用于管桩施工的锤击辅助、系统与锤击数据共享系统的制作方法

1.本发明涉及管桩施工技术领域。


背景技术：

2.预制管桩广泛应用于建筑工程的地基处理工程中，其主要用于提高地基与基础的承载力，常见的施工方法之一是锤击法，即通过打桩机将管桩打入地下。在实际施工中，传统的入桩深度是通过人工测量来完成，然后记录上报到管理单位，该方法存在如下问题：1)入桩深度的测量一般需要通过专门的测量仪器如全站仪器，在实际测量过程中需要多人配合完成，增加了人力成本。2)存在因人为误差和主观故意导致与实际要求出现较大偏差的可能。
3.另外，在管桩施工过程中，依赖人工经验来决定是否接桩、送桩或收锤，主观性较强，容易出现欠打或过打，影响施工质量，留下安全隐患。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于管桩施工的锤击辅助方法，解决目前管桩施工依赖主观经验导致的施工质量较低的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于管桩施工的锤击辅助方法，实时监测每锤进尺量，并包括以下步骤：
6.s1：根据每锤进尺量计算第一锤到当前锤的桩总入土深度，若桩总入土深度小于l-δl，其中，l表示桩原有长度，δl表示齐平增量，0＜δl＜l，则进入步骤s2；否则，进入步骤s4；
7.s2：判断上10锤进尺量与上10锤进尺量阈值h的偏差是否在测量误差范围内，所述上10锤进尺量是指当前锤的上9锤到当前锤的每锤进尺量的累积；若是，则监测从当前锤的下一锤开始的连续三阵锤击的每阵进尺量，每10锤为一阵；若否，则重复步骤s2；
8.s3：判断连续三阵锤击的每阵进尺量是否达到收锤标准；若是，则发出收锤通知，结束；若否，则回到步骤s2；
9.s4：判断是否满足送桩条件，若是，则在发出送桩通知之后暂停程序，直到接收到继续执行指令，然后回到步骤s2；若否，则进入步骤s5；
10.s5：发出接桩通知并暂停程序，直到接收到继续执行指令，然后回到步骤s2。
11.进一步的，收锤标准为连续三阵锤击的每阵进尺量均小于每阵阈值h1，连续三阵锤击的每阵进尺量逐渐变小，并且连续三阵中最后一阵的每阵进尺量小于收锤阈值h2，收锤阈值h2小于每阵阈值h1。
12.进一步的，送桩条件为当前锤的上m锤到当前锤之间形成的m个相邻两锤之间的每锤进尺量差值均小于差值阈值。
13.本发明还提供一种用于管桩施工的锤击辅助系统，用于本发明的用于管桩施工的锤击辅助方法，包括锤击数监测系统与入桩深度监测系统；
14.所述锤击数监测系统包括接近开关与上位机，接近开关安装在打桩机的锤架顶部并朝向提锤杆方向，提锤杆随着桩锤的提起与放下伸出和缩入锤架内，接近开关安装在能够感应到提锤杆伸出状态的位置；随着提锤杆伸出、缩入，接近开关相应的产生高、低电平信号并发送给上位机；上位机用于根据锤击过程中的电平信号生成电平信号波，并统计电平信号波上计数单元的个数，所述计数单元的特征为高电平到低电平再到高电平；每个计数单元对应一次锤击，计数单元的个数即为锤击数；
15.所述入桩深度监测系统包括轮式计米编码器，所述轮式计米编码器的主体部分固定在打桩机的导向柱连接架上，轮式计米编码器的滚轮与打桩机的导向柱滑动连接；导向柱连接架一端与导向柱滑动连接，其另一端与锤架固定连接；随着锤架的下降导向柱能够带动轮式计米编码器的滚轮沿导向柱滚动，同时轮式计米编码器产生脉冲信号并传输给上位机；上位机用于将脉冲信号转化为滚轮的位移量，即入桩深度；
