一种振冲碎石桩加密质量控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及振冲施工技术领域，尤其涉及一种振冲碎石桩加密质量控制装置。


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。振冲法是国内外普遍应用的有效地基处理方法之一，可以达到提高地基承载力、减小建筑物地基沉降量，提高土石坝体及地基的稳定性、消除地基液化的目的。在工业与民用建筑工程、水利水电工程、海港岛礁工程等领域均有较广泛的应用。
3.常规振冲桩施工桩体材料宜采用含泥量不大于5％的碎石、卵石、砾石等硬质材料，根据设计要求，粒径约为20～150mm，碎石上料需采用装载机现场配合振冲情况倒入桩孔。
4.现有技术存在以下问题：
5.1)现有振冲桩加密施工过度依赖电流强度指标。现有振冲碎石桩施工工艺关于振冲桩加密施工过程关键施工参数指标包括：电流强度，留振时间、水压、气压、深度等，其中以电流强度为主要控制指标，其余为次要控制指标。为防止电流值过大损坏振冲器，操作手往往只关注电流强度指标，当电流值超过允许值时便快速提拉，其余参考指标无法同时兼顾，由此容易导致碎石桩密实度参差不齐。
6.2)现有振冲桩加密施工密实度评价指标单一，缺乏对比验证指标。目前仅有加密电流强度单一判别指标，电流强度增减可能由于非真实加密原因产生，如振冲器倾斜、振冲器与回填料接触不均匀、振冲器遇局部硬地层(孤石)、回插深度过大、孔内含泥量过高、电机工作时间过久等。由于缺乏其他评判指标，操作手往往把非真实振冲加密引起的电流强度增大误以为是真实的加密电流强度已达到设计要求，实际未达到设计电流强度和留振时间即结束加密施工，由此导致振冲桩质量难以保证。
7.3)现有振冲桩加密施工自动化程度低。现有振冲加密施工主要依靠操作手人工判别，由于操作手经验、熟练程度与操作技巧因人而异，成桩质量缺乏科学定量评价标准。


技术实现要素：

8.为克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供一种振冲碎石桩加密质量控制装置，解决目前加密过程仅靠电流强度唯一控制指标问题，增加水波和声波智能自动评判指标，与电流强度相互验证，提升振冲密实度评判科学性和准确性。
9.根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种振冲碎石桩加密质量控制装置，包括：噪音采集装置、倾斜度测量装置、图像采集装置、振冲施工控制平台、振冲器和云端服务器；所述噪音采集装置，用于当通过所述振冲施工控制平台控制所述振冲器对碎石桩进行加密时，采集所述振冲器通过导杆传递的振动噪声，并发送至所述云端服务器；所述倾斜
度测量装置，用于当通过所述振冲施工控制平台控制所述振冲器对碎石桩进行加密时，监测所述振冲器的倾斜角度，并发送至所述云端服务器；所述图像采集装置，用于当通过所述振冲施工控制平台控制所述振冲器对碎石桩进行加密时，监测加密过程中碎石桩孔的水面波动情况，并发送至所述云端服务器。在一实施例中，所述噪音采集装置和倾斜度测量装置设置于导杆上，所述导杆的上端安装于吊车上，所述导杆的下端安装有振冲器。
10.在一实施例中，所述振冲施工控制平台安装于所述吊车主体上；所述噪音采集装置、倾斜度测量装置、图像采集装置分别与所述振冲施工控制平台电连接。
11.在一实施例中，所述振冲施工控制平台通过无线网/有线连接到所述云端服务器。
12.本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：解决目前加密过程仅靠电流强度唯一控制指标问题，增加水波和声波的评判指标，提升评判科学性和准确性，以提升振冲碎石桩施工加密质量。
13.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
14.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
15.图1是根据一示例性实施例示出的一种振冲碎石桩加密质量控制装置结构示意图。
16.图2a是根据一示例性实施例示出的均匀水波的示意图。
17.图2b是根据一示例性实施例示出的非均匀水波的示意图。
18.图3a是根据一示例性实施例示出的正常加密时水面波纹波形示意图。
19.图3b是根据一示例性实施例示出的导杆倾斜导致非正常加密时水波波形示意图。
20.图4a是根据一示例性实施例示出的正常加密时水波傅里叶频谱的示意图。
21.图4b是根据一示例性实施例示出的非正常加密时水波傅里叶频谱的示意图。
22.图5a是根据一示例性实施例示出的正常加密时导杆顶端振动波形示意图。
23.图5b是根据一示例性实施例示出的非正常加密时导杆顶端振动波形示意图。
24.图6a是根据一示例性实施例示出的正常加密时导杆顶端噪声声波傅里叶频谱示意图。
25.图6b是根据一示例性实施例示出的非正常加密时导杆顶端噪声声波傅里叶频谱示意图。
26.图7是根据一示例性实施例示出的一种振冲碎石桩加密质量控制方法的流程图。
27.图8是根据一示例性实施例示出的一种振冲碎石桩加密质量控制方法的具体流程图。
具体实施方式
28.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如
所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
