CN117032149A - 一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统 - Google Patents

一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统包括溶洞分类处理模块、流程管理模块、操作控制模块和实时监测模块，所述溶洞分类处理模块用于对打桩过程遇到的溶洞进行检测以及分类，所述流程管理模块根据不同的溶洞分类实施不同的处理流程，所述操作控制模块用于执行具体的处理步骤，所述实时监测模块用于对每个处理步骤的实施情况进行监测；本系统能够对检测的溶洞进行分类，针对不同的溶洞采用不同的流程方案控制打桩过程，实现安全可靠的打桩效果。

Description

一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，具体涉及一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统。
背景技术
打桩是一种常见的土木工程施工技术，广泛应用于建筑、桥梁、码头、基础工程等领域，它的主要目的是通过将桩体嵌入地下，以达到加固地基、支撑结构、分散荷载、提高土体承载力等目的，但在打桩过程中如果遇到溶洞，将会对打桩的过程和效果产生影响，严重的甚至会影响整个工程的安全问题，因此，需要一种系统在遇到溶洞时对打桩的过程进行控制管理。
背景技术的前述论述仅意图便于理解本发明。此论述并不认可或承认提及的材料中的任一种公共常识的一部分。
现在已经开发出了很多打桩控制系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的控制系统有如公开号为CN111538282B所公开的系统，这些系统方法一般包括：根据第j根桩的第m次锤击前的所述桩被锤击后入泥的实际深度，计算得到第j根桩的第m次锤击前，所述桩累计入泥的深度；通过多元线性回归方程模型，拟合所述桩处于任一深度时，第j根桩的第m次锤击达到任一目标入泥深度所受打桩阻力之间的数学关系；根据计算得到的所述桩累计入泥的深度和所述桩处于一深度时，第j根桩的第m次锤击达到一目标入泥深度与打桩阻力之间的数学关系，预测第j根桩的第m次锤击达到所述目标入泥深度时，所需要的锤击能量的预估值。但该系统只适用于普通的工程打桩作业，不适用于遇到溶洞情况时的打桩作业。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统。
本发明采用如下技术方案：
一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，包括溶洞分类处理模块、流程管理模块、操作控制模块和实时监测模块；
所述溶洞分类处理模块用于对打桩过程遇到的溶洞进行检测以及分类，所述流程管理模块根据不同的溶洞分类实施不同的处理流程，所述操作控制模块用于执行具体的处理步骤，所述实时监测模块用于对每个处理步骤的实施情况进行监测；
所述溶洞分类处理模块包括洞高检测单元、填充检测单元、漏水检测单元和分类启动单元，所述洞高检测单元用于对溶洞的洞高进行检测，所述填充检测单元用于对溶洞的填充性质进行检测，所述漏水检测单元用于对溶洞的漏水性质进行检测，所述分类启动单元基于检测结果对溶洞进行分类并向所述流程管理模块发送启动指令；
所述流程管理模块包括流程存储单元、控制管理单元和信息传输单元，所述流程存储单元用于保存每类溶洞的处理方案流程数据，所述控制管理单元用于选择一个处理方案并对流程的实施进行管理控制，所述信息传输单元用于接收和发送数据；
所述操作控制模块包括钻孔单元、抛填单元、冲孔单元和浇灌单元，所述钻孔单元用于执行钻孔指令，所述抛填单元用于执行抛填指令，所述冲孔单元用于执行冲孔指令，所述浇灌单元用于执行浇灌指令；