16.上位机中配置有每锤进尺量监测程序与每阵进尺量监测程序；所述每锤进尺量监测程序用于在每监测到一次锤击，就对应计算一次锤击的入桩深度，从而获得每锤进尺量；所述每阵进尺量监测程序，用于每监测到一阵锤击，就对应计算一阵锤击的入桩深度，从而获得每阵进尺量。
17.本发明还提供一种锤击数据共享系统，包括本发明的用于管桩施工的锤击辅助系统；还包括安装在打桩机的锤架顶部的gps定位模块，用于获取打桩机的作业位置信息；所述上位机用于将包含管桩施工过程的锤击数据、作业位置信息与施工日期的信息关联起来形成管桩施工日志，并上传至云服务器。
18.进一步的，所述云服务器提供数据查询服务，通过云服务器查询待施工工地附近的管桩施工日志，并从相应锤击数据中获取最后三阵的每锤进尺量，从而为确定待施工工地的每阵阈值提供参考。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.1、本发明以每锤进尺量为基础，实现对锤击过程的每一锤进行评价，同时结合总入桩深度、每阵进尺量等，为相应的锤击决策(收锤、送桩、接桩)提供客观依据，避免盲目依赖主观经验。
21.2、本发明在上10锤进尺量小于上10锤进尺量阈值h后，再进行收锤判断，不仅能节省计算资源，还能提高收锤判断效率。
22.3、本发明利用特殊位置上的接近开关的电平信号对锤击动作进行感应，不会受到振动干扰，以高-低-高电平信号对应一次完整锤击，从而能够十分准确的检测到单次锤击，进而保证了锤击数与每锤进尺量的准确性。
23.4、本发明利用特殊安装结构的轮式计米编码器匹配入桩过程，不会受到振动干扰，准确的对入桩深度进行监测，保证量每锤进尺量与每阵进尺量的准确性。
24.5、本发明以锤击辅助系统为基础建立锤击数据共享系统，为管桩施工提供监管、溯源保障。通过施工日志的锤击数据为上10锤进尺量阈值h和每阵阈值的确定提供参考，更加符合客观实际，随着锤击数据的积累，阈值参数能够得到不断优化，从而促进施工质量不断提高。
附图说明
25.图1为传感器在打桩机上的安装示意图；
26.图2为轮式计米编码器在导向柱上的运动示意图；
27.图3为接近开关的电平信号示意图；
28.图4为锤击数计数程序流程图；
29.图5为锤击数据共享系统的网络结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。
31.本具体实时方式中的锤击辅助方法，采用本具体实施方式中的锤击辅助系统来实现，能够准确的对每锤进尺量与每阵进尺量进行监测，为管桩施工过程提供基于数据监测的客观指引，提高施工质量的稳定性、可靠性。
32.一)、锤击辅助系统
33.参考图1所示，一种用于管桩施工的锤击辅助系统，包括锤击数监测系统与入桩深度监测系统；
34.所述锤击数监测系统包括接近开关1-3与上位机1-1，接近开关1-3安装在打桩机的锤架顶部并朝向提锤杆2-3方向，提锤杆2-3随着桩锤2-4的提起与放下伸出和缩入锤架2-5内，接近开关安装在能够感应到提锤杆伸出状态的位置；随着提锤杆伸出、缩入，接近开关相应的产生高、低电平信号并发送给上位机；上位机用于根据锤击过程中的电平信号生成电平信号波，并统计电平信号波上计数单元的个数，所述计数单元的特征为高电平到低电平再到高电平；每个计数单元对应一次锤击，计数单元的个数即为锤击数；
