一种挤密砂桩施工监控方法及其在线监控仪与流程

本发明属于施工技术领域，特别涉及一种挤密砂桩施工监控方法及其在线监控仪。

背景技术：

挤密砂桩是软弱地基处理的常用方法。具有提高地基承载力、减少沉降、防止振动液化等作用。其原理是通过冲击或振动等方法将钢管按一定间距沉入地基土中挤压成孔，然后边拔管边向管内灌砂并振捣密实而成的砂质柱体，对整体地基起到挤密压实的作用。

现有技术具有以下缺点：1.目前的挤密砂桩施工系统，只能够进行施工作业操作，不具备对施工过程的实时在线监控和施工历史数据的保存追溯等功能；在作业工程中，存在操作全凭施工员经验和责任心，工程管理单位监管难度大的问题。2.目前砂桩施工设备，存在配套的电气控制柜距离桩机驾驶室距离远，需要两地操作的不便，给砂桩施工效率造成了影响。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种挤密砂桩在线监控仪，能够在挤密砂桩施工过程中，监控填料信息，实现数据的可监控性。具体采用的技术方案如下：

一种挤密砂桩施工监控方法，包括以下步骤：

施工操作确定；

判断所述施工操作是否暂停；

若所述施工操作暂停，则将施工操作状态置位为暂停状态；

等待所述施工操作恢复；

判断所述施工操作是否处于开始、暂停或结束的状态；

若所述施工操作处于暂停状态，则继续等待所述施工操作恢复；

若所述施工操作处于开始状态，则判断深度是否复位；

若所述深度未复位，则将所述深度复位为0，若所述深度已经复位，则结束施工；

若所述施工操作处于结束状态，则结算施工数据并上报；

若所述施工操作未暂停，则判断所述施工操作是否终止；

若所述施工操作未终止，则进入秒数据处理继续施工；

若所述施工操作已终止，则结算施工数据并上报。

可选的，所述施工操作为挤密砂桩施工操作，所述秒数据处理包括以下步骤：

获取并计算各物理量当前值；

预设时间记录各物理量数据；

更新各物理量最大值；

判断施工时间是否跨越最大记录时间；

若否，则继续获取并计算各物理量当前值；若是，则存储数据。

可选的，所述物理量包括电压、电流、气压、水压、深度和填料量中的一种或多种。

可选的，当所述物理量包括填料量时，所述获取并计算各物理量当前值采用无线吊钩秤采集物理量数据，包括以下步骤：

初始化无线通信端口；

读取称重；

计算调料量。

可选的，当所述物理量包括填料量时，所述获取并计算各物理量当前值采用砂面仪采集物理量数据，包括以下步骤：

初始化无线通信端口；

读取砂面位置；

计算调料量。

一种挤密砂桩在线监控仪，适用于上述的挤密砂桩施工监控方法，所述在线监控仪包括主控模块和填料量计算模块；

所述填料量计算模块用于执行秒数据处理流程；

所述主控模块用于执行以下步骤：

施工操作确定；

判断所述施工操作是否暂停；

若所述施工操作暂停，则等待所述施工操作恢复；

判断所述施工操作是否处于开始、暂停或结束的状态；

若所述施工操作处于暂停状态，则继续等待所述施工操作恢复；

若所述施工操作处于开始状态，则判断深度是否复位；

若所述深度未复位，则将所述深度复位为0，若所述深度已经复位，则结束施工；

若所述施工操作处于结束状态，则结算施工数据并上报；

若所述施工操作未暂停，则判断所述施工操作是否终止；

若所述施工操作未终止，则控制填料量计算模块执行秒数据处理流程，继续施工；

若所述施工操作已终止，则结算施工数据并上报。

可选的，还包括显示模块、通信模块、定位模块、供电模块和采集通道；

所述填料量计算模块通过所述采集通道将获取到的物理量发送至所述主控模块；

所述显示模块根据所述主控模块获取的施工信息进行施工信息显示；

