一种劲芯复合桩的监测控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种劲芯复合桩的监测控制系统及方法，涉及桩基机械设备控制技术领域，本系统包括数据输入屏显模块、中央控制平台、搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块、抱压桩机运行模块、施工数据采集模块、控制模块、反馈控制模块和数据存储评价模块；所述数据输入屏显模块用于将预设执行参数信息传输至所述中央控制平台，根据所述预设执行参数信息所述中央控制平台通过所述控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块进行控制。本系统能够解决搅拌桩和劲芯复合桩的施工质量和安全问题，确保搅拌桩施工质量的可控可靠性，提高PHC管桩插芯后的劲芯复合桩的承载力以及降低劲芯复合桩的沉降量。降量。降量。

【技术实现步骤摘要】
一种劲芯复合桩的监测控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及桩基机械设备控制
，具体而言，涉及一种劲芯复合桩的监测控制系统及方法。

技术介绍

[0002]基于单向旋转搅拌桩技术的劲芯复合桩(亦称为劲性复合桩)技术由日本引入我国后，于本世纪初开始应用于土木建筑工程领域。劲芯复合桩可以解决PHC管桩的施工挤土效应以及无法打入密实砂性土、硬塑黏性土及风化岩土层中的技术难题。
[0003]多年来的劲芯复合桩的工程应用结果表明，其工程质量的优劣分别取决于能否控制深层搅拌桩施工的工程质量，能否控制PHC管桩垂直插入搅拌桩的中心位置。目前，我国的深层搅拌桩施工采用单轴旋转搅拌钻机将水泥等固化材料输入地下，通过固化材料与土体的搅拌混合，使固化剂与土体之间产生一系列的物理与化学反应，生成强度高，水稳性好的桩体，为劲芯复合桩提供了固化土的基础桩体。此外，由于搅拌桩施工时的钻掘穿透能力强于PHC管桩施工时的穿透能力，且挤土效应较小、对周围环境干扰少，采用劲芯复合桩能够解决PHC管桩的挤土效应难题和PHC管桩无法打入密实砂性土层和硬塑黏性土层中的技术难题。
[0004]在劲芯复合桩的工程施工中，现有的深层搅拌桩工程技术依赖的单向旋转搅拌施工装备与施工工艺，通常无法有效地控制搅拌桩的施工质量，经常出现固化土桩体搅拌不均匀、强度分布不均匀，在黏性土体中施工时易产生糊钻抱钻情况，以及固化土桩体强度达不到设计要求的严重工程质量问题，并会导致劲芯复合桩基础的承载力降低和沉降量超标的工程安全问题。然而，现有的施工质量控制是需要依靠桩机操作手来落实的，由此引进了人为的影响因素。
[0005]目前的搅拌桩与PHC管桩施工都是由机手人工操作桩机实现的；由于桩机上没有智能化的监测控制设备，机手在钻掘搅拌施工中无法感知地层变化情况，也不能精准控制钻具的升降速度及转速，更无法准确控制搅拌桩在各深度位置的喷浆量，所有的桩机人工操控动作都无法定量实施，这就是引发搅拌桩和劲芯复合桩产生大量施工质量事故和安全事故的根本原因。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的问题是如何解决搅拌桩和劲芯复合桩的施工质量和安全问题，确保搅拌桩施工质量的可控可靠性，解决PHC管桩插芯的准确位置与垂直度，以及劲芯复合桩的承载力与沉降问题。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种劲芯复合桩的监测控制系统，包括数据输入屏显模块、中央控制平台、搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块、抱压桩机运行模块、施工数据采集模块、控制模块、反馈控制模块和数据存储评价模块；
[0008]所述数据输入屏显模块用于将预设执行参数信息传输至所述中央控制平台，根据
所述预设执行参数信息所述中央控制平台通过所述控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块进行控制；
[0009]所述施工数据采集模块用于采集桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具扭矩数据信息、钻具给进力数据信息、钻具转速数据信息、钻具深度数据信息、供浆管道流量数据信息、供浆管道压力数据信息和桩体地内压力数据信息；
[0010]所述施工数据采集模块将采集的数据信息反馈给所述中央控制平台，根据预设比对流程所述中央控制平台通过所述反馈控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块的运行进行补偿控制，并得到补偿控制数据信息；
