CN116397635A - 一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法，适用于水泥搅拌桩施工领域，本发明包含一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统，该系统包含传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块、数据处理模块和显示模块，本发明还包含一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统应用方法，主要步骤为控制系统的搭建、传感器的安装、启动系统、计算控制指令、执行施工步骤、数据的处理分析与执行、安全保障和施工完成；本发明提出的一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法具有提高施工效率和质量、减少环境影响和人工成本、提高安全性和符合可持续发展的优势，可广泛的应用于水泥搅拌桩施工领域。
Description
技术领域
本发明是一种水泥搅拌桩自动控制系统，尤其涉及一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法。
背景技术
深层水泥搅拌桩是一种地基处理技术，通过将水泥浆注入到土壤中形成混合土体，以提高地基的承载力和抗侧移能力。传统的深层水泥搅拌桩施工需要大量人力、物力和时间成本，并且存在施工质量难以保证等问题。因此，开发一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统，实现全程自动化施工和施工质量的可控性和稳定性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法，具有提高施工效率和质量、减少环境影响和人工成本、提高安全性和符合可持续发展的优势。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种自动化深层搅拌桩施工控制系统的应用方法，其特征在于，主要包含以下步骤：
S101，控制系统的搭建：所述控制系统的搭建，包括将传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块和显示模块按照设计要求进行安装和连接，组成完整的施工控制系统；
S102，传感器的安装：所述传感器的安装，包括按照设计要求将传感器安装在预定的位置，所述传感器包括但不限于压力传感器、温度传感器、湿度传感器、速度传感器、位移传感器；
S103，启动系统：所述启动系统，包括启动控制系统，数据采集模块对数据进行采集，并传输到控制算法模块；
S104，计算控制指令：包括控制算法模块根据获得的数据和预设的施工参数和步骤，实时输出指令到执行模块；
S105，执行施工步骤：包括执行模块收到指令，精准的控制水泥搅拌桩的施工过程；
S106，数据的处理分析与执行：所述数据处理分析与执行，包括在施工过程中，传感器模块不断的采集数据通过数据采集模块传输至控制算法模块，控制算法模块设有施工指令计算模型，所述施工指令计算模型根据历史施工数据计算出指令传输至执行模块，执行模块根据收到的指令不断对施工参数进行调整，以实现全流程施工的自动化和智能化；
所述数据处理分析与执行，还包括所述施工指令计算模型训练步骤为：a)收集历史施工数据，并根据历史施工数据选择专家评估法给出下一步施工措施，最终构成数据集，所述下一步施工措施以代码A、B1、B2、C1、C2、D1、D2和E表示，所述代码A表示不变更参数继续施工，所述代码B1表示增加钻进速度，所述代码B2表示减少钻进速度，所述代码C1表示增加提升速度，所述代码C2表示减少提升速度，所述代码D1表示增加送料速度，所述代码D2表示减少送料速度，所述代表E表示其他原因停止施工，所述数据集按照7比3的比例分为训练集和测试集，b)确定BP神经网络的相关参数，所述确定BP神经网络的相关参数包括确定分为3层分别为输入层、隐藏层和输出层，所述输入层包含7个神经元，所述隐藏层包含5个神经元，所述输出层包含1个神经元，c)数据转化，将施工数据转化为BP神经网络的输入向量，将对应的下一步施工措施转化为输出向量，所述施工数据根据数据采集模块采集的数据分析获得，所述施工数据为施工时间、钻杆行进方向、钻杆入土深度、地面标高、设计桩顶标高、设计桩底标高、钻杆速度旋转速度，d)初始化BP神经网络的权阈值，e)基于训练集数据对BP神经网络进行训练，满足预定的收敛条件或者迭代次数输出训练后模型，f)采用测试集数据对训练后模型进行评价，符合要求即输出训练好模型，否则返回步骤d继续执行；
S107，安全保障：所述安全保障，包括所述执行模块中设置有安全监测程序，在发现存在安全隐患时输出通知停止指令，执行模块收到停止指令立即停止施工并报警；
S108，施工完成：所述施工完成，根据控制算法模块根据预设的施工参数和传感器采集到的信息，判定传感器模块反馈的信息满足预设施工参数的要求输出施工完成指令，执行模块收到施工完成指令立即停止施工并通过显示模块显示施工完成信息。
本发明该包含一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统，其特征在于，包括传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块、数据处理模块和显示模块。
本发明的有益效果是:
相对于现有技术，本发明为一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法，具有提高施工效率和质量、减少环境影响和人工成本、提高安全性和符合可持续发展的优势。
附图说明
图1：为本发明的一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统应用方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，相对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明提出一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统应用方法流程图，该流程图包括内容如下。