29.1)一般振冲碎石桩施工，针对一个拟施工的振冲场地，首先根据地勘资料、设计要求、业主成本要求等开展少量(1～3％左右)的振冲碎石桩生产性试验，基于生产性试验初步确定拟施工振冲桩关键施工参数控制范围。该建议值即振冲碎石桩正式施工的参考控制值。振冲碎石桩加密质量实时自动分析控制模型即建立在生产性试验确定关键施工参数控制范围后开展。
30.2)振冲碎石桩主要功能为增加拟振冲地层承载力，在地震作用下增加地下水排水通道，增强拟振冲地层抗液化、抗剪切能力等。振冲桩加密质量与增加桩体/地层承载力直接相关。
31.3)振冲桩一般施工流程：定位-造孔-清孔-填料-加密-填料-加密-循环往复到设计高度-振冲桩施工完成，振冲全过程依靠操作手控制振冲器完成。本实用新型应用区段为振冲填料-加密阶段。
32.图1是根据一示例性实施例示出的一种振冲碎石桩加密质量控制装置结构示意图。
33.如图1所示，根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种振冲碎石桩加密质量控制装置，所述装置包括：
34.噪音采集装置1、倾斜度测量装置2、图像采集装置3、振冲施工控制平台9、振冲器7和云端服务器11；
35.所述噪音采集装置1，用于当通过所述振冲施工控制平台9控制所述振冲器7对碎石桩8进行加密时，采集所述振冲器7通过导杆4传递的振动噪声，并发送至所述云端服务器11；
36.所述倾斜度测量装置2，用于当通过所述振冲施工控制平台9控制所述振冲器7对碎石桩8进行加密时，监测所述振冲器7的倾斜角度，并发送至所述云端服务器11；
37.所述图像采集装置3，用于当通过所述振冲施工控制平台9控制所述振冲器7对碎石桩8进行加密时，监测加密过程中碎石桩孔的水面5波动情况，并发送至云端服务器11；
38.所述云端服务器11，用于根据振动噪声、水6面波动情况和倾斜角度，以及预先确定的关键施工参数控制范围进行加密质量控制分析，得到分析结果，并根据分析结果通过振冲施工控制平台调整振冲器的工作指标，以使实际关键施工参数均处于所述预先确定的关键施工参数控制范围内。
39.其中，振冲施工控制平台9可以通过无线网12连接到云端服务器11，当然，也可以进行有线连接。振冲施工控制平台9安装于吊车10主体上；噪音采集装置1、倾斜度测量装置2、图像采集装置3分别与振冲施工控制平台9电连接。
40.在该实施例中，增加噪音采集装置、倾斜度测量装置、图像采集装置如图1。图像采集装置主要用来监测加密过程水面波动情况，通过图像(延时对比)识别分析技术，可以智能判断水波在单位时间的波动变化。噪音采集装置用来收集振冲器通过导杆传递的振动噪声，通过音频(声波振动)分析技术，可以智能判断声波的变化。倾斜度测量装置用来监测振冲器的倾斜度，通过控制平台智能调整振冲器的空间姿态。
41.在一个实施例中，优选地，所述关键施工参数包括单次加密段长度、单次加密回插深度、电流强度、留振时间、造孔速度、振密水压和振密气压。
42.例如，某案例拟振冲地层经生产性试验得到如下设计关键参数建议控制范围：
43.单次加密段长度：1m
44.单次加密回插深度：0.7m
45.电流强度：＞225a
46.留振时间：10～20s
47.振密水压：0.1～0.5mpa
48.振密气压：0.1～0.3mpa
49.造孔速度：＜2m/min
50.然而，实际施工时，操作手一般以电流强度为主要控制指标，当电流值大于250v时，即通过提拉振冲器减小振冲器与回填料的接触面，降低振冲器电流强度，防止电流持续升高烧毁振冲器电机，其他参数如留振时间和深度等无法兼顾仅做参考，因此加密质量不能也无法做到全部满足设计要求。
51.而本实用新型通过图像采集装置主要用来监测加密过程水面波动情况，通过图像(延时对比)识别分析技术，可以智能判断水波在单位时间的波动变化。噪音采集装置用来收集振冲器通过导杆传递的振动噪声，通过音频(声波振动)分析技术，可以智能判断声波的变化。倾斜度测量装置用来监测振冲器的倾斜度，通过控制平台智能调整振冲器的空间姿态，从而实现兼顾多个参数，保证振冲桩加密过程电流强度和留振时间真实满足设计要求，使振冲桩加密施工由依靠人工经验手动操作转变为依靠机械智能化、自动化、科学、精准、高效规范施工。
52.在一个实施例中，优选地，所述振冲器的工作指标包括振冲器提拉或回插、填料量、振密水压、振密气压、倾斜角度、电流强度和留振时间。
53.在一个实施例中，优选地，所述云端服务器具体用于：
54.根据监测的水面波动情况，基于图像延时对比分析识别技术，分析单位时间内水面波纹的影响半径和水波形态，并将水波振动时的时域图像通过傅里叶变换得到水波的频谱图像以进行频谱分析；
55.对所述振动噪声进行分析，确定振动噪声的分贝范围以及振动波形，并对其声波进行频谱分析；
56.对所述倾斜角度进行分析，以确定所述振冲器的垂直度和空间姿态。
57.在一个实施例中，优选地，所述云端服务器具体还用于：
58.确定加密过程中的电流强度是否满足预设要求，在所述电流强度不满足预设要求时，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标，在所述电流强度满足预设要求时，执行如下判断：
