一种深层搅拌机的水泥同步注入系统的制作方法

本发明涉及建筑施工领域，具体而言，涉及一种深层搅拌机的水泥同步注入系统。

背景技术

传统的深层水泥搅拌船在注入水泥时，一般采用定量泵或多档位调节泵，在泵能力，也就是泵的流量压力被选定的情况下，水泥注入的流量为固定值不可调，因此整个深层水泥搅拌船的打桩速度也基本固定。

考虑到注入水泥配比及凝固时间的差异性，以及建设方对于不同地质的搅拌次数和水泥注入时间及量的不同要求。现有技术中，通常通过开关启停泵来调节水泥注入时间从而满足注入量和搅拌次数的要求。这种控制方式，注入泵启启停停，使用寿命低，不能保证水泥注入管的流通性。水泥注入与搅拌桩贯入拔出的同步性差，造成了深层搅拌机的工作效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种水泥注入管道的流通性好、注浆量与搅拌桩拔出速度通过控制器同步匹配，提高了深层搅拌机的作业灵活性以及工作效率。

本发明提供如下技术方案：

深层搅拌机的水泥同步注入系统，包括控制器和注浆泵，所述控制器控制所述注浆泵工作，所述注浆泵为变量泵，用于注入水泥，所述控制器能够获取所述搅拌桩的运动方向以及运动速度；

所述搅拌桨上设有出浆口，所述搅拌桩在拔出时，所述控制器控制所述注浆泵持续泵浆，并使得所述注浆泵的排量与所述搅拌桩的运动速度成正比。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述注浆泵在拔出搅拌周期内的注浆量与所述搅拌桩拔出所形成的注浆空间相匹配。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述搅拌桩的运动速度与搅拌桩上的搅拌桨的搅拌速度成正比，所述控制器控制所述注浆泵在与所述搅拌桩的移动速度或所述搅拌桨的搅拌速度成正比的排量下工作。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述控制器根据所述搅拌桩运动方向和运动速度生成对所述注浆泵的给定注浆量；

所述水泥同步注入系统还包括流量计，所述流量计与所述控制器电性连接，用于感测所述注浆泵的流量，所述控制器根据所述流量计所感测到的流量以及给定注浆量调节所述注浆泵的排量，使得所述注浆泵的排量与给定注浆量相匹配。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述控制器上设有pid控制模块，所述pid控制模块根据所述流量计所感测到的流量以及给定注浆量调节所述注浆泵的排量。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，当所述流量计测得的流量低于一预设值时，所述pid控制模块停止工作。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述水泥同步注入系统包括水泥管道和水管道，所述搅拌桩拔出时，所述注浆泵与所述水泥管道连通，所述搅拌桩贯入时，所述注浆泵与所述水管道连通，所述控制器控制所述注浆泵持续工作。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述搅拌桩贯入时，所述注浆泵的排量恒定。

作为对上述的深层搅拌机的水泥同步注入系统的进一步可选的方案，所述水泥同步注入系统还包括清洗管道，所述清洗管道可以和所述水泥管道连通。

本发明的深层搅拌机的水泥同步注入系统至少具有如下优点：

控制器能够获取搅拌桩的运动方向以及运动速度，即能够获得搅拌桩是贯入还是穿出，以及贯入穿出的速度。当搅拌桩穿出时，控制器控制注浆泵的排量与搅拌桩的运动速度成正比，从而使得注浆泵的注浆与搅拌状的贯入贯出、搅拌桩的运动速度形成良好的匹配。同时保证注浆泵工作的持续性，保证在注入水泥浆时水泥浆的流动性，避免因间歇性流动造成的水泥凝固堵塞管道的问题发生，是一种注浆泵使用寿命长、水泥注入管道的流通性好、提升深层搅拌机的作业灵活性以及工作效率的水泥同步注入系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的深层搅拌机的水泥同步注入系统的注浆泵流量控制模块图；

图2示出了本发明实施例提供的深层搅拌机的水泥同步注入系统的管路示意图。

图标：1-水泥同步注入系统；11-控制器；12-注浆泵；13-水泥管道；14-水管道；15-连通管道；16-出液口；17-流量计；18-清洗管道。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对深层搅拌机的水泥同步注入系统进行更全面的描述。附图中给出了深层搅拌机的水泥同步注入系统的优选实施例。但是，深层搅拌机的水泥同步注入系统可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对深层搅拌机的水泥同步注入系统的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在深层搅拌机的水泥同步注入系统的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

深层搅拌机可在地基深部就地将软粘土和输入的水泥浆强制搅拌，使软粘土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥土。

请一并参阅图1至图2，本实施例提供一种深层搅拌机的水泥同步注入系统1，为深层搅拌机施工时供给水泥，它包括控制器11、注浆泵12和水泥管道13和水管道14。当搅拌桩贯入时，控制器11控制注浆泵12与水管道14连通，注浆泵12将水泥管道13中的水泥输出，用于向井中输入水泥，通过搅拌与土充分的混合。当搅拌桩穿出时，控制器11控制注浆泵12与水泥管道13连通，注浆泵12将水管道14中的水输出，便于搅拌桩下钻以及对泥土形成充分的搅拌。

搅拌桩中设有连通管道15，搅拌桩的搅拌桨处设有出液口16，注浆泵12与连通管道15连通，通过出液口16将泵入至连通管道15中的水泥或水泵出。

可以理解，注浆泵12在水泥管道13和水管道14之间的切换可以通过阀门，如电磁阀来实现，电磁阀与控制器11电性连接，水泥管道13上和水管道14上分别设有电磁阀，通过开关各自管道上的电磁阀实现与水泵以及连通管道15的连通或断开。

