CN218567875U - 一种静力压桩施工监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种静力压桩施工监测系统，包括接桩电流检测器，所述接桩电流检测器包括第一微处理器、第一LoRa模块、霍尔电流传感器、第一蓝牙模块和第一电源模块，所述第一LoRa模块、第一蓝牙模块、第一电源模块均与第一微处理器连接；所述第一LoRa模块用于与LoRa网关进行通讯；所述霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器；所述第一霍尔电流传感器用于监测电焊机的电流，所述第二霍尔电流传感器用于监测油泵的电流。本实用新型通过设置具有霍尔电流传感器的接桩电流检测器以实现对电焊机和/或油泵电流的监测，从而方便确定实际的接桩冷却时间，以及更进一步实现逐桩监测接桩冷却时间。

Description

一种静力压桩施工监测系统

技术领域

本实用新型属于桩基施工技术领域，尤其是涉及一种静力压桩施工监测系统。

背景技术

随着城市建设的加速和基建规模的扩大，建筑工程行业发展繁荣，也为相关施工技术的发展和完善提出了新的要求。桩基施工是建筑工程中的重要步骤，对保障建筑工程质量具有重要作用。

目前常用的桩基施工方式有锤击打入法、振动沉入法、静力压入法和钻孔灌注法4种。其中静力压桩法是借助静力压桩机的静载荷将预制桩分节压入地基的沉桩施工工艺，相较于其他方法，预制桩标准化生产易于保证质量，而且在施工时没有噪音、振动和污染等环境公害，对周围建筑物影响小，因此在软土地区、城市中心施工中被广泛采用。

静力压桩施工包括定位、压桩、接桩、送桩等多道工序，施工部门和监理部门需按照相关标准和技术规范进行严格施工和监理，以保证工程质量。一般监控内容包括压桩压力、桩垂直度、压入深度、桩位偏差、压桩顺序、接桩冷却时间等。例如，由于静力压桩存在挤土效应，沉桩施工的顺序和速度必须遵循设计规范，以确保土体应力平衡，减少对已成桩、临近设施和基坑边坡等的破坏。又如，压桩施工时因根据周围环境和桩位移及时调整压桩速率。再如，静压预制桩接桩电焊须自然冷却后才可继续沉桩，手工电弧焊冷却时间不应少于8 min，严禁焊好即压。

静力压桩施工过程如图1所示。住建部发布的行业标准中详细规定了静压桩施工技术规范，包括准备、施工、监测、质量检查和安全管理等内容，压桩施工包括定位、吊桩、喂桩、压桩、接桩、送桩等多道工序，整个过程由施工人员手工操作压桩机等设备完成。抱压式静力压桩机由夹桩机构、压桩机构、起重机构、液压和电气系列等组成。每台压桩机配备一个施工班组，其中一人（甲）在压桩机驾驶室负责定位、压桩和送桩，另一人（乙）在吊桩机驾驶室负责吊桩喂桩，其他人（丙和丁）在地面负责电焊接桩和其他辅助工作。同一工地的不同桩点根据地质条件、承重要求需要沉桩深度不尽相同，预制桩标准规格有8-15 m等整数长度，因此施工人员需要按照设计要求为每个桩点配置不同组合的管桩。图1是三节管桩沉桩过程示意图。甲完成桩点定位后，把第1节桩放于桩位放样点，通过抱箍夹持管桩开始下压。抱箍一个下压行程约1.8 m，一节管桩的下压包含多个行程，期间还接受乙的第2节喂桩。等第1节桩离自然地坪约1 m时停止下压，丙和丁开始电焊焊接第1、2节管桩，需要对称施焊，焊接结束后，焊接点自然冷却时间不少于8 min。然后甲继续压桩，同上操作直至第3节桩压入地面，期间包括第2、3节的接桩。第3、4节不需要接桩，第4节桩用于送桩（也可以用专门的送桩器），其上根据设计要求的桩顶标高事先绘制停压标志，送桩时等远侧激光水平仪光点对准该标记时（离地坪约1 m方便观察），由丙发出信号（锤击钢板）让甲停止压桩，甲反向操作把第4节桩抽出，即完成该桩点的压桩。等整个工地压桩完毕后进行基坑开挖，移除图中的土层1，在第3节桩上方浇筑承台，用于支撑上方建筑物。

当前桩基工程普遍实行专业分包，但施工人员有时为加快工期，减少操作步骤，会不遵循技术规范施工，在实践中会出现不按设计规定顺序压桩，未达到冷却时间马上沉桩等行为，有些为减缩材料成本或减少配桩麻烦，用短桩代替设计要求的管桩，埋下安全隐患。另一方面，桩基施工属于隐蔽工程，施工的质量缺陷很难在事后抽检时发现，即使发现也难以补救，这样对现场监理提出了很高要求。通常监理人员须在整个施工过程中进行旁站，在每道工序中进行多种测量、监督和记录，工作强度大、工作环境恶劣，而且监理数据人为因素大，不能客观反映桩基工程的施工质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种静力压桩施工监测系统，以准确地监测接桩冷却时间。