[0011]所述数据存储评价模块用于接收通过无线通信模块上传至后台服务器的所述预设执行参数信息、所述施工数据采集模块采集的数据信息和所述补偿控制数据信息，所述数据存储评价模块用于对劲芯复合桩的施工质量进行评价。
[0012]在上述系统中，通过数据输入屏显模块在中央控制平台输入预设执行参数信息，施工中通过施工数据采集模块监测并实时获取施工参数信息，再利用控制模块与反馈控制模块实现对各桩机运行动作的控制和补偿控制，以实现施工目标结果。各种实时施工参数的获取与计算，包括桩位确定、主桅杆垂直度，桩身水泥掺量、水泥浆的水灰比，钻具扭矩、竖向钻压、钻掘速度、提升速度、钻具转速、钻掘深度，沿桩身深度每半延长米的喷浆量等重要施工参数，控制内容包括对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块的控制，确保搅拌桩和劲芯复合桩的施工质量，从而解决PHC管桩定位垂直插芯后的劲芯复合桩的承载力与沉降问题。
[0013]在上述系统中，搅拌桩机运行模块是控制桩机的回转功能与给进功能，实现对钻具扭矩、竖向钻压、钻掘速度、提升速度和钻具转速的施工参数控制。制浆供浆运行模块是控制水灰比、各种材料及水的重量，搅拌时间、供浆量与供浆压力，实现固化剂材料及水的配比，利用流量计和压力计确定输送管道内的流体流量与压力，保障当前的供浆施工参数与设计要求相吻合。抱压桩机运行模块是控制抱压桩机的PHC管桩的居中抱紧、抱压深度与垂直度，实现桩心定位、桩垂直度、压桩力、抱压速度和抱压深度的施工参数控制。
[0014]在上述系统中，施工数据采集模块实时采集搅拌桩的九个传感器的施工过程信息；其中，九个传感器分别为桩位北斗定位传感器、桅杆倾角传感器、钻具扭矩传感器、钻具给进力/提升力传感器、钻具转速传感器、钻具(编码器)深度传感器、供浆管道流量传感器、供浆管道压力传感器和桩体地压传感器。以及实时采集PHC管桩的四个传感器的施工过程信息；其中，四个传感器分别为桩位北斗定位传感器、PHC管桩倾角传感器、压桩力传感器、PHC管桩(编码器)下压深度传感器。所采集的全部信息将通过有线和无线的方式传输给中央控制平台，这些施工信息将作为中央控制平台下达对各运行子系统的指令、执行控制与反馈控制动作的依据，确保劲芯复合桩施工达到设计要求的各项目标。
[0015]在上述系统中，数据存储评价模块将桩机的施工数据按时间线存储工程项目的各类数据文件，经过对比设计的目标要求与施工的实际效果，对施工的每一根劲芯复合桩作出质量评价；所有的本桩机数据的储存文件可供随时调阅、使用。
[0016]进一步地，所述预设执行参数信息包括桩位横纵坐标、水灰比、固化剂掺量、钻掘搅拌速度、钻具提升速度、上下动力头转速、搅拌桩施工深度及PHC管桩的抱压深度。
[0017]进一步地，所述搅拌桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包
括：
[0018]第一控制单元：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述搅拌桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差；通过所述桅杆倾角数据信息调节桩机桅杆的垂直度；所述中央控制平台根据钻具的所述钻掘搅拌速度、所述钻具提升速度和所述搅拌桩施工深度控制所述搅拌桩机运行模块；
[0019]下行阶段工作单元：用于将所述上下动力头转速及旋转方向传递给所述搅拌桩机运行模块；所述搅拌桩机运行模块根据所述预设执行参数信息控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，通过在喷注口实施固化剂定量喷注，直至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工深度，完成下行钻掘和搅拌作业阶段的施工；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种劲芯复合桩的监测控制系统，其特征在于，包括数据输入屏显模块、中央控制平台、搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块、抱压桩机运行模块、施工数据采集模块、控制模块、反馈控制模块和数据存储评价模块；所述数据输入屏显模块用于将预设执行参数信息传输至所述中央控制平台，根据所述预设执行参数信息所述中央控