位桩和下一Ⅰ类定位桩之间的轮廓线长度确定；

所述定位模块在第一间距条件下获取当前定位桩的一次入桩深度为H1，在第二间距条件下获取当前定位桩的一次入桩深度为H2，其中，

所述第一间距条件为当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距小于等于定位桩预设标准间距，所述第二间距条件为当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距大于定位桩预设标准间距；

其中，所述定位模块在所述第一间距条件、所述第二间距条件下获取的当前定位桩的一次入桩深度通过当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距以及入桩设计深度确定；

所述定位模块在第一入桩深度判定条件下获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值为第一允许偏差；所述定位模块在第二入桩深度判定条件下获取当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值为第二允许偏差，其中，

所述第一入桩深度判定条件为当前定位桩的一次入桩深度小于等于2/3倍的当前定位桩的入桩设计深度，所述第二入桩深度判定条件为当前定位桩的一次入桩深度大于2/3倍的当前定位桩的入桩设计深度；

其中，在所述第一入桩深度判定条件、所述第二入桩深度判定条件下获取的当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值通过当前定位桩的一次入桩深度以及当前定位桩的桩顶中心点分别与上一定位桩的桩顶中心点和下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距的平均值确定；

所述定位模块根据与所述激振器相连接的锤杆的下移距离及当前定位桩的下沉高度的对比结果判定当前定位桩的垂直度是否合格，其中，

所述定位模块在第一沉入量条件下判定当前定位桩的垂直度合格；

所述定位模块在第二沉入量条件下判定当前定位桩的垂直度不合格；

其中，所述第一沉入量条件为所述锤杆的下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值小于等于当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值，所述第二沉入量条件为锤杆的下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值大于当前定位桩的一次入桩垂直度允许偏差值。

2.根据权利要求1所述的基于液压振动锤的智能打桩系统，其特征在于，所述纠偏模块在所述第二沉入量条件下启动所述卷扬机以将定位桩顶部向倾斜的方向反拉，其中，

所述纠偏模块在第一垂直度判定条件下获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力为第一拉力；

所述纠偏模块在第二垂直度判定条件下获取所述卷扬机对当前定位桩桩顶的拉力为第二拉力；

其中，所述第一垂直度判定条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值小于等于1.05，所述第二垂直度判定条件为锤杆下移距离与当前定位桩的下沉高度的比值大于1.05；

其中，在所述第一垂直度判定条件、所述第二垂直度判定条件下获取的对当前定位桩桩顶的拉力通过当前定位桩的下沉高度确定。

3.根据权利要求2所述的基于液压振动锤的智能打桩系统，其特征在于，所述定位模块在所述第一沉入量条件下获取当前定位桩与下一定位桩之间的其它桩的一次入桩深度，其中，

所述定位模块在所述第一入桩深度判定条件下获取所述其它桩的一次入桩深度为h11；

所述定位模块在所述第二入桩深度判定条件下获取所述其它桩的一次入桩深度为h12；

其中，在所述第一入桩深度判定条件、所述第二入桩深度判定条件下获取的所述其它桩的一次入桩深度通过各定位桩的垂直度允许偏差值以及当前定位桩的桩顶中心点与下一定位桩的桩顶中心点在轮廓线上的间距确定。

4.根据权利要求3所述的基于液压振动锤的智能打桩系统，其特征在于，所述定位模块根据所述其它桩的一次入桩深度获取其它桩的二次入桩深度，其中，

所述定位模块在第一判定条件下获取所述其它桩的二次入桩深度为h21；

所述定位模块在第二判定条件下获取所述其它桩的二次入桩深度为h22；

其中，所述第一判定条件为所述其它桩的一次入桩深度小于等于0.5倍的其它桩桩身长度，所述第二判定条件为所述其它桩的一次入桩深度大于0.5倍的其它桩桩身长度；

其中，在所述第一判定条件、所述第二判定条件下获取的所述其它桩的二次入桩深度通过其它桩的一次入桩深度确定。

5.根据权利要求4所述的基于液压振动锤的智能打桩系统，其特征在于，所述调节模块根据各桩体的单次入桩深度对所述激振器的激振力进行调节，其中，

所述调节模块在第一单次入桩深度条件下获取所述激振器的激振力为第一激振力；

所述调节模块在第二单次入桩深度条件下获取所述激振器的激振力为第二激振力；

其中，所述第一单次入桩深度条件为单次入桩深度小于等于2/3倍的桩身长度，所述第二单次入桩深度条件为单次入桩深度大于2/3倍的桩身长度；

其中，在所述第一单次入桩深度条件、所述第二单次入桩深度条件下获取的所述激振器的激振力通过各桩体的单次入桩深度确定。