一种振冲桩加密质量智能控制方法与装置与流程

1.本发明涉及建筑技术领域，具体为一种振冲桩加密质量智能控制方法与装置。


背景技术：

2.振冲法，又称振动水冲法，是指砂土地基通过加水振动可以使之密实的原理发展起来的地基加固方法，后来又被用于黏性土层中设置振冲置换碎石桩。振冲法是为改善不良地基，以满足建(构)筑物基础要求的地基加固处理方法。
3.振动作用能有效地增加很湿至饱和状态的非密实砂土的相对密实度。振冲法就是根据这个原理发展起来的一种深层地基处理方法。振冲法施工的主要设备是振冲器，它类似于插入式混凝土振捣器，由潜水电动机、偏心块和通水管三部分组成。振冲器在吊机就位后，通过同时启动电动机和射水泵，在高频振动和高压水流的联合作用下下沉到预定深度。然后进行清孔，用循环水带出孔中较稠泥浆。清孔后，就一边向孔中逐段填入砂石料，一边喷水振动，使填料振捣密实。逐段填料振密，逐段提升振冲器，直至地面，从而在地基中形成一根较大直径的密实的碎石桩体。
4.振冲砂砾桩复合地基加固技术于19世纪起源于欧洲，在法国bayonne地区加固兵工厂车间地基时曾使用过，当时只是应用简单的砂砾桩加固方法处理松散的砂石，后来利用振冲砂砾桩复合地基加固技术有效的遏制了砂土地基的液化，证明了振冲法在砂地基处理中的有效性。此后，振冲法被列为一种有效处理砂地基抗震加固的措施。
5.随着近20年基础设施建设的发展，我国振冲碎石桩施工技术和装备获得了快速发展和应用。
6.现有技术存在以下缺陷或问题：
7.1.现有振冲桩加密施工仍以人工、半人工半机械的方式，施工时主要依靠人工经验判断加密质量，缺乏科学、客观、准确的评价标准。
8.2.现有振冲桩加密人工控制经验参差不齐，振冲桩加密质量无法保证。
9.3.现有振冲施工方法自动化、智能化程度低。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种振冲桩加密质量智能控制装置，所述振冲桩加密质量智能控制装置包括：
11.振冲机构，所述振冲机构用于振冲施工；
12.测量机构，所述测量机构包括测斜仪和测位仪，所述测斜仪设置在导杆的侧壁一端，所述测位仪设置在吊车的输出端；
13.监控机构，所述监控机构包括中控台、摄像头、wifi、云服务器和控制终端，所述摄像头安装在中控台顶部，且与之数据传输连接，所述控制终端通过云服务器、wifi其中一种与中控台数据传输连接；
14.桩孔机构，所述桩孔机构用于振冲器加密地层，回填碎石料挤密制桩。
15.可选的，所述振冲机构包括吊车以及安装在吊车一端的导杆，所述导杆一端设置有振冲器。
16.可选的，所述桩孔机构包括通过振冲器开设的桩孔、位于桩孔顶部的孔顶水面、位于桩孔底部的回填碎石，所述桩孔顶部一侧设置有级配碎石。
17.一一种振冲桩加密质量智能控制方法，所述振冲桩加密质量智能控制方法包括：
18.s1、建立振冲桩加密质量智能控制模型；
19.s2、获取振冲器工作参数；
20.s3、根据振冲器工作参数和振冲器空间姿态控制模块，获得振冲器的实时工作参数；
21.s4、根据回填料控制模块，获得回填料的加密参数和控制指标；
22.s5、根据平台进行全过程实时监测与反馈，获取正常工况定时巡检与异常工况人工处置相关判断；
23.s6、根据振冲器工作参数与回填料的加密参数和控制指标，实现振冲桩加密质量智能控制。
24.可选的，在建立振冲桩加密质量智能控制模型的步骤中，包括：振冲器工作参数控制、振冲器空间姿态控制和回填料控制三方面。
25.可选的，在获取振冲器工作参数的步骤中，包括：振冲器加密过程电流强度、留振时间、振冲水压、振冲气压，以及对振冲加密质量具有重要影响的主要工作参数组成。
26.可选的，所述振冲器空间姿态控制模块由振冲器垂直度、深度、加密下降速度、加密上升速度、一次加密段长度、回插深度参数组成。
27.可选的，所述回填料控制模块主要包括置换率、碎石级配、填料量、含泥量控制参数。