制平台通过所述控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块进行控制；所述施工数据采集模块用于采集桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具扭矩数据信息、钻具给进力数据信息、钻具转速数据信息、钻具深度数据信息、供浆管道流量数据信息、供浆管道压力数据信息和桩体地内压力数据信息；所述施工数据采集模块将采集的数据信息反馈给所述中央控制平台，根据预设比对流程所述中央控制平台通过所述反馈控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块的运行进行补偿控制，并得到补偿控制数据信息；所述数据存储评价模块用于接收通过无线通信模块上传至后台服务器的所述预设执行参数信息、所述施工数据采集模块采集的数据信息和所述补偿控制数据信息，所述数据存储评价模块用于对劲芯复合桩的施工质量进行评价。2.根据权利要求1所述的劲芯复合桩的监测控制系统，其特征在于，所述预设执行参数信息包括桩位横纵坐标、水灰比、固化剂掺量、钻掘搅拌速度、钻具提升速度、上下动力头转速、搅拌桩施工深度及PHC管桩的抱压深度。3.根据权利要求2所述的劲芯复合桩的监测控制系统，其特征在于，所述搅拌桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：第一控制单元：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述搅拌桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差；通过所述桅杆倾角数据信息调节桩机桅杆的垂直度；所述中央控制平台根据钻具的所述钻掘搅拌速度、所述钻具提升速度和所述搅拌桩施工深度控制所述搅拌桩机运行模块；下行阶段工作单元：用于将所述上下动力头转速及旋转方向传递给所述搅拌桩机运行模块；所述搅拌桩机运行模块根据所述预设执行参数信息控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，通过在喷注口实施固化剂定量喷注，直至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工深度，完成下行钻掘和搅拌作业阶段的施工；地内压力反馈控制单元：用于根据所述桩体地内压力数据信息监测地压，当地压过大时，通过所述反馈控制模块对钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量进行控制；浆液喷注量控制单元：用于根据所述钻具扭矩数据信息通过所述反馈控制模块调节注浆泵的频率，进而控制固化剂的浆液喷注量；上行阶段工作单元：用于根据所述预设执行参数信息通过所述搅拌桩机运行模块控制桩机，并对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行桩机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工标高，完成上行搅拌作业阶段的施工。4.根据权利要求2所述的劲芯复合桩的监测控制系统，其特征在于，所述制浆供浆运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：
浆液喷注量运算单元：用于根据所述水灰比和所述固化剂掺量通过所述制浆供浆运行模块确定每半延米桩长的固化材料用量与换算浆液喷注量，得到每秒时间间隔的喷浆量；供浆单元：用于根据供浆管道流量数据信息和供浆管道压力数据信息通过所述制浆供浆运行模块以所述每秒时间间隔的喷浆量向搅拌桩机供浆。5.根据权利要求2所述的劲芯复合桩的监测控制系统，其特征在于，所述抱压桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：第二控制单元：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述抱压桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差，使PHC管桩的中心与搅拌桩的中心重合；通过PHC管桩倾角数据信息调节PHC管桩的垂直度；植桩单元：用于对PHC管桩进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钟，林明峰，张云霖，张楚福，
申请(专利权)人：浙江坤德创新岩土工程有限公司，
类型：发明
国别省市：