所述实时监测模块浆面监测单元、孔洞监测单元和成孔监测单元，所述浆面监测单元用于监测泥浆液面的变化情况，所述孔洞监测单元用于监测孔洞与溶洞顶板的距离值，所述成孔监测单元用于监测是否形成孔洞；
进一步的，所述控制管理单元包括方案寄存器、指令解析处理器和反馈触发控制处理器，所述方案寄存器用于从所述流程存储单元中获取对应的处理方案数据并保存，所述指令解析处理器用于对处理方案数据进行解析并生成指令，所述反馈触发控制处理器用于接收反馈信息并触发发送对应的指令，所述指令解析处理器生成的指令包括钻孔指令、抛填指令、冲孔指令和浇灌指令，所述钻孔指令用于控制旋挖机钻孔，所述抛填指令用于控制抛填粘土片石，所述冲孔指令用于控制冲孔桩机冲孔，所述浇灌指令用于控制在孔洞中浇灌混凝土；
进一步的，所述浆面监测单元包括液面检测处理器和变化计算处理器，所述液面检测处理器用于直接测量泥浆液面与钻头的相对位置并采集补浆速度，所述变化计算处理器根据下式判断浆面是否稳定或者浆面下降速度是否远小于补浆速度：
；
其中，为浆面的相对位置在1秒内的变化值，S为孔洞的横截面面积，Vmax为最大补浆速度，/>为判断阈值；
当判断值P小于等于0时，表示浆面稳定或者浆面下降速度远小于补浆速度；
进一步的，所述钻孔单元包括钻孔执行处理器、转速计算处理器和补浆计算处理器，所述转速计算处理器根据下式计算出钻头的转速n：
；
其中，为最小转速，D为孔洞与溶洞顶板的距离值；
若转速n大于钻头的最大转速，则将n设置为/>；
所述补浆计算处理器根据下式计算出补浆速度V：
；
其中，为补正距离值；
当V为负值时，不补浆，当V大于Vmax时，将V设置为；
进一步的，所述冲孔单元包括冲孔执行处理器、速度计算处理器和频率计算处理器，所述速度计算处理器根据下式计算出冲孔的速度值su：
；
其中，为能够提供的最大冲孔速度；
所述频率计算处理器根据下式计算出冲孔的频率值f：
；
其中，为能够提供的最大冲孔频率；
所述冲孔执行处理器实时接收并执行冲孔速度su和频率值f。
本发明所取得的有益效果是：
本系统先对遇到的溶洞进行检测，确定溶洞的分类并获取对应的流程方案实施，在每个步骤具体实施过程中，对实施情况进行监测，并根据监测结果调整实施过程中的具体参数，使整个打桩过程更加安全可靠，降低溶洞对打桩的影响。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明整体结构框架示意图；
图2为本发明溶洞分类处理模块构成示意图；
图3为本发明流程管理模块构成示意图；
图4为本发明控制管理单元构成示意图；
图5为本发明浆面监测单元构成示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一:本实施例提供了一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，结合图1，包括溶洞分类处理模块、流程管理模块、操作控制模块和实时监测模块；
所述溶洞分类处理模块用于对打桩过程遇到的溶洞进行检测以及分类，所述流程管理模块根据不同的溶洞分类实施不同的处理流程，所述操作控制模块用于执行具体的处理步骤，所述实时监测模块用于对每个处理步骤的实施情况进行监测；
所述溶洞分类处理模块包括洞高检测单元、填充检测单元、漏水检测单元和分类启动单元，所述洞高检测单元用于对溶洞的洞高进行检测，所述填充检测单元用于对溶洞的填充性质进行检测，所述漏水检测单元用于对溶洞的漏水性质进行检测，所述分类启动单元基于检测结果对溶洞进行分类并向所述流程管理模块发送启动指令；