28.可选的，所述平台进行全过程实时监测与反馈的步骤中，所述正常工况定时巡检通过试桩试验从而确定振冲器功率与地层条件，且巡检包括人工定时现场巡检、无人机视频定时巡检和控制系统定时自动巡检。
29.可选的，所述异常工况人工处置采用自动处置与人工介入处置相结合方法处置问题，处置完后恢复正常工况状态。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.本发明通过在加密过程采用全过程实时监测与反馈技术自动定时巡检，各参数在设定阈值内正常工作则为正常工况，超过设定阈值自动预警、报警，针对不同异常工况采用不同对应策略，提前制定各类异常工况数据库，按异常情况自动排除故障，必要时采用人工介入处置，从而使得振冲施工控制由人工经验转变为机器智能自动控制，促进振冲施工方法转型升级，也克服现有振冲桩加密施工依靠人工判断，质量参差不齐弊端，采用机器自动控制振冲桩加密质量更加科学、高效、精准、统一。
附图说明
32.图1为本发明结构示意图；
33.图2为本发明振冲桩加密质量智能控制方法的流程图。
34.附图标号说明：
35.1、吊车；2、中控台；3、摄像头；4、导杆；5、孔顶水面；6、振冲器；7、回填碎石；8、wifi；9、云服务器；10、级配碎石；11、测斜仪；12、测位仪；13、控制终端。
36.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅图1、图2，本发明提供一种振冲桩加密质量智能控制装置，振冲桩加密质量智能控制装置包括：
39.振冲机构，振冲机构用于振冲施工，振冲机构包括吊车1以及安装在吊车1一端的导杆4，导杆4一端设置有振冲器6，振冲器6的上部为潜水电机，下部为振动体。电机转动时通过弹性联轴节带动振动体的中空轴旋转，轴上装有偏心块，以产生水平向振动力。在中空轴内装有射水管，水压可达0.4～0.6mpa。依靠振动和管底射水将振冲器沉至所需深度，然后边提振冲器边填砂砾边振动，直到挤密填料及周围土体；
40.测量机构，测量机构包括测斜仪11和测位仪12，测斜仪11设置在导杆4的侧壁一端，测位仪12设置在吊车1的输出端；利用测斜仪11在观测时，探头从测斜管底部向顶部移动，在半米间距处暂停并进行测量倾斜工作。探头的倾斜度由两支受力平衡的伺服加速度计测量所得。一支加速度计测量测斜管凹槽纵向位置，即测斜仪探头上测轮所在平面的倾斜度。另一支加速度计测量垂直于测轮平面的倾斜度。倾斜度可以转换成侧向位移。对比当前与初始的观测数据，可以确定侧向偏移的变化量，显示出地层所发生的运动位移。绘制偏移的变化量可以得到一个高分辨率的位移断面图。此断面图有助于确定地面运动位移的大小，深度，方向和速率；利用测位仪12可以测得运动位置的变化；
41.监控机构，监控机构包括中控台2、摄像头3、wifi8、云服务器9和控制终端13，摄像头3安装在中控台2顶部，且与之数据传输连接，控制终端13通过云服务器9、wifi8其中一种与中控台2数据传输连接；通过控制终端13经过云服务器9或通过wifi8可以远程进行观察或控制中控台相应的指令，通过摄像头3可以时刻监视振冲桩加密质量智能控制的过程；
42.桩孔机构，所述桩孔机构用于振冲器加密地层，回填碎石料挤密制桩，所述桩孔机构包括通过振冲器(6)开设的桩孔、位于桩孔顶部的孔顶水面(5)、位于桩孔底部的回填碎石(7)，所述桩孔顶部一侧设置有级配碎石(10)；通过回填碎石7进行初步填料，利用级配碎石10可以后续持续加料。
43.一种振冲桩加密质量智能控制方法，振冲桩加密质量智能控制方法包括：
44.s1、建立振冲桩加密质量智能控制模型，在建立振冲桩加密质量智能控制模型的步骤中，包括：振冲器6工作参数控制、振冲器6空间姿态控制和回填料控制三方面，基于振冲桩加密全过程实时监测与反馈，为建立智能振冲桩加密控制系统提供理论和技术支撑；
