基于北斗定位和电流传感器的CFG桩灌入量监控系统的制作方法

本实用新型属于桩基施工管理领域，具体涉及一种基于北斗定位和电流传感器的cfg桩灌入量监控系统。

背景技术：

在铁路、公路等工程施工中，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和后用各种成桩机械制成的cfg桩因为其具有较好的技术性能和经济性能被广泛使用。为了确保桩可以将上部载荷有效的传递到深层地基中，成桩时混凝土的灌入量事关重要。但从桩机的角度来看，由于浇筑桩身的过程是在土层下进行，直接对灌入量监测比较困难，而从拖地泵角度来看，目前在市面上的拖地泵只能确定每小时标准泵入量，而不能监测每根桩的灌入量。因此，一种能实时且方便监测每根桩灌入量的技术手段是十分必要的。

有两个因素或影响灌入量的大小，一个因素是钻入深度，另一个因素是桩孔直径，根据关注侧重点的不同，目前已有的测量灌入量的方案主要分为俩种：

1.关注钻入深度：以400mm孔径为例，每少钻入1m，灌入量将少0.1256立方米，在默认孔径是标准的情况下，灌入量将直观反馈钻入深度，所以第一宗方案是通过在动力头上方安装高精度北斗定位系统，来采集钻头钻入深度，再根据钻入深度和钻孔设计直径计算得出理论灌入量；

2.关注桩孔直径：第一种方案得到的只是理论灌入量，并不能代表实际的灌入量，为了解决这个问题，第二种方案是采用电流传感器直连采集设备，使用232或485通讯方式将数据通过线缆传送到终端，由终端处理后得到灌入量。

但是上述两种现有技术都存在不足，缺点如下：

采用北斗定位计算灌入量的方式，得到的值只是理论灌入量，

没有考虑到桩内部的缩颈和扩径等情况，缩颈时成桩的桩径会小于钻孔设计直径，所以计算出的灌入量会大于实际灌入量，扩径时，成桩的桩径会大于钻孔的设计直径，所以计算出的灌入量会小于实际灌入量。

采用电流传感器直连的方式，得到的值是实时的灌入量，但是因为桩机施工过程中需要时刻移动桩机机位，所以拖地泵一般距离桩机一到俩百米的距离，直连的话会造成以下四个问题，一是长距离的连接线缆会造成信号的丢失，二是在桩机移动的过程中，因为现场环境复杂很容易会造成线缆的磨损或者拽断；三是桩机换桩区的时候，会对桩机和拖地泵进行拆除，线缆方式也不方便拆除和二次组装。四是为了确保混凝土不凝固，拖地泵需要在一定时间间隔内进行搅拌，拖地泵搅拌时也会产生电流值，从而导致获得的泵入时长大于实际的泵入时长，会造成计算出的灌入量偏大。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于北斗定位和电流传感器的cfg桩灌入量监控系统，通过本实用新型，能够有效避免三个主要问题，一是灌入量的实时性；二是只计算提钻过程中拖地泵的工作时长；三是采用云端转发的方式避免了线缆直连，方便安装拆除。

一种基于北斗定位和电流传感器的cfg桩灌入量监控系统，该系统包括北斗定位装置、电流传感器和dtu，所述北斗定位装置设置于钻机上，用以提供桩的高程位移变化，判断当前是否为提钻过程；所述电流传感器与拖地泵电连接，用以采集提钻过程中地泵的实际电流；所述dtu与电流传感器电连接，用以将采集到的拖地泵的工作电流上传到云端服务器；还包括终端设备，所述终端设备与云端服务器通信连接，用以获取云端服务器中的拖地泵的电流信息。

进一步，所述终端设备中设有信息存储机构，所述信息存储机构中存储有通过试验桩获取的工作电流。

进一步，所述终端设备中设有数据处理机构，所述数据处理机构连接信息存储机构和终端设备的通信机构，通过比对通信机构获取的拖地泵的电流信息和信息存储机构里面存储的试验桩获取的工作电流，获取实际泵送时长。

进一步，所述终端设备中还设有计算机构，所述计算机构连接数据处理机构，所述计算机构用以根据试验桩获取的标准泵入量(立方米/秒)来计算实时灌入量。

本实用新型的优点在于：方便安装，能实现非线缆安装，并且测量数据准确，达到对实际灌入量实时监控的目的，为工程施工的成本核算提供了真实有效的参考标准。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于北斗定位和电流传感器的cfg桩灌入量监控系统的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本实用新型的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方案作进一步地详细描述。