上述，注浆泵12在深层搅拌机工作时，始终处于工作状态，一方面优化了钻井、搅拌效果，另一方面防止了当搅拌桩下移时，连通管道15以及出液口16中残留水泥的凝固，又一方面注浆泵12的连续工作避免了其频繁启停，延长其使用寿命。

本实施例中，注浆泵12的排量通过注浆泵12的转速调节，可知注浆泵12的转速越大排量越大。通过输入电流的大小调节其转速，从而调节排量，通过输入电流的方向改变其转向，从而改变泵液方向。

控制器11能够获取搅拌桩的运动方向以及运动速度，即能够获得搅拌桩是贯入还是穿出，以及贯入穿出的速度。当搅拌桩穿出时，控制器11控制注浆泵12的排量与搅拌桩的运动速度成正比，即搅拌桩的运动速度越大，搅拌桩与井之间形成的待填充空间的增长速度越大，需要填入更多的水泥，因而注浆泵12的排量越大，从而使得注浆泵12的注浆与搅拌状的贯入贯出、搅拌桩的运动速度形成良好的匹配。同时保证注浆泵12工作的持续性，保证在注入水泥浆时水泥浆的流动性，避免因间歇性流动造成的水泥凝固堵塞管道的问题发生。

控制器11可以与深层搅拌机的主机相连，直接将搅拌桩的运动控制数据同步至控制器11中，从而获取搅拌桩的运动方向以及运动速度，也可以在搅拌桩上设置与控制器11电性连接的方向传感器和速度传感器，通过方向传感器感测搅拌桩的运动方向从而获得搅拌桩的运动方向，通过速度传感器感测搅拌桩的运动速度从而获得搅拌桩的运动速度。

注浆泵12在拔出搅拌周期内的注浆量与搅拌桩拔出所形成的注浆空间相匹配。注浆泵12在拔出搅拌周期内，需要向井内注入水泥，使得水泥与土充分混合，增强地基的强度，水泥的注入量与井的直径以及深度相匹配。

搅拌桩的运动速度与搅拌桩上的搅拌桨的搅拌速度成正比，搅拌桨的转速越大，搅拌效率越高，搅拌桩的移动速度可以越快，因而注浆泵12的排量还可以与搅拌桨的搅拌速度成正比。控制器11通过同步深层搅拌机的控制参数，从而获取搅拌桨的搅拌速度，从而对注浆泵12的排量形成精准的同步控制，也可以在搅拌桨上设置速度传感器从而获取搅拌桨的转速。

本实施例中，水泥同步注入系统1还包括流量计17，流量计17用于感测搅拌桩上的连通管道15中的流量，从而测得出液口16的流量，也就是实际注浆量。

上述，控制器11根据搅拌桩的运动方向和运动速度生成对注浆泵12的给定注浆量。控制器11根据搅拌桩的运动方向控制注浆泵12与水泥管道13或是水管道14连通，同时通过搅拌桩的运动速度控制注浆泵12的排量，使得注浆泵12的注浆量与搅拌桩的运动速度相匹配。

流量计17与控制器11电性连接，将其所测得的流量反馈给控制器11，控制器11根据流量计17所感测到的流量以及给定注浆量调节注浆泵12的排量，使得注浆泵12的排量与给定注浆量相匹配。

可以理解，控制器11直接将流量计17所测得的实际注浆量与控制器11根据搅拌桩所计算的给定注浆量进行比较，根据实际注浆量与给定注浆量之间的差值计算调整注浆泵12的排量，使得注浆泵12泵入连通管道15中的流量与给定注浆量相匹配。

控制器11、注浆泵12和流量计17共同形成了对注浆泵12的排量的闭环控制，使得注浆泵12的输出更加准确，与搅拌桩的运动速度的匹配度更好。

本实施例中，控制器11上设有pid控制模块，pid控制模块根据流量计17所感测到的流量以及给定注浆量调节注浆泵12的排量。pid控制模块(比例-积分-微分控制模块)是一个在工业控制应用中常见的反馈控制回路模块，由比例单元p、积分单元i和微分单元d组成，pid控制的基础是比例控制，积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调，微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。能够在流量计17测量实际注浆量后，与给定注浆量比较，从而纠正对注浆泵12的控制注浆量，使得实际注浆量与给定注浆量趋于相等。

当流量计17测得的流量低于一预设值时，pid控制模块停止工作。注浆泵12在低排量，也就是低速/低频运行时，频率的输出比较不稳定，如此时仍使用pid调节，无论怎样设置调节系数，均会出现调节不稳定的情况。因而当流量低于阈值时，控制器11上的pid控制模块可以停止工作，从而停止对注浆泵12的排量的闭环控制。

本实施例中，搅拌桩贯入时，注浆泵12的排量恒定。搅拌桩在下钻过程中，注浆泵12的排量较小，且不要求流量精度，只是为了便于搅拌桩下钻以及对泥土形成充分的搅拌。因而注浆泵12与水管道14连通时，其排量可以设定至小于上文所提到的预设值，或者说上文的预设值可以以及注浆泵12排水时的恒定排量来设置，从而使得搅拌桩在贯入时，注浆泵12泵水量为开环控制，降低控制器11的工作负担。

水泥同步注入系统1还包括清洗管道18，清洗管道18可以和水泥管道13连通。清洗管道18与水泥管道13之间设有阀门，该阀门可以为电磁阀，在深层搅拌机工作完毕后，需要对水泥管道13进行清洗，避免挂在管道壁部的水泥在管道中凝固，阻塞管道的流通以及改变管道的过流面积。通过清洗管道18向水泥管道13注水，从而通过水流对水泥管道13以及搅拌桩上的连通管道15进行冲刷和清洗，为下次作业做准备。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。