S101，控制系统的搭建：所述控制系统的搭建，包括将传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块和显示模块按照设计要求进行安装和连接，组成完整的施工控制系统；
S102，传感器的安装：所述传感器的安装，包括按照设计要求将传感器安装在预定的位置，所述传感器包括但不限于压力传感器、温度传感器、湿度传感器、速度传感器、位移传感器；
S103，启动系统：所述启动系统，包括启动控制系统，数据采集模块对数据进行采集，并传输到控制算法模块；
S104，计算控制指令：包括控制算法模块根据获得的数据和预设的施工参数和步骤，实时输出指令到执行模块；
S105，执行施工步骤：包括执行模块收到指令，精准的控制水泥搅拌桩的施工过程；
S106，数据的处理分析与执行：所述数据处理分析与执行，包括在施工过程中，传感器模块不断的采集数据通过数据采集模块传输至控制算法模块，控制算法模块设有施工指令计算模型，所述施工指令计算模型根据历史施工数据计算出指令传输至执行模块，执行模块根据收到的指令不断对施工参数进行调整，以实现全流程施工的自动化和智能化；
所述数据处理分析与执行，还包括所述施工指令计算模型训练步骤为：a)收集历史施工数据，并根据历史施工数据选择专家评估法给出下一步施工措施，最终构成数据集，所述下一步施工措施以代码A、B1、B2、C1、C2、D1、D2和E表示，所述代码A表示不变更参数继续施工，所述代码B1表示增加钻进速度，所述代码B2表示减少钻进速度，所述代码C1表示增加提升速度，所述代码C2表示减少提升速度，所述代码D1表示增加送料速度，所述代码D2表示减少送料速度，所述代表E表示其他原因停止施工，所述数据集按照7比3的比例分为训练集和测试集，b)确定BP神经网络的相关参数，所述确定BP神经网络的相关参数包括确定分为3层分别为输入层、隐藏层和输出层，所述输入层包含7个神经元，所述隐藏层包含5个神经元，所述输出层包含1个神经元，c)数据转化，将施工数据转化为BP神经网络的输入向量，将对应的下一步施工措施转化为输出向量，所述施工数据根据数据采集模块采集的数据分析获得，所述施工数据为施工时间、钻杆行进方向、钻杆入土深度、地面标高、设计桩顶标高、设计桩底标高、钻杆速度旋转速度，d)初始化BP神经网络的权阈值，e)基于训练集数据对BP神经网络进行训练，满足预定的收敛条件或者迭代次数输出训练后模型，f)采用测试集数据对训练后模型进行评价，符合要求即输出训练好模型，否则返回步骤d继续执行；
S107，安全保障：所述安全保障，包括所述执行模块中设置有安全监测程序，在发现存在安全隐患时输出通知停止指令，执行模块收到停止指令立即停止施工并报警；
S108，施工完成：所述施工完成，根据控制算法模块根据预设的施工参数和传感器采集到的信息，判定传感器模块反馈的信息满足预设施工参数的要求输出施工完成指令，执行模块收到施工完成指令立即停止施工并通过显示模块显示施工完成信息。
本发明该包含一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统，其特征在于，包括传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块、数据处理模块和显示模块。
在上述实施例中，本发明公开了一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法，该发明包含一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统，该系统包含传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块、数据处理模块和显示模块，该发明还包含一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统应用方法，主要步骤为控制系统的搭建、传感器的安装、启动系统、计算控制指令、执行施工步骤、数据的处理分析与执行、安全保障和施工完成；该发明提出的一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法具有提高施工效率和质量、减少环境影响和人工成本、提高安全性和符合可持续发展的优势，可广泛的应用于水泥搅拌桩施工领域。
以下为本实施例的具体应用案例：
项目名称为：中国交建马来西亚东海岸铁路项目第四分部。
项目概况为：该项目建设在马来西亚境内，线路总长77km，其中桥梁11.055km、隧道2.126km、路基63.819km。线路主要跨越地貌包括山地、河流、现有道路、沟渠水利设施、丘陵、棕榈园、种植园，以及天然树林。沿线存在大量软基地段，分部范围内路基大部分需要进行软基处理。软基处理形式主要有挖除换填、PVD堆载排水固结、PHC管桩、水泥搅拌桩；该项目水泥搅拌桩主要设计在里程CH183+500-CH231+500，水泥搅拌桩桩径800mm。
项目的地质情况为典型东部滨海带，地表植被茂盛，沿线海拔最低点约为1.5m。线路主要跨越地貌包括山地、河流、现有道路、沟渠水利设施、丘陵、棕榈园、种植园，以及天然树林；线路CH154+500～CH163+400主要跨越山地、河流、种植园、天然树林、既有道路、少量居民区，以及部分水稻田；线路CH163+400～CH198+400主要跨越山地、丘陵地带、棕榈种植园、天然树林等；线路CH198+400～CH231+500主要跨越山地、河流、种植园、天然树林、既有道路、居民区等；详勘地质揭露，分部起点CH154+500-CH198+677D段，软弱地层厚度小于10m，局部钻孔揭露软土厚度大于10m(CH158+295.42软弱地层11.1m，CH186+873和CH194+675软弱地层13.5m，CH194+098软弱地层11.5m)，软弱地层较厚的亦主要集中在CH204+501.25-CH209+801.53和CH217+211.55-CH222+377.33，地质以松散中细砂层为主，厚度10m-20m，局部超25m。覆盖层地质以表层根植土、松散砂层、粘土为主，厚达不匀，基岩有泥岩、泥砂岩、花岗岩。