所述通信模块将所述施工信息发送至服务器或者挤密砂桩控制柜通信；

所述定位模块用于挤密砂桩的定位；

所述供电模块用于为所述主控模块、显示模块、填料量计算模块、通信模块和定位模块提供电能。

可选的，所述填料量计算模块包括无线吊钩秤或者砂面仪。

可选的，所述无线吊钩秤包括rs485无线吊钩秤电路；

所述rs485无线吊钩秤电路包括adm2587芯片；所述adm2587的vcc端通过第一电容连接到gnd1端；所述adm2587的vin端和vout端相连后再通过第二电容连接到gnd2端；所述adm2587的re/和de端相连后通过第一电阻连接到所述gnd1端；所述adm2587的txd端通过第二电阻连接到vcc端；所述adm2587的a端、b端分别连接到y端、z端，所述y端通过第三电阻连接到vin端，所述b端通过第四电阻连接到gnd2端；所述gnd2端通过第三电容连接到gnd1端；所述a端、b端分别通过保护器件连接到所述gnd2端。

可选的，还包括电流互感器、电压变送器、深度编码器或者压力传感器，所述电流互感器、电压变送器、深度编码器或者压力传感器通过所述采集通道连接到所述主控模块。

本发明提供的一种挤密砂桩施工监控方法及其在线监控仪，通过在施工过程实时判断施工状态及实时获取施工数据，能够在施工过程中，监控施工信息，实现施工数据的可监控性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请一实施例提供的挤密砂桩施工监控方法流程图；

图2为本申请一实施例提供的秒数据处理方法流程图；

图3为本申请一实施例提供的利用无线吊钩秤获取填料量的方法流程图；

图4为本申请一实施例提供的利用砂面仪获取填料量的方法流程图；

图5为本申请一实施例提供的挤密砂桩在线监控仪模块框图

图6为本申请另一实施例提供的挤密砂桩在线监控仪的模块框图；

图7为本申请一实施例提供的主板板卡的模块示意图；

图8为本申请一实施例提供的rs485无线吊钩秤电路的电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，一种挤密砂桩施工监控方法，包括以下步骤：

s11、施工操作确定；确定施工操作为挤密砂桩操作；当确定为挤密砂桩操作后，继续执行后续步骤；

s12、判断所述施工操作是否暂停；若所述施工操作暂停，则执行步骤s131:将施工操作状态置位为暂停状态；

s132、等待施工操作恢复，即等待重新进行挤密砂桩施工操作；

s133、判断施工操作是否处于开始、暂停或结束的状态；判断施工操作处于开始、暂停或者结束的具体哪个状态；若施工操作处于暂停状态，则返回步骤s132继续等待所述施工操作恢复；

若所述施工操作处于开始状态，则进行步骤s134判断：判断深度是否复位，即判断挤密砂桩深度是否复位；

若所述深度未复位，则执行步骤s135将所述深度复位为0，若所述深度已经复位，则结束施工；

若判断步骤s133中，判断施工操作处于结束状态，则结算施工数据并上报，结束施工操作；

若判断步骤s12中判断施工操作未暂停，则执行步骤s14判断施工操作是否终止；

若所述施工操作未终止，则执行步骤s16：秒数据处理继续施工；

若所述施工操作已终止，则执行步骤s15：结算施工数据并上报，结束施工操作。本实施例中，挤密砂桩施工记录功能主要实现对桩机施工作业中，所有实时的施工参数的采集统计功能。将采集的数据/运算数据以时间为基轴记录在仪器内部的存储系统中,完整的记录整个桩机施工作业参数，以供施工单位，检查单位，业主单位进行检验检测，存储归档，历史追溯。其中数据的实时处理在秒数据处理中完成的。

