CN203475436U - 灌注桩混凝土浇注控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水泥建筑领域，旨在提供一种灌注桩混凝土浇注控制系统，该系统包括灌注水泥用的导管和连接导管的提升装置，提升装置是通过电机运转，带动缆绳提升导管的上升，所述导管底部在一定高度位置上设置有压力感应器，通过在高度位置上感应压力差并转化为信号输送至外部的控制主机中处理，进而控制电机提升导管的时间和速度。本实用新型通过对桩基混凝土浇注过程进行质量控制，能显著提高浇注质量，让“良心活”变成可时时监督控制的“透明活”，把施工挪入标准化、规范化的轨道，并可节省大量的材料费用。

Description

灌注桩混凝土浇注控制系统

技术领域

本实用新型涉及水泥建筑领域，更具体地说，是一种灌注桩混凝土浇注控制系统。

背景技术

钻孔灌注桩因能将上部的荷载传递到深层稳定的土层或岩石上，从而减少基础的沉降和建筑物的不均匀沉降，因此被广泛用于高层建筑、重型厂房、桥梁、港口、码头和水利工程中。在这些工程中，由于对基础要求高，因此基础质量的好坏将直接影响到上部结构的使用安全。

目前国内灌注桩混凝土浇注（多数情况下是在水下浇注）的施工通常采用导管法进行施工，其原理是在一定的落差压力作用下,将混凝土拌和物通过密封连接的钢管（或强度较高的硬质非金属管）入口，进入到初期灌注的混凝土下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆或水上升，形成连续密实的混凝土桩身。

灌注桩是属于隐蔽工程，影响灌注桩施工质量的因素很多，水下浇注混凝土施工是灌注桩质量控制中最重要的一个环节。导管法施工技术要求非常严格，浇注过程中，应及时掌握孔内混凝土面上升的高度及导管插入深度，测定每个混凝土面位置应取两个以上的测点，测绳受拉伸、湿度等因素影响，所标长度变化较大，须经常校正。浇注混凝土必须连续进行，否则先浇灌进去的混凝土达到初凝，将阻止后浇灌的混凝土从导管中流出。施工中，混凝土浇注速度应尽可能地快一些，终止浇注混凝土前，须确定混凝土面真实高度，以见混凝土中粗骨料为准。

如上所说，要浇注高质量的桩基，对混凝土浇注过程进行质量控制非常重要，但是因为这个浇注过程是在地下或水面下完成的，目前使用的监测设备和手段非常简单粗放，只用测绳、目测或凭手感、音感来判定，料斗落下的混凝土的方量也是大概估计的，可以说目前，桩基浇注混凝土，特别是浇注水下混凝土的过程基本上是一个质量控制的盲点，处于非常粗放的状态之中，它给工程质量带来很大的不确定性，因此有业内人士形象地将桩基混凝土浇注比喻为“良心活”。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种灌注桩混凝土浇注控制系统，可以对桩基混凝土的浇注过程进行可视化或可知化的控制，使“良心活”变成可以时时监督控制的“透明活”。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种灌注桩混凝土浇注控制系统，包括灌注水泥用的导管和连接导管的提升装置，所述提升装置是通过电机运转，带动缆绳提升导管的上升，所述导管底部在一定高度位置上设置有压力感应器，通过在高度位置上感应压力差并转化为信号输送至外部的控制主机中处理，进而控制所述电机提升导管的时间和速度。