为此，本实用新型的上述目的通过如下技术方案实现：

一种静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述静力压桩施工监测系统包括接桩电流检测器，

所述接桩电流检测器包括第一微处理器、第一LoRa模块、霍尔电流传感器、第一蓝牙模块和第一电源模块，所述第一LoRa模块、第一蓝牙模块、第一电源模块均与第一微处理器连接；所述第一LoRa模块用于与LoRa网关进行通讯；

所述霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器均与第一微处理器连接；

所述第一霍尔电流传感器用于监测电焊机的电流，所述第二霍尔电流传感器用于监测油泵的电流。

在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述接桩电流检测器还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与第一微处理器相连接，所述蜂鸣器用于在第一微处理器的控制下提醒施工人员。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述接桩电流检测器还包括第一电平转换模块，所述第一电平转换模块分别与第一LoRa模块、第一微处理器相连接，所述第一电平转换模块用于保证第一LoRa模块、第一微处理器之间的电平匹配。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述第一微处理器的型号为ATmage2560；所述霍尔电流传感器型号为JXK-10VD；所述第一LoRa模块型号为WH-L102-L；所述第一蓝牙模块型号为ZS-040。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述静力压桩施工监测系统还包括压桩行程检测器，

所述压桩行程检测器包括第二微处理器、第二LoRa模块、激光测距传感器和第二电源模块；所述第二LoRa模块、激光测距传感器、第二电源模块均与第二微处理器连接；

所述第二LoRa模块用于与LoRa网关进行通讯；

所述激光测距传感器用于测量压桩机抱箍平台的行程。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述压桩行程检测器还包括第二电平转换模块，所述第二电平转换模块分别与第二LoRa模块、第二微处理器相连接，所述第二电平转换模块用于保证第二LoRa模块、第二微处理器之间的电平匹配。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述第二微处理器的型号均为ATmage2560；所述第二LoRa模块型号为WH-L102-L；所述激光测距传感器型号为SK-Z-5。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述静力压桩施工监测系统还包括压桩始末检测器，

所述压桩始末检测器包括第三微处理器、红外遥控器、红外接收器、超声测距传感器、第三电源模块和第二蓝牙模块；

所述红外接收器、超声测距传感器、第三电源模块、第二蓝牙模块均与第三微处理器连接；

所述第二蓝牙模块和第一蓝牙模块无线连接；

所述红外遥控器与红外接收器无线连接；

所述超声测距传感器用于检测管桩是否到达自然地坪上方的设定位置，以检测管桩是否接近自然地坪。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述第三微处理器型号为ATmage328；所述第二蓝牙模块型号为ZS-040；所述超声测距传感器型号为HC-SR04。

本实用新型提供一种静力压桩施工监测系统，与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1）、通过设置具有霍尔电流传感器的接桩电流检测器以实现对电焊机和/或油泵电流的监测，从而方便确定实际的接桩冷却时间，以及更进一步实现逐桩监测接桩冷却时间；

2）、通过设置具有激光测距传感器的压桩行程检测器以实现测量压桩机抱箍平台的行程，从而方便对抱箍平台和固定顶梁之间所产生的相对距离变化进行测量。

3）、通过设置具有超声测距传感器的压桩始末检测器以实现检测管桩是否到达自然地坪上方的设定位置，以检测管桩是否接近自然地坪。

附图说明

图1为静力压桩法沉桩过程的图示。

图2为本实用新型所提供的静力压桩施工监测系统的图示。

图3为本实用新型所提供的接桩电流检测器的电路原理图。

图4为本实用新型所提供的压桩行程检测器的电路原理图。

图5为本实用新型所提供的压桩始末检测器的电路原理图。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。

本实用新型提供一种静力压桩施工监测系统，具体地包括接桩电流检测器1、压桩行程检测器2和压桩始末检测器3。

一、接桩电流检测器用于实现接桩冷却时间检测

接桩电流检测器1包括第一微处理器11、第一电平转换模块12、第一LoRa模块13、蜂鸣器14、霍尔电流传感器、第一蓝牙模块16、第一接口模块17和第一电源模块18。

霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器15a和第二霍尔电流传感器15b，第一霍尔电流传感器15a和第二霍尔电流传感器15b均与第一接口模块17连接，第一接口模块17与第一微处理器11连接，第一霍尔电流传感器15a和第二霍尔电流传感器15b通过第一接口模块17与第一微处理器11实现连接。第一霍尔电流传感器15a为两个，量程为300 A，用于检测电焊机电流，第二霍尔电流传感器15b为一个，量程为50 A，用于检测油泵电流，安装时只需将电焊机和油泵电源三相电的其中一相电线穿过对应的霍尔电流传感器中孔即可。霍尔电流传感器输出量为0～5 V电压值，由第一微处理器11内部ADC完成模数转换。

第一LoRa模块13与第一电平转换模块12连接，第一电平转换模块12与第一微处理器11连接，第一LoRa模块13通过第一电平转换模块12与第一微处理器11实现连接。第一LoRa模块13的串口电平是3.3V，第一微处理器11是5V电平，进行串口通信时要保证电平匹配，通过第一电平转换模块12实现。接桩电流检测器1通过第一LoRa模块13将传感数据发送到位于工程项目部的LoRa网关4，再通过互联网和MQTT协议传输至云服务器5。

蜂鸣器14、第一蓝牙模块16和第一电源模块18均与第一微处理器11连接。

第一微处理器11型号为ATmage2560，霍尔电流传感器型号为JXK-10VD，第一LoRa模块13型号为WH-L102-L，第一蓝牙模块16型号为ZS-040。

静力压桩机压桩时依靠油泵组提供动力，接桩时需要电焊机，它们的供电和控制系统都在压桩机驾驶室内，通过接桩电流检测器1的霍尔电流传感器15监测油泵和电焊机的工作电流变化情况，获取这些设备的启停信号，将信息传递给第一微处理器11，第一微处理器11可计算出接桩冷却时间，即检测到油泵关闭后，开始检测电焊机电流，当两个电焊机都停止工作后开始计时，直至检测到油泵开始工作，这段时间即为实际冷却时间。如果该时间小于8 min，第一微处理器11控制蜂鸣器14将提醒施工人员，云服务器5可发送信号在监理人员的微信小程序上告警。

二、压桩行程检测器和压桩始末检测器用于实现压桩分节长度检测

压桩行程检测器2安装在压桩机抱箍平台上方固定顶梁上，其包括第二微处理器21、第二电平转换模块22、第二LoRa模块23、激光测距传感器24、第二电源模块25和第二接口模块26。

激光测距传感器24与第二接口模块26连接，第二接口模块26与第二微处理器21连接，激光测距传感器24通过第二接口模块26与第二微处理器21实现连接。激光测距传感器24用于测量压桩机抱箍平台的行程，将数据信号传输给第二微处理器21。

第二LoRa模块23与第二电平转换模块22连接，第二电平转换模块22与第二微处理器21连接，第二LoRa模块23通过第二电平转换模块22与第二微处理器21实现连接。第二LoRa模块23的串口电平是3.3V，第二微处理器21是5V电平，进行串口通信时要保证电平匹配，通过第二电平转换模块22实现。压桩行程检测器2通过第二LoRa模块23将传感数据发送到位于工程项目部的LoRa网关4，再通过互联网和MQTT协议传输至云服务器5。

第二电源模块25与第二微处理器21连接。

第二微处理器21型号为ATmage2560，激光测距传感器24型号为SK-Z-5，第二LoRa模块23型号为WH-L102-L。

压桩始末检测器3安置在压桩机底座离地面20 cm处，其包括第三微处理器31、红外遥控器32、红外接收器33、超声测距传感器34、第三电源模块35和第二蓝牙模块36。

红外接收器33、超声测距传感器34、第三电源模块35、第二蓝牙模块36均与第三微处理器31连接。第二蓝牙模块36和第一蓝牙模块16连接。超声测距传感器34用于检测管桩是否到达自然地坪上方的设定位置，以检测管桩是否接近自然地坪，它将数据信号传输给第三微处理器31。

红外遥控器32与红外接收器33连接。

第三微处理器31型号为ATmage328，超声测距传感器34型号为HC-SR04，第二蓝牙模块36型号为ZS-040。

静力压桩机通过抱箍夹持管桩施加侧压或顶压完成压桩，这个过程中抱箍平台和固定顶梁之间会产生相对距离变化，通过压桩行程检测器2的激光测距传感器24实时检测这个距离，可以计算出抱箍平台的每个下行行程，累加即为实际下压深度。为获取每节管桩的长度，利用接桩电流检测器1获取的焊接信号作为第1、2节和第2、3节的分割时间点t2和t3，利用超声测距传感器34获取的距离信号获得第1节开始压桩时间点t1和第4节到达桩顶标高时的时间点t4。累计t1到t2时间点的各下行行程，加上1 m焊接高度，再减去t1时间点管桩离地高度20 cm即为第1节管桩长度；累计t2到t3时间点的各下行行程，即为第2节管桩长度；累计t3到t4时间点的各下行行程，减去已知的停压标志长度，即为第3节管桩长度。通过超声测距传感器34感知第1节桩将接触地面的t1时间点，施工人员丙用红外遥控器32代替传统锤击钢板方法发出停止压桩信号t4，第三微处理器31通过红外接收器33接收到该信号，并将该信号通过第二蓝牙模块36和第一蓝牙模块16传输给第一微处理器11，第一微处理器11控制蜂鸣器14通知施工人员甲。

