CN210049232U - 大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，属于桩基施工设备领域，包括界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、信号集成及传输模块、数据处理及存储模块、显示及控制模块、钻机；界面活性剂处理模块和固化剂处理模块分别与钻机通过高压胶管连接；传感器集成模块设置于钻机的动力装置与钻杆之间；信号集成及传输模块分别与界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、钻机通过无线电磁信号传输数据；信号集成及传输模块与数据处理及存储模块、显示及控制模块通过电路传输数据。本实用新型实现了桩机设备的智能化、可视化施工，达到了参数可调节的目的，为工程提供可靠的数据指导。

Description

大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统

技术领域

本实用新型属于桩基施工设备领域，具体涉及到大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统。

背景技术

水泥土深层搅拌桩是用于加固软土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械和输浆泵，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌混合，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和较高地基承载力的复合地基。搅拌机上有芯管，其头部带有叶片。搅拌机旋转时，通过芯管端部喷浆口喷出水泥浆，与被旋转叶片搅松的土体搅拌混合，形成水泥加固体。搅拌头是深层搅拌机的重要部件，它直接影响水泥浆和软土混合形成的深层搅拌桩的桩身均匀度，决定地基的加固效果。

目前，深层搅拌桩主要使用传统的桩机，而现有的深层搅拌桩机存在以下问题：一是施工效率受人为因素影响程度大，工人的机械操作水平及整体素质影响施工效率，主观因素导致的施工误差难以控制；二是施工效率低，在密实砂层中深层搅拌机钻进速度慢，若遇到更加坚硬的土层，搅拌桩施工可能不能继续进行，严重影响施工进度；三是施工成本高，设备损坏严重，深层搅拌桩机在密实砂层中钻进时对钻头的磨损比较严重。上述问题已经成为制约大直径深层搅拌复合桩领域发展的关键因素，如何高效、科学的解决上述问题是当前最为迫切的，基于此，本实用新型提出了一种大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，克服了现有技术的不足。通过传感器集成模块，有效监测了施工过程中钻杆的下降速度、转速、扭矩等一系列参数，有利于设备的可视化施工及智能化施工；通过设置界面活性剂处理模块，有效降低搅拌过程中叶片的阻力。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：包括界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、信号集成及传输模块、数据处理及存储模块、显示及控制模块、钻机；所述界面活性剂处理模块与钻机通过高压胶管连接；所述固化剂处理模块与钻机通过高压胶管连接；所述传感器集成模块设置于钻机的动力装置与钻杆之间，传感器集成模块与钻机之间通过法兰进行连接；所述信号集成及传输模块分别与界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、钻机通过无线电磁信号传输数据；所述信号集成及传输模块与数据处理及存储模块、显示及控制模块通过电路传输数据。

优选地，所述界面活性剂处理模块包括界面活性剂存储箱、水箱、1号增压泵、2号增压泵、3号增压泵、混合箱、1号浓度传感器、1号流量传感器、2号流量传感器、3号流量传感器；

优选地，所述固化剂处理模块包括固化剂存储罐、水罐、混合罐、4号增压泵、4号流量传感器、2号浓度传感器；

优选地，所述传感器集成模块包括位移传感器、压力传感器、扭矩传感器、倾角传感器、速度传感器、转速传感器。

所述界面活性剂存储箱、1号增压泵、1号流量传感器依次通过高压胶管串联，形成串联线路1；所述水箱、2号增压泵、2号流量传感器依次通过高压胶管串联，形成串联线路2；将串联线路1与串联线路2进行并联后通过高压胶管依次与混合箱、3号增压泵、3号流量传感器、钻机串联；

所述1号流量传感器用于监测界面活性剂泵送至混合箱时的流量；所述2号流量传感器用于监测纯净水泵送至混合箱时的流量；所述3号流量传感器用于监测界面活性剂溶液由混合箱泵出时的流量。