59.当所述水面波纹的影响半径在第一预设范围内，且水波形态近似正弦波，且水波形态均匀、规律、平稳、无水花飞溅时，确定所述加密过程正常，如图2a和图3a所示，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，而非正常的加密过程，水面波纹影响范围变大，水波混乱无规律，经常伴有水花向四周飞溅，如图2b和图3b所示；除波形差距外，也可通过对比傅里叶频谱图判断加密过程是否正常，如图4a、4b所示；
60.当所述噪声的分贝范围在第二预设范围内，且振动波形连续且稳定时，确定所述加密过程正常，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，确定所述加密过程不正常，需要
调整所述振冲器的工作指标，正常与非正常加密施工波形、频谱对比分析如图5a、5b和图6a、6b所示；
61.当所述倾斜角度在第三预设范围内时，确定所述加密过程正常，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标。
62.图7和图8是根据一示例性实施例示出的一种振冲碎石桩加密质量控制方法的流程图。
63.如图7和图8所示，振冲碎石桩加密质量控制方法包括：
64.步骤s701，当通过所述振冲施工控制平台控制所述振冲器对碎石桩进行加密时，通过噪音采集装置采集所述振冲器通过导杆传递的振动噪声，并发送至所述云端服务器；
65.步骤s702，通过图像采集装置监测加密过程中碎石桩孔的水面波动情况，并发送至所述云端服务器；
66.步骤s703，通过倾斜度测量装置监测所述振冲器的倾斜角度，并发送至云端服务器；
67.步骤s704，所述云端服务器根据振动噪声、水面波动情况和倾斜角度，以及预先确定的关键施工参数控制范围进行加密质量控制分析，得到分析结果，并根据分析结果通过振冲施工控制平台调整振冲器的工作指标，以使实际关键施工参数均处于所述关键施工参数控制范围内。
68.在一个实施例中，优选地，所述关键施工参数包括单次加密段长度、单次加密回插深度、电流强度、留振时间、造孔速度、振密水压和振密气压。
69.在一个实施例中，优选地，所述振冲器的工作指标包括振冲器提拉或回插、填料量、振密水压、振密气压、倾斜角度、电流强度和留振时间。
70.在一个实施例中，优选地，根据振动噪声、水面波动情况和倾斜角度，以及预先确定的关键施工参数控制范围进行加密质量控制分析，得到分析结果，并根据分析结果通过振冲施工控制平台调整振冲器的工作指标，以使实际关键施工参数均处于所述关键施工参数控制范围内，包括：
71.根据监测的水面波动情况，基于图像延时对比分析识别技术，分析单位时间内水面波纹的影响半径和水波形态，并将水波振动时的时域图像通过傅里叶变换得到水波的频谱图像以进行频谱分析；
72.对所述振动噪声进行分析，确定振动噪声的分贝范围以及振动波形，并对其声波进行频谱分析；
73.对所述倾斜角度进行分析，以确定所述振冲器的垂直度和空间姿态。
74.在一个实施例中，优选地，根据振动噪声、水面波动情况和倾斜角度，以及预先确定的关键施工参数控制范围进行加密质量控制分析，得到分析结果，并根据分析结果通过振冲施工控制平台调整振冲器的工作指标，以使实际关键施工参数均处于所述关键施工参数控制范围内，包括：
75.确定加密过程中的电流强度是否满足预设要求，在所述电流强度不满足预设要求时，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标，在所述电流强度满足预设要求时，执行如下判断：
76.当所述水面波纹的影响半径在第一预设范围内，且水波形态近似正弦波，且水波
形态均匀、规律、平稳、无水花飞溅时，确定所述加密过程正常，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标；
77.当所述噪声的分贝范围在第二预设范围内，且振动波形连续且稳定时，确定所述加密过程正常，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标；
78.当所述倾斜角度在第三预设范围内时，确定所述加密过程正常，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标；
79.当电流强度在第四预设范围内时，确定所述加密过程正常，不需要调整所述振冲器的工作指标，反之，确定所述加密过程不正常，需要调整所述振冲器的工作指标。
80.根据本实用新型实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如第二方面的实施例中任一项所述方法的步骤。
81.进一步可以理解的是，本实用新型中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
82.进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
83.进一步可以理解的是，本实用新型实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
84.本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本技术旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
85.应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。