所述流程管理模块包括流程存储单元、控制管理单元和信息传输单元，所述流程存储单元用于保存每类溶洞的处理方案流程数据，所述控制管理单元用于选择一个处理方案并对流程的实施进行管理控制，所述信息传输单元用于接收和发送数据；
所述操作控制模块包括钻孔单元、抛填单元、冲孔单元和浇灌单元，所述钻孔单元用于执行钻孔指令，所述抛填单元用于执行抛填指令，所述冲孔单元用于执行冲孔指令，所述浇灌单元用于执行浇灌指令；
所述实时监测模块浆面监测单元、孔洞监测单元和成孔监测单元，所述浆面监测单元用于监测泥浆液面的变化情况，所述孔洞监测单元用于监测孔洞与溶洞顶板的距离值，所述成孔监测单元用于监测是否形成孔洞；
所述控制管理单元包括方案寄存器、指令解析处理器和反馈触发控制处理器，所述方案寄存器用于从所述流程存储单元中获取对应的处理方案数据并保存，所述指令解析处理器用于对处理方案数据进行解析并生成指令，所述反馈触发控制处理器用于接收反馈信息并触发发送对应的指令，所述指令解析处理器生成的指令包括钻孔指令、抛填指令、冲孔指令和浇灌指令，所述钻孔指令用于控制旋挖机钻孔，所述抛填指令用于控制抛填粘土片石，所述冲孔指令用于控制冲孔桩机冲孔，所述浇灌指令用于控制在孔洞中浇灌混凝土；
所述浆面监测单元包括液面检测处理器和变化计算处理器，所述液面检测处理器用于直接测量泥浆液面与钻头的相对位置并采集补浆速度，所述变化计算处理器根据下式判断浆面是否稳定或者浆面下降速度是否远小于补浆速度：
；
其中，为浆面的相对位置在1秒内的变化值，S为孔洞的横截面面积，Vmax为最大补浆速度，/>为判断阈值；
当判断值P小于等于0时，表示浆面稳定或者浆面下降速度远小于补浆速度；
所述钻孔单元包括钻孔执行处理器、转速计算处理器和补浆计算处理器，所述转速计算处理器根据下式计算出钻头的转速n：
；
其中，为最小转速，D为孔洞与溶洞顶板的距离值；
若转速n大于钻头的最大转速，则将n设置为/>；
所述补浆计算处理器根据下式计算出补浆速度V：
；
其中，为补正距离值；
当V为负值时，不补浆，当V大于Vmax时，将V设置为；
所述冲孔单元包括冲孔执行处理器、速度计算处理器和频率计算处理器，所述速度计算处理器根据下式计算出冲孔的速度值su：
；
其中，为能够提供的最大冲孔速度；
所述频率计算处理器根据下式计算出冲孔的频率值f：
；
其中，为能够提供的最大冲孔频率；
所述冲孔执行处理器实时接收并执行冲孔速度su和频率值f。
实施例二:本实施例包含了实施例一中的全部内容，提供了一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，包括溶洞分类处理模块、流程管理模块、操作控制模块和实时监测模块；
所述溶洞分类处理模块用于对打桩过程遇到的溶洞进行检测以及分类，所述流程管理模块根据不同的溶洞分类实施不同的处理流程，所述操作控制模块用于执行具体的处理步骤，所述实时监测模块用于对每个处理步骤的实施情况进行监测；
结合图2，所述溶洞分类处理模块包括洞高检测单元、填充检测单元、漏水检测单元和分类启动单元，所述洞高检测单元用于对溶洞的洞高进行检测，所述填充检测单元用于对溶洞的填充性质进行检测，所述漏水检测单元用于对溶洞的漏水性质进行检测，所述分类启动单元基于检测结果对溶洞进行分类并向所述流程管理模块发送启动指令；
所述分类启动单元根据下述分类规则将溶洞分为三类：
A类溶洞：填充性质为全填充且不漏水；
B类溶洞：溶洞高度小于8米，半填充或不填充，漏水；
C类溶洞：溶洞高度大于8米，半填充或不填充，漏水；
结合图3，所述流程管理模块包括流程存储单元、控制管理单元和信息传输单元，所述流程存储单元用于保存每类溶洞的处理方案流程数据，所述控制管理单元用于选择一个处理方案并对流程的实施进行管理控制，所述信息传输单元用于接收和发送数据；
A类溶洞的处理方案流程包括如下步骤：