在该项目采用本发明提出的一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法，首先划定里程CH183+500-CH183+600区域为试验区域，采用该发明提出的一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法进行试验水泥搅拌桩的施作，试验桩桩径为800mm，桩长为10m～13.8m，施工完成后28d进行搅拌桩钻芯检验和单桩载荷试验以评价使用本发明提出的一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统及其应用方法施作的水泥搅拌桩的成桩质量。
检测结果如下表所述，
单桩载荷试验检测结果表如下：
| 桩号 | 2# | 25# | 37# |
| 单桩载荷试验结果(KN) | ≥500 | ≥500 | ≥500 |
| 单桩承载力设计值(KN) | 250 | 250 | 250 |
搅拌桩钻芯取样抗压强度代表值检测结果表如下：
以上所述为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种自动化深层搅拌桩施工控制系统的应用方法，其特征在于，主要包含以下步骤：
1)控制系统的搭建；
2)传感器的安装；
3)启动系统；
4)计算控制指令；
5)执行施工步骤；
6)数据的处理分析与执行；
7)安全保障；
8)施工完成；
所述控制系统的搭建，包括将传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块和显示模块按照设计要求进行安装和连接，组成完整的施工控制系统；
所述传感器的安装，包括按照设计要求将传感器安装在预定的位置，所述传感器包括但不限于压力传感器、温度传感器、湿度传感器、速度传感器、位移传感器；
所述启动系统，包括启动控制系统，数据采集模块对数据进行采集，并传输到控制算法模块；
所述计算控制指令，包括控制算法模块根据获得的数据和预设的施工参数和步骤，实时输出指令到执行模块；
所述执行施工步骤，包括执行模块收到指令，精准的控制水泥搅拌桩的施工过程；
所述数据处理分析与执行，包括在施工过程中，传感器模块不断的采集数据通过数据采集模块传输至控制算法模块，控制算法模块设有施工指令计算模型，所述施工指令计算模型根据历史施工数据计算出指令传输至执行模块，执行模块根据收到的指令不断对施工参数进行调整，以实现全流程施工的自动化和智能化；
所述数据处理分析与执行，还包括所述施工指令计算模型训练步骤为：a)收集历史施工数据，并根据历史施工数据选择专家评估法给出下一步施工措施，最终构成数据集，所述下一步施工措施以代码A、B1、B2、C1、C2、D1、D2和E表示，所述代码A表示不变更参数继续施工，所述代码B1表示增加钻进速度，所述代码B2表示减少钻进速度，所述代码C1表示增加提升速度，所述代码C2表示减少提升速度，所述代码D1表示增加送料速度，所述代码D2表示减少送料速度，所述代表E表示其他原因停止施工，所述数据集按照7比3的比例分为训练集和测试集，b)确定BP神经网络的相关参数，所述确定BP神经网络的相关参数包括确定分为3层分别为输入层、隐藏层和输出层，所述输入层包含7个神经元，所述隐藏层包含5个神经元，所述输出层包含1个神经元，c)数据转化，将施工数据转化为BP神经网络的输入向量，将对应的下一步施工措施转化为输出向量，所述施工数据根据数据采集模块采集的数据分析获得，所述施工数据为施工时间、钻杆行进方向、钻杆入土深度、地面标高、设计桩顶标高、设计桩底标高、钻杆速度旋转速度，d)初始化BP神经网络的权阈值，e)基于训练集数据对BP神经网络进行训练，满足预定的收敛条件或者迭代次数输出训练后模型，f)采用测试集数据对训练后模型进行评价，符合要求即输出训练好模型，否则返回步骤d继续执行；
所述安全保障，包括所述执行模块中设置有安全监测程序，在发现存在安全隐患时输出通知停止指令，执行模块收到停止指令立即停止施工并报警；
所述施工完成，根据控制算法模块根据预设的施工参数和传感器采集到的信息，判定传感器模块反馈的信息满足预设施工参数的要求输出施工完成指令，执行模块收到施工完成指令立即停止施工并通过显示模块显示施工完成信息。
2.一种自动化深层水泥搅拌桩施工控制系统，其特征在于，包括传感器模块、数据采集模块、控制算法模块、执行模块、数据处理模块和显示模块。
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|---|---|---|---|---|
| CN117090206A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-21 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种水泥搅拌桩施工智能控制系统及控制方法 |
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| CN117090206A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-21 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种水泥搅拌桩施工智能控制系统及控制方法 |
| CN117090206B (zh) * | 2023-10-19 | 2024-01-26 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种水泥搅拌桩施工智能控制系统及控制方法 |
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