进一步的，在一个实施例中，如图2所示，步骤s16秒数据处理包括以下步骤：

s161：获取并计算各物理量当前值；如挤密砂桩的填料量的物理量、电流、电压、压力的物理量，该物理量与施工参数相关；

s162：预设时间记录各物理量数据；在具体实施例中，预设时间可为1秒，即每秒记录一次各物理量数据；

s163：更新各物理量最大值；

s164：判断施工时间是否跨越最大记录时间；

若否，则返回步骤s161继续获取并计算各物理量当前值；若施工时间已经跨越最大记录时间，则s165：存储数据；秒数据处理结束。

上述实施例中，可选取物理量包括电压、电流、气压、水压、深度和填料量中的一种或多种。

在上述实施例中，当所述物理量包括填料量时，步骤s161获取并计算各物理量当前值可采用无线吊钩秤采集物理量数据，如图3所示，具体包括以下步骤：

s16111:初始化无线通信端口；

s16112:读取称重；

s16113:计算调料量。

无线吊钩秤其物理实现形式是依靠桩机设备上加装的无线吊钩秤对填料量进行称重，其接收机通过无线通信，比如rs485通信形式连接监控仪主机。实现填料重量的采集工作。

当所述物理量包括填料量时，步骤s161获取并计算各物理量当前值也可采用砂面仪采集物理量数据，如图4所示，具体包括以下步骤：

s16121：初始化无线通信端口；

s16122：读取砂面位置；

s16123：计算调料量。

砂面仪，如超声波砂面仪是依靠桩机设备上加装的超声波砂面仪对料筒砂面高度进行实时测量，其高度的减少量即为下放砂石的体积量，其接收机通过rs485通信形式连接监控仪主机，并通过密度换算的方式。将料筒砂料的减少体积，乘以砂料标定密度，折算成填料重量，实现填料重量的采集工作。砂面仪可通过rf无线方式与接收机通信，其接收机再通过无线通信，比如rs485通信形式连接监控仪主机，实现数据链路的贯通。

基于上述的的挤密砂桩施工监控方法，本申请实施例还提供了一种挤密砂桩在线监控仪，包括主控模块和填料量计算模块；

其中，填料量计算模块用于执行秒数据处理流程；

主控模块用于执行如图1所示的挤密砂桩施工监控方法，该方法具体包括如下步骤：

s11、施工操作确定；确定施工操作为挤密砂桩操作；当确定为挤密砂桩操作后，继续执行后续步骤；

s12、判断所述施工操作是否暂停；若所述施工操作暂停，则执行步骤s131:将施工操作状态置位为暂停状态；

s132、等待施工操作恢复，即等待重新进行挤密砂桩施工操作；

s133、判断施工操作是否处于开始、暂停或结束的状态；判断施工操作处于开始、暂停或者结束的具体哪个状态；若施工操作处于暂停状态，则返回步骤s132继续等待所述施工操作恢复；