作为本实用新型的一种改进，所述压力感应器在导管的高度位置上分段地设置，输出压力信号。

作为本实用新型的一种改进，所述压力感应器在导管的等高圆周部分也有设置，作为备份。

作为本实用新型的一种改进，所述导管上设有混凝土流量计，可即时测出混凝土经料斗进入导管的流量数据，并转化为信号输送至所述控制主机中处理。

作为本实用新型的一种改进，所述缆绳上装有测距装置，可测出升降所述导管的长度距离，并转化为信号输送至所述控制主机中处理。

作为本实用新型的一种改进，所述控制主机设有显示装置，可即时模拟浇筑的状况，并提示浇筑的施工参数。

作为本实用新型的一种改进，所述控制主机设有输出装置，可将浇筑过程数据打印或加密输出。

作为本实用新型的一种改进，所述控制主机安装有卫星定位系统，可按要求将浇筑数据信息无线发送到相关监管单位。

本实用新型是应用一系列的感应技术，通过计算机系统软件集成处理，对桩基混凝土浇注过程进行质量控制，将整个操作过程形象地显示到操作界面，并对各个质量控制点的操作进行提示、警报、限制、禁止等动作；伴随着工程进展，这个程序能不断地记录下施工信息并加以处理，也不断地提供相应的信息来引导施工，最后将桩基浇注的结果打印出图形和数据报告，让施工、监理、业主等单位根据本报告，结合之前成孔、清孔、钢筋笼、沉渣等工序质量即可判定桩基质量，而无需再进行新的桩基检测。

通过本实用新型对桩基混凝土浇注过程进行质量控制，能显著提高浇注质量，让“良心活”变成可时时监督控制的“透明活”，把施工挪入标准化、规范化的轨道，并可节省大量的材料费用（主要是声测管及固定钢筋、检测费用）。

相比现有技术，本实用新型的有益效果具体表现为：

1、灌注桩混凝土浇筑（特别是水下混凝土浇筑由“暗箱操作”转为可视化，并且形象透明生动。

2、施工操作程序化、信息化、数据化。

3、严格控制导管的埋深，防止出现导管堵塞、提漏等工艺事故。

4、控制初灌量、浇筑速度、导管提升速度等，有效提高混凝土浇筑质量。

附图说明

图1为本实用新型灌注桩混凝土浇注控制系统的示意图。

图2为本实用新型具体实施例中的导管底部的放大图。

图3为本实用新型具体实施例中数据处理的示意图。

图4为本实用新型具体实施例中数值验证的相互关系图。

图5为本实用新型具体实施例中混凝土浇筑初始状态显示图。

图6为本实用新型具体实施例中混凝土浇筑状态过程显示图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

如图1所示，本实用新型在导管1的底部装有A、B、C、D.....等至少两组以上压力感应器，感应器通过有线或无线信号与控制主机相连，当导管1底部进入到桩基设计标高时，各压力感应器受到所处位置水、泥浆、渣沫、混凝土与泥浆混合物、流动混凝土等各种压力作用，产生压力信号，并把信号时时发送到控制主机4。

本实用新型在导管1的顶部与料斗6之间装有混凝土流量计5，能即时测出混凝土经料斗6进入导管1的流量数据，并将信号通过有线或无线发送到控制主机4。

本实用新型在控制导管1升降的缆绳3上装有测距装置7，能测出导管1升或降了多少高度，并将信号通过有线或无线发送到控制主机4。

本实用新型中控制主机4与控制导管1升降的电机2之间有线或无线连通，控制主机4信号能控制电机2工作，从而控制导管1的升降。

压力感应器A、B、C、D.....与控制主机4相连如采用有线的方式，则线缆8上带有刻度标尺，以便于测量距离。

本实用新型中控制主机4，根据灌注桩工程的设计要求，相关技术标准、工艺流程、相关计算、过往经验数据等内置一个控制程序，开始时在操作界面上输入如桩深、桩径、导管直径、钢筋笼深度、混凝土标号、塌落度等初始数据以及当班操作员、负责人、监理人员等管理信息，经确认后开始工作。控制主机4接收A、B、C、D、F、G等的信号，经控制程序处理后自动作出后续操作或操作提示，如初灌量、初灌后导管埋深、后续导管埋深、导管可提升高度、接近钢筋笼的位置、操作注意事项、灌注初始时间、根据灌注速度预计整桩灌注时间、根据预计时间提示操作进度、充盈率、浇注完成时间、浇注高度等，显示装置（屏幕）41可直观显示灌注桩浇注的工作进程、即时状态等。浇注完成后本桩的信息数据可打印43或加密44后数据读取，这个信息数据不能被更改，从而保证数据的权威性。