所述1号浓度传感器安装于混合箱内部的底板上，用于监测混合箱内界面活性剂溶液的浓度；2号浓度传感器安装于混合罐内部的底板上，用于监测混合罐内固化剂浆液的浓度。

所述固化剂存储罐与水罐并联后，将并联线路通过高压胶管依次与混合泵、4号增压泵、4号流量传感器、钻机串联，所述4号流量传感器用于监测固化剂溶液由混合管泵出时的流量。

优选地，所述1号增压泵、2号增压泵、3号增压泵、4号增压泵的工作压力范围为0-5MPa。

所述位移传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的垂向位移；所述压力传感器用于监测钻机下钻过程中钻杆对土层的正向压力；所述扭矩传感器用于监测下钻搅拌过程中钻机的动力系统产生的驱动扭矩值；所述倾角传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的倾斜角度；速度传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的垂直移动速度；所述转速传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的水平旋转速度。

所述显示及控制模块用于显示系统运行过程中所有传感器的监测结果，并根据监测结果对系统中各个模块、设备进行人工控制或自动化控制。

本实用新型所带来的有益技术效果：

（1）通过传感器集成模块，有效监测了施工过程中钻杆的下降速度、转速、扭矩等一系列参数，有利于设备的智能化施工；（2）通过设置界面活性剂处理模块，有效降低搅拌过程中叶片的阻力；（3）通过设置浓度传感器，能够时刻显示界面活性剂溶液及固化剂溶液的浓度，达到了数据可视化，参数可调节的目的；（4）通过流量传感器的设置，可以动态监测管道中的流量值，当遇到工程问题时，能够提供可靠的数据指导。

附图说明

图1为本实用新型大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统的整体结构示意图；

其中，1-界面活性剂存储箱；2-水箱；3-1号增压泵；4-2号增压泵；5-3号增压泵；6-混合箱；7-1号流量传感器；8-2号流量传感器；9-1号浓度传感器；10-3号流量传感器；11-水罐；12-固化剂存储罐；13-混合罐；14-2号浓度传感器；15-4号增压泵；16-4号流量传感器；17-钻机；18-钻杆。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：包括界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、信号集成及传输模块、数据处理及存储模块、显示及控制模块、钻机17；所述界面活性剂处理模块与钻机17通过高压胶管连接；所述固化剂处理模块与钻机17通过高压胶管连接；所述传感器集成模块设置于钻机17的动力装置与钻杆18之间，传感器集成模块与钻机17之间通过法兰进行连接；所述信号集成及传输模块分别与界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、钻机17通过无线电磁信号传输数据；所述信号集成及传输模块与数据处理及存储模块、显示及控制模块通过电路传输数据。

优选地，所述界面活性剂处理模块包括界面活性剂存储箱1、水箱2、1号增压泵3、2号增压泵4、3号增压泵5、混合箱6、1号浓度传感器9、1号流量传感器7、2号流量传感器8、3号流量传感器10；

优选地，所述固化剂处理模块包括固化剂存储罐12、水罐11、混合罐13、4号增压泵15、4号流量传感器16、2号浓度传感器14；

优选地，所述传感器集成模块包括位移传感器、压力传感器、扭矩传感器、倾角传感器、速度传感器、转速传感器。

所述界面活性剂存储箱1、1号增压泵3、1号流量传感器7依次通过高压胶管串联，形成串联线路1；所述水箱2、2号增压泵4、2号流量传感器8依次通过高压胶管串联，形成串联线路2；将串联线路1与串联线路2进行并联后通过高压胶管依次与混合箱6、3号增压泵5、3号流量传感器10、钻机17串联；

所述1号流量传感器7用于监测界面活性剂泵送至混合箱6时的流量；所述2号流量传感器8用于监测纯净水泵送至混合箱6时的流量；所述3号流量传感器10用于监测界面活性剂溶液由混合箱6泵出时的流量。