若所述施工操作处于开始状态，则进行步骤s134判断：判断深度是否复位，即判断挤密砂桩深度是否复位；

若所述深度未复位，则执行步骤s135将所述深度复位为0，若所述深度已经复位，则结束施工；

若判断步骤s133中，判断施工操作处于结束状态，则结算施工数据并上报，结束施工操作；

若判断步骤s12中判断施工操作未暂停，则执行步骤s14判断施工操作是否终止；

若所述施工操作未终止，则控制填料量计算模块执行步骤s16秒数据处理流程，继续施工；

若所述施工操作已终止，则执行步骤s15：结算施工数据并上报，结束施工操作。

若所述施工操作已终止，则结算施工数据并上报。

如图5所示，在一个实施例中，一种挤密砂桩施工在线监控仪，还包括显示模块13、通信模块15、定位模块16、供电模块12和采集通道17；

填料量计算模块14通过采集通道17将获取到的物理量发送至主控模块11；

显示模块13根据主控模块11获取的施工信息进行施工信息显示；

通信模块15将所述施工信息发送至服务器或者挤密砂桩控制柜通信；

定位模块16用于挤密砂桩的定位；

供电模块12用于为所述主控模块、显示模块、填料量计算模块、通信模块和定位模块提供电能。其中，该监控仪采用主机模块和显示模块分离，更适应桩机驾驶室狭小的环境。

在一个实施例中，如图6所示，填料量计算模块14包括无线吊钩秤141或者砂面仪142。无线吊钩秤其物理实现形式是依靠桩机设备上加装的无线吊钩秤对填料量进行称重，其接收机通过rs485通信形式连接监控仪主机，实现填料重量的采集工作。砂面仪物理实现形式是依靠桩机设备上加装的砂面仪对料筒砂面高度进行实时测量，其高度的减少量即为下放砂石的体积量，其接收机通过rs485通信形式连接监控仪主机，并通过密度换算的方式。将料筒砂料的减少体积，乘以砂料标定密度，折算成填料重量，实现填料重量的采集工作。砂面仪通过rf无线方式与接收机通信，其接收机再通过rs485通信形式连接监控仪主机，实现数据链路的贯通。

进一步的，所述无线吊钩秤可以包括rs485无线吊钩秤电路；如图8所示，在一个实施例中所述rs485无线吊钩秤电路包括adm2587芯片；所述adm2587的vcc端通过第一电容c1连接到gnd1端；adm2587的vin端和vout端相连后再通过第二电容c2连接到gnd2端；所述adm2587的re/和de端相连后通过第一电阻r1连接到所述gnd1端；所述adm2587的txd端通过第二电阻r2连接到vcc端；所述adm2587的a端、b端分别连接到y端、z端，所述y端通过第三电阻r3连接到vin端，所述b端通过第四电阻r4连接到gnd2端；所述gnd2端通过第三电容c3连接到gnd1端；所述a端、b端分别通过保护器件连接到所述gnd2端。进一步的，本实施例中，所述保护器件包括1smb12cat3g。

如图6所示，在一个实施例中挤密砂桩在线监控仪还可以包括电流互感器18、电压变送器19、深度编码器20或者压力传感器21，电流互感器18、电压变送器19、深度编码器20或者压力传感器21通过采集通道17连接到主控模块11。这些传感器可以均采用dc24v供电系统，标准的4-20ma输入、频率输出等接口。本实施例中，该监控仪能够实时采集搅拌桩施工过程中各大关键施工数据，包括：桩深度、紧密电流、填料量、空压机压力、泵机压力、实时地理位置信息等，还能够实时统计分析出工艺参数，包括：桩长、反差次数、反差深度等施工数据动态曲线。能够智能控制施工，同时还会控制记录仪会根据施工中当前的分析数据，并依据设计参数指导施工，且还能够实时将记录参数，统计参数通过无线网络发送至物联网平台，实现远程施工管理监督、历史数据统计存储的功能。

进一步的，通信模块15包括第一通信单元和第二通信单元，第一通信单元与服务器通信连接；第二通信单元与制浆控制柜通信连接。在一个具体实施例中，如图2所示，第一通信单元包括lte通信单元151，lte通信单元151包括多星座gnss接收机；第二通信单元包括lora通信单元152。其中，lte(longtermevolution，长期演进)是由3gpp(the3rdgenerationpartnershipproject，第三代合作伙伴计划)组织制定的umts(universalmobiletelecommunicationssystem，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，于2004年12月在3gpp多伦多会议上正式立项并启动。lte系统引入了ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用)和mimo(multi-input&multi-output，多输入多输出)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率(20m带宽2x2mimo在64qam情况下，理论下行最大传输速率为201mbps，除去信令开销后大概为150mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100mbps，上行为50mbps)，并支持多种带宽分配：1.4mhz，3mhz，5mhz，10mhz，15mhz和20mhz等。lora是lpwan通信技术中的一种，是美国semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。gnss系统——gnss是globalnavigationsatellitesystem的缩写。本实施例中，lte通信单元主要实现监控仪和服务器主站进行无线通信的功能，具体可采用quectel公司ec20模块作为核心，可采用lte3gpprel.11技术，支持最大下行速率150mbps和最大上行速率50mbps；而且模块集成多星座gnss接收机，满足不同环境下对快速、精准定位的需求，通过lte-4g能够通过4g网络上报数据至服务器，实现数据实时上传，数据存储，追溯有保障。lora通信单元主要实现的是挤密砂桩监控仪与控制柜的无线通信功能，采用lora技术具有低功耗，通信距离远，无通信资费的优势，具体可采用lierda公司的sd4rf-2f717n30作为核心，其内部基于semtech射频集成芯片sx127x的射频模块，是一款高性能物联网无线收发器，其特殊的lora调试方式可大大增加通信距离，可广泛应用于各种场合的短距离物联网无线通信领域，具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等优势；工作频段：401-510；通信有限距离达5km@250bps。通过gnss(gps+北斗)定位功能实现挤密砂桩的定位，保证桩号与设计的对应和校对。