另外，控制主机4上可以有安装卫星定位系统42，将这个数据直接发送到互联网或相关主管、监督部门。

下面对本实用新型控制系统的一个具体实施例描述如下：

一、数据提取

1、压力传感器数据读取

如图2所示，本控制系统在导管底部沿径向安装有A1、A2、A3...等至少一个压力传感器，沿导管轴向间隔一段距离安装有B1、B2、B3..，C1、C2、C3...，D1、D2、D3....等至少两组压力传感器，当导管下到桩基底部浇注混凝土时，A、B、C、D各组传感器受到各自所处平面的压力作用，有水压力、泥浆压力、泥浆混凝土混合物压力、混凝土压力、侧壁产生的压力、混凝土流动产生的扰动、冲击力以及混凝土中不均匀块壮物产生的遮蔽、冲击等数十种力的作用，理想状态下P_A1=P_A2=P_A3..，P_B1=P_B2=P_B3...，P_C1=P_C2=P_C3...，即各自所处平面的压力是一致的，这种情况下导管径向只安装一只传感器即可。实际上，以上各力的作用都是即时变化的，所以在导管径向安装一组传感器，主机读取数据后，内置程序先剔除意外值（超出经验值范围的数值），然后程序求取A平面的即时压力平均值

同理 ${P^{-}}_B$ $={\mathrm{\Σ}}_1^n\mathrm{PB},{P^{-}}_C={\mathrm{\Σ}}_1^n\mathrm{PC},{P^{-}}_D={\mathrm{\Σ}}_1^n\mathrm{PD}.$

2、混凝土流量数据读取

本系统在导管的顶部或底部安装有混凝土流量计，能测出流经导管的即时流速υ，从而得到单位时间进入桩基的混凝土的体积Q`，则：

$Q^{`}=\frac{1}{4}\mathrm{K\πt\υ}{d}^2,$

式中K为充满系数，流量计安装在导管底部时为1，安装在导管顶部时根据程序经验值给出。

一段时间内进入桩基混凝土的体积为Q，则：

$Q={\∫}_{t0}^{t}f\left(Q^{\′}\right)=\frac{3.1416}{4}{\mathrm{Kd}}^2{\∫}_{t0}^{t}v,(t_0,t)$

式中：υ为即时测得值；t为时间变量

3、导管升降数据测量

在控制导管升降的缆绳上安装有同步测量仪，能够读取缆绳进退的数值M，进为正值，退为负值。

M₀为初始提升量

根据导管提升值M，可计算出可容入混凝土的体积

则：

式中：K为混凝土充盈系数，取1.3；

D为桩孔直径（m），d为导管内径（m）。

二、数据处理

本系统控制主机根据相关的施工规范和设计要求，内置有施工数据库和计算程序，当主机接收到压力传感器、混凝土流量计、缆绳升降数值（在缆绳张紧的情况下其数值等于导管升降数值）后，进行数据处理，这里压力传感器受到的作用力最多，干扰最多，主机程序先对数据进行取舍，然后再进行计算，如图3所示，只有当