所述1号浓度传感器9安装于混合箱6内部的底板上，用于监测混合箱6内界面活性剂溶液的浓度；2号浓度传感器14安装于混合罐13内部的底板上，用于监测混合罐13内固化剂浆液的浓度。

所述固化剂存储罐12与水罐11并联后，将并联线路通过高压胶管依次与混合罐13、4号增压泵15、4号流量传感器16、钻机17串联，所述4号流量传感器16用于监测固化剂溶液由混合罐13泵出时的流量。

优选地，所述1号增压泵3、2号增压泵4、3号增压泵5、4号增压泵15的工作压力范围为0-5MPa。

所述位移传感器用于监测钻机17的钻杆18在下钻搅拌过程中的垂向位移；所述压力传感器用于监测钻机17下钻过程中钻杆18对土层的正向压力；所述扭矩传感器用于监测下钻搅拌过程中钻机17的动力系统产生的驱动扭矩值；所述倾角传感器用于监测钻机17的钻杆18在下钻搅拌过程中的倾斜角度；速度传感器用于监测钻机17的钻杆18在下钻搅拌过程中的垂直移动速度；所述转速传感器用于监测钻机17的钻杆18在下钻搅拌过程中的水平旋转速度。

所述显示及控制模块用于显示系统运行过程中所有传感器的监测结果，并根据监测结果对系统中各个模块、设备进行人工控制或自动化控制。

实施例2：

在上述实施例的基础上，在室外场地上进行设备运行试验。试验桩径为1.5m，深度为15m，利用本实用新型提供的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统使用方法，用于测试智能化设备的运行效果。其中，具体技术如下：

采用大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，当数据处理及储存模块接收到信号集成及传输模块的数据后，按照如下方法进行系统控制：

步骤1：在不同土层性质、不同土层深度条件下设定一个最佳扭矩的范围为 [T1，T2]，设定界面活性剂喷射最大流量为Qmax，界面活性剂最大浓度为Wmax；

步骤2：在钻机17下钻搅拌过程中，监测搅拌深度h、扭矩值T、压力值F，根据下钻过程的扭矩值T的大小，其系统控制分为以下三种情况：

（1）在钻机17下钻过程中，搅拌深度为h1，压力值为F1，扭矩值T1’ < T1时，持续增加下钻速度，直至扭矩值增加至T1，保持并记录此时的钻机17的下钻速度V1、界面活性剂流量Q1、界面活性剂浓度W1；

（2）在钻机17下钻过程中，搅拌深度为h0，压力值为F0，扭矩值T0’∈ [T1，T2]时，保持并记录此时的钻机17的下钻速度V0、界面活性剂流量Q0、界面活性剂浓度W0；

（3）在钻机17下钻过程中，搅拌深度为h2，压力值为F2，扭矩值T2’ > T2时，分为以下三种具体情况来进行控制：

a、持续增加界面活性剂的流量，当界面活性剂的流量为Q2（Q2 < Qmax）时，扭矩值T2’ = T2，保持并记录此时的钻机17的下钻速度V2、界面活性剂流量Q2、界面活性剂浓度W2；

b、持续增加界面活性剂的流量，当界面活性剂的流量为Qmax，且扭矩值T2’ > T2时，持续增加界面活性剂的浓度，当界面活性剂的浓度为W2时，扭矩值T2’ = T2，保持并记录此时的钻机17的下钻速度V2、界面活性剂流量Qmax、界面活性剂浓度W2；

c、持续增加界面活性剂的流量，当界面活性剂的流量为Qmax，且扭矩值T2’ > T2时，持续增加界面活性剂的浓度，当界面活性剂的浓度为Wmax，扭矩值T2’ > T2时，持续降低下钻速度，直至扭矩值T2’ = T2，保持并记录此时的钻机17的下钻速度V2、界面活性剂流量Qmax、界面活性剂浓度Wmax。

步骤3：将步骤2三种情况最终记录的所有监测数据形成数据库保存至数据处理及储存模块，设定搅拌深度h、扭矩值T、压力值F为条件参数，设定钻机17的下钻速度V、界面活性剂流量Q、界面活性剂浓度W为目标参数。