35.所述入桩深度监测系统包括轮式计米编码器1-2，所述轮式计米编码器的主体部分固定在打桩机的导向柱连接架2-2上，参考图2所示，轮式计米编码器的滚轮与打桩机的导向柱2-1滑动连接；导向柱连接架一端与导向柱滑动连接，其另一端与锤架固定连接；随着锤架的下降导向柱能够带动轮式计米编码器的滚轮沿导向柱滚动，同时轮式计米编码器产生脉冲信号并传输给上位机；上位机用于将脉冲信号转化为滚轮的位移量，即桩柱3的入桩深度。
36.桩3通过桩套连接在锤架上，锤击过程中，锤架随着桩柱下降，因此锤架2-5的下降位移即为桩柱入桩深度。另外，提锤杆2-3通过锤架内的液压机构提供动力来提起或放下桩锤2-4。
37.上位机中配置有每锤进尺量监测程序与每阵进尺量监测程序；所述每锤进尺量监测程序用于在每监测到一次锤击，就对应计算一次锤击的入桩深度，从而获得每锤进尺量；所述每阵进尺量监测程序，用于每监测到一阵锤击，就对应计算一阵锤击的入桩深度，从而获得每阵进尺量。
38.为了方便安装，轮式计米编码器与接近开关分别通过各自的无线通信模块与上位机通信。
39.现有技术中的计数器为高电平计数一次或低电平计数一次，但是这样并不能准确计数锤击数，原因在于提锤数并不等于锤击数。本发明从锤击动作的特征(提起-放下-再提起)出发改进了计数方式：参考图3与图4所示，根据锤击过程中的电平信号生成电平信号
波，并统计电平信号波上计数单元的个数，所述计数单元的特征为高电平到低电平再到高电平；每个计数单元对应一次锤击，计数单元的个数即为锤击数；从而准确记录每次锤击。
40.二)、锤击数据共享系统
41.以锤击辅助系统为基础建立锤击数据共享系统，为管桩施工提供监管、溯源保障。
42.参考图5所示，一种锤击数据共享系统，包括用于管桩施工的锤击辅助系统；还包括安装在打桩机的锤架顶部的gps定位模块，用于获取打桩机的作业位置信息；所述上位机用于将包含管桩施工过程的锤击数据、作业位置信息与施工日期的信息关联起来形成管桩施工日志，并上传至云服务器。
43.云服务器提供数据查询服务，通过云服务器查询待施工工地附近(如方圆10km内)的管桩施工日志，并从相应锤击数据中获取最后三阵的前10锤的累积进尺量，从而为确定待施工工地的上10锤进尺量阈值h提供参考。
44.云服务器提供数据查询服务，通过云服务器查询待施工工地附近的管桩施工日志，并从相应锤击数据中获取最后三阵的每阵进尺量，从而为确定待施工工地的每阵阈值提供参考。
45.待施工工地附近区域的地质条件相近，每锤阈值反映了快要达到收锤程度的每锤进尺量。每锤阈值设置得过大，导致频繁监测每阵进尺量，计算开销增大，冗余数据量增大，不利于数据的传输与存储。每锤阈值设置得过小，容易导致总锤击数增多或者发生过打，不利用节约能源和施工质量。
46.每阵阈值的合理设置能够避免过打和欠打。
47.通过施工日志的锤击数据为每锤阈值和每阵阈值的确定提供参考，更加符合客观实际，随着锤击数据的积累，阈值参数能够得到不断优化，从而促进施工质量不断提高。
48.三)锤击辅助方法
49.一种用于管桩施工的锤击辅助方法，实时监测每锤进尺量，并包括以下步骤：
50.s1：根据每锤进尺量计算第一锤到当前锤的桩总入土深度，若桩总入土深度小于l-δl，其中，l表示桩原有长度，δl表示齐平增量，0＜δl＜l，则进入步骤s2；否则，进入步骤s4；
51.由于当桩总入土深度达到于桩原有长度时，桩与地面齐平；通过设置齐平增量δl(如0.5m)，就能在桩与地面齐平前进入接\送桩判断，方便后续接\送桩操作。