时，为有效数值，其余作为变异数值剔除。

三、数值验证

1、根据导管提升量M，可计算出桩基相应空间内能够容纳的混凝土的体积

通过混凝土流量计可计算出已过去时间内通过导管进入桩基的混凝土的体积Q，有：

式中：K=1.1…1.3，为桩基混凝土充盈系数。

这两者可相互验证。

2、根据压力传感器的数值可计算出压力传感器所处的平面的位置

即：

式中h₀为桩基设计浇注顶面与水位液面的间的高度，为初设值。

ρ_w为水的密度；

ρ_u为泥浆密度；

ρ_h为泥浆与混凝土混合物的密度；

ρ_s为流动混凝土的密度；

由式中可知，对特定的桩基，ρ_w、ρ_u、ρ_h、ρ_s是不变的，所以：

变化，即A传感器所处平面位置发生变化，有：

理想状态下

即压力传感器测出的导管位置变化与缆绳进退牵引导管产生的位置变化可相互验证。相互关系如图4所示。

四、施工操作指示

本系统内置程序对接收到的传感器的数据进行处理，根据相关的施工规范和设计要求，结合内部数据库给出的经验值，对施工过程作出指示、指令、禁止等操作命令。

1、混凝土浇筑初始状态显示

施工、监理等单位确认后输入初始参数，桩号、桩深、桩径、导导管直径、混凝土标号、密度、钢筋笼长度、泥浆密度、施工责任人、监理责任人等；初始参数设定好之后，所有参数均显示在屏幕上，系统并自动附加GPS位置、时间等系统参数，如图5所示。

2、浇筑状态显示

显示混凝土浇注的即时状态和过程，已浇注高度、导管提升高度、已浇注混凝土方量、已浇筑混凝土充盈率、已浇筑桩基混凝土扩径缩径状态、即时浇筑速度、导管埋深、导管位置等施工状态，根据已浇筑量和浇筑速度模拟显示整体浇筑完成所需时间，如图6所示。

3、施工提示

1)提示初灌量；

2)提示导管埋深、提深；

3)提示导管底部出口距钢筋笼距离；

4)提示施工进度；

5)提示等待时间；

4、禁止操作

1)初灌量不足，禁止提升导管；

2)导管埋深不足，禁止提升导管；

五、数据保存和输出

本系统数据几乎包含了灌注桩混凝土浇筑过程中的所有信息、参数数据，在施工、监理、业主等单位对初始参数进行设定并共同确认开始操作后，这些数据以及系统程序计算产生的数据、过程参数都不能改动，但是可直接打印报告或者以加密文件形式输出。

六、GPS定位和无线通讯

本系统可安装卫星定位装置，用以准确定位桩基的位置。

本系统还可无线发射和接收装置，可将施工信息远程发送给相关质量管理单位，相关单位也可对施工现场进行监控。

最后，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其流程、技术内容所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种灌注桩混凝土浇注控制系统，包括灌注水泥用的导管（1）和连接导管（1）的提升装置，所述提升装置是通过电机（2）运转，带动缆绳（3）提升导管（1）的上升，其特征在于，所述导管（1）底部在一定高度位置上设置有压力感应器，通过在高度位置上感应压力差并转化为信号输送至外部的控制主机（4）中处理，进而控制所述电机（2）提升导管（1）的时间和速度。

2.根据权利要求1所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述压力感应器在导管（1）的高度位置上分段地设置，输出压力信号。

3.根据权利要求2所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述压力感应器在导管（1）的等高圆周部分也有设置，作为备份。

4.根据权利要求1至3中任一项所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述导管（1）上设有混凝土流量计（5），可即时测出混凝土经料斗（6）进入导管的流量数据，并转化为信号输送至所述控制主机（4）中处理。

5.根据权利要求4所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述缆绳（3）上装有测距装置（7），可测出升降所述导管（1）的长度距离，并转化为信号输送至所述控制主机（4）中处理。

6.根据权利要求5所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述控制主机（4）设有显示装置（41），可即时模拟浇筑的状况，并提示浇筑的施工参数。

7.根据权利要求5所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述控制主机（4）设有输出装置，可将浇筑过程数据打印（43）或加密（44）输出。

8.根据权利要求5所述灌注桩混凝土浇注控制系统，其特征在于，所述控制主机（4）安装有卫星定位系统（42），可按要求将浇筑数据信息无线发送到相关监管单位。

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