步骤4：当钻机17下钻搅拌过程中，根据监测结果中条件参数搅拌深度h、扭矩值T、压力值F为条件参数的取值范围，动态选择并控制系统执行其对应的目标参数（下钻速度V、界面活性剂流量Q、界面活性剂浓度W）。

步骤5：钻机17下钻至设定搅拌深度后，完成智能化施工作业。

按照上述步骤进行技术指导，智能化设备运行状态良好，钻机下钻和上提过程中，阻力值基本稳定在最优范围内，设备学习、记录数据较为全面。

本实用新型大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统及其使用方法，通过传感器集成模块，有效监测了施工过程中钻杆的下降速度、转速、扭矩等一系列参数，有利于设备的可视化施工及智能化施工；通过设置界面活性剂处理模块，有效降低搅拌过程中叶片的阻力；达到了数据可视化，参数可调节的目的；能够为工程提供可靠的数据指导。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：包括界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、信号集成及传输模块、数据处理及存储模块、显示及控制模块、钻机；所述界面活性剂处理模块与钻机通过高压胶管连接；所述固化剂处理模块与钻机通过高压胶管连接；所述传感器集成模块设置于钻机的动力装置与钻杆之间，传感器集成模块与钻机之间通过法兰进行连接；所述信号集成及传输模块分别与界面活性剂处理模块、固化剂处理模块、传感器集成模块、钻机通过无线电磁信号传输数据；所述信号集成及传输模块与数据处理及存储模块、显示及控制模块通过电路传输数据；

所述界面活性剂处理模块包括界面活性剂存储箱、水箱、1号增压泵、2号增压泵、3号增压泵、混合箱、1号浓度传感器、1号流量传感器、2号流量传感器、3号流量传感器；

所述固化剂处理模块包括固化剂存储罐、水罐、混合罐、4号增压泵、4号流量传感器、2号浓度传感器；

所述传感器集成模块包括位移传感器、压力传感器、扭矩传感器、倾角传感器、速度传感器、转速传感器。

2.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：所述界面活性剂存储箱、1号增压泵、1号流量传感器依次通过高压胶管串联，形成串联线路1；所述水箱、2号增压泵、2号流量传感器依次通过高压胶管串联，形成串联线路2；将串联线路1与串联线路2进行并联后通过高压胶管依次与混合箱、3号增压泵、3号流量传感器、钻机串联；

所述1号流量传感器用于监测界面活性剂泵送至混合箱时的流量；所述2号流量传感器用于监测纯净水泵送至混合箱时的流量；所述3号流量传感器用于监测界面活性剂溶液由混合箱泵出时的流量。

3.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：所述1号浓度传感器安装于混合箱内部的底板上，用于监测混合箱内界面活性剂溶液的浓度；2号浓度传感器安装于混合罐内部的底板上，用于监测混合罐内固化剂浆液的浓度。

4.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：所述固化剂存储罐与水罐并联后，将并联线路通过高压胶管依次与混合罐、4号增压泵、4号流量传感器、钻机串联，所述4号流量传感器用于监测固化剂溶液由混合罐泵出时的流量。

5.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：所述1号增压泵、2号增压泵、3号增压泵、4号增压泵的工作压力范围为0-5MPa。

6.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：所述位移传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的垂向位移；所述压力传感器用于监测钻机下钻过程中钻杆对土层的正向压力；所述扭矩传感器用于监测下钻搅拌过程中钻机的动力系统产生的驱动扭矩值；所述倾角传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的倾斜角度；速度传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的垂直移动速度；所述转速传感器用于监测钻机的钻杆在下钻搅拌过程中的水平旋转速度。

7.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌复合桩智能化施工系统，其特征在于：所述显示及控制模块用于显示系统运行过程中所有传感器的监测结果，并根据监测结果对系统中各个模块、设备进行人工控制或自动化控制。

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