52.s2：判断上10锤进尺量与上10锤进尺量阈值h的偏差是否在测量误差范围内(例如
±
5cm)，所述上10锤进尺量是指当前锤的上9锤到当前锤的每锤进尺量的累积；若是，则监测从当前锤的下一锤开始的连续三阵锤击的每阵进尺量，每10锤为一阵；若否，则重复步骤s2。
53.s3：判断连续三阵锤击的每阵进尺量是否达到收锤标准；若是，则发出收锤通知，结束；若否，则回到步骤s2；
54.s4：判断是否满足送桩条件，若是，则在发出送桩通知之后暂停程序，直到接收到继续执行指令，然后回到步骤s2；若否，则进入步骤s5；
55.s5：发出接桩通知并暂停程序，直到接收到继续执行指令，然后回到步骤s2。例如，统计施工日志中的大量锤击数据某地质条件下，80％以上样本的最后三阵的前10锤的累积进尺量都在6.7cm左右，上10锤进尺量阈值h设定为6.7(cm)，当前锤为第100锤，那么从第91
锤到第100锤的每锤进尺量的与上10锤进尺量阈值h的偏差在测量误差范围内，就可以进入三阵考验。
56.s3：判断连续三阵锤击的每阵进尺量是否达到收锤标准；若是，则发出收锤通知，结束；若否，则回到步骤s2。
57.收锤标准为连续三阵锤击的每阵进尺量与每阵阈值h1的偏差在测量误差范围内(例如
±
5cm)，连续三阵锤击的每阵进尺量逐渐变小，并且连续三阵中最后一阵的每阵进尺量小于收锤阈值h2，收锤阈值h2小于每阵阈值h1。
58.例如，每阵阈值h1＝7.0cm，收锤阈值h2＝3.0cm。第一阵的每阵进尺量为4.5cm,第二阵的每阵进尺量3.0cm，第三阵的每阵进尺量2.0cm，连续三阵锤击的每阵进尺量与每阵阈值h1的偏差在测量误差范围5cm内，并且连续三阵中最后一阵的每阵进尺量为2cm，小于收锤阈值3.0cm，那么满足收锤标准。
59.s4：判断是否满足送桩条件，若是，则在发出送桩通知之后暂停程序，直到接收到继续执行指令，然后回到步骤s2；若否，则进入步骤s5；
60.送桩条件为当前锤的上m锤到当前锤之间形成的m个相邻两锤之间的每锤进尺量差值均小于差值阈值。
61.在决策该接桩或送桩的时候，如果盲目的接桩可能造成浪费，如果盲目的用送桩器送桩，容易导致送桩器用完了仍然达不到收锤标准。
62.但是，通过统计历史锤击数据，相邻锤击差值连续m次小于x cm(m和x因地质条件不同，可变)后，用送桩器就可以达到收锤标准，此时系统提示可以不用接桩，建议送桩。这个m和x就是阈值，例如本实施例中连续5次小于1.1cm。
63.工作人员收到送桩通知后，进行送桩操作(需要使用送桩器对准未到位的预制桩)，接桩操作过程中暂停锤击辅助程序，接桩操作完成后，继续锤击，程序继续执行。
64.s5：发出接桩通知并暂停程序，直到接收到继续执行指令，然后回到步骤s2。
65.工作人员收到接桩通知后，进行接桩，接桩过程中暂停锤击辅助程序，接桩完成后，继续锤击，程序继续执行。
66.初次设置上10锤进尺量阈值h、每阵阈值h1、收锤阈值h2、与差值阈值时，通过专家进行评估。以后，通过施工日志的锤击数据为各个阈值的确定提供参考进行修正。
67.为了保证设备安全，还包括过打预警：若当前锤的每锤进尺量与上一锤的每锤进尺量相比几乎没有变化(通过设置变化率阈值进行判断)，说明进入相应持力层，如果继续打会损坏设备，则发出过打预警，提示收锤。工作人员接收到过打预警后根据施工规范进行相应处理。