45.其中，各控制模块主要详细工程基本概况如下：
46.振冲场地：深厚覆盖层河床下有软弱土层
47.振冲深度：30m左右
48.振冲器6功率：220kw
49.回填料：级配碎石10
50.施工方法：人工操作
51.加密质量判断方法：人工经验控制；
52.s2、获取振冲器6工作参数，在获取振冲器6工作参数的步骤中，包括：振冲器6加密过程电流强度、留振时间、振冲水压、振冲气压，以及对振冲加密质量具有重要影响的主要工作参数组成；
53.电流强度，或叫加密电流，指振密土体或填料制桩过程中，振冲器6电机需达到的设计电流值，主要指振冲加密过程应不小于设定的最小电流强度，电流过小降低振冲加密工效、对碎石和地层挤密强度不足，电流过大容易损伤振冲器6电机、降低电机使用寿命等。因此，电流强度应根据振冲器6电机额定功率、地层条件设定正常工作阈值；
54.如振冲器6电机额定功率220kw，加密地层为粉质黏土，可设定正常工作电流强度阈值为：220a～250a。
55.留振时间指在振密土体或填料制桩过程中，振冲器6电机维持加密电流所持续的时间。在加密过程中，充足的留振时间是保证振冲器6充分振密土体和挤密碎石的控制指标，因此需设定最小留振时间；
56.留振时间的设定可结合现场试桩试验、振冲器6型号、地层条件和设计要求确定，一般情况下可设20s～30s。
57.振冲水压指振冲器6加密过程振冲器6顶部出水水压。振冲法又名振动水冲法，在湿法振冲工艺中在施工中辅以压力水冲，在高压水的冲击之下，有利造孔和加密的进行，同时还能对振冲器6起到冷却作用，保证机具正常地运行；
58.振冲加密过程水压由振冲器6型号、地层条件控制，可结合现场试桩试验确定，一般可设为0.1mpa～0.5mpa。
59.振冲水压指振冲器6加密过程振冲器6顶部出气气压。在加密过程振冲器6底部向桩内增加气压有助于保持桩内外气压平衡，避免桩体内外气压差过大出现桩体变形(颈缩)现象；
60.气压值应根据地质条件结合现场试桩试验确定，可等于或略大于水压值，一般可设为0.1mpa～0.5mpa；
61.s3、根据振冲器6工作参数和振冲器6空间姿态控制模块，获得振冲器6的实时工作参数，振冲器6空间姿态控制模块由振冲器6垂直度、深度、加密下降速度、加密上升速度、一次加密段长度、回插深度参数组成；
62.垂直度是振冲器6加密过程的重要控制参数，对碎石桩的成桩形态具有重要影响。一般施工中，振冲器6加密过程处于桩体内，直接测量垂直度难度较大，可通过监测安装在振冲器6上部的导杆4的倾斜度来间接判断振冲器6的垂直度。由于导杆4长度取决于振冲桩深度，因此振冲器6加密过程垂直度与桩深度、桩径尺寸密切相关；
63.为避免桩体倾斜，原则上加密过程应尽可能保证振冲器6竖直向下，导杆4倾斜度应根据设计桩深度通过现场试桩试验确定。
64.深度指振冲器6加密过程所在桩体内的深度位置，是重要的振冲器6加密过程监测指标之一。实时监控振冲器6在桩内加密过程的深度位置，有助于判断振冲加密状态、填料
量用量、桩体形态等关键施工指标是否处于正常运行区间；
65.振冲器6深度位置可通过振冲器6吊绳升降变化量实时监测显示。
66.振冲器6加密下降速度指振冲器6在加密过程的下降速度。当采用连续填料法时，回填料倒入桩内后，由于振冲器6和导杆4未提出桩孔，大部分填料松散堆积于桩底部，部分填料散落在振冲器6或导杆4与桩璧之间，合理控制振冲器6下降速度，借助于振冲器6的振动可将未落入桩底的回填料通过激振落入桩底，同时加密过程均匀下降有助于均匀挤密和压实桩底回填料。振冲下降速度应结合现场试桩试验确定，一般不大于1m/min，当电流强度接近设计电流阈值上限时应停止下降。
67.振冲器6加密上升速度指在振冲器6加密过程，当振冲器6加密满足留振时间要求后向上提拉行进的速度；
68.上下提拉过程是振冲加密的常用方法，有助于对桩壁均匀加密，为保证桩体的均匀性和质量，建议加密上升速度与下降速度保持一致。