压桩始末检测器3通过蓝牙上传信号，压桩行程检测器2和接桩电流检测器1通过LoRa无线通讯将传感数据发送到位于工程项目部的LoRa网关4（型号为USR-LG220-L），再通过互联网和MQTT协议传输至云服务器5，还可另配定位系统6测量管桩位置来监测压桩顺序，定位系统6通过4G网络和TCP协议将数据传输至云服务器5；云服务器5包含Web服务器、MQTT服务器和MySQL数据库，实现数据融合计算和持久化，微信小程序则进行数据可视化和异常报警等。

本实用新型通过霍尔电流传感器测量压桩机油泵和电焊机的工作电流来监测接桩冷却时间，通过激光测距传感器24测量压桩机抱箍平台的行程来监测每节管桩的压桩深度，还可通过另配的定位系统6测量管桩位置来监测压桩顺序，测量数据实时上传云服务器进行记录和计算，辅助监理部门对桩基工程多方面监测，以规范施工过程，保障施工质量。本系统实现了静力压桩施工中对重点问题的全程、实时、逐桩监测，既降低了监理工作强度，又确保施工数据的真实、详尽和可靠，并可及时发现和纠正压桩过程中的不规范问题，也为智慧工地的施工分析决策提供了定量化依据。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，仅为本实用新型的优选实施例，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述静力压桩施工监测系统包括接桩电流检测器，

所述接桩电流检测器包括第一微处理器、第一LoRa模块、霍尔电流传感器、第一蓝牙模块和第一电源模块，所述第一LoRa模块、第一蓝牙模块、第一电源模块均与第一微处理器连接；所述第一LoRa模块用于与LoRa网关进行通讯；

所述霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器均与第一微处理器连接；

所述第一霍尔电流传感器用于监测电焊机的电流，所述第二霍尔电流传感器用于监测油泵的电流。

2.根据权利要求1所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述接桩电流检测器还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与第一微处理器相连接，所述蜂鸣器用于在第一微处理器的控制下提醒施工人员。

3.根据权利要求1所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述接桩电流检测器还包括第一电平转换模块，所述第一电平转换模块分别与第一LoRa模块、第一微处理器相连接，所述第一电平转换模块用于保证第一LoRa模块、第一微处理器之间的电平匹配。

4.根据权利要求1所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述第一微处理器的型号为ATmage2560；所述霍尔电流传感器型号为JXK-10VD；所述第一LoRa模块型号为WH-L102-L；所述第一蓝牙模块型号为ZS-040。

5.根据权利要求1所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述静力压桩施工监测系统还包括压桩行程检测器，

所述压桩行程检测器包括第二微处理器、第二LoRa模块、激光测距传感器和第二电源模块；所述第二LoRa模块、激光测距传感器、第二电源模块均与第二微处理器连接；

所述第二LoRa模块用于与LoRa网关进行通讯；

所述激光测距传感器用于测量压桩机抱箍平台的行程。

6.根据权利要求5所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述压桩行程检测器还包括第二电平转换模块，所述第二电平转换模块分别与第二LoRa模块、第二微处理器相连接，所述第二电平转换模块用于保证第二LoRa模块、第二微处理器之间的电平匹配。

7.根据权利要求5所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述第二微处理器的型号均为ATmage2560；所述第二LoRa模块型号为WH-L102-L；所述激光测距传感器型号为SK-Z-5。

8.根据权利要求1或5所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述静力压桩施工监测系统还包括压桩始末检测器，

所述压桩始末检测器包括第三微处理器、红外遥控器、红外接收器、超声测距传感器、第三电源模块和第二蓝牙模块；

所述红外接收器、超声测距传感器、第三电源模块、第二蓝牙模块均与第三微处理器连接；

所述第二蓝牙模块和第一蓝牙模块无线连接；

所述红外遥控器与红外接收器无线连接；

所述超声测距传感器用于检测管桩是否到达自然地坪上方的设定位置，以检测管桩是否接近自然地坪。

9.根据权利要求8所述的静力压桩施工监测系统，其特征在于：所述第三微处理器型号为ATmage328；所述第二蓝牙模块型号为ZS-040；所述超声测距传感器型号为HC-SR04。

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