S1、旋挖机钻孔，若成孔则进入步骤S4，若不成孔则进入步骤S2；
S2、抛填粘土片石后旋挖机钻孔，若成孔则进入步骤S4，若不成孔则进入步骤S3；
S3、抛填粘土片石后冲孔桩机冲孔，若成孔则进入步骤S4，若不成孔则重复步骤S3；
S4、浇灌成柱；
B类溶洞的处理方案流程包括如下步骤：
S21、旋挖机钻孔，若泥浆液面稳定或者下降速度远小于补浆速度，进入步骤S22，否则进入步骤S23；
S22、抛填粘土片石后旋挖机钻孔，若成孔则进入步骤S24，若不成孔则进入步骤S23；
S23、抛填粘土片石后冲孔桩机冲孔，若成孔则进入步骤S24，若不成孔则重复步骤S23；
S24、浇灌成柱；
C类溶洞的处理方案流程包括如下步骤：
S31、旋挖机引孔至溶洞顶板以上2米；
S32、冲孔桩机冲孔；
S33、抛填粘土片石后冲孔桩机冲孔，若成孔则进入步骤S34，若不成孔则重复步骤S33；
S34、浇灌成柱；
结合图4，所述控制管理单元包括方案寄存器、指令解析处理器和反馈触发控制处理器，所述方案寄存器用于从所述流程存储单元中获取对应的处理方案数据并保存，所述指令解析处理器用于对处理方案数据进行解析并生成指令，所述反馈触发控制处理器用于接收反馈信息并触发发送对应的指令；
所述指令解析处理器生成的指令包括钻孔指令、抛填指令、冲孔指令和浇灌指令，所述钻孔指令用于控制旋挖机钻孔，所述抛填指令用于控制抛填粘土片石，所述冲孔指令用于控制冲孔桩机冲孔，所述浇灌指令用于控制在孔洞中浇灌混凝土；
所述操作控制模块包括钻孔单元、抛填单元、冲孔单元和浇灌单元，所述钻孔单元用于执行钻孔指令，所述抛填单元用于执行抛填指令，所述冲孔单元用于执行冲孔指令，所述浇灌单元用于执行浇灌指令；
所述实时监测模块浆面监测单元、孔洞监测单元和成孔监测单元，所述浆面监测单元用于监测泥浆液面的变化情况，所述孔洞监测单元用于监测孔洞与溶洞顶板的距离值，所述成孔监测单元用于监测是否形成孔洞；
结合图5，所述浆面监测单元包括液面检测处理器和变化计算处理器，所述液面检测处理器用于直接测量泥浆液面与钻头的相对位置并采集补浆速度，所述变化计算处理器根据下式判断浆面是否稳定或者浆面下降速度是否远小于补浆速度：
；
其中，为浆面的相对位置在1秒内的变化值，S为孔洞的横截面面积，Vmax为最大补浆速度，/>为判断阈值；
当判断值P小于等于0时，表示浆面稳定或者浆面下降速度远小于补浆速度；
所述钻孔单元包括钻孔执行处理器、转速计算处理器和补浆计算处理器，所述转速计算处理器根据下式计算出钻头的转速n：
；
其中，为最小转速，D为孔洞与溶洞顶板的距离值；
若转速n大于钻头的最大转速，则将n设置为/>；
所述补浆计算处理器根据下式计算出补浆速度V：
；
其中，为补正距离值；
当V为负值时，不补浆，当V大于Vmax时，将V设置为；
所述钻孔执行处理器实时接收并执行转速n和补浆速度V；
所述冲孔单元包括冲孔执行处理器、速度计算处理器和频率计算处理器，所述速度计算处理器根据下式计算出冲孔的速度值su：
；
其中，为能够提供的最大冲孔速度；
所述频率计算处理器根据下式计算出冲孔的频率值f：
；
其中，为能够提供的最大冲孔频率；
所述冲孔执行处理器实时接收并执行冲孔速度su和频率值f；
所述反馈触发控制处理器接收所述实时监测模块的判断值P、距离D以及是否成孔的信息并在满足对应要求时发送下一个指令给所述操作控制模块，所述操作控制模块接收所述实时监测模块的和D并进行对应的计算处理来实时调整参数。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。

Claims (5)

1.一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，其特征在于，包括溶洞分类处理模块、流程管理模块、操作控制模块和实时监测模块；