进一步的，所述供电模块包括电源电路，所述电源电路包括隔离变压器和双路开关电源，其中一路所述开关电源连接到所述主控模块，另一路所述开关电源连接到所述调料量计算模块或者图6所示的其它传感器。在一个实施例中，主机采用220v电压的市供交流电供电，其电路设计采用了隔离变压器、双路开关电源串联的形式，最终输出给控制系统双路隔离的24v直流电源。其中隔离变压器在电源系统中起到了低通滤波器的作用，能有效隔离施工作业环境下电源扰动，保护主机。双路开关电源具备110v-240v的宽电压输入范围，隔离的双路24v直流输出，能够将主控系统的系统电源和传感器电路电源隔离，从而提高采用精度。

进一步的，如图7所示，主控模块包括主控板卡，所述主控板卡包括eeprom、flash或者rtc处理器，包含16路模拟量的采集输入、2路模拟量的控制输出、8路开关量的采集输入、6路开关量的采集输出、2路频率信号的采集输入的采集模块；包含rs232串行接口、rs485串行接口、rj45以太网接口以及usb3.0串行通信总线的有线通信接口；主控板卡上的mcu可以采用nxp-lpc1768。该主控板卡11具有丰富采集口线(16路模拟量的采集输入、2路模拟量的控制输出、8路开关量的采集输入、6路开关量的采集输出、2路频率信号的采集输入的采集模块)，支持各型号的桩机类型，包括单头、双头、三头等市面所有型号。

在上述实施例中，通过显示模块实现人机交互显示，可以采用了组态架构的触摸屏电脑实现，其优势特点是触摸输入方式便捷，画面可定制程度好，具有优秀的处理运算能力，能够兼容市场上大多数产品。组态软件的设计上，结合了挤密砂桩监控数据的显示，web主站上工程管理信息的下发，施工统计分析的数据显示，施工操作的输入等等功能。

本申请提供的挤密砂桩在线监控仪具有如下优点：

1.先进的控制板卡设计：包含了16路模拟量的采集输入、2路模拟量的控制输出、8路开关量的采集输入、6路开关量的采集输出、2路频率信号的采集输入的采集模块；包含了rs232串行接口、rs485串行接口、rj45以太网接口以及usb3.0串行通信总线的有限通信接口；包含了lte、lora两部分的无线通信接口。

2.组态架构的人机交互界面。人机交互界面的设计基于了组态工业触摸屏电脑，有可靠性高、处理性能高、定制方便、交互方式便捷的优势。独立于控制板卡，使系统的模块化更彻底，提供整体系统可靠性。

3.能够根据不同桩机类型实现填料量的测量计算工作。

本申请提供的挤密砂桩在线监控器及其方法具有挤密砂桩施工记录功能；该功能主要实现对桩机施工作业中，所有实时的施工参数的采集统计功能，完整的记录整个桩机施工作业参数，以供施工单位，检查单位，业主单位进行检验检测，存储归档，历史追溯。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。