69.一次加密段长度指振冲器6振密土体或填料制桩的段次长度，在加密过程表示完成一个连续加密过程的长度(深度)。长度过大容易造成漏振或不均匀、不密实，过小则降低施工效率；
70.该参数确定应结合桩径、回填料级配、振冲器6功率确定，一般情况下一次加密段长度不宜超过0.5～1m。
71.回插加密是基于长期振冲施工经验形成的一种提高桩体加密效果的方法，回插深度是回插加密的主要参考指标。在第一次加密提升后，开展振冲器6回插二次挤密，将大大提升桩体的密实效果；
72.常见的回插工艺有：一次加密0.5m，回插0.4m二次加密，或每向下加密1m，回插加密0.7m。具体回插深度可通过现场试桩试验确定最优值；
73.s4、根据回填料控制模块，获得回填料的加密参数和控制指标，回填料控制模块主要包括置换率、碎石级配、填料量、含泥量控制参数；
74.置换率又叫面积置换率，按现有规范指复合地基中增强体的面积与其控制范围面积的比值。置换率数据一定程度上可以检测桩体的加密效果，置换率过低表明振冲挤密效果较差，或桩体密实度不足，置换率过高则不经济；
75.置换率的设定一般结合地层条件和设计荷载确定。
76.碎石级配是碎石料各级粒径的分配情况。振冲桩回填料一般采用碎石，科学的碎石粒径级配，有助于提高桩体的密实度，降低加密施工工效；
77.振冲碎石桩宜采用连续级配，可通过试桩试验确定最优回填料粒径级配比例数据。
78.填料量指加密过程填入桩体的碎石量，该数据与置换率密切相关，实时精准计量填料量数据对分析加密质量具有重要参考，填料量控制范围可根据桩体设计的每延米长度建议值设定阈值，此外合理控制填料量有助于降低材料成本。
79.含泥量是回填碎石7质量控制的重要参数之一，回填碎石7自身质量决定桩体最终密实质量，一般情况下作为回填料的级配碎石10含泥量控制在5％以下；
80.s5、根据平台进行全过程实时监测与反馈，获取正常工况定时巡检与异常工况人工处置相关判断，平台进行全过程实时监测与反馈的步骤中，正常工况定时巡检通过试桩
试验从而确定振冲器6功率与地层条件，且巡检包括人工定时现场巡检、无人机视频定时巡检和控制系统定时自动巡检，异常工况人工处置采用自动处置与人工介入处置相结合方法处置问题，处置完后恢复正常工况状态；
81.正常工况定时巡检时间设定应结合振冲器6功率、地层条件，通过试桩试验确定。巡检可包括人工定时现场巡检、无人机视频定时巡检、控制系统定时自动巡检等。
82.异常工况采用自动处置与人工(专家)介入处置相结合方法处置问题，处置完后恢复正常工况状态；
83.(1)系统自动判断异常工况
84.在加密施工时，各控制模块中关键参数超过阈值设定时，系统自动判断进入异常工况状态，根据提前制定的异常工况数据库，自动处置。
85.(2)人工确定异常工况
86.在巡检发现问题、需人工改变指令、遇紧急停机、超越异常工况数据库等特殊情况下，人工指令主动转变为异常工况，采用人工(专家)介入处置。；
87.s6、根据振冲器6工作参数与回填料的加密参数和控制指标，实现振冲桩加密质量智能控制。
88.综上，所述振冲桩加密过程各控制模块和关键控制参数，在加密过程采用全过程实时监测与反馈技术自动定时巡检，各参数在设定阈值内正常工作则为正常工况，超过设定阈值自动预警、报警，针对不同异常工况采用不同对应策略，提前制定各类异常工况数据库，按异常情况自动排除故障，必要时人工介入处置。
89.基于以上控制模块各关键参数精准阈值设定，加密全过程实时监测与反馈，正常、异常工况处置设定，最终形成智能振冲桩加密质量控制系统，将现有人工或半人工为主的振冲加密过程质量控制转变为初步的智能化自动加密质量控制，大大减少人为干预、提升振冲加密质量和施工效率，为全方位智能振冲技术深入研究和发展提供技术支撑。
90.以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。