如图1所示，本实用新型中的基于北斗定位和电流传感器的cfg桩灌入量监控系统，包括北斗定位装置、电流传感器和dtu，所述北斗定位装置设置于钻机上，用以提供桩的高程位移变化，判断当前是否为提钻过程；所述电流传感器与拖地泵电连接，用以采集提钻过程中地泵的实际电流；所述dtu与电流传感器电连接，用以将采集到的拖地泵的工作电流上传到云端服务器；还包括终端设备，所述终端设备与云端服务器通信连接，用以获取云端服务器中的拖地泵的电流信息。

作为优选而非限定，所述终端设备中设有信息存储机构，所述信息存储机构中存储有通过试验桩获取的工作电流。

作为优选而非限定，所述终端设备中设有数据处理机构，所述数据处理机构连接信息存储机构和终端设备的通信机构，通过比对通信机构获取的拖地泵的电流信息和信息存储机构里面存储的试验桩获取的工作电流，获取实际泵送时长。

作为优选而非限定，所述终端设备中还设有计算机构，所述计算机构连接数据处理机构，所述计算机构用以根据试验桩获取的标准泵入量(立方米/秒)来计算实时灌入量。

在进行cfg桩施工过程中，当钻入到设计深度后，提钻的同时使用拖地泵将混凝土泵入到cfg桩杆中，在提钻的同时，混凝土自然填充满刚刚钻好的孔中，所以拖地泵泵入的混凝土等同于cfg桩内的灌入量。

本方案的设计原理是拖地泵在泵送混凝土的过程中，功率增加，根据p＝u*i可知，在电压不变的情况下，电流将增大，通过测量拖地泵的工作电流，可以得到拖地泵的工作时间，拖地泵出厂时，都会在铭牌上标注有每小时标准泵入量f，该值与工作时间t的乘积，即可认定为每根cfg桩的灌入量rp＝f*t。基于此原理，首先需要在拖地泵处安装电流传感器(需设置波特率)和数传单元(需设置与云服务器通信ip和端口)，传感器框在拖地泵电源的火线上，数传单元与传感器连接，用于将传感器的数据传回云服务器上，云端的数据处理软件，将拖地泵处电流传感器的数据下发给桩机上的终端设备(需设置与云服务器通信ip和端口)，终端设备通过高精度北斗定位天线(需设置与终端设备通信的串口和波特率)获取当前桩机是否在提钻，当提钻时，判断云端传来的拖地泵电流数据是否为工作状态，如果是则开始计时，当提钻完成后，根据工作时间和每小时标准泵入量计算该桩的灌入量，再通过可视化手段将该值展现出来。例如现场钻孔直径r＝400mm和钻入深度l＝21.974m的实例，根据理论灌入量计算方式tp＝r/2*r/2*l*π可得理论灌入量为2.7599344立方米，而该实用新型实测灌入量rp＝2.63立方米，与理论值近似相等，证明该方案的可行性。

本方案的关键点有两个，该两个关键点如下所述：

关键点1：本方案可实现对cfg桩灌入过程中，对拖地泵实时泵入量的监控，基于北斗定位的高程位移和拖地泵在泵入混凝土的过程中，电流值会增大为依据，精准判断当前工作状态是否为正在泵送混凝土，并可以准确的计算出泵送的时长，通过试验桩获得的标准泵入量(立方米/秒)，便可以得到当前桩的总泵入量。

采用北斗定位对比不同：传统仅仅采用北斗定位方案计算泵入量，最后得到的仅仅只是一个理论值，在实际施工过程中，因为地质条件不同，桩的实际桩径与设计桩机会有偏差，如果仅以北斗定位的高程位移为唯一标准，那么得到的值将与实际值有很大的偏差。

采用电流传感器对比不同：传统仅仅采用电流传感器方案计算泵入量时，忽略了拖地泵在下钻过程中，电流值过大造成泵送时长比实际时长要长的误差。该误差会造成最后计算的泵送量超过实际的灌入量，造成在成本核算时，成本过高。

关键点2：本方案通过结合云端转发方式将电流传感器的数据传到终端设备中进行计算，传统方案使用232或485通讯的线缆连接进行数据传输，该种方案有以下几点问题，一是桩机和拖地泵一般距离过远，会造成数据在传输过程中的失真，一般会在线缆中间添加中继器来进行信号的放大，造成安装繁琐，并且如果出现问题也不好排查。二是采用线缆连接，会因为桩机的移动，造成磨损，损坏后，需要进行线缆的修复耗时耗力，耽误施工。三是当桩机更换桩区时，需要进行拆除，等到达新桩区后会再次组装，传统线缆方式会造成安装拆除麻烦的问题，并且需要安装人员有一定的技术能力。而该装置采用云端转发形式来进行数据传输，可以有效规避上述三点问题，将拖地泵和桩机终端进行分离，做到了松耦合的目的，安装拆除方便，信号传输完整，并且当发生问题时，可以根据云端设备监控准确判断问题所在。

以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。