所述溶洞分类处理模块用于对打桩过程遇到的溶洞进行检测以及分类，所述流程管理模块根据不同的溶洞分类实施不同的处理流程，所述操作控制模块用于执行具体的处理步骤，所述实时监测模块用于对每个处理步骤的实施情况进行监测；
所述溶洞分类处理模块包括洞高检测单元、填充检测单元、漏水检测单元和分类启动单元，所述洞高检测单元用于对溶洞的洞高进行检测，所述填充检测单元用于对溶洞的填充性质进行检测，所述漏水检测单元用于对溶洞的漏水性质进行检测，所述分类启动单元基于检测结果对溶洞进行分类并向所述流程管理模块发送启动指令；
所述流程管理模块包括流程存储单元、控制管理单元和信息传输单元，所述流程存储单元用于保存每类溶洞的处理方案流程数据，所述控制管理单元用于选择一个处理方案并对流程的实施进行管理控制，所述信息传输单元用于接收和发送数据；
所述操作控制模块包括钻孔单元、抛填单元、冲孔单元和浇灌单元，所述钻孔单元用于执行钻孔指令，所述抛填单元用于执行抛填指令，所述冲孔单元用于执行冲孔指令，所述浇灌单元用于执行浇灌指令；
所述实时监测模块浆面监测单元、孔洞监测单元和成孔监测单元，所述浆面监测单元用于监测泥浆液面的变化情况，所述孔洞监测单元用于监测孔洞与溶洞顶板的距离值，所述成孔监测单元用于监测是否形成孔洞。
2.如权利要求1所述的一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，其特征在于，所述控制管理单元包括方案寄存器、指令解析处理器和反馈触发控制处理器，所述方案寄存器用于从所述流程存储单元中获取对应的处理方案数据并保存，所述指令解析处理器用于对处理方案数据进行解析并生成指令，所述反馈触发控制处理器用于接收反馈信息并触发发送对应的指令，所述指令解析处理器生成的指令包括钻孔指令、抛填指令、冲孔指令和浇灌指令，所述钻孔指令用于控制旋挖机钻孔，所述抛填指令用于控制抛填粘土片石，所述冲孔指令用于控制冲孔桩机冲孔，所述浇灌指令用于控制在孔洞中浇灌混凝土。
3.如权利要求2所述的一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，其特征在于，所述浆面监测单元包括液面检测处理器和变化计算处理器，所述液面检测处理器用于直接测量泥浆液面与钻头的相对位置并采集补浆速度，所述变化计算处理器根据下式判断浆面是否稳定或者浆面下降速度是否远小于补浆速度：
；
其中，为浆面的相对位置在1秒内的变化值，S为孔洞的横截面面积，Vmax为最大补浆速度，/>为判断阈值；
当判断值P小于等于0时，表示浆面稳定或者浆面下降速度远小于补浆速度。
4.如权利要求3所述的一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，其特征在于，所述钻孔单元包括钻孔执行处理器、转速计算处理器和补浆计算处理器，所述转速计算处理器根据下式计算出钻头的转速n：
；
其中，为最小转速，D为孔洞与溶洞顶板的距离值；
若转速n大于钻头的最大转速，则将n设置为/>；
所述补浆计算处理器根据下式计算出补浆速度V：
；
其中，为补正距离值；
当V为负值时，不补浆，当V大于Vmax时，将V设置为。
5.如权利要求4所述的一种应用于打桩过程的溶洞处理控制系统，其特征在于，所述冲孔单元包括冲孔执行处理器、速度计算处理器和频率计算处理器，所述速度计算处理器根据下式计算出冲孔的速度值su：
；
其中，为能够提供的最大冲孔速度；
所述频率计算处理器根据下式计算出冲孔的频率值f：
；
其中，为能够提供的最大冲孔频率；
所述冲孔执行处理器实时接收并执行冲孔